자동 튜닝: 시스템 식별에서 최적화된 이득으로
오토 튜닝이란 무엇인가요?
자동 튜닝은 서보 드라이브가 수동적인 시행착오 없이 최적의 제어 루프 이득(비례, 적분, 미분 성분)을 스스로 결정하는 자동화된 과정입니다. 이 과정은 두 단계로 구성됩니다: 시스템 식별(전기기계 시스템 측정)과 이득 계산(알고리즘을 통한 최적 매개변수 계산).
왜 이것이 중요한가요?
서보 제어 루프의 수동 튜닝은 깊은 제어 기술 지식과 수시간에 걸친 반복 작업을 필요로 합니다. 자동 튜닝이 이 문제를 해결합니다:
- 더 빠른 가동 — 수동으로 몇 시간이 걸리던 작업이 몇 초 만에 완료됩니다
- 전문성 요구 감소 — 드라이브가 모델 추출 및 이득 계산을 수행합니다
- 더 나은 결과 — 주파수 기반 자동 튜닝은 전체 주파수 대역의 정보를 활용하여 수동 튜닝보다 종종 더 나은 결과를 제공합니다.
- 기계적 공진 보상 — 식별된 공진은 노치 필터를 통해 자동으로 억제될 수 있습니다
- 재현성 — 전체 시리즈 생산에 걸쳐 동일한 결과
어떻게 작동하나요?
1단계 — 시스템 식별:
구동 장치는 토크 신호(사인 스윕/처프 신호)로 시스템을 자극하고 결과적인 운동 응답을 측정합니다. 입력/출력 데이터로부터 시스템의 주파수 응답(보데 다이어그램)이 계산됩니다. 자극 신호의 진폭은 스윕 동안 설정된 값의 50%에서 100%까지 선형적으로 증가합니다.
보데 다이어그램은 다음과 같이 보여줍니다:
- 증폭 대역폭 — 진폭이 −3 dB(70.7%)로 감소하는 주파수
- 위상 한계 — 안정성 예비; 목표값 30–60°
- 기계적 공진 — 구동계 내 탄성 요소에 의해 발생하는 진폭 응답의 피크
- 관성 모멘트와 마찰 — 저주파 응답에서 추출
2단계 — 이득 계산:
식별된 시스템 모델을 사용하여 알고리즘은 원하는 동작(목표 대역폭, 감쇠도 및 정착 시간)을 달성하는 제어기 이득을 계산합니다. 두 가지 구성이 제공됩니다:
- PI-P (표준) — 위치 제어기의 적분기, 속도 제어기의 비례성분. 초점: 정밀한 궤적 추종, 빠른 반응, 램프 구간에서의 정지 편차 제로
- P-PI — 위치 제어기에서의 비례 요소, 속도 제어기에서의 적분 요소. 초점: 부드럽고 오버슈팅 없는 점프 응답
중요: 동시에 하나의 적분기만 사용하십시오(위치 적분기 또는 속도 적분기 중 하나만). 두 가지를 동시에 사용하면 불안정해질 수 있습니다.
SOMANET은 이를 어떻게 구현합니까?
OBLAC Drives는 세 가지 캐스케이드 단계 모두에 대한 자동 튜닝을 제공합니다:
Geschwindigkeits-Auto-Tuning (ab OBLAC Drives 19.0): Berechnet PI-Gains für den Geschwindigkeitsregler. Einstellbare Parameter: Dämpfungsgrad (< 1 = schneller mit Überschwingen, > 1 = langsamer ohne Überschwingen) und Bandbreite (max. 100 Hz, begrenzt durch EtherCAT-Zykluszeit).
위치 자동 튜닝: 계단식 위치 제어(PI-P 또는 P-PI)의 이득을 계산합니다. 설정 가능한 매개변수: 안정화 시간(ms, 2% 기준) 및 감쇠율. 검증용으로 네 가지 테스트 신호(사각파, 램프, 양방향 램프, 사인파)가 제공됩니다.
시스템 식별은 100Hz 대역폭으로 제한됩니다(1kHz EtherCAT 통신 속도). 정확한 결과를 얻으려면 고해상도 인코더를 권장합니다 — 홀 센서만으로는 불충분합니다.
추가 링크:
