Sensitivity of two simple two-degree of freedom control structures

Artykuł prezentuje wyniki analizy porównawczej wrażliwości dwóch prostych struktur układów automatycznej regulacji o dwóch stopniach swobody z układem klasycznym jednopętlowym z regulatorem PID. Analiza wrażliwości w dziedzinie częstotliwości jest klasycznym narzędziem, pozwalającym łatwo porównać badane struktury. Pokazuje bowiem najważniejsze zalety, obnażając większość wad koncepcji. Przedstawione w pracy porównanie funkcji wraliwości układów: klasycznego, MFC oraz MFC/IMC potwierdza znacznie wiekszą odporność tych dwóch ostatnich w przypadku sterowania stabilnymi procesami aperiodycznymi wyższych rzędów. Dodatkowo, wykazuje na ile bardziej tłumione są zakłócenia w strukturach typu model-following.The paper presents results of comparative analysis of sensitivity of two simple robust two-degree of freedom control structures and the classic single-loop system with PID controller. The sensitivity analysis in the frequency domain is the classic tool, which enables one a simple but effective comparison of compared structures. It exhibits the main advantages, showing all the indulgences of proposed systems at the same time. In addition, the better disturbances rejection in two model-following structures can be simply proved by the presented frequency domain analysis

Method for increasing the control robustness of the permanent magnet machine tool feed-drive

The article presents the results from the development of digital servodrive with permanent magnet synchronous motor within the CNC machine tool feed-drive. It was prepared during the work for the Ministry of Science and Higher Education grant number N N502 336936, (acronym for this project is M.A.R.I.N.E. multivariable hybrid ModulAR motIon coNtrollEr), while its main purpose is the development of new robust position/velocity model-based control system, as well as to introduce the measurement of the actual state into the switching algorithm between the locally synthesized controllers. Such switching increases the overall robustness of the machine tool feed-drive module. Presented here results takes into account the MIMO character of the process to be controlled

Multi-degree of freedom robust control of the CNC X-Y table PMSM-based feed-drive module

The paper presents results of studies on linear synchronous motors controlled in CNC feed axes through an intelligent digital servodrive. The research includes a conceptual design of an open servodrive control system and identification of dynamic models of a test stand with an open CNC system. Advantages of robust control over the classic one are discussed. A hybrid predictive approach to robust control of milling machine X-Y table velocity is proposed and results of simulation tests are presented. Was prepared during the work for the Ministry of Science and Higher Education grant number N N502 336936, (acronym for this project is M.A.R.I.N.E. multivariable hybryd ModulAR motIon coNtrollEr), while its main purpose is the development of new rob ust position/velocity model-based control system, as well as to introduce the measurement of the actual state into the switching algorithm between the locally synthesized controllers. Such switching increases the overall robustness of the machine tool feed-drive module. The paper is the extended version of material proposed in [10]

Projektowanie mechatroniczne. Technika Hardware-in-the-loop a założenia Industry 4.0

W artykule niniejszym przedstawiono technikę symulacji, w ramach której w reżimie czasu rzeczywistego weryfikacji podlega część oprogramowania związanego ze sterowaniem, model obiektu sterowania wraz z czujnikami oraz elementami wykonawczymi, jak również środowisko (otoczenie), w którym obiekt sterowania funkcjonuje. Założenia Industry 4.0 kładą duży nacisk na techniki symulacji procesów produkcji oraz funkcjonowania maszyn w otoczeniu produkcyjnym. Technika Hardware-in-the-loop wspiera te założenia, zapewniając bezpieczny dla otoczenia sposób weryfikacji innowacyjnych strategii oraz algorytmów sterowania.Nowadays Industry 4.0 is one of the most interest discussion topic within technical community. Digitalization, Internet of Things, process and machine simulation, virtual prototyping (including Hardware-In-the-Loop technique) are its basis. The article explains the approach of HIL real-time simulation with the illustrative example of 3-axis milling machine numerical control system. Some software and hardware tools that enable HIL implementation possible are referenced. This is second paper from the series “Mechatronic Design”

Projektowanie mechatroniczne. Graficzna specyfikacja systemów

Niniejszy artykuł w całości poświęcono zagadnieniom graficznej specyfikacji systemów sterowania zgodnie z założeniami tzw. inżynierii systemów. Współczesne wymagania związane z bezpieczeństwem funkcjonalnym maszyn sprawiają, iż zagadnienia jakości tworzenia oprogramowania systemów sterowania wkraczają do coraz większej ilości branż. Od dawna wiadomo, że graficzna reprezentacja systemów jest dużo lepsza i efektywniejsza od najprecyzyjniejszego nawet opisu słownego. Artykuł, na przykładzie zagadnienia graficznej specyfikacji systemów sterowania, utwierdzi Czytelników w tym przekonaniu jeszcze bardziej.Nowadays, when more and more complexity is introduced into control systems in many areas, old-fashioned document-based development is a „one-way ticket to fail”. Model-based development is the only possible direction for future work on control systems in automotive, process industry, machinery, and many others. Graphical specification is the baseline for any model-based development actions to be taken. The paper explains usage of four different tools and approaches for modeling: requirements, architecture and implementation of control system designs. Also automatic code and documentation generation issue is pointed out as the most important factor for creation of workflows with the use of discussed tools. This is the third article from series „Mechatronic Design”

Układ MFC/IMC w regulacji procesami o zmiennym opóźnieniu na przykładzie kotła parowego mocy 4 MW

The paper deals with robust model-following control of a process with varying time-delay. The proposed MFC/IMC structure offers more robustness to plant parameter perturbations and less sensitivity to disturbances, as compared with classic single-feedback loop with PID controller. On the basis of presented results of oxide content control in a 4 MW steam boiler one can compare properties of the proposed structure with properties of the classic single-loop system with PID controller. Also, the use of PD/PI fuzzy-logic controller as a part of MFC/IMC system confirms is flexibility.Artykuł prezentuje wyniki badań nad oporną strukturą regulacji MFC/IMC dla obiektów ze zmiennym opóźnieniem. proponowana struktura chrakteryzuje się małą wrażliwością na perturbacje nominalnego modelu sterowanego obiektu, oraz znacznym tłumieniem zakłóceń wejściowych oraz tych sprowadzonych do wyjścia obiektu. Wyniki badań symulacyjnych dla obiektów aperiodycznych z opóźnieniem z użyciem struktury MFC/IMC sprawdzone zostały na przykładzie procesu doregulowywania zawartości tlenu w kotłach parowych mocy 4 MW, i porównane z klasyczną strukturą jednopętlową z regulatorem PID

O możliwości zastosowania układu MFC do sterowania procesami o wielu wejściach i wielu wyjściach

The paper presents results of comparative analysis of the control system introducing dynamic decoupling and the robust two-degrees of freedom control system with the use of the decoupled model of the MIMO process. The model loop of the MFC is designed with the use of dynamic decoupling algorithm. The correcting controller in the secondary loop uses the control law based on the knowledge of difference between the model and the process outputs. It is a static diagonal matrix. Presented comparative results from the tracking processes of yaw angle and position of the drillship point the possibility to introduce the MFC scheme into the control system of such process. Model and the main control loop are derived for the nominal case. The results obtained for the other working conditions shows the advantages of proposed here solution.Artykuł prezentuje wyniki analizy porównawczej układu regulacji dla obiektów o wielu wejściach i wielu wyjściach MIMO, zaprojektowanego z użyciem algorytmu dynamicznego odsprzęgania, oraz odpornego układu regulacji MFC; zakłada się przy tym, że w pętli głównej regulator wyznaczony jest w drodze syntezy z użyciem dynamicznego odsprzęgania dla nominalnego modelu liniowego, wyznaczonego dla wybranego punktu pracy obiektu, natomiast regulator korekcyjny, bazujący na informacji na temat różnicy pomiędzy wyjściami modelu i procesu ma postać diagonalnej macierzy wzmocnień. Przedstawione porównanie procesu regulacji pozycji i kąta kursowego statku wiertniczego dla omawianych rozwiązań wskazuje na możliwość wykorzystania układu MFC do sterowania tego typu procesem. Model oraz główna pętla sterowania obliczane są dla nominalnego kąta kursowego, natomiast wyniki uzyskane dla innej wartości tegoż kąta wykazują, że proponowane w pracy rozwiązanie zachowuje dobre właściwości dla znaczącej perturbacji kąta kursowego statku

Method of friction modeling and identification in PMSM

Friction forces present in the PMSM motor exert a very negative influence on its working parameters. Those effects are extremely nonlinear and their consequences have to be acknowledged at designing both the motor’s mechanical construction and its control system. This paper describes a friction coefficients identification method in the PMSM based on the mathematical model. The results of simulation research have been backed up by the real-world object testing. In the first section of this paper a brief summary of the most important aspects of PMSM motors was included while the second one focuses on the theoretical description of friction model that was used during research. Third part of this paper is focused on the detailed description of the PMSM motor model and its simplifying assumptions. The fourth section contains a description and results of concluded research in the Matlab/Simulink environment. Finally, the article concludes with comparison of theoretical results and experimental results obtained from real-world motor

Hybrid robust control for CNC tool feed-drive

Przedstawiono wyniki prac nad sterowaniem liniowymi silnikami synchronicznymi w osiach posuwowych obrabiarki CNC za pomocą inteligentnego cyfrowego serwonapędu. Obejmują one prace koncepcyjne nad otwartym systemem sterowania serwonapędem oraz rezultaty identyfikacji modeli dynamicznych stanowiska badawczego z otwartym systemem sterowania CNC. Omówiono zalety układów regulacji odpornej w porównaniu do sterowania klasycznego. Zaproponowano hybrydowe predykcyjne podejście do odpornej regulacji prędkości stolika X-Y frezarki oraz omówiono wyniki badań symulacyjnych regulatorów.The article presents a selection of results from the research and development of the prototype of digital servodrives with permanent magnet synchronous motors within the CNC machine tool feed-drive. Paper describes thoroughly the identification process of dynamic models of machine feed axes. The strong points of the robust control over classical one-loop control were shown in simulations. New hybrid predictive controllers for robust control of machine tool axes were introduced and analyzed

Open architecture digital servodrive for PMSM/PMLM-based machine-tool table feed-drives

The paper presents the results of research work on the development of a rapidprototyping test stand for testing: servo control algorithms, trajectory generation, algorithms for increasing overall quality of the feed-drive modules within two axis (X-Y) table of the milling machine. Open architecture interface of the prepared control system lets the potential user test functionality of integration of diagnostic tools within the motion controller - directly, without taking into account communication with top-level CNC system