Энергоэффективное управление высокодинамичным сервоприводом промышленного роботизированного манипулятора с расширенным диапазоном регулирования скорости до 50 000 : 1
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Электротехнические комплексы и системы
Статья в выпуске: 3 т.26, 2026 года.
Бесплатный доступ
Исходной точкой исследования был цифровой двойник SCARA-манипулятора, обеспечивавший перенос траекторий между виртуальной сценой и физической установкой. Для анализа электропривода его дополнили моделью ШИМ-преобразователя, синхронного двигателя с постоянными магнитами, двухмассовой упругой механики, измерительного канала и локальных контуров тока, скорости и положения. Сначала проверили возможность использовать существующий канал обмена в замкнутом управлении. Задержка 72,5–76,4 мс оказалась несопоставимой с периодами быстрых контуров, поэтому обмен оставлен на надсистемном уровне, а управление выполняется локально. При одинаковых траекториях и ограничениях сопоставлены каскадная ПИ-система и LQI-регулятор с наблюдателем нагрузки. При разгоне до 1500 об/мин LQI снизил перерегулирование с 3,29 до 0,00 %, среднеквадратическую ошибку скорости с 19,1 до 1,51 об/мин, действующий ток на 5,5 %, потери в меди на 10,7 %. В 120-секундном режиме 0,06 об/мин средняя скорость составила 0,0601 об/мин без остановок и реверсов. Вместе с верхней скоростью 3000 об/мин это подтверждает расчетный диапазон 50 000:1. В цикле 0–90–0° длительностью 1,2 с энергия из звена постоянного тока уменьшилась на 1,2 %, потери в меди — на 4,8 % при сопоставимой точности. Результаты требуют стендовой проверки.
Короткий адрес: https://sciup.org/147255385
IDS: 147255385 | УДК: 621.865.8,62-83 | DOI: 10.14529/power260306
Energy-efficient control of a high-dynamic servo drive for an industrial robotic manipulator with an extended speed control range of up to 50 000 : 1
The study started from a SCARA-manipulator digital twin used to transfer trajectories between a virtual scene and a physical setup. For servo-drive analysis, it was extended with a PWM converter, a permanent-magnet synchronous motor, a two-mass elastic mechanical subsystem, a measurement channel, and local current, speed, and position loops. The existing communication link was first considered as part of closed-loop control. Its 72.5–76.4 ms delay was incompatible with the fast-loop sampling periods, so data exchange was retained at the supervisory level and the drive was controlled locally. A cascaded PI system and an LQI controller with a load observer were compared for identical trajectories and constraints. During acceleration to 1500 rpm, the LQI controller reduced overshoot from 3.29 to 0.00%, the RMS speed error from 19.1 to 1.51 rpm, RMS current by 5.5%, and copper losses by 10.7%. In a 120 s test at 0.06 rpm, the average speed was 0.0601 rpm without stops or reversals. Together with 3000 rpm, this supports a calculated range of 50,000:1. In a 1.2 s 0–90–0° cycle, DC-link energy decreased by 1.2% and copper losses by 4.8% at comparable accuracy. Test-bench validation is required.
