EPOS4 / IDX : Conseils de réglage manuel des paramètres de régulation

Sujet :

L'autotuning conduit à des paramètres de contrôle stables dans la plupart des cas, mais pour certaines exigences d'application spécifiques, il peut parfois être souhaitable d'optimiser davantage ces résultats.

• Existe-t-il des indications de "meilleures pratiques" sur la manière dont les paramètres de régulation déterminés automatiquement peuvent être optimisés, par exemple pour obtenir une dynamique plus élevée (= un comportement de régulation plus agressif) ou pour mieux supprimer les tendances à l'oscillation en cas de variation de la charge ou du frottement ?

Remarques générales :

• Les paramètres de contrôle de la vitesse et de la position dépendent de la charge du moteur.
  
  • En particulier dans le cas d'un entraînement direct (c'est-à-dire un moteur sans engrenage) ou sans rapport d'engrenage élevé, le réglage de la vitesse et de la position doit être effectué avec la charge attachée à l'arbre de sortie du moteur ou du réducteur.
  • Dans le cas de combinaisons de moteurs avec des rapports d'engrenage élevés (supérieurs à 100:1 et égaux ou supérieurs à 3 étages), la charge n'aura pas d'impact remarquable et le réglage sans la charge attachée fournira des paramètres de contrôle qui s'adaptent encore assez bien indépendamment de la charge dans la plupart des cas.
     
• Il n'y a pas de réponse simple "oui" ou "non" à la question de savoir quels sont les meilleurs paramètres de contrôle.
  Enfin, cela dépend également des exigences d'une application en matière de mouvement ciblé :
  
  • Dans certains cas, l'objectif principal est une réaction dynamique rapide et un certain dépassement peut être accepté.
  • Dans d'autres cas, un dépassement doit être évité et le moteur doit atteindre la "position cible" avec une grande précision, presque sans dépassement ni oscillation.
  • Parfois, le bruit audible dû à la mécanique (ou à la fréquence de résonance) peut être un sujet qui doit être optimisé. Dans ce cas, des paramètres lisses mais moins dynamiques peuvent être privilégiés (c'est-à-dire que le gain P peut devoir être fortement réduit).

Solution :

I.) Contrôle du courant

En général, il n'est pas nécessaire de modifier le régulateur de courant lors du réglage manuel du régulateur de vitesse ou de position.

• Dans le cas des moteurs à bobinage rainuré et en particulier des moteurs EC-i, l'agressivité du contrôleur de courant "autotuné" peut être relativement faible. Dans ce cas, si l'utilisateur souhaite augmenter les gains du contrôleur de position et/ou de vitesse, il est recommandé d'augmenter les gains du contrôle de courant (déplacer le curseur de réglage vers la droite) au préalable.

II.) Contrôle de vitesse en boucle simple avec filtre passe-bas

Action initiale :
Si l'observateur a été choisi initialement, passer au filtre passe-bas.

Prochaines étapes :

1. Exécuter l'autotuning initialement.

2. Modification des paramètres de feedforward (pendant le réglage manuel) :

• Noter les valeurs de "feedforward"
  = Gardez à l'esprit les valeurs de "feedforward" obtenues lors de l'"autotuning" afin de régler les mêmes valeurs une fois l'"autotuning" manuel terminé.
• Régler les valeurs de "feedforward" à zéro.

3. Sélectionnez votre stratégie de "manuel tuning" en fonction de votre objectif :

• Si le régulateur n'est pas assez agressif (par exemple, oscillations à basse fréquence, erreur de poursuite importante), définir un facteur d'échelle "k" supérieur à 1.
  Suggestion initiale : k = 2
• Si le contrôleur est trop agressif (par exemple, oscillations à haute fréquence),
  définir le facteur d'échelle "k" entre 0 et 1
  Suggestion initiale : k = 0.5
• Remarque :
  k n'est pas un paramètre EPOS4 mais un facteur de multiplication utilisé par les formules de réglage "P-Gain", "I-Gain" et "D-Gain" du manuel suivant.

4. Modifier les paramètres "autotunés"

• Multiplier le gain P par k
• Multiplier le gain I par k^2
• Multiplier la "fréquence de coupure du filtre" du passe-bas par k
  (Cette valeur est juste présente et peut être ajustée par FW >= 0x170 seulement !)

5. Si la performance du contrôle n'est pas encore satisfaisante, revenir à l'étape 3.
Sinon, rétablir les valeurs des gains d'anticipation ("feedforward") et arrêter.

III.) Contrôle de position en boucle simple

1. Exécuter l'autotuning initialement.

2. Modification des paramètres de feedforward (pendant le réglage manuel) :

• Noter les valeurs de "feedforward"
  = Gardez à l'esprit les valeurs de "feedforward" obtenues lors de l'"autotuning" afin de régler les mêmes valeurs une fois l'"autotuning" manuel terminé.
• Régler les valeurs de "feedforward" à zéro.

3. Sélectionnez votre stratégie de "manuel tuning" en fonction de votre objectif :

• Si le contrôleur n'est pas assez agressif (par exemple, oscillations à basse fréquence, erreur de poursuite importante), définir un facteur d'échelle "k" supérieur à 1 (suggestion : 2).
• Si le contrôleur est trop agressif (par exemple, oscillations à haute fréquence),
  définir le facteur d'échelle "k" entre 0 et 1 (proposition : 0,5).

4. Modifier les paramètres "autotunés"

• Multiplier le gain P par k^2
• Multiplier le gain I par k^3
• Multiplier le gain D par k

5. Si les performances de la commande ne sont pas encore satisfaisantes, revenir à l'étape 3.
Sinon, rétablir les valeurs des gains d'anticipation ("feedforward") et arrêter.

Remarques complémentaires :

• En général, les rôles des gains de contrôle PID peuvent être décrits comme suit :
  • Gain proportionnel : Le principal cheval de bataille.
  • Gain intégral : Compense les perturbations constantes à trop basse fréquence, mais provoque des dépassements et des oscillations s'il est trop important.
  • Gain dérivé : Compense les perturbations à haute fréquence, mais provoque des vibrations s'il est trop important.
     
• En général, il n'est pas nécessaire de modifier les gains de "feedforward" après l'autoréglage.
  
  • Pendant le réglage manuel, il est recommandé de mettre les gains de "feedforward" à zéro car, de cette façon, l'effet des modifications manuelles est beaucoup plus facile à évaluer.
  • Enfin, les valeurs de "feedforward" initialement autotunées (et gardées à l'esprit) doivent être réglées à nouveau après la fin de l'accord manuel.
     
• En multipliant les gains par différentes puissances du facteur d'échelle "k", l'équilibre entre les gains est maintenu.
   

• Il est possible de faire un clic droit sur les graphiques (présents après le réglage) pour ...

  • ... activer un curseur.
    Le curseur permet de mieux vérifier les valeurs concrètes des données enregistrées.

  • ... sauvegarder les données enregistrées sous forme de fichier *.csv (qui peut être vérifié par Excel ou chargé par l'outil "Data Recorder" de l'EPOS Studio).
    Si vous souhaitez partager avec nous les résultats des réglages ou, plus généralement, tout "enregistrement de données" d'EPOS Studio, nous préférons obtenir ces fichiers .csv ainsi que le fichier de configuration *.dcf résultant d'EPOS4 (-> EPOS / IDX: Export de la configuration des paramètres dans un fichier *.dcf). 

Cas particuliers :

• Dans le cas d'une forte inertie et de certaines conceptions de systèmes mécaniques spécifiques tendant à une forte oscillation pendant le réglage et le fonctionnement, le gain P peut finalement devoir être fortement réduit (par exemple, par un facteur de 100 ou plus).
   
• Si l'autoréglage échoue et que l'utilisateur ne dispose pas d'un ensemble initial de gains, il peut suivre un algorithme de réglage manuel comme celui de Ziegler et Nichols.
  
  

Exemple :

EC45flat (P/N : 251601) + réducteur GP23C (P/N : 166931) plus un convoyeur à bande avec des frottements très différents.

• État initial après l'autotuning. La courroie transporteuse a un certain frottement instable, ce qui entraîne une certaine oscillation instable.
  
  
  Si vous souhaitez réduire cette oscillation, les gains doivent être augmentés.
  
  
• Application d'un facteur d'échelle de k = 2 aux gains sur la base des règles de la "commande de vitesse en boucle unique" ci-dessus, c'est-à-dire gain P = gain P * 2, gain I = gain I x 4).
  
  
  
  
• Appliquer à nouveau un facteur d'échelle de k = 2 :
  
  
  L'erreur de contrôle est devenue encore plus petite, mais le système oscille maintenant à une valeur de vitesse de 0 tr/min. Finalement, il appartiendra au concepteur du système de décider si l'oscillation à 0 tr/min peut être tolérée (par exemple, parce que la commande pourrait être désactivée à 0 tr/min de toute façon) ou si les paramètres de commande de l'étape de réglage manuel précédente sont satisfaisants pour l'application.
   

Référence croisée :

Si vous recherchez des conseils sur l'optimisation manuelle des paramètres de régulation de maxon ESCON, veuillez consulter ce document du Support Center :
-> ESCON : Conseils sur l'optimisation manuelle des paramètres de régulation