Lineaarisen hammashihnaservokäytön tilasäätö

Tuotantotehokkuus näyttelee yhä suurempaa roolia teollisuudessa, minkä vuoksi myös pakkauslinjas­toille joudutaan asettamaan suuria vaatimuksia. Usein leik­kaus- ja kappaleensiirtosovelluksissa käyte­tään lineaarisia ruuvikäyttöjä, jotka voitaisiin tietyin edellytyksin korvata halvemmilla ja osittain suori­tuskykyisimmillä hammashihnavetoisilla johteilla. Yleensä paikkasäädetty työsolu muodostuu kahden tai kolmen eri koordinaatisto­akselin suuntaan asen­netuista johteista. Tällaisen työsolun paikoitustarkkuuteen vaikuttavat muun muassa käytetty säätöra­kenne, moottorisäätöketjun viiveet, sekä laitteiston eri epälineaarisuudet, kuten kitka. Tässä työssä esitetään lineaarisen hammashihnaservokäytön dynaamista käytöstä kuvaava matemaatti­nen malli ja laaditaan mallin pohjalta laitteen simulointimalli. Mallin toimivuus varmistetaan käytän­nön identifiointitesteillä. Lisäksi työssä tut­kitaan, kuinka hyvään suorituskykyyn lineaarinen hammas­hihnaservokäyttö kyke­nee, jos teollisuudessa paikoitussäätörakenteena tyypillisesti käytetty kaskadira­kenne tai PID-rakenne korvataan kehittyneemmällä mallipohjaisella tilasäädinra­kenteella. Säädön toi­mintaa arvioidaan simulointien ja koelaitteistolla suoritetta­vien mittaus­ten perusteella.

Nowadays, when production rate plays an important role in industrial applications, requirements for ex­ample for packaging machines have become more and more stringent. When considering packaging machinery, or cutting machines a ball screw feed drives are often used in order to get accurate results. However, in some qualifications, the ball screw feed drives can be replaced by cheaper and higher per­formance tooth-belt drives. Usually, a position controlled working station consists of guides installed in two or three different coor­dinate axis. Accuracy of this kind of working station is limited by the structure of the position con­troller, delays in the controller loop, and several non-linearities in the system; as an example the non-linear friction. In this thesis a mathematical model for linear tooth-belt servo drive is introduced and a simulation mod­el for two dimensional tooth-belt drive is formed. The effectiveness of the simulation model is tested with identification measure­ments. Mod­el based state-feedback control structure is studied and the per­formance of the control is tested with simulations and also by experimental tests, which are carried out with the laboratory test system.