Application of servo drives on the prototype of the punch press machine

Ing. Jiří Kuba, M.Eng.

Master's thesis

Abstract:

In the first part of the thesis the punching process, Dynapunch and its components are described. Later on the state machine for driving Dynapunch is introduced, coded and tested. It is followed by reprogramming the trajectory generator to the more useful form. The next part of the thesis focuses on the implementation of the decision algorithm for trajectory adjusting. It requires the programming of an effective solver of motion equations. The next task is the creation of the method for axes motion anticipation. This results in the implementation of the synchronization algorithm for horizontal and vertical axes of the punch press. The algorithm is tested in various conditions. The following part of the thesis describes issues with synchronization of two servo drives connected to the one shaft. The proper solution is proposed and tested. In the last part of the thesis methods for tuning controllers are described. The manual tuning is used as well as off-line tuning with usage of the transfer function. The transfer function describes the dynamic behaviour of Dynapunch. The transfer function is obtained by system identification. Results of off-line tuning are compared with results provided by manual tuning. Dynapunch is turned into a machine capable of performing test patterns with a wide set of configuration parameters. The thesis aims for results proved by tests on Dynapunch.

Abstract:

Diplomová práce se zabývá praktickou aplikací servopohonů na prototypu vysekávacího lisu. V první části diplomové práce je popsán proces lisování a lis samotný. Následně je navržen, naprogramován a otestován stavový automat pro řízení lisu. Poté je přepracován generátor trajektorie do lépe použitelné formy. Další část diplomové práce se zaměřuje na implementaci rozhodovacího algoritmu pro přizpůsobení trajektorie vertikální osy lisu. To vyžaduje naprogramovat efektivní algoritmus pro řešení pohybových rovnic. Dalším úkolem je vytvoření metody pro předpovídání trajektorie os lisu. To vede k implementaci synchronizačního algoritmu pro horizontální a vertikální osu lisu. Algoritmus je testován v různých podmínkách. V poslední části práce je popsána metoda pro ladění regulátorů servopohonů. Je použita metoda ručního ladění a metoda ladění pomocí přenosové funkce. Přenosová funkce, která popisuje chování lisu, je získána pomocí metody identifikace systému. Výsledky ručního ladění jsou porovnány s výsledky ladění pomocí získané přenosové funkce. Prototyp lisu je uveden do funkčního stavu, kdy je schopný provádět základní testovací rutiny s širokou volbou parametrů. Výsledky diplomové práce jsou testovány na prototypu lisu.

Keywords

Vysekávací lis, servopohon, operační systém reálného času, stavový automat, kaskádní řízení, PID regulátor, identifikace systému.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 1. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 3. 2. 2015
• Supervisor: prof. Dr. Ing. Wolfgang Kästner

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Master programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Mechatronics