Parameteridentifikation mit dem FB L_MC4P_DynamicParIdent

Mit dem FB L_MC4P_DynamicParIdent können die für eine im FB L_MC4P_GroupTorquePreControl definierte Drehmomentvorsteuerung benötigten Dynamikparameter einer Achsgruppe ermittelt werden. Hierfür wird die Achsgruppe mit einer intern berechneten Identifikationstrajektorie (Bahnkurve) beauftragt und die Parameter während dieser Bewegung identifiziert.

Dabei sind nicht alle mechanischen Größen unabhängig voneinander identifizierbar. Dies betrifft beispielsweise die Endeffektor- und Werkzeugmasse, die bei montiertem Werkzeug nur als Summe geschätzt werden können. Daher werden innerhalb des Identifikations-FBs sogenante Minimalparameter geschätzt.

Voraussetzungen für die Identifikation
  • Roboter, Motoren und Getriebe müssen Betriebstemperatur haben.
    Dieses ist notwendig, da die zu identifizierenden Reibparameter eine starke Abhängigkeit von der Getriebetemperatur aufweisen.
  • Die Antriebsregler (Positions- und Drehzahlregler) müssen abgeglichen sein.
    Andernfalls ist das Verhalten des Roboters zu ungenau.
  • Für eine gute Identifikation muss die Anregungstrajektorie so parametriert werden, dass ein möglichst großer Arbeitsraum des Roboters zulässig ist.
  • Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen müssen in der Größenordnung des Produktivbetriebs sein.
  • Das Achsmoment muss während der Identifikation mindestens 50 % des Antriebsnennmomentes erreichen können.
  • Der ohne Drehmomentvorsteuerung auftretende Schleppfehler darf maximal bei 400  % des geforderten Schleppfehlers liegen.
  • Das Drehmoment darf nicht zu stark verrauscht sein (<10 % von M Nenn ).
  • Das Drehmoment darf keine starken Schwingungen aufweisen (kleiner 10 % von M Nenn ).
  • Die Sollwert-Filterung der Antriebe (FB L_MC1P_AverageFilterSetValues ) sollte abgeschaltet oder, falls zwingend erforderlich, mit der minimal möglichen Filtertiefe parametriert sein.
  • Das Messrauschen der Ist-Geschwindigkeit und der Ist-Beschleunigung sollte minimiert werden.
    Adaptieren Sie für die Identifikation ggf. die im Antriebsregler verfügbare Istwert-Filterzeit.
  • Der Override der Achsgruppe muss mindestens 0.8 (= 80 %) betragen.
    Ist dies nicht der Fall, werden die Identifikations- und Verifikationstrajektorien mit verringerten Geschwindigkeiten und Beschleunigungen abgefahren (z. B. für Testzwecke). Die Systemanregung reicht dann jedoch häufig nicht für eine robuste Parameterschätzung aus.

Beispiel für eine zu starke Schwingung des Drehmomentverlaufs; mit diesem Signal ist keine Identifikation möglich.

Beispiel für einen guten Drehmomentverlauf; mit diesem Signal ist eine Identifikation möglich.

Identifikation durchführen

Wenn die oben genannten Voraussetzungen erfüllt sind, kann eine Identifikation der Dynamikparameter mit dem FB L_MC4P_DynamicParIdent gestartet werden.

Identifikationsergebnisse verifizieren

Für die Verifikation der Ergebnisse gibt es folgende Möglichkeiten:

  • Kontrollieren der Ergebnisse anhand eines Gütekriteriums
    Der FB L_MC4P_DynamicParIdent besitzt den Ausgang lrConvergence über den die Güte für die Konvergenz der Identifikation ausgegeben wird. Eine gute Identifikation sollte Werte > 75 % liefern.
    Funktion: Der FB fährt nach der Identifikation eine Verifikationsbahn ab. Hierbei wird mittels der identifizierten Minimalparameter das erwartete Moment bestimmt und mit dem tatsächlich aufgetretenen Motormoment verglichen. Je geringer die Abweichung ist, umso besser die Ergebnisse.
  • Kontrollieren der Ergebnisse durch Überschlagsrechnung:
    Anhand von bekannten und geschätzten Werten für die Systemparameter werden die Minimalparameter des Modells überschlägig berechnet (Gleichungen für die Berechnung siehe jeweilige Parameterbeschreibung). Diese Berechnung kann als Kontrolle der Größenordnung der Systemparameter angesehen werden und zeigt, ob die identifizierten Parameter im Bereich der zu erwartenden Systemparameter liegen. Eine Rückrechnung der identifizierten minimalen Systemparameter auf physikalische Parameter (Massen etc.) ist jedoch nicht möglich.
Hinweis!

Bestimmte Systemparameter können im Vergleich zu anderen Größen einen sehr geringen Einfluss auf die Motormomente haben. Ein Beispiel dafür ist ein stark reibungsbehaftetes Antriebssystem, welches nur mit geringen Beschleunigungen verfahren wird. In diesem Fall hat die Massenträgheit der Achse kaum Einfluss auf die Motormomente und ist nicht robust schätzbar.

Treten solche Effekte auf, können die identifizierten Minimalparameter von den theoretisch bestimmten Vergleichswerten abweichen.

  • Kontrollieren der Ergebnisse durch Drehmomentvergleich:
    Der mit dem Funktionsbaustein L_MC4P_GroupTorquePreControl berechnete Drehmomentverlauf wird bei einer gewünschten Bewegung des Roboters mit dem real auftretenden Drehmomentverlauf verglichen. Hierfür kann der Override des Funktionsbausteins auf Null gesetzt werden, so dass kein Motormoment vorgesteuert wird. Anhand eines Traces der Drehmomentverläufe kann ein Vergleich der Verläufe durchgeführt werden.
    Ergebnisse durch Drehmomentvergleich kontrollieren
    Das nachfolgende Bild zeigt eine sehr gute Übereinstimmung des berechneten Drehmoments (rot) mit dem realen Drehmoment (blau). Die Identifikation war somit korrekt und die Drehmomentvorsteuerung kann verwendet werden.

Gute Übereinstimmung des berechneten Drehmoments (rot) mit dem realen Drehmoment (blau)

    Das nachfolgende Bild zeigt eine mangelhafte Übereinstimmung des berechneten Drehmoments (rot) mit dem realen Drehmoment (blau). Die Identifikation war somit nicht korrekt und die Drehmomentvorsteuerung darf so nicht verwendet werden, da sie das Führungsverhalten des Systems verschlechtern würde.

Mangelhafte Übereinstimmung des berechneten Drehmoments (rot) mit dem realen Drehmoment (blau)