Optimierung Leitachs-Folgeachs-Funktion

Die Leitachs-Folgeachs-Funktion eröffnet SERVOsoft einen völlig neuen Bereich der Optimierung - eine vollständige Leistungsgruppe. D.h. SERVOsoft optimiert eine gesamte mehrachsige Maschine oder einen Roboter.

Im Allgemeinen verwendet das häufigste Szenario bei der Optimierung der Leitachse das Optimierungsziel 'X-Achse: Zeit' für eine Leitachse mit konstanter Geschwindigkeit. Im Endeffekt bedeutet dies, dass der Optimizer die Zykluszeit der Leistungsgruppe reduziert, indem er die konstante Geschwindigkeit der Leitachse erhöht und dabei alle Randbedingungen erfüllt. Wenn man für die Leitachse jedoch eine Sequenz mit variabler Geschwindigkeit zulässt, wird die Optimierung auf ein noch höheres Niveau gehoben.

Der "Optimizer PRO" ist eine Option nur mit der SERVOsoft PRO-Version erhältlich. Diese beinhaltet CAM-Profile, die essenziell sind, um die Möglichkeiten des Optimizers voll ausschöpfen zu können.

Leitachse: Sequenz mit konstanter Geschwindigkeit

Das häufigste Optimierungsszenario für eine Leitachs-Folgeachs-Anwendung mit konstanter Geschwindigkeit ist wie folgt:

	Optimieren = 'X-Achse Zeit' Der Optimizer reduziert die Zykluszeit der Leitachse, welche auch die Zykluszeit der gesamten Leistungsgruppe darstellt.
	Algorithmus Populationsgröße Populationsgröße = 0 bedeutet für den Optimizer mit dem schon bestehenden Profil zu starten, ohne andere Profile zu testen und zu evaluieren. Eine Populationsgröße von 0 erfordert, dass das bestehende Profil alle Randbedingungen erfüllt, da der Optimizer immer mit einer Lösung starten muss, welche alle Beschränkungen einhält. Wenn die bestehende Sequenz nicht alle Randbedingungen erfüllt, wird keine Lösung gefunden, da der Optimizer andere Parametersätze nicht austestet wenn die Populationsgröße = 0 ist. Falls keine Lösung gefunden wird, können Sie die Populationsgröße auf 5 oder 10 setzen und noch einen Versuch starten.
	Algorithmus Schrittweiteneinstellungen Schrittweite Geschwindigkeit Das Setzen dieses Werts gibt dem Optimizer ein gewisses Maß an Detailgenauigkeit vor. Die Default-Werte sind in der Regel angemessen, passen Sie sie wie benötigt an, um mehr Genauigkeit zu erhalten, mehr Genauigkeit erfordert jedoch mehr Rechenzeit. Beim Optimieren 'X-Achse Zeit' wird die Schrittweite für die Dauer nicht benötigt. Für ein Segment mit konstanter Geschwindigkeit werden auch die Einstellungen für Beschleunigung und Ruck hinfällig, da sie immer gleich 0 sind.
	Zumindest eine Zusätzliche Randbedingung wird benötigt, da der Optimizer gegen eine Randbedingung andrückt, um die 'X-Achse Zeit' zu reduzieren. Die einfachste Randbedingung zum Hinzufügen ist: LG: Auslastung <= 90% Alle Parameter für alle Achsen müssen eine Auslastung <= 90% haben. Das Beispiel verwendet 90%, aber man kann irgendeinen Wert > 0 verwenden Evaluiert wird die Auslastung aller Komponenten für alle Achsen in der Leistungsgruppe einschließlich Einspeise- und Lüftermodulen, Antrieben, Motoren, Getrieben, Mechaniken, etc.
	Die Segment-Randbedingungen sehen für den Optimizer folgende limitierende Wertebereiche vor: Dauer Setzen Sie die limitierenden Min/Max-Werte oder entfernen Sie die Einträge (eine hellblau hinterlegte Randbedingung ist optional) Falls keine Min/Max-Werte gesetzt sind bedeutet das, die Randbedingung Dauer ist inaktiv, sodass andere Randbedingungen zu limitierenden Faktoren bei der Optimierung für die schnellste Zeit werden. Geschwindigkeit Setzen Sie die limitierenden Min/Max-Werte In unserem Beispiel ist der Bereich auf 36 - 120 °/s gesetzt, 36 °/s ist der gerade aktive Wert im Segment Anders als bei der Randbedingung Dauer werden die Min/Max-Werte der Randbedingung Geschwindigkeit benötigt, um dem Optimizer einen gültigen Bereich vorzugeben, innerhalb welcher er mit den Parametern spielen darf. Beschleunigung & Ruck Werden für ein Segment mit Konstantgeschwindigkeit nicht benötigt, da dort Beschleunigung und Ruck immer 0 sind.
	Vorgeschlagene Parameter Wenn Sie nicht sicher sind, wie Sie anfangen sollen, sind die Vorgeschlagenen Parameter ein guter Weg zu starten Die bestehenden Algorithmen, Segmente und zusätzlichen Randbedingungen werden mit den vorgeschlagenen Werten überschrieben Basierend auf dem Typ der Optimierung sind die vorgeschlagenen Parameter etwas „breiter“ und nicht zu präzise/zu eng, um den Optimizer eine gute Lösung finden zu lassen. Der Nachteil dabei ist, dass es etwas länger dauern kann, bis eine optimale Lösung gefunden ist.

Klicken Sie den Start-Button und in ein paar Sekunden ist die optimale Lösung gefunden…

Leitachse: Sequenz mit variabler Geschwindigkeit

Ein etwas ausgefeilterer Ansatz zur Optimierung einer mehrachsigen Maschine / eines mehrachsigen Roboters, bei dem die Leitachse das Tempo festlegt, besteht darin, die Geschwindigkeit der Leitachse in einem gewissen Bereich variieren zu lassen. Mit diesem Ansatz können noch schnellere Zykluszeiten erreicht werden. Dazu muss das einzelne Segment der konstanten Geschwindigkeit der Leitachse in zwei oder mehr Segmente aufgeteilt werden. Klicken Sie zunächst mit der rechten Maustaste auf das Segment und klicken Sie auf "Auswahl" -> "Segment Aufteilen".

Mit weniger Segmenten findet der Optimizer eine Lösung schneller, allerdings mit dem Kompromiss einer dann vielleicht nicht ganz so optimalen Lösung.

Jetzt mit 2 Segmenten können Sie auf den 'Optimizer PRO'-Button klicken und Folgendes einstellen.

	Optimieren = 'X-Achse Zeit' Der Optimizer reduziert die Zykluszeit der Leitachse, welche auch die Zykluszeit der gesamten Leistungsgruppe darstellt.
	Algorithmus Populationsgröße Populationsgrößee = 40 bedeutet, dass der Optimizer mit 40 zufällig gewählten Parametersätzen jeweils einen Optimierungslauf startet.
	Algorithmus Schrittweiteneinstellungen Schrittweite Geschwindigkeit, Beschleunigung & Ruck Das Setzen dieser Werte gibt dem Optimizer ein gewisses Maß an Detailgenauigkeit vor. Die Default-Werte sind in der Regel angemessenn, passen Sie sie wie benötigt an, um mehr Genauigkeit zu erhalten, mehr Genauigkeit erfordert jedoch mehr Rechenzeit Beim Optimieren 'X-Achse Zeit' wird die Schrittweite für die Dauer nicht benötigt
	Profil-Typ = Poly 1-5 (segmente) Der Optimizer versucht eine schnellere Zykluszeit unter Verwendung von Splines 5. Ordnung (bestehend aus Polynomen 5. Grades) zu finden Beachten Sie, dass die meisten gängigen Motion-Controller Polynom-Segmente bis zu Grad 5 verarbeiten können
	Zusätzliche Randbedingungen Doppelklicken Sie auf das 'Zusätzliche Randbedingungen'-Feld, um solche hinzuzufügen oder zu bearbeiten. Zumindest eine Zusätzliche Randbedingung wird benötigt, da der Optimizer gegen eine Randbedingung andrückt, um die 'X-Achse Zeit' zu reduzieren. Die einfachste Randbedingung zum Hinzufügen ist: LG: Auslastung <= 90% Alle Parameter für alle Achsen müssen eine Auslastung <= 90% haben. o Das Beispiel verwendet 90%, aber man kann irgendeinen Wert > 0 verwenden Evaluiert wird die Auslastung aller Komponenten für alle Achsen in der Leistungsgruppe einschließlich Einspeise- und Lüftermodulen, Antrieben, Motoren, Getrieben, Mechaniken, etc. Motor Max. Geschwindigkeitsreserve >= 10% Jeder Motor einer Achse muss eine Geschwindigkeitsreserve von >= 10% aufweisen Zusätzliche Randbedingungen für Folgeachse-Komponenten, wie z.B. "Motor Max. Drehmomentreserve" und "Motor Max. Geschwindigkeitsreserve" gelten für alle Motoren in der Leistungsgruppe. Dasselbe gilt für Einspeise- und Lüftermodule, Antriebe und Getriebe. Spline-Randbedingungen Um die Spline-Bewegung möglichst weich zu halten sind einige Spline-Randbedingungen nötig. Startgeschwindigkeit = Endgeschwindigkeit Stellt sicher, dass die Geschwindigkeit des Splines am Anfang dieselbe ist wie am Ende. Dies ist notwendig, da die Leitachse kontinuierlich läuft. Dazu können wir sogar einen Bereich einstellen, in dem diese Geschwindigkeit liegen darf, hier zwischen 54 °/s und 90 °/s. Startbeschleunigung = Endbeschleunigung Stellt sicher, dass die Beschleunigung des Splines am Anfang dieselbe ist wie am Ende. Das heißt, die Beschleunigung der Leitachse ist kontinuierlich und liegt in einem Bereich zwischen -800 °/s² und 800 °/s². Überschwinger beim Segment Weg Ermöglicht, dass die Verfahrwege für jedes Segment in einem Bereich variieren dürfen, d. h. die Segmente des Splines dürfen ihre vorgegebenen Verfahrwege unterschreiten oder überschreiten. Eine Begrenzung zwischen -10% und 10% ist ein guter Start für den ersten Lauf und bietet eine gewisse Flexibilität, jedoch nicht zu viel, damit die Berechnungen dennoch schnell ablaufen. Gesamtweg Stellt sicher, dass der Leitachsweg genau 360 ° beträgt.
	Die Segment-Randbedingungen sehen für den Optimizer folgende limitierende Wertebereiche vor: Dauer Setzen Sie die limitierenden Min/Max-Werte oder entfernen Sie die Einträge (eine hellblau hinterlegte Randbedingung ist optional) In diesem Beispiel ist der Bereich auf 2 - 3 s eingestellt, was bei 2 Segmenten bedeutet, die schnellst mögliche Zykluszeit ist 2 + 2 = 4 s, und die langsamste ist 3 + 3 = 6 s, natürlich unter der Annahme alle anderen Randbedingungen werden eingehalten. Falls keine Min/Max-Werte gesetzt sind bedeutet das, die Randbedingung Dauer ist inaktiv, also keine Randbedingung für den Optimizer beim Reduzieren der 'X-Achse Zeit'. Geschwindigkeit Setzen Sie die limitierenden Min/Max-Werte In unserem Beispiel ist der Bereich auf 36 - 120 °/s gesetzt, 36 °/s ist der gerade aktive Wert im Segment Beschleunigung Hier nicht angegeben, sodass der Optimizer alle Beschleunigungswerte verwenden darf, welche keine andere Randbedingung verletzen. Ruck In diesem Fall sehr hoch eingestellt, sodass der Ruck praktisch kein begrenzender Faktor ist.
	Vorgeschlagene Parameter Wenn Sie nicht sicher sind, wie Sie anfangen sollen, sind die Vorgeschlagenen Parameter ein guter Weg zu starten Die bestehenden Algorithmen, Segmente und zusätzlichen Randbedingungen werden mit den vorgeschlagenen Werten überschrieben Basierend auf dem Typ der Optimierung sind die vorgeschlagenen Parameter etwas „breiter“ und nicht zu präzise/zu eng, um den Optimizer eine gute Lösung finden zu lassen. Der Nachteil dabei ist, dass es etwas länger dauern kann, bis eine optimale Lösung gefunden ist.

Nach Klicken des 'Start'-Buttons erhält man vom Optimizer eine Lösung wie diese innerhalb ca. einer Minute:

Die Zykluszeit wurde hier nur durch Variieren des Geschwindigkeitsprofils der Leitachse von 5 Sekunden auf 4,2 Sekunden reduziert, während alle Positionen der Folgeachsen in Bezug auf die Position der Leitachse beibehalten wurden.

Optimierung Leitachs-Folgeachs-Funktion

Leitachse: Sequenz mit konstanter Geschwindigkeit

Leitachse: Sequenz mit variabler Geschwindigkeit

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