Modelagem da malha de controle de um eixo da máquina de corte de tecido multicamadas

Abstract

Neste trabalho são apontados os principais tópicos para elaboração de um projeto para máquina de corte de tecido multicamadas, trazendo informações importantes para a modelagem da malha de controle do eixo Z, um dos eixos responsáveis pelo movimento da faca dentro do material cortado. O projeto inicia após verificar quantos eixos serão controlados simultaneamente e, com isso em mente, um controlador compatível deve ser estipulado. Este controlador é o cérebro do equipamento e, portanto, precisa ter capacidade de controle e processamento compatível com a aplicação. Após a definição do controlador, o próximo passo é estipular os inversores e servodrivers utilizados. Geralmente servodrivers são utilizados para movimentos precisos em que o encoder pode, ou não, ser incorporado ao próprio eixo do motor em construção única, já os inversores são utilizados em aplicações onde o torque ou a velocidade são as funções principais e o posicionamento possui tolerância maior se comparado com servodrivers. Em seguida, uma breve referência aos tipos de controlador de erro e às constantes de erro é fornecida, trazendo as principais características dos controladores proporcional (P), proporcional-integrativo (PI) e proporcional-integrativo-derivativo (PID) e como as constantes de erro de posição (KP), velocidade (KV) e aceleração (KA) se relacionam com a resposta. O foco então se torna em modelar o eixo Z, trazendo abordagens de autores renomados da área como Ogata e Bishop. Para elaborar o modelo, os autores propõem técnicas analíticas e práticas que, quando unidas ao experimento empírico, permitem a elaboração de um modelo viável para a aplicação. O modelo é submetido a testes no simulador Octave, que gera entradas do tipo degrau, rampa e parábola, para analisar o comportamento do PID em malha fechada com a função transferência do eixo. O fabricante do CLP fornece documentação para auxiliar na obtenção das constantes de erro, utilizadas para adequar dinamicamente os ganhos do controlador PID integrado ao controlador de eixo. Por fim, é trazida para a teoria as constantes de erro obtidas através deste método, mostrando o comportamento do modelo para os valores obtidos empiricamente com o intuito de validar a teoria proposta.

In this work, the main topics for designing a multilayer fabric cutting machine project are outlined, providing important information for modeling the control loop of the Z-axis, one of the axes responsible for the knife’s movement within the cut material. The project begins by determining how many axes will be controlled simultaneously, and, with this in mind, a compatible controller must be chosen. This controller serves as the brain of the equipment and, therefore, must have control and processing capabilities suited to the application. After defining the controller, the next step is to specify the inverters and servo drives to be used. Servo drives are generally employed for precise movements, where the encoder may or may not be integrated into the motor's shaft as a single construction. Inverters, on the other hand, are used in applications where torque or speed are the primary functions, and positioning has greater tolerance compared to servo drives. Subsequently, a brief reference is made to the types of error controllers and error constants, highlighting the main characteristics of proportional (P), proportional-integrative (PI), and proportional-integrative-derivative (PID) controllers. It also explains how position error constants (KP), speed error constants (KV), and acceleration error constants (KA) relate to the system's response. The focus then shifts to modeling the Z-axis, presenting approaches by renowned authors in the field, such as Ogata and Bishop. To develop the model, the authors propose analytical and practical techniques that, when combined with empirical experimentation, enable the creation of a viable model for the application. The model is subjected to tests in the Octave simulator, which generates step, ramp, and parabolic inputs to analyze the behavior of the PID in a closed-loop system with the axis's transfer function. The PLC manufacturer provides documentation to assist in obtaining the error constants, which are used to dynamically adjust the gains of the PID controller integrated into the axis controller. Finally, the error constants obtained through this method are incorporated into the theory, demonstrating the model's behavior based on the empirically obtained values to validate the proposed theory.