La prototipazione virtuale dei servomeccanismi
L’importanza della simulazione del servomeccanismo. Gli azionamenti vengono dimensionati sulla base di simulazioni dinamiche a corpi rigidi con leggi di moto nominali o per carichi di lavoro di riferimento stazionari. Il loro corretto funzionamento viene verificato però solo su un prototipo della macchina. L’utilizzo dei servomeccanismi comporta anche una maggiore complessità della progettazione del software di controllo, in quanto tutti i sincronismi sono garantiti solo dalle leggi di moto programmate, dette camme elettroniche. Il software di macchina deve comandare efficacemente le sequenze operative dei singoli azionamenti, le singole leggi di moto ed i cosiddetti cambi camma. Risulta chiaro come un ambiente di progettazione integrato diventi sempre più necessario per supportare le scelte progettuali di specialisti così diversi. In questo scenario interviene in aiuto dei progettisti la simulazione degli azionamenti e dell’intera macchina automatica con prototipi virtuali, al fine di dimensionare con maggiore precisione le caratteristiche del servoazionamento, potendone verificare il comportamento in risposta ai comandi del sistema di controllo.
Livello di dettaglio della simulazione. Il livello di dettaglio di un modello virtuale è un compromesso tra gli obiettivi della simulazione, le risorse impiegate nella modellazione ed il carico computazionale. Se occorre testare formalmente le logiche di controllo dell’intera macchina automatica occorre eseguire in real-time sia il prototipo virtuale che il sistema di controllo reale interfacciato Hardware in the Loop (HIL). Se lo scopo è invece l’ottimizzazione delle prestazioni di un servomeccanismo si ricorrerà ad un’analisi Multi Flexible Body Dynamics (MFBD) completamente virtuale. Per un’esecuzione real time i prototipi virtuali dei servoazionamenti devono essere definiti con modelli dinamici semplificati che però si interfaccino deterministicamente agli IOs logici del controllore, inclusi riferimenti e retroazioni del moto. Se invece occorre ottimizzare un particolare servomeccanismo si ricorre ad analisi MFBD che considerano la dinamica meccanica, includendo inerzie, attriti, giochi ed elasticità, in cosimulazione con un ambiente di modellazione della dinamica elettrica ed elettronica dell’azionamento e del controllore retroazionato. Questo approccio di simulazione ottimizza le prestazioni meccatroniche del servomeccanismo e la configurazione dei parametri, ma non può più essere eseguito in real time. In base allo specifico problema progettuale occorrerà quindi scegliere un buon compromesso tra modelli semplificati o complessi.
Risultati e sviluppi futuri. Allo stato attuale le leggi di moto reali dei servomeccanismi in condizioni di carico variabile sono valutate sperimentalmente con co-simulazioni MFBD, e poi integrate in modo computazionalmente efficiente nell’ambiente real time di prototipazione virtuale. È quindi possibile simulare il comportamento dei servoazionamenti sia da un punto di vista logico, sia sotto l’aspetto dinamico funzionale, unendo i processi di debug della logica ed ottimizzazione del funzionamento.
Risultati e sviluppi futuri. Allo stato attuale le leggi di moto reali dei servomeccanismi in condizioni di carico variabile sono valutate sperimentalmente con co-simulazioni MFBD, e poi integrate in modo computazionalmente efficiente nell’ambiente real time di prototipazione virtuale. È quindi possibile simulare il comportamento dei servoazionamenti sia da un punto di vista logico, sia sotto l’aspetto dinamico funzionale, unendo i processi di debug della logica ed ottimizzazione del funzionamento.
Autori: Luca Goldoni (LIAM), Gianluca Berghella (CRIT)
Articolo pubblicato su Automazione Integrata - Maggio 2013
