BlockWerk Documentatie
ENNLDEFRESZH
Start Canvas
🏗

Input Shaper

Dynamics

Het InputShaper-blok elimineert ongewenste mechanische trillingen en pendelbewegingen bij snelle positieverplaatsingen. Wanneer een portaalkraan zijn loopkat met een plotselinge versnelling verplaatst, begint de hangende last hevig te slingeren en moet de machinist wachten tot de oscillatie is uitgedempt. Een input shaper splitst hetzelfde verplaatsingscommando op in twee (ZV) of drie (ZVD) kleinere stappen, precies een halve slingerperiode van elkaar getimed: de eerste stap brengt een slingerbeweging op gang, de tweede stap initieert een exacte tegenfase-oscillatie, waardoor beide slingeringen elkaar volledig uitdoven. De last bereikt zijn eindpositie zonder na-ijlen of slingeren.

De prijs is een geringe vertraging — elke verplaatsing duurt een halve slingerperiode langer (ZV) of een hele periode (ZVD) — en systeemkennis: de shaper moet de eigenfrequentie van de last kennen. Zero Vibration (ZV) is het snelst maar reageert gevoelig op frequentie-afwijkingen; Zero Vibration and Derivative (ZVD) duurt tweemaal zo lang maar tolereert een variatie van circa 15 % in bijvoorbeeld de kabellengte.

Simuleren in BlockWerk

Interactieve sandbox direct in je browser — geen installatie, aangedreven door WebAssembly.

Simuleren in BlockWerk →

Wiskundig Model

ωd=ωn1−ζ2,td=πωd,K=e−ζπ/1−ζ2\omega_d = \omega_n\sqrt{1-\zeta^2}, \quad t_d = \frac{\pi}{\omega_d}, \quad K = e^{-\zeta\pi/\sqrt{1-\zeta^2}}
ZV: y(t)=u(t)+K u(t−td)1+K,ZVD: y(t)=u(t)+2K u(t−td)+K2 u(t−2td)(1+K)2\text{ZV: } y(t) = \frac{u(t) + K\,u(t - t_d)}{1 + K}, \qquad \text{ZVD: } y(t) = \frac{u(t) + 2K\,u(t - t_d) + K^2\,u(t - 2t_d)}{(1 + K)^2}

Waarbij:

  • u (ingang Cmd) het ongevormde stuurcommando is.
  • y (uitgang Shaped) het gevormde stuurcommando is dat naar de motoraandrijving gaat.
  • A₁, A₂, A₃ (uitgangen) de berekende impulsamplitudes zijn (sommeren exact tot 1).
  • T (uitgang) de extra bewegingstijd is: tdt_d voor ZV, 2td2t_d voor ZVD.

Vertraagde signalen worden met lineaire interpolatie uitgelezen uit een intern geheugen van 8192 samples (81.9 s bij de standaard 0.01 s sampletijd).

Ingangen & Uitgangen

Direction ID Label Type Status
→ In in1 Cmd number Required
← Out shaped Shaped number Output
← Out pulse1 A₁ number Output
← Out pulse2 A₂ number Output
← Out pulse3 A₃ number Output
← Out shaperTime T number Output

Parameters

Parameters Label Type Standaard Beschrijving
naturalFreq Natural Frequency (ωₙ) number 0.5 Undamped natural frequency of the load; √(g/L) for a pendulum of length L
damping Damping Ratio (ζ) number 0.05 Damping ratio of the load; crane pendulums are typically 0.01 to 0.1
shaperType Shaper Type select ZV ZV is fastest but sensitive to a wrong frequency; ZVD takes twice as long and tolerates about 15 % error

Gebruiksvoorbeelden

Slinger-vrije Kraanbeweging

Een stapverplaatsing van 10 meter stuurt twee identieke slingers aan (ωn=0.5 rad/s,ζ=0.05\omega_n = 0.5\text{ rad/s}, \zeta = 0.05). Het ongefilterde commando veroorzaakt een overshoot van bijna 100% en blijft minutenlang na-oscilleren. Aangestuurd via de ZV-shaper stopt de last na 6.3 seconden exact op positie zonder enige resttrilling.

Pick-and-Place Robotarm

Onderdrukking van structurele resonantie van een flexibele industriële robotarm bij snelle punt-naar-punt translaties.

Opmerkingen & Best Practices

  • Feedforward principe: Input shaping werkt op het stuurcommando buiten de regellus; het voorkomt trillingen die door de eigen beweging ontstaan, maar kan externe windstoten niet compenseren.
  • Trapvormige signalen: Een gevormde stap bestaat uit twee of drie discrete sprongen; gebruik een RateLimiter achter de shaper indien de omvormer geen stapsgewijze versnellingssprongen toelaat.
  • Frequentie-afstemming: Bepaal de slingerperiode PP van een vrije slinger en stel ωn=2π/P\omega_n = 2\pi/P in.

Gerelateerde Componenten