Entendiendo el control jerk

El procesamiento digital de señales con circuitos de computador y software ha motivado a los ingenieros de control a realizar algoritmos de control con mayor capacidad, que incluyen el control de sacudida o jerk. Hoy, ‘servo’ puede definirse como el uso de una retroalimentación negativa para la posición, velocidad, aceleración y  jerk de cargas inerciales.

Jerk es la tasa basada en el tiempo del cambio de aceleración. Se trata de la aceleración de la aceleración.

El  jerk actúa sobre la aceleración para suavizar la velocidad. Los pasos --esquinas agudas en valores de comando-- tienden a estimular los sistemas mecánicos para oscilar a sus frecuencias naturales (resonancia). A mayor paso crece esta tendencia. Si un sistema no es rígido en relación con el desempeño que se espera de él, el control sobre el  jerk puede redondear las esquinas de velocidad. Esto reduce las amplitudes de las frecuencias que estimulan la oscilación de resonancia. Como resultado, los factores de aceleración pueden ajustarse en un valor más alto.

Con factores de aceleración más altos, una herramienta puede hacer transiciones a una tasa más rápida entre esquinas y contornos transversales de curvatura en constante cambio, y hacerlo más suavemente cuando se inclinan las esquinas, tanto de la aceleración longitudinal como lateral. De modo que el  jerk ahora es otro aspecto que permite obtener un mejor desempeño --uno que puede trabajar con otras características de control para mejorar el rendimiento--. En el caso del control 840D, de Siemens, por ejemplo, el control  jerk trabaja con suavización adicional en el controlador de velocidad del servo-drive (una característica llamada Control de Posición Avanzado). Sin embargo, estos detalles, como muchos detalles prácticos del servo-control avanzado, deben ser transparentes para el usuario final interesado en una remoción de material rápida, suave y precisa.

El control  jerk resulta menos importante si un sistema mecánico es muy rígido. Aquí, rigidez significa que el sistema tiene frecuencias naturales altas que no son fáciles de excitar. Todos estos términos son relativos al rendimiento de diseño. De modo que, al final, uno puede tener un sistema menos rígido que continúa ofreciendo buena estabilidad cuando el CNC está provisto del control  jerk. Muchas máquinas grandes son inherentemente inestables porque se agitan a frecuencias muy bajas. Estas máquinas resultan particularmente difíciles de estabilizar lo suficiente como para lograr tasas de producción comerciales. Sin el control  jerk y sin otros métodos de filtración, ellas podrían no ser prácticas en el contexto de los requerimientos de hoy, por tiempos de ciclo más cortos, mayor precisión y mejor acabado superficial.

Normalmente, la elección de tener el control  jerk encendido o apagado la toma el fabricante de máquinas-herramienta cuando se usa una filosofía particular para sintonizar los servos individuales. Por eso decimos que, a gran escala, muchos puntos finos de los servo algoritmos de un CNC son transparentes para el usuario final. Un factor que debería ser de mayor importancia es el soporte que el fabricante de máquinas-herramienta recibe del proveedor de controles en la optimización de la máquina como un todo.

En una máquina que toma ventaja de esta capacidad es posible ver el control  jerk en acción --y no sólo en las esquinas--. Algunas personas tienen dificultad para entender cómo los ejes se desaceleran en las transiciones tangenciales. Parece como si el patrón debiera ser continuo. Sin embargo, en una transición tangencial ocurre un cambio en la curvatura. Tal cambio requiere un cambio de paso en los lados que actúan sobre la aceleración. Piense en manejar a través del punto central de una curva en S a alta velocidad. Primero, usted es halado a un lado y luego al otro. Cuando este mismo efecto en la máquina-herramienta amenaza exceder un límite ajustado por el fabricante de la máquina-herramienta, el CNC disminuye su tasa de avance para tomar la transición a un  jerk más apropiado.