Servomotor

Servomotor

Tres modes de control dels servomotors:

• Mode de control de velocitat
• Mode de control de parell
• Mode de control de posició

Pel que fa a la velocitat de resposta dels servoaccionaments, el mode de parell implica la menor càrrega computacional, permetent la resposta més ràpida als senyals de control. El mode de posició requereix la majoria de càlculs, donant lloc a la resposta més lenta als senyals de control.

Quan s'exigeix ​​un alt rendiment dinàmic durant el moviment, es requereixen ajustos del motor-en temps real. Si el controlador mateix té una velocitat de processament lenta (p. ex., PLC o controladors de moviment de gamma baixa-), utilitzeu el mode de control de posició. Si el controlador té una velocitat de processament ràpida, es pot utilitzar el mode de velocitat. Això canvia el bucle de posició de la unitat al controlador, reduint la càrrega de treball de la unitat i millorant l'eficiència (p. ex., la majoria dels controladors de moviment de gamma mitjana--alta-). Si hi ha disponible un controlador de nivell-superior, també es pot utilitzar el mode de parell, allunyant també el bucle de velocitat de la unitat. Normalment, això només és factible amb controladors especialitzats-de gamma alta i, en aquests casos, no calen servomotors.

Mode de control de parell

El mode de control de parell estableix la magnitud del parell de sortida de l'eix del motor mitjançant l'entrada analògica externa o l'assignació d'adreça directa. Per exemple, si 10 V correspon a 5 Nm, establir l'entrada analògica externa a 5 V dóna com a resultat una sortida de l'eix del motor de 2,5 Nm: - Si la càrrega de l'eix del motor és inferior a 2,5 Nm, el motor gira cap endavant. - Quan la càrrega externa és igual a 2,5 Nm, el motor deixa de girar . -25 Si la càrrega supera el motor cap enrere.{{9}25 (Típicament es produeix en condicions-de càrrega gravitatòria). La magnitud del parell es pot ajustar modificant instantàniament la configuració de l'entrada analògica o alterant el valor de l'adreça corresponent mitjançant protocols de comunicació.

Aquesta aplicació s'utilitza principalment en dispositius de bobinat i desenrotllament amb requisits estrictes de força de material, com ara equips de bobinat de filferro o màquines de dibuix de fibra òptica. La configuració del parell s'ha d'ajustar dinàmicament en funció dels canvis en el radi del bobinat per garantir que la força del material es mantingui constant independentment de la variació del radi.

Mode de control de posició

El control de posició normalment determina la velocitat de rotació mitjançant la freqüència dels polsos d'entrada externa i calcula l'angle de rotació en funció del recompte de polsos. Alguns servos també admeten l'assignació directa de velocitat i desplaçament mitjançant protocols de comunicació. A causa del seu control precís tant de la velocitat com de la posició, aquest mode s'utilitza habitualment en sistemes de posicionament.

Les aplicacions inclouen màquines eina CNC, maquinària d'impressió, etc.

Mode de control de velocitat

La velocitat de rotació es pot controlar mitjançant entrada analògica o freqüència de pols. Quan s'integra amb el control PID de bucle exterior-exterior d'un controlador de-nivell superior, el mode de velocitat també pot realitzar el posicionament. Tanmateix, això requereix retroalimentar el senyal de posició del motor o el senyal de posició de la càrrega directa al controlador de-nivell superior per al càlcul. El mode de posició també admet la detecció directa del senyal de la posició final de càrrega-. En aquest cas, el codificador a l'extrem de l'eix del motor només supervisa la velocitat del motor, mentre que el senyal de posició és proporcionat per un dispositiu de detecció directament a l'extrem de càrrega final. Aquest enfocament redueix els errors introduïts pels mecanismes de transmissió intermedis, millorant la precisió general de posicionament del sistema.

Principi de funcionament dels motors lineals

Un motor lineal és un dispositiu d'accionament que converteix directament l'energia elèctrica en moviment mecànic lineal desplegant un camp magnètic tancat en un de obert, eliminant la necessitat de qualsevol mecanisme de conversió intermedi.

Estructura

L'estructura d'un motor lineal es pot visualitzar seccionant radialment un motor rotatiu [vegeu la figura . 3] i desplegant la seva circumferència en una línia recta. L'estator correspon al bobinatge primari del motor lineal, mentre que el rotor correspon al bobinatge secundari. Quan el corrent flueix a través de l'enrotllament primari, es genera un camp magnètic d'ona que viatja a l'entrefer entre els bobinatges primari i secundari. Aquest camp magnètic d'ona mòbil interacciona amb els imants permanents del bobinatge secundari per produir força motriu, aconseguint així un moviment lineal dels components en moviment. En els darrers anys, diversos països desenvolupats han començat a aplicar la tecnologia del motor lineal als sistemes d'accionament de moviment lineal de les màquines-eina CNC, substituint el tradicional servomotor + sistema d'accionament de cargol de boles, aconseguint un gran èxit.

Fig. 3 Secció transversal-radial d'un motor giratori

Comparació entre motors lineals i sistemes de moviment de motor rotatiu tradicional + cargol de boles

En els sistemes d'alimentació de màquines-eina, la distinció principal entre l'accionament directe amb motors lineals i la transmissió convencional del motor rotatiu rau en l'eliminació de components de transmissió mecànica entre el motor i la taula de treball (cadilla). Això redueix a zero la longitud de la cadena de transmissió d'alimentació de la màquina-eina, per tant, aquest mètode de transmissió també s'anomena "transmissió zero". Aquest enfocament de "transmissió zero" ofereix mètriques de rendiment i avantatges inabastables amb els accionaments de motor rotatiu convencionals.

1. Resposta d'alta-velocitat

Mitjançant l'eliminació dels components de la transmissió mecànica amb constants de temps de resposta importants (com ara els cargols de boles), el rendiment global de la resposta dinàmica del sistema de control de llaç-tancat es millora molt, la qual cosa permet reaccions excepcionalment ràpides i sensibles.

2. Precisió

El sistema d'accionament lineal elimina el joc de transmissió i els errors causats per components mecànics com els cargols de plom, reduint els errors de seguiment durant el moviment d'interpolació que resulten del retard del sistema de transmissió. Mitjançant el control de retroalimentació de detecció de posició lineal, la precisió de posicionament de les màquines-eina es pot millorar significativament.

3. Alta Rigidesa Dinàmica

L'enfocament "d'accionament directe" elimina el retard de moviment causat per la deformació elàstica, el desgast per fricció i el joc en els enllaços de transmissió intermedis durant l'arrencada, els canvis de velocitat i les inversions direccionals. Això també millora la rigidesa de la transmissió.

4. Alta velocitat i cicles curts d'acceleració/desacceleració

Desenvolupats originalment per a trens de levitació magnètica (aconseguint velocitats de fins a 500 km/h), els motors lineals compleixen sense esforç les velocitats d'alimentació ultra-altes (60-100 m/min o més) que exigeixen el mecanitzat d'alta-velocitat. El seu disseny de "transmissió zero" ofereix una capacitat de resposta d'alta-velocitat excepcional, escurçant dràsticament els cicles d'acceleració i desacceleració. Això permet l'arrencada instantània d'alta-velocitat i una parada precisa i instantània durant el funcionament d'alta-velocitat. S'aconsegueixen altes taxes d'acceleració/desacceleració, que normalment arriben de 2 a 10 g (g=9.8m/s²), mentre que els accionaments de cargol de rodets generalment només aconsegueixen una acceleració màxima de 0,1 a 0,5 g.

5. Longitud de traç il·limitada

En connectar motors lineals en sèrie al llarg del rail guia, la longitud de la carrera es pot allargar indefinidament.

6. Funcionament silenciós amb baix soroll

Eliminant la fricció mecànica de components com els cargols de transmissió i utilitzant guies de rodament o guies de levitació magnètica (sense contacte mecànic), el soroll operatiu es redueix significativament.

7. Alta eficiència

L'absència d'elements de transmissió intermedis elimina la pèrdua d'energia per fricció mecànica, millorant substancialment l'eficiència de la transmissió.

A la taula 1-1 es mostra una comparació entre motors lineals i motors rotatius tradicionals:

Comparació de motors lineals i motors rotatius convencionals