Servomotor

Servomotor

Trei moduri de control ale servomotoarelor:

• Modul de control al vitezei
• Modul de control al cuplului
• Modul de control al poziţiei

În ceea ce privește viteza de răspuns a servomotor, modul de cuplu implică cea mai mică sarcină de calcul, permițând cel mai rapid răspuns la semnalele de control. Modul de poziție necesită cele mai multe calcule, rezultând cel mai lent răspuns la semnalele de control.

Când se solicită performanță dinamică ridicată în timpul mișcării, sunt necesare ajustări-motoarelor în timp real. Dacă controlerul însuși are viteză de procesare lentă (de exemplu, PLC sau controlere de mișcare-low-end), utilizați modul de control al poziției. Dacă controlerul are viteză de procesare rapidă, poate fi utilizat modul viteză. Acest lucru schimbă bucla de poziție de la unitate la controler, reducând sarcina de lucru a unității și îmbunătățind eficiența (de exemplu, majoritatea controlerelor de mișcare-la-înalte-). Dacă este disponibil un controler superior-de nivel superior, poate fi folosit și modul de cuplu, deplasând și bucla de viteză departe de unitate. Acest lucru este de obicei fezabil numai cu controlere specializate-de ultimă generație și, în astfel de cazuri, servomotoarele nu sunt deloc necesare.

Modul de control al cuplului

Modul de control al cuplului setează mărimea cuplului de ieșire a arborelui motor prin intrarea analogică externă sau atribuirea directă a adresei. De exemplu, dacă 10 V corespunde la 5 Nm, setarea intrării analogice externe la 5 V are ca rezultat o ieșire a arborelui motorului de 2,5 Nm: - Dacă sarcina arborelui motorului este mai mică de 2,5 Nm, motorul se rotește înainte. - Când sarcina externă este egală cu 2,5 Nm, motorul se oprește în rotație{{9} 2 Dacă sarcina se rotește {{9} 25 Nm. înapoi (de obicei apare în condiții de{11}}gravitație). Mărimea cuplului poate fi ajustată prin modificarea instantanee a setării intrării analogice sau prin modificarea valorii adresei corespunzătoare prin protocoalele de comunicare.

Această aplicație este utilizată în principal în dispozitivele de înfășurare și derulare cu cerințe stricte de forță a materialului, cum ar fi echipamentele de înfășurare a sârmei sau mașinile de desenat cu fibră optică. Setările cuplului trebuie ajustate dinamic pe baza modificărilor razei de înfășurare pentru a se asigura că forța materialului rămâne constantă, indiferent de variația razei.

Modul de control al poziției

Controlul poziției determină de obicei viteza de rotație prin frecvența impulsurilor introduse extern și calculează unghiul de rotație pe baza numărului de impulsuri. Unele servo-uri acceptă, de asemenea, atribuirea directă a vitezei și a deplasării prin protocoale de comunicare. Datorită controlului său precis asupra vitezei și poziției, acest mod este utilizat în mod obișnuit în sistemele de poziționare.

Aplicațiile includ mașini-unelte CNC, mașini de imprimat etc.

Modul de control al vitezei

Viteza de rotație poate fi controlată prin intrare analogică sau frecvența impulsurilor. Atunci când este integrat cu controlul PID al buclei exterioare-al unui controler de-nivel superior-, modul de viteză poate efectua și poziționarea. Cu toate acestea, aceasta necesită reintroducerea semnalului de poziție al motorului sau a semnalului de poziție al sarcinii directe către controlerul-de nivel superior pentru calcul. Modul de poziție acceptă, de asemenea, detectarea directă-a semnalului de poziție finală. În acest caz, codificatorul de la capătul arborelui motor monitorizează doar turația motorului, în timp ce semnalul de poziție este furnizat de un dispozitiv de detectare direct la capătul final al sarcinii. Această abordare reduce erorile introduse de mecanismele de transmisie intermediare, sporind precizia generală de poziționare a sistemului.

Principiul de funcționare al motoarelor liniare

Un motor liniar este un dispozitiv de antrenare care convertește direct energia electrică în mișcare mecanică liniară prin desfășurarea unui câmp magnetic închis într-unul deschis, eliminând necesitatea oricăror mecanisme de conversie intermediare.

Structura

Structura unui motor liniar poate fi vizualizată prin secționarea radială a unui motor rotativ [vezi Fig. 3] și desfășurarea circumferinței acestuia într-o linie dreaptă. Statorul corespunde înfășurării primare a motorului liniar, în timp ce rotorul corespunde înfășurării secundare. Atunci când curentul trece prin înfășurarea primară, se generează un câmp magnetic cu undă de călătorie în spațiul de aer dintre înfășurările primare și secundare. Acest câmp magnetic cu undă de călătorie interacționează cu magneții permanenți din înfășurarea secundară pentru a produce forță motrice, realizând astfel mișcarea liniară a componentelor în mișcare. În ultimii ani, mai multe țări dezvoltate au început să aplice tehnologia motoarelor liniare sistemelor de acționare a mișcării liniare ale mașinilor-unelte CNC, înlocuind sistemul tradițional de servomotor + șurub cu bile, obținând un succes extraordinar.

Fig. 3 Secțiune transversală-radială a unui motor rotativ

Comparație între motoarele liniare și sistemele tradiționale de mișcare cu motor rotativ + șurub cu bile

În sistemele de alimentare a mașinilor-unelte, distincția principală între acționarea directă folosind motoare liniare și transmisia convențională cu motor rotativ constă în eliminarea componentelor de transmisie mecanică dintre motor și masa de lucru (șa). Aceasta reduce lungimea lanțului de transmisie a alimentării mașinii-unelte la zero, de aceea această metodă de transmisie este denumită și „transmisie zero”. Această abordare cu „transmisie zero” oferă parametri de performanță și avantaje de neatins cu acționările convenționale cu motor rotativ.

1. Răspuns de mare-viteză

Prin eliminarea componentelor transmisiei mecanice cu constante de timp de răspuns semnificative (cum ar fi șuruburi cu bile), performanța generală a răspunsului dinamic al sistemului de control-în buclă închisă este mult îmbunătățită, permițând reacții excepțional de rapide și sensibile.

2. Precizie

Sistemul de antrenare liniar elimină jocul de transmisie și erorile cauzate de componentele mecanice precum șuruburile de plumb, reducând erorile de urmărire în timpul mișcării de interpolare care rezultă din întârzierea sistemului de transmisie. Prin controlul feedback-ului cu detecția liniară a poziției, precizia de poziționare a mașinilor-unelte poate fi îmbunătățită semnificativ.

3. Rigiditate dinamică ridicată

Abordarea cu „acționare directă” elimină întârzierea mișcării cauzată de deformarea elastică, uzura prin frecare și jocul în legăturile intermediare de transmisie în timpul pornirii, schimbărilor de viteză și inversării direcției. Acest lucru îmbunătățește și rigiditatea transmisiei.

4. Viteză mare și cicluri scurte de accelerare/decelerare

Dezvoltate inițial pentru trenurile cu levitație magnetică (atingând viteze de până la 500 km/h), motoarele liniare îndeplinesc fără efort ratele de avans ultra-înalte (60–100 m/min sau mai mari) cerute de prelucrarea cu viteză mare-. Designul lor cu „transmisie zero” oferă o capacitate de răspuns excepțională la-viteză mare, scurtând drastic ciclurile de accelerare și decelerare. Acest lucru permite pornirea-instantanee cu viteză mare și oprirea precisă și instantanee în timpul funcționării cu viteză mare-. Rate mari de accelerație/decelerație sunt realizabile, atingând de obicei 2–10 g (g=9.8m/s²), în timp ce antrenările cu șurub cu role ating în general doar accelerația maximă de 0,1–0,5 g.

5. Lungime nelimitată a cursei

Prin conectarea motoarelor liniare în serie de-a lungul șinei de ghidare, lungimea cursei poate fi prelungită la nesfârșit.

6. Funcționare silențioasă cu zgomot redus

Prin eliminarea frecării mecanice de la componente precum șuruburile de transmisie și prin utilizarea ghidajelor de rulare sau a ghidajelor de levitație magnetică (fără contact mecanic), zgomotul de funcționare este redus semnificativ.

7. Eficiență ridicată

Absența elementelor intermediare de transmisie elimină pierderile de energie din frecare mecanică, îmbunătățind substanțial eficiența transmisiei.

O comparație între motoarele liniare și motoarele rotative tradiționale este prezentată în Tabelul 1-1:

Comparație între motoare liniare și motoare rotative convenționale