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#Tendances produits
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Conseils pour le choix de systèmes de positionnement linéaire de haute précision : Partie 3
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Conception de la platine, de l'entraînement et du codeur.
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Les éléments qui composent votre système de positionnement de haute précision - roulements, système de mesure de la position, système de moteur et d'entraînement, et contrôleur - doivent fonctionner ensemble aussi bien que possible. La partie 1 couvrait la base du système et les roulements. La partie 2 traitait de la mesure de la position. Nous aborderons ici la conception de la platine, de l'entraînement et du codeur, l'amplificateur d'entraînement et les contrôleurs.
Les trois méthodes couramment utilisées pour assembler des platines linéaires lors de l'utilisation de codeurs linéaires :
- L'entraînement et le codeur sont positionnés dans ou aussi près que possible du centre de masse du chariot.
- L'entraînement est situé au centre de la masse ; le codeur se fixe sur un côté.
- L'entraînement est situé d'un côté ; le codeur, de l'autre.
Dans le système idéal, l'entraînement se trouve au centre de la masse de la glissière avec le codeur. Cependant, cela n'est généralement pas pratique. Le compromis habituel consiste à placer l'entraînement légèrement décalé d'un côté et le codeur légèrement décalé de l'autre. Cela donne une bonne approximation d'un entraînement central avec le retour de mouvement à côté du système d'entraînement. Les entraînements centraux sont préférables parce que la force d'entraînement n'introduit pas de vecteurs de force indésirables dans la glissière pour provoquer une torsion ou un armement. Étant donné que le système de roulement contraint fortement la glissière, l'armement entraînerait une augmentation de la friction, de l'usure et de l'imprécision de la position de la charge.
Une autre méthode consiste à utiliser un système de type portique avec deux entraînements, un de chaque côté du chariot. La force d'entraînement qui en résulte émule un entraînement central. Avec cette méthode, vous pouvez placer le retour de position au centre. Si cela est impossible, vous pouvez placer des encodeurs de chaque côté et contrôler la table à l'aide d'un logiciel spécial pour les systèmes à portique.
Amplificateur d'entraînement
Les amplificateurs d'asservissement reçoivent des signaux de commande, généralement ±10 Vdc, du contrôleur et fournissent une tension de fonctionnement et une sortie de courant au moteur. En général, il existe deux types d'amplificateurs de puissance : l'amplificateur linéaire et l'amplificateur à modulation de largeur d'impulsion (PWM).
Les amplificateurs linéaires sont inefficaces et sont donc principalement utilisés sur les variateurs de faible puissance. Les principales limites à la capacité de traitement de la puissance de sortie d'un amplificateur linéaire sont les caractéristiques thermiques de l'étage de sortie et les caractéristiques de claquage des transistors de sortie. La puissance dissipée de l'étage de sortie est le produit du courant et de la tension aux bornes des transistors de sortie. Les amplificateurs PWM, en revanche, sont efficaces et sont généralement utilisés pour des puissances supérieures à 100 W. Ces amplificateurs commutent la tension de sortie à des fréquences allant jusqu'à 50 MHz. La valeur moyenne de la tension de sortie est proportionnelle à la tension de commande. L'avantage de ce type est que la tension est activée et désactivée, ce qui augmente considérablement la capacité de dissipation de puissance.
Une fois que vous avez choisi le type d'amplificateur, l'étape suivante consiste à s'assurer que l'amplificateur peut fournir le courant continu et la tension de sortie nécessaires aux niveaux requis pour la vitesse de rotation maximale du moteur (ou la vitesse linéaire pour les moteurs linéaires) de l'application.
Pour les moteurs linéaires sans balais, vous pouvez faire une autre distinction entre les amplificateurs. Deux types de commutation de moteur sont généralement utilisés : trapézoïdale et sinusoïdale. La commutation trapézoïdale est un type de commutation numérique dans lequel le courant de chacune des trois phases est activé ou désactivé. Cette commutation est généralement assurée par des capteurs à effet Hall implantés dans le moteur. Des aimants externes déclenchent les capteurs. Cependant, la relation entre les capteurs à effet Hall, les enroulements de la bobine et les aimants est critique et implique toujours une petite tolérance de position. Le temps de réponse des capteurs est donc toujours légèrement déphasé par rapport aux positions réelles des bobines et des aimants. Cela entraîne une légère variation dans l'application du courant aux bobines, ce qui provoque des vibrations inévitables.
La commutation trapézoïdale est moins adaptée au balayage très précis et aux applications à vitesse constante. Cependant, elle est moins coûteuse que la commutation sinusoïdale et est donc largement utilisée pour les systèmes à grande vitesse, point à point ou sur des systèmes où la régularité du mouvement n'affecte pas le traitement.
Avec la commutation sinusoïdale, il n'y a pas de commutation marche-arrêt. Au contraire, grâce à une commutation électronique, le déphasage de 360 degrés du courant des trois phases est modulé selon un schéma sinusoïdal. Il en résulte une force régulière et constante de la part du moteur. La commutation sinusoïdale est donc bien adaptée à la réalisation de contours de précision et aux applications nécessitant une vitesse constante précise, comme les utilisations de balayage et de vision.
Contrôleurs
Il existe plus de catégories de contrôleurs que nous ne pouvons en discuter de manière adéquate ici. Fondamentalement, les contrôleurs peuvent être répartis en plusieurs catégories selon le langage de programmation et la logique de commande.
Les contrôleurs logiques programmables (PLC) utilisent un schéma logique "ladder". Ils sont principalement utilisés pour contrôler de multiples fonctions d'entrée/sortie (E/S) discrètes, bien que certains offrent des capacités limitées de contrôle du mouvement.
Les systèmes de commande numérique (CN) sont programmés via un langage standard de l'industrie, le RS274D ou une variante. Ils peuvent effectuer des mouvements complexes tels que des formes sphériques et hélicoïdales avec une commande à axes multiples.
Les systèmes non-NC utilisent une variété de systèmes d'exploitation propriétaires comprenant des programmes d'interface faciles à utiliser pour les profils de mouvement de base. La plupart de ces contrôleurs consistent en un module de base sans écran ni clavier. Le contrôleur communique avec un hôte via un port RS-232. L'hôte peut être un ordinateur personnel (PC), un terminal non intelligent ou une unité de communication portable.
Presque tous les contrôleurs modernes sont des contrôleurs numériques. Ils offrent un niveau de fiabilité et de facilité d'utilisation qui était inconnu des contrôleurs analogiques. L'information sur la vitesse est généralement dérivée du signal de position de l'axe. Tous les paramètres d'asservissement sont réglés par logiciel plutôt que de devoir ajuster laborieusement les "pots" des amplificateurs d'entraînement, qui ont tendance à dériver après utilisation et avec les changements de température. La plupart des contrôleurs modernes offrent également un réglage automatique de tous les paramètres d'asservissement des axes.
Les contrôleurs les plus avancés incluent également le traitement distribué et la commande d'axe par processeur de signal numérique (DSP). Un DSP est en fait un processeur spécialement conçu pour effectuer des calculs mathématiques très rapidement (au moins dix fois plus vite qu'un microprocesseur). Cela permet d'obtenir des temps d'échantillonnage des servos de l'ordre de 125 msec. L'avantage est un contrôle précis de l'axe pour une commande à vitesse constante et un contourage en douceur.
Un algorithme de filtre proportionnel, intégral et dérivé (PID) et une avance de vitesse et d'accélération améliorent la commande d'asservissement de l'axe. En outre, la programmation de la courbe en S des profils d'accélération et de décélération permet de contrôler les secousses qui accompagnent généralement le démarrage et l'arrêt du mouvement de la table. Le fonctionnement est ainsi plus régulier et mieux contrôlé, ce qui se traduit par des temps de stabilisation plus rapides pour la position et la vitesse.
Les contrôleurs comprennent également des capacités étendues d'entrée/sortie numériques ou analogiques. Le programme ou le sous-programme de l'utilisateur peut être modifié en fonction des informations de position, de temps ou d'état, des valeurs des variables, des opérations mathématiques, des événements d'E/S externes ou internes ou des interruptions d'erreur. Le processus de l'utilisateur peut être facilement automatisé.
En outre, la plupart des contrôleurs peuvent augmenter la résolution du retour de position par multiplication électronique. Bien que la multiplication 4× soit courante, certains contrôleurs avancés peuvent multiplier jusqu'à 256×. Bien que cela n'apporte aucune amélioration de la précision, cela permet une réelle augmentation de la stabilité de la position de l'axe et - plus important dans de nombreuses utilisations - de la répétabilité.
Dans votre approche globale, outre les facteurs mentionnés ci-dessus, vous devez tenir compte d'autres facteurs susceptibles de modifier les décisions relatives aux composants, tels que le budget, l'environnement, la durée de vie, la facilité d'entretien, le MTBF et les préférences de l'utilisateur final. L'approche modulaire permet d'assembler des systèmes à partir de composants standard, facilement disponibles, qui répondront aux exigences des applications les plus exigeantes si un système est analysé à la base pour la compatibilité globale des composants.