Panoramica sul controllo del movimento

Il controllo del movimento, un sottocampo dell'automazione, è diventato sempre più diffuso nei settori in cui è richiesta una manipolazione precisa del movimento dei sistemi meccanici.

Poiché si prevede che il mercato globale del controllo del movimento crescerà fino a 21,95 miliardi di dollari entro il 2031, non sorprende che un numero sempre maggiore di aziende stia implementando vari sistemi di controllo del movimento, come i servomotori e gli azionamenti.

Che cos'è il controllo del movimento?

Il controllo del movimento, chiamato anche "robotica", viene utilizzato nei processi industriali per spostare un carico specifico in modo controllato. I sistemi di controllo del movimento possono utilizzare tecnologie di attuazione pneumatiche, idrauliche o elettromeccaniche.

La scelta del tipo di attuatore (cioè del dispositivo che fornisce l'energia per spostare il carico) si basa sui requisiti di potenza, velocità, precisione e costo. I sistemi elettromeccanici sono tipicamente utilizzati in applicazioni ad alta precisione, a bassa o media potenza e ad alta velocità. Questi sistemi sono flessibili, efficienti ed economici. I motori sono gli attuatori utilizzati nei sistemi elettromeccanici.

Attraverso l'interazione di campi elettromagnetici, generano potenza. Questi motori forniscono un movimento rotatorio o lineare. Ecco una rappresentazione grafica di un tipico servosistema:

Questo tipo di sistema è un sistema di retroazione, utilizzato per controllare la posizione, la velocità e/o l'accelerazione. Il controllore contiene gli algoritmi per chiudere il loop desiderato (tipicamente posizione o velocità) e gestisce anche l'interfacciamento della macchina con ingressi/uscite, terminali, ecc.

L'azionamento o l'amplificatore chiude gli anelli interni (tipicamente velocità o corrente) e rappresenta il convertitore di potenza elettrica che aziona il motore in base ai segnali di riferimento del controllore. Il motore può essere di tipo brushed o brushless, rotativo o lineare.

Il motore è l'attuatore elettromagnetico vero e proprio, che genera le forze necessarie per spostare il carico. Sul motore e/o sul carico sono montati elementi di retroazione come tachimetri, lvdt, encoder e resolver, per chiudere i vari loop di asservimento.

ADVANCED Progettazione e produzione di controlli di movimento servoazionamenti e amplificatori da utilizzare nei servosistemi. I servoazionamenti e gli amplificatori sono ampiamente utilizzati nei sistemi di controllo del movimento in cui è richiesto un controllo preciso della posizione e/o della velocità.

L'azionamento/amplificatore si limita a tradurre i segnali di riferimento a bassa energia provenienti dal controllore in segnali ad alta energia per fornire tensione e corrente al motore. In alcuni casi, l'uso di un azionamento digitale sostituisce il sistema di controllo del controllore/azionamento o del controllore/amplificatore.

I segnali di comando rappresentano la coppia, la velocità o la posizione del motore e possono essere di tipo analogico o digitale. Il comando analogico +/-10 VDC è ancora il segnale di riferimento più comune, ma sta rapidamente cedendo il passo ai comandi digitali di rete.

Qual è la storia del controllo del movimento?

Il storia della tecnologia di controllo del movimento risale alla rivoluzione industriale, iniziata intorno al 1760. Quest'epoca è stata testimone di significativi progressi nella tecnologia delle macchine che hanno gettato le basi per i sofisticati sistemi di controllo del movimento che vediamo oggi. Nel corso del 1700 e del 1800, con l'espansione delle industrie, la necessità di un controllo del movimento raffinato è cresciuta in modo esponenziale.

• 1700s: Inizia la Rivoluzione industriale, che segna i primi progressi nella tecnologia delle macchine che getteranno le basi per i sistemi di controllo del movimento.
• 1800s: L'automazione delle fabbriche era dominata da motori rudimentali che operavano su sistemi di cinghie e pulegge. Le grandi fonti di energia, come le ruote idrauliche e le macchine a vapore, trasmettevano l'energia meccanica attraverso treni di trasmissione verticali.
• 1900s: Le innovazioni elettriche si moltiplicano, con Thomas Edison che introduce il generatore a corrente continua negli anni '70 del XIX secolo e Nikola Tesla che introduce il motore a corrente alternata negli anni '80 del XIX secolo. I progressi dei primi anni del XX secolo includono elettrodomestici alimentati elettricamente, guidati dalle linee di produzione mobili e dai componenti standardizzati di Henry Ford. Nel 1927, Harold Black rivoluzionò la retroazione negativa negli amplificatori, influenzando lo sviluppo dei sistemi pneumatici di controllo del movimento negli anni Trenta. A metà del XX secolo fu adottato il controllo proporzionale-integrale-derivativo (PID) e alla fine degli anni '70 furono introdotti la modulazione dell'ampiezza degli impulsi (PWM) e i motori a magnete permanente senza spazzole.
• Dalla fine del XX secolo a oggi: Le tecnologie di elaborazione digitale del segnale (DSP) e di commutazione PWM hanno migliorato la compattezza e l'efficienza dei sistemi di controllo del movimento. Protocolli di rete come Profibus (1989) e DeviceNet (1994) hanno cercato di standardizzare la comunicazione dell'automazione. L'adozione di standard aperti come CANopen ed Ethernet Power Link (EPL) ha migliorato l'affidabilità e la connettività dei sistemi.

Quali sono i principali componenti di un sistema di controllo del movimento?

Controller

Il controllore è il "cervello" di un servosistema. È responsabile della generazione dei percorsi di movimento e della reazione ai cambiamenti dell'ambiente esterno. I controllori possono essere semplici come un interruttore ON/OFF o una manopola controllata da un operatore.

Possono anche essere complessi come un computer, in grado di controllare attivamente più assi servoassistiti, monitorare gli I/O e gestire tutta la programmazione della macchina.

In genere, il controllore invia un segnale all'azionamento; l'azionamento fornisce l'alimentazione al motore e il feedback del motore viene inviato al controllore e all'azionamento. Anche il feedback del carico viene inviato al controllore. Il controllore analizza il feedback e corregge gli errori aggiornando il segnale all'amplificatore. Il controllore è considerato la parte intelligente del servo, che chiude gli anelli di velocità e/o posizione mentre l'amplificatore chiude l'anello di corrente.

Tuttavia, molti amplificatori chiudono gli anelli di velocità e/o posizione, riducendo i requisiti computazionali del controllore.

Forme fisiche di controllori

I controllori sono disponibili in una varietà di forme che le persone scelgono in base al costo, alle prestazioni, alla convenienza e alla facilità d'uso. La maggior parte dei controllori rientrano nella categoria dei microcontrollori, PLC e controllori di movimento. Ognuno è descritto di seguito.

Microcontrollori

Si tratta di un tipo di computer piccolo e a basso costo che esegue un programma memorizzato nella memoria non volatile. La configurazione di un microcontrollore per un sistema richiede generalmente un programmatore esperto, e la chiusura di loop come la posizione e la velocità può essere abbastanza difficile. Spesso, quando si progetta un sistema servo usando un microcontrollore, si avrà l'amplificatore/azionamento che chiude i cicli desiderati, mentre il microcontrollore invia semplicemente particolari comandi all'amplificatore. Questi comandi possono dipendere dagli ingressi nel microcontrollore (sensori, interruttori, ecc.).

PLC

Alla fine degli anni '60, i controllori logici programmabili (PLC) sono stati usati per la prima volta per eliminare la confusione di fili e gli incubi della risoluzione dei problemi associati ai circuiti di relè sequenziali. I PLC possono prendere il posto dei relè meccanici, che hanno una durata di vita limitata. Questi controllori sono più costosi dei microcontrollori, ma con una buona ragione.

I PLC hanno un processore e una memoria che permettono di programmare, salvare ed eseguire i comandi. Ha anche un rack e slot I/O in modo che i moduli I/O possano essere aggiunti al PLC secondo necessità. I moduli possono aggiungere caratteristiche come contatori ad alta velocità, orologi in tempo reale o capacità di servocontrollo.

I vantaggi dei PLC includono l'espandibilità e la resistenza agli ambienti difficili. Il prezzo è generalmente inferiore a quello dei controllori di movimento.

Controllori di movimento

I controller di movimento sono costruiti specificamente per il controllo del movimento (da qui il nome). Perciò i comandi e gli I/O sono specifici per le esigenze di chi lavora nel settore del movimento. A differenza degli altri, i controllori di movimento sono spesso basati su PC, permettendo un'interfaccia utente grafica. Di solito, ci sono caratteristiche avanzate che permettono una facile messa a punto, il rilevamento della commutazione e altre funzioni. Un controllore di movimento, in generale, vi renderà la vita più facile di un PLC o di un microcontrollore. A causa delle caratteristiche aggiunte, sono tipicamente più costosi.

Comando

Il comando è il segnale che viene inviato dal controllore al servoazionamento.

I servoazionamenti digitali possono essere controllati su varie reti tra cui CANopen, Ethernet, EtherCAT, Ethernet Powerlink, Synqnet, USB, RS232 e molte altre che permettono di controllare il motore collegando l'amplificatore direttamente (o quasi) a un computer. I segnali di rete hanno il vantaggio di poter comunicare più del semplice comando di uscita, compreso lo stato degli I/O, lo stato del drive, le informazioni di posizione e altro ancora.

I servoazionamenti analogici sono controllati con segnali analogici +/-10V e segnali PWM e di direzione.

Servoazionamento

Il servoazionamento è il collegamento tra il controllore e il motore. Chiamati anche servoamplificatori, il loro compito è quello di tradurre i segnali di riferimento a bassa energia provenienti dal controllore in segnali di potenza ad alta energia per il motore. In origine, gli azionamenti erano semplicemente lo stadio di potenza che consentiva a un controllore di pilotare un motore. All'inizio si trattava di modelli a singolo quadrante che alimentavano motori a spazzole. In seguito hanno incorporato funzionalità a quattro quadranti e la capacità di alimentare motori brushless. Quattro quadranti significa la capacità di pilotare e rigenerare un motore in entrambe le direzioni.

La tendenza attuale è quella di aggiungere più funzioni e capacità agli azionamenti. Oggi ci si aspetta che gli azionamenti gestiscano tutti i feedback del sistema, compresi gli encoder, i resolver e i tachimetri, così come i finecorsa e altri sensori. Agli azionamenti viene anche chiesto di chiudere l'anello di coppia, l'anello di velocità e l'anello di posizione e viene data la responsabilità della generazione del percorso. Man mano che la linea tra il controllore e l'azionamento si confonde, l'azionamento assumerà molte delle funzioni di controllo più complesse che prima erano dominio esclusivo del controllore.

Il futuro della tecnologia degli azionamenti continuerà a basarsi sulle richieste dell'industria del controllo del movimento. Queste richieste includono:

• Maggiore larghezza di banda per aumentare la produttività
• Maggiore velocità e controllo della posizione per consentire una produzione più intricata e miniaturizzata
• Maggiore capacità di rete per coordinare strettamente gli assi all'interno di una macchina e coordinare le macchine all'interno di una fabbrica
• Funzionamento semplificato, facile da usare e universale

Motore

Il servomotore converte la corrente e la tensione provenienti dall'azionamento in movimento meccanico. La maggior parte dei motori è di tipo rotativo, ma sono disponibili anche motori lineari. Esistono molti tipi di motori che possono essere utilizzati nelle applicazioni servo.

La seguente lista di tipi di motori si trova comunemente nelle applicazioni servo.

Monofase

I motori monofase hanno due fili di alimentazione e sono molto facili da installare. I motori in questa categoria possono includere motori spazzolati, carichi induttivi e bobine vocali. Gli amplificatori progettati per i motori spazzolati sono tipicamente usati per pilotare carichi monofase, anche se la maggior parte degli azionamenti trifase di AMC può anche far funzionare questi motori.

Spazzola

Il motore monofase più comune. Le spazzole sono una forma di commutazione meccanica che dirige la corrente nelle bobine giuste al momento giusto.

Attuatore lineare

Gli attuatori lineari utilizzano un motore rotativo accoppiato a un riduttore per spostare un albero lineare dentro e fuori. Il motore nell'attuatore è spesso un motore spazzolato.

Bobina di voce

Una bobina vocale è concettualmente simile a un altoparlante audio. Il movimento è lineare e di solito è limitato a meno di 0,5" (13mm) di corsa. Molte applicazioni di bobine vocali richiedono un servoazionamento ad alte prestazioni e ADVANCED Motion Controls è spesso la prima scelta.

Cuscinetto magnetico

I cuscinetti magnetici fanno galleggiare un albero rotante su un cuscino magnetico controllato con dei servi. Sono utilizzati quando è richiesto un basso attrito o quando le velocità dell'albero sono troppo alte per i cuscinetti convenzionali. I cuscinetti magnetici usano elettromagneti per far levitare l'albero rotante in modo che nulla lo tocchi fisicamente. Un tipico sistema di cuscinetti magnetici richiederà 4 o 5 azionamenti - una x e una y su ogni lato dell'albero rotante e un cuscinetto di spinta opzionale per evitare che l'albero fluttui dentro e fuori. I requisiti di prestazione degli azionamenti possono essere estremamente elevati a causa della natura dinamica del sistema.

Carico induttivo

I carichi induttivi sono spesso utilizzati da università e scienziati per creare campi magnetici per i loro esperimenti. ADVANCED Gli azionamenti Motion Controls hanno controllato con successo carichi induttivi con meno di 80uH di induttanza fino a oltre 1H (1.000.000uH) di induttanza. Ci sono considerazioni speciali per l'energia immagazzinata in un grande induttore, e il nostro dipartimento di supporto tecnico sarà felice di discuterne per quanto riguarda il vostro progetto.

Trifase

Rotary senza spazzole

I servomotori brushless a magneti permanenti hanno una maggiore densità di potenza, una migliore dissipazione del calore e richiedono meno manutenzione dei motori brushed. I motori brushless possono essere un po' più difficili da configurare a causa del maggiore cablaggio, quindi la nostra linea digitale rende le cose più facili automatizzando il processo di commutazione.

Lineare

La costruzione di un motore lineare è la stessa di un motore rotativo ma aperta e appiattita. La configurazione di un azionamento per un motore lineare è identica alla configurazione di un azionamento per un motore rotativo. I motori lineari sono utilizzati in applicazioni di azionamento diretto dove i requisiti di velocità e di precisione sono superiori a quelli che un motore rotativo e una vite a ricircolo di sfere possono fornire.

Considerazioni sul carico

Le considerazioni sul carico dovrebbero includere l'oggetto che viene spostato, le parti in movimento nella macchina e tutto ciò che può causare instabilità indesiderate come i giunti e il gioco. La massa totale delle parti in movimento nella macchina ha un'inerzia che si riflette sul motore. I punti di attrito come quelli degli stadi lineari e dei cuscinetti si aggiungono al carico del motore. Gli accoppiamenti flessibili aggiungeranno risonanze che devono essere considerate.

Feedback

Nei moderni sistemi di controllo, i dispositivi di feedback vengono utilizzati per garantire che il motore o il carico raggiunga la posizione o la velocità comandata. I servoamplificatori e i controllori usano questo feedback per determinare quanta corrente fornire al motore in qualsiasi momento, in base alla sua posizione e velocità attuali rispetto a dove deve essere. Ci sono due tipi principali di feedback, assoluto e relativo (noto anche come "incrementale").

Feedback assoluto

I dispositivi assoluti forniscono una posizione definitiva all'interno di un intervallo specificato all'accensione (cioè senza una routine di homing).

Feedback relativo (incrementale)

Questi dispositivi forniscono solo aggiornamenti incrementali della posizione. Per conoscere la posizione del motore o del carico, il feedback incrementale deve essere usato insieme a qualche tipo di feedback assoluto (un finecorsa, per esempio) per determinare la posizione iniziale. Una volta che la posizione iniziale è nota, il feedback relativo può fornire informazioni sulla posizione in tutta la gamma di movimento.

All'interno di questi due tipi generali di feedback, ci sono molti dispositivi di feedback diversi. Ecco alcuni dei dispositivi più comunemente usati nel controllo del movimento.

Tipi di feedback

Encoder in quadratura

Gli encoder sono il dispositivo di feedback di posizione più diffuso nel controllo del movimento. Gli encoder lineari possono arrivare a risoluzioni inferiori al micron e gli encoder rotativi possono avere risoluzioni superiori a 100.000 conteggi per giro. Questi sono dispositivi di feedback relativi.

Encoder sinusoidale

Gli encoder sinusoidali usano onde sinusoidali al posto delle onde quadrate viste sugli encoder in quadratura. Questo permette di interpolare i conteggi intermedi dell'encoder per oltre 1024 volte. Sono possibili risoluzioni di oltre 4 milioni di conteggi per risoluzione. Questi sono dispositivi di feedback relativi.

Encoder assoluto sinusoidale

Questi utilizzano gli stessi encoder sinusoidali di cui sopra in aggiunta a un dispositivo meccanico o un circuito elettrico che può mantenere le informazioni di posizione assoluta su molte migliaia di giri. Questi dispositivi trasferiscono le informazioni di posizione su un protocollo seriale come: Hiperface^®, EnDat^® e BiSS.

Sensori di Hall

Questo è un feedback a bassa risoluzione che è spesso necessario per il controllo della commutazione. Può anche essere usato per il feedback di velocità a velocità più elevate. Questi forniscono 6 unità di feedback assoluto all'interno di ogni ciclo elettrico.

Resolver

Un resolver è essenzialmente un trasformatore rotante. Questo feedback è capace di risoluzioni superiori a 16 bit. I resolver sono il feedback di scelta per gli ambienti ad alta temperatura e ad alta vibrazione. Questi forniscono un feedback assoluto entro una rivoluzione.

Quali sono le principali funzioni di controllo del movimento?

Il controllo del movimento ha sette funzioni principali. Le illustreremo in dettaglio di seguito.

Controllo della velocità

Il controllo della velocità è una funzione fondamentale dei sistemi di controllo del movimento, che consente alle macchine di gestire con precisione la velocità del movimento.

Questo controllo è fondamentale nelle applicazioni in cui è necessaria una velocità costante e controllata, come ad esempio nei nastri trasportatori o nella regolazione della velocità delle ventole nei sistemi HVAC.

La capacità di regolare la velocità in modo fluido e preciso garantisce prestazioni ed efficienza ottimali nei processi automatizzati.

Controllo della posizione (da punto a punto)

Il controllo della posizione, spesso definito controllo punto-punto, prevede lo spostamento di un dispositivo o di un componente da una posizione specifica a un'altra all'interno di uno spazio predefinito. Questa funzione è fondamentale nei settori in cui la precisione è fondamentale, come la robotica e la lavorazione CNC.

I sistemi di controllo della posizione utilizzano vari metodi per calcolare le traiettorie di movimento, tra cui i profili triangolari, trapezoidali e a curva S. Ognuno di questi profili presenta caratteristiche diverse:

• I profili triangolari sono in genere utilizzati per movimenti semplici e diretti.
• I profili trapezoidali introducono fasi di accelerazione e decelerazione, rendendoli adatti a operazioni più complesse.
• I profili S-Curve aggiungono aumenti e diminuzioni graduali della velocità all'inizio e alla fine del movimento, migliorando la scorrevolezza e riducendo lo stress meccanico sul sistema.

Controllo della pressione/forza

Il controllo della pressione o della forza è essenziale nelle applicazioni in cui i macchinari devono interagire con precisione con carichi e livelli di resistenza variabili. Questa funzione consente ai sistemi di regolare dinamicamente la forza applicata, garantendo prestazioni ottimali senza danneggiare i prodotti o i macchinari.

Questo controllo è fondamentale in settori come quello manifatturiero, dove le linee di assemblaggio richiedono una forza precisa per assemblare i pezzi senza errori. I servomotori avanzati e i sensori di feedback monitorano e regolano continuamente la forza, mantenendo l'equilibrio tra efficienza e precisione.

Controllo dell'impedenza

Il controllo dell'impedenza è particolarmente importante nella robotica, dove le macchine interagiscono con ambienti dinamici. Questo tipo di controllo è progettato per regolare in tempo reale l'impedenza meccanica del robot, ossia la rigidità e lo smorzamento.

Modulando questi fattori, i robot possono adattarsi efficacemente alle proprietà fisiche degli oggetti con cui interagiscono, migliorando la loro capacità di eseguire compiti complessi come l'assemblaggio, l'imballaggio o persino interventi chirurgici delicati. Il controllo dell'impedenza non riguarda solo l'applicazione diretta della forza, ma comporta anche regolazioni sfumate per garantire interazioni fluide e sicure tra i robot e i loro ambienti operativi.

Controllo del percorso

Il controllo del percorso è fondamentale per garantire che un sistema di movimento possa seguire con precisione un percorso o una traiettoria predefiniti. Questa funzione è fondamentale nelle applicazioni in cui il movimento tra più punti deve essere controllato con precisione, come nelle macchine da taglio o nei bracci robotici utilizzati nelle catene di montaggio.

Il controllo della traiettoria utilizza algoritmi sofisticati che non solo dettano la traiettoria, ma ottimizzano anche il movimento per ottenere velocità ed efficienza, riducendo l'usura dei componenti meccanici e aumentando l'affidabilità complessiva del sistema.

Controllo del Jerk

Il controllo del jerk riguarda il tasso di variazione dell'accelerazione, che è un fattore critico per il buon funzionamento dei macchinari. Ridurre al minimo il jerk è fondamentale per ridurre le sollecitazioni meccaniche ed evitare danni al prodotto e alla macchina.

Questa funzione di controllo è particolarmente importante nei sistemi in cui le apparecchiature si muovono ad alta velocità o trasportano componenti delicati. Attenuando le transizioni di accelerazione e decelerazione, il controllo dei jerk garantisce una maggiore durata delle parti meccaniche e aumenta la sicurezza dei processi automatizzati.

Ingranaggio elettronico / Profilatura della camma

Gli ingranaggi elettronici e la profilatura delle camme sono tecniche avanzate utilizzate per sincronizzare il movimento di diverse parti di una macchina. Queste funzioni consentono un controllo preciso della dinamica della macchina, permettendo movimenti complessi che sono essenziali nelle linee di assemblaggio sincronizzate o nelle macchine utensili multiasse.

Gli ingranaggi elettronici imitano gli ingranaggi meccanici tradizionali, ma con una maggiore flessibilità e senza la necessità di un contatto fisico, riducendo così l'usura meccanica. La profilatura a camme, invece, prevede la programmazione del controllore di movimento per seguire il profilo di una camma, particolarmente utile nelle applicazioni che richiedono movimenti ripetitivi e precisi.

Profili di movimento

Lo scopo di tutti i servosistemi è quello di spostare un qualche tipo di carico. Il modo in cui il carico viene spostato è noto come profilo di movimento. Un profilo di movimento può essere semplice come un movimento da un punto A a un punto B su un singolo asse, oppure può essere un movimento complesso in cui più assi devono muoversi in modo coordinato.

Un esempio di profilo è mostrato nella Figura 1. La distanza totale percorsa, D, si ottiene calcolando l'area sotto la curva. T è il tempo totale richiesto per lo spostamento. La pendenza della curva di velocità rappresenta l'accelerazione o la decelerazione in quel particolare istante. Esistono diversi tipi di profili di movimento utilizzati nei sistemi di servocontrollo. I più utilizzati sono Velocità costante, Trapezoidale, e Curva a S profili di movimento.

Cose da ricordare:

• Velocità proporzionale a 1/T
• Accelerazione proporzionale a 1/T²
• Potenza (picco) proporzionale a 1/T³

Le implicazioni dell'ultimo punto sono profonde. Per esempio, se avete un sistema esistente e volete che le mosse siano completate due volte più velocemente, il sistema richiederà 8 volte la potenza!

Velocità costante

Questo profilo di movimento mantiene una velocità costante tra i punti (vedi figura 2a). Questo è il profilo di movimento più elementare perché viene usato solo un comando di velocità.

La velocità costante sarebbe usata in qualcosa come un trasportatore o un ventilatore.

Le macchine di posizionamento di precisione non usano il profilo di velocità costante perché una macchina del mondo reale non può cambiare la velocità istantaneamente. Ci sarà un ritardo che fluttuerà con i cambiamenti nel carico e nel sistema. Nella figura 2B, la linea tratteggiata rappresenta il percorso reale della velocità che il carico prenderà. Ta e Td rappresentano il tempo necessario per accelerare e decelerare. Questi tempi possono variare con le fluttuazioni del carico.

Trapezoidale

Il profilo di movimento trapezoidale inclina la curva di velocità per creare tassi di accelerazione e decelerazione prevedibili. Un profilo di movimento trapezoidale è mostrato nella figura 3. Il tempo di accelerazione e decelerazione è preciso e ripetibile. Ta e Td esistono ancora, ma ora sono valori specificati invece di valori casuali.

• Se ta = td = T/3 per un profilo di movimento trapezoidale, la potenza complessiva utilizzata è minima
• L'errore di overshoot esiste ancora per un movimento trapezoidale, ma questo errore è trascurabile per molti sistemi.
• Le macchine di maggiore precisione richiedono un profilo di movimento diverso.

Curva a S

Il profilo di movimento della curva a S permette un cambiamento graduale dell'accelerazione. Questo aiuta a ridurre o eliminare i problemi causati dall'overshoot, e il risultato è una vibrazione meccanica molto minore vista dal sistema. I punti di accelerazione minima si verificano all'inizio e alla fine del periodo di accelerazione, mentre l'accelerazione massima si verifica tra questi due punti. Questo dà un profilo di movimento che è veloce, accurato e regolare.

Calcoli di coppia e potenza

Partendo dal profilo di velocità, il profilo di coppia può essere derivato prendendo la derivata della velocità. Una pendenza positiva nel profilo di velocità sarà una coppia positiva e una pendenza negativa sarà una coppia negativa. La ripidità della pendenza corrisponde alla grandezza della coppia.

Poi la curva di potenza può essere derivata moltiplicando la curva di velocità con la curva di coppia (coppia x velocità = potenza).

Progettare un sistema

Le informazioni all'interno di questi tre profili sono il fondamento della progettazione del sistema.

• Dai profili di velocità e di coppia è possibile restringere la selezione dei motori ai modelli che sono in grado di fornire la coppia e la velocità richieste
  • Sulla base dei dati del motore (Kt - costante di coppia, Kv - costante di tensione, Rm resistenza del motore) è possibile determinare i requisiti di corrente e tensione del sistema
    • Dalla coppia di picco si può calcolare la corrente di picco (I). I = T / Kt
    • Dalla velocità di picco si può calcolare la tensione di picco (V). V = Velocità * Kv + I * Rm
• Quando i requisiti di corrente e tensione sono noti, è possibile selezionare un servoazionamento

 

Più equazioni

• La coppia è proporzionale alla corrente.
• Coppia*Velocità = Potenza
• KT = Costante di coppia (lb-in/A)
• La coppia RMS è importante per l'alimentazione e le considerazioni termiche.

Quali sono le applicazioni del controllo del movimento?

Tra i principali settori industriali che utilizzano il controllo del movimento e le relative applicazioni vi sono:

• Produzione: I sistemi di controllo del movimento ottimizzano le linee di produzione, migliorando la precisione dei processi di assemblaggio e riducendo i tempi di fermo dovuti a errori meccanici.
• Robotica: Nella robotica, il controllo del movimento è essenziale per consentire movimenti precisi in applicazioni che vanno dall'automazione industriale ai robot di servizio nella sanità.
• Aerospaziale: Utilizzato per i sistemi di posizionamento e navigazione, il controllo del movimento garantisce la movimentazione e il dispiegamento precisi dei componenti nei veicoli spaziali e negli aerei.
• Automotive: Implementa il controllo del movimento nelle linee di assemblaggio automatizzate, assicurando che i pezzi siano assemblati con elevata precisione e migliorando la qualità complessiva del veicolo.
• Intrattenimento: Le tecnologie di controllo del movimento sono utilizzate negli animatronics e negli effetti speciali per creare movimenti realistici nei film e nei parchi a tema.
• Assistenza sanitaria: È fondamentale per i robot chirurgici e le apparecchiature diagnostiche, in quanto fornisce un controllo preciso che migliora l'esito delle procedure mediche.
• Imballaggio: Garantisce una movimentazione rapida e precisa delle merci, migliorando l'efficienza dell'imballaggio e riducendo gli sprechi di materiale.
• Stampa: I sistemi di controllo del movimento garantiscono una produzione ad alta risoluzione controllando i movimenti precisi delle testine di stampa, essenziali per ottenere stampe di alta qualità.

Linea di fondo

Il controllo del movimento è vasto e in continua evoluzione. Aziende come Advanced Motion Controls sono all'avanguardia nello sviluppo di componenti per il controllo del movimento quali servoazionamenti e servocontrolloriL'industria continua a innovare, migliorando la precisione, l'efficienza e la versatilità in varie applicazioni.

Questi progressi promettono di guidare ulteriori progressi nell'automazione, nella robotica e nella produzione, plasmando il futuro di numerosi settori.

Basta con la teoria, vediamo questa roba nelle macchine reali!