Le contrôle de vitesse et le contrôle de couple pour les servomoteurs sont mis en œuvre à l'aide de signaux analogiques, tandis que le contrôle de position est obtenu en générant des impulsions. Le mode de contrôle spécifique à adopter est sélectionné en fonction des exigences du client et des fonctions de mouvement spécifiques qui doivent être remplies.
les trois modes de contrôle des servomoteurs
- Si vous n'avez pas d'exigences spécifiques concernant la vitesse ou la position du moteur-et avez simplement besoin de produire un couple constant-le mode Couple est le choix évident.
- Si vous avez besoin d'un certain niveau de précision concernant la position et la vitesse, mais que vous n'êtes pas particulièrement préoccupé par les valeurs de couple en temps réel-, il est généralement préférable d'utiliser le mode Vitesse ou le mode Position.
- Si votre contrôleur hôte possède de solides capacités de contrôle en boucle fermée-, l'utilisation de Speed Control donnera généralement des résultats supérieurs. À l'inverse, si vos exigences ne sont pas particulièrement strictes-ou s'il n'y a pratiquement aucune demande de-réactivité en temps réel-l'utilisation du contrôle de position impose moins d'exigences au contrôleur hôte.
En termes de vitesse de réponse du servo variateur : le mode couple implique la charge de calcul la plus faible, ce qui se traduit par la réponse la plus rapide du variateur aux signaux de commande ; à l'inverse, le mode Position implique la charge de calcul la plus élevée, ce qui entraîne la réponse la plus lente du variateur aux signaux de commande.
Lorsque des performances dynamiques élevées sont requises pendant le mouvement, les ajustements-en temps réel du moteur deviennent essentiels.
- Si le contrôleur lui-même a une vitesse de traitement relativement lente (par exemple, un automate ou un contrôleur de mouvement bas de gamme), le contrôle de position doit être utilisé.
- Si le contrôleur possède une vitesse de traitement relativement rapide, Speed Control peut être utilisé ; cela implique de déplacer la boucle de position du variateur vers le contrôleur, réduisant ainsi la charge de travail du variateur et améliorant l'efficacité globale.
- Si un contrôleur hôte encore plus avancé est disponible, le contrôle de couple peut être utilisé ; cela implique de déplacer la boucle de vitesse-en plus de la boucle de position-loin du lecteur. Cette approche n'est généralement réalisable qu'avec des contrôleurs spécialisés haut de gamme.
Généralement, une mesure très intuitive permettant d'évaluer la qualité du contrôle du variateur est connue sous le nom de « bande passante de réponse ».
Lors du fonctionnement en modes Contrôle de couple ou Contrôle de vitesse, un générateur d'impulsions est utilisé pour entrer un signal d'onde carrée-, provoquant une alternance continue du moteur entre la rotation avant et arrière. À mesure que la fréquence du signal augmente progressivement, un oscilloscope affiche un signal de fréquence balayé-. Lorsque le pic de l'enveloppe du signal chute à 70,7 % de sa valeur maximale, cela indique que le système a perdu la synchronisation (c'est-à-dire qu'il est « sorti »). La fréquence à laquelle cela se produit sert d'indicateur direct de la qualité du système de contrôle ; typiquement, la boucle de courant peut atteindre des bandes passantes supérieures à 1000 Hz, alors que la boucle de vitesse est généralement limitée à quelques dizaines de Hertz.
Contrôle du couple
Le contrôle du couple est une méthode utilisée pour définir l'amplitude du couple de sortie externe de l'arbre du moteur, obtenu soit via un signal d'entrée analogique externe, soit en attribuant directement une valeur à une adresse spécifique. D'un point de vue opérationnel, cela signifie-par exemple-que si une entrée de 10 V correspond à 5 Nm de couple, alors le réglage de l'entrée analogique externe sur 5 V entraînera une sortie de l'arbre moteur de 2,5 Nm. Dans ces conditions : si la charge sur l'arbre moteur est inférieure à 2,5 Nm, le moteur tourne en marche avant ; si la charge externe est égale à 2,5 Nm, le moteur reste à l'arrêt ; et si la charge dépasse 2,5 Nm, le moteur tourne dans le sens inverse (un scénario généralement rencontré dans les applications impliquant des charges gravitationnelles). La valeur de couple réglée peut être ajustée en temps réel-soit en modifiant le signal d'entrée analogique, soit en modifiant la valeur numérique de l'adresse correspondante via une interface de communication.
Ce mode de contrôle est principalement utilisé dans les systèmes d'enroulement et de déroulement où des exigences strictes existent concernant la tension appliquée au matériau-comme dans les-machines à enrouler les fils ou les-équipements de tréfilage de fibres optiques. Dans de telles applications, le réglage du couple doit être ajusté dynamiquement en temps réel-pour compenser les changements dans le rayon d'enroulement, garantissant ainsi que la tension exercée sur le matériau reste constante quelles que soient les variations du diamètre d'enroulement.
Contrôle de position
En mode Contrôle de position, la vitesse de rotation est généralement déterminée par la fréquence des impulsions entrées en externe, tandis que l'angle de rotation est déterminé par le nombre d'impulsions. De plus, certains systèmes d'asservissement permettent l'attribution directe de valeurs de vitesse et de déplacement via des interfaces de communication. Étant donné que le mode Position permet un contrôle rigoureux de la vitesse et de la position, il est couramment utilisé dans les mécanismes de positionnement.
Les domaines d'application comprennent les machines-outils CNC, les machines d'impression et les équipements similaires.
Mode de contrôle de vitesse
La vitesse de rotation peut être contrôlée soit via des entrées analogiques, soit en ajustant la fréquence d'impulsion. Lorsqu'il est intégré à un système de contrôle PID en boucle externe-géré par un contrôleur de niveau-supérieur, le mode Vitesse peut également être utilisé pour les tâches de positionnement ; cependant, il est essentiel de renvoyer le signal de position du moteur-ou le signal de position directement de la charge-au contrôleur de niveau supérieur-pour le traitement informatique. Le mode Position prend également en charge la détection des signaux de position directement à partir de la boucle externe de la charge ; dans cette configuration, le codeur monté sur l'arbre du moteur surveille uniquement la vitesse de rotation du moteur, tandis que le signal de position réelle est fourni par un dispositif de détection situé en fin de charge. Le principal avantage de cette approche est qu’elle minimise les erreurs introduites lors des étapes de transmission intermédiaires, améliorant ainsi la précision globale du positionnement de l’ensemble du système.
Trois-Contrôle de boucle
Les servomoteurs utilisent généralement une structure de contrôle à trois -boucles-plus précisément, un système comprenant trois systèmes de contrôle PID à rétroaction négative-en boucle fermée-. La boucle PID la plus interne est la « boucle de courant ». Cette boucle fonctionne entièrement au sein du servomoteur lui-même ; il utilise des capteurs à effet Hall-pour détecter le courant de sortie circulant du variateur vers chaque phase du moteur, puis applique une rétroaction négative au point de consigne de courant pour effectuer une régulation PID. L'objectif est de garantir que le courant de sortie réel correspond étroitement au point de consigne souhaité. Fondamentalement, la boucle de courant contrôle le couple du moteur ; par conséquent, lorsque le variateur fonctionne en mode couple, la charge de calcul est minime, ce qui entraîne la réponse dynamique la plus rapide.
La deuxième boucle est la « boucle de vitesse ». Il effectue une régulation PID à rétroaction négative-en fonction des signaux détectés par l'encodeur du moteur. La sortie PID générée dans cette boucle sert directement de point de consigne pour la boucle de courant. Par conséquent, lorsqu’il fonctionne en mode contrôle de vitesse, le système engage efficacement à la fois la boucle de vitesse et la boucle de courant. Autrement dit, la boucle de courant est indispensable dans tout mode de fonctionnement ; elle constitue la base fondamentale du contrôle. Même pendant les opérations de contrôle de vitesse et de position, le système exécute simultanément un contrôle de courant (couple) pour obtenir une régulation précise de la vitesse et de la position.
La troisième boucle est la « boucle de position ». En tant que boucle la plus externe, elle peut être configurée soit entre le variateur et le codeur du moteur, soit entre un contrôleur externe et le codeur du moteur (ou la charge finale), en fonction des exigences spécifiques de l'application. Puisque la sortie interne de la boucle de contrôle de position sert de point de consigne pour la boucle de vitesse, le fonctionnement en mode contrôle de position nécessite l'exécution simultanée des trois boucles. Par conséquent, ce mode impose la charge de calcul la plus élevée au système et entraîne la vitesse de réponse dynamique la plus lente.