Introduction
Un servomoteur linéaire-également connu sous le nom de "servoamplificateur linéaire"-est un dispositif de conversion de tension-en-courant utilisé pour contrôler les servomoteurs. Sa fonction est analogue à celle d'un amplificateur de puissance audio pilotant un haut-parleur ; il fait partie intégrante d'un système d'asservissement et est principalement déployé dans les systèmes de positionnement de haute -précision. En règle générale, il contrôle le servomoteur selon trois modes : -position, vitesse et couple-pour obtenir un positionnement de haute-précision au sein d'un système de transmission ; actuellement, il s'agit d'un produit haut de gamme dans le domaine de la technologie de transmission.
Principes de fonctionnement des servomoteurs linéaires
Le principe de fonctionnement d'un servomoteur linéaire est basé sur l'amplification linéaire de circuits analogiques combinée à un contrôle à rétroaction négative en boucle fermée-. Il fonctionne en convertissant les signaux de commande faibles en courants d'entraînement à haute -puissance et en ajustant la sortie en temps réel-pour obtenir un contrôle de mouvement de haute-précision du moteur. Le processus spécifique est le suivant :
Réception du signal et traitement préliminaire
Le servomoteur linéaire reçoit des signaux de commande faibles-tels que des signaux de tension analogiques (par exemple, ± 10 V)-du système de contrôle. Ces signaux véhiculent les valeurs souhaitées pour la vitesse, la position ou le couple du moteur. En interne, le lecteur filtre et conditionne d'abord ces signaux pour éliminer les interférences sonores, garantissant ainsi la précision et la stabilité des signaux. Par exemple, dans les machines-outils CNC, le signal de tension émis par le contrôleur peut être de quelques volts seulement ; ce signal doit être traité par le variateur avant de pouvoir alimenter efficacement le moteur.
Calcul des erreurs et ajustement des commentaires négatifs
Le variateur compare le signal de commande reçu avec les-signaux de retour en temps réel obtenus à partir du dispositif de retour du moteur (tel qu'un encodeur). Ces signaux de rétroaction reflètent avec précision l'état de fonctionnement réel actuel du moteur, y compris sa vitesse, sa position et d'autres paramètres. En calculant la différence entre le signal de commande et le signal de retour, le variateur génère un « signal d'erreur ». Basé sur les principes du contrôle à rétroaction négative, le variateur ajuste automatiquement sa sortie en réponse à ce signal d'erreur, en s'efforçant de ramener le signal d'erreur vers zéro. Par exemple, si une commande nécessite que le moteur tourne selon un angle spécifique, mais qu'un écart existe dans l'angle réel, le variateur augmentera son courant de sortie pour amener le moteur à corriger cet écart.
Amplification de puissance et conversion de signal
La fonction principale d'un servomoteur linéaire est l'amplification de puissance des signaux de commande. Il utilise une conception de circuit analogique linéaire, utilisant des composants tels que des amplificateurs opérationnels pour convertir les signaux de commande faibles en signaux de courant ou de tension de haute -puissance. Ce processus est exécuté via des dispositifs de puissance-tels que des transistors de puissance-garantissant que le signal amplifié possède suffisamment d'énergie pour entraîner le servomoteur. Par exemple, pour les moteurs communs des robots industriels-qui nécessitent un couple important-le variateur doit fournir une quantité de courant suffisante pour permettre au moteur de générer le couple correspondant.
Conduite moteur et réponse dynamique
Le signal de puissance amplifié entraîne directement le servomoteur en fonctionnement. En raison de la bande passante élevée des entraînements linéaires (atteignant généralement plusieurs milliers de hertz), ils sont capables de répondre rapidement aux changements de signaux de commande, permettant ainsi une régulation précise de la vitesse, de la position ou du couple du moteur. Dans les -scénarios de contrôle de mouvement à grande vitesse-tels que ceux impliquant un équipement de traitement de plaquettes de semi-conducteurs-les entraînements de moteur doivent garantir que le moteur effectue les transitions de position dans des délais extrêmement courts tout en répondant aux exigences de précision de positionnement au niveau nanométrique-. Cette capacité de réponse rapide est facilitée par les caractéristiques de modulation continue inhérentes aux circuits analogiques, évitant ainsi les retards et les effets d'entraînement qui peuvent survenir dans les lecteurs de commutation basés sur PWM-.
Surveillance continue et-optimisation en boucle fermée
Pendant le fonctionnement du moteur, le variateur reçoit en permanence des signaux de retour et les compare en temps réel-aux signaux de commande. En ajustant constamment les signaux de sortie, un système de contrôle en boucle fermée-est établi, garantissant que le moteur suit systématiquement sa trajectoire prévue. Par exemple, sur une chaîne de montage automatisée, si un changement soudain de charge provoque des fluctuations de la vitesse de rotation du moteur, le variateur détectera immédiatement l'erreur et ajustera le courant de sortie, permettant au moteur de revenir rapidement à une vitesse stable. Ce mécanisme d'ajustement dynamique améliore considérablement les capacités de rejet des perturbations et la stabilité globale du système.
Caractéristiques des servomoteurs linéaires
Les caractéristiques des servomoteurs linéaires se manifestent principalement dans les aspects suivants :
Contrôle du couple
Le mode de contrôle du couple consiste à définir l'amplitude du couple de sortie externe de l'arbre du moteur via un signal d'entrée analogique externe. Plus précisément, si 10 V correspond à 5 Nm, alors lorsque l'entrée analogique externe est réglée sur 5 V, l'arbre du moteur produit 2,5 Nm. Si la charge sur l'arbre du moteur est inférieure à 2,5 Nm, le moteur tourne vers l'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 en sens inverse (un scénario généralement rencontré sous des charges gravitationnelles).
Contrôle de courant en boucle fermée-
Le contrôle de courant en boucle fermée-est défini par opposition au contrôle de courant en boucle-ouverte.
Tout d'abord, comprenons le contrôle de courant en boucle fermée{{0} : il utilise un dispositif de détection de courant pour fournir des informations sur l'amplitude du courant de sortie. Ce signal de rétroaction interagit avec le signal de commande pour moduler le courant de sortie, établissant ainsi un système de contrôle de courant en boucle fermée-.
Dissipation de puissance par rapport à la puissance de sortie
Pendant le fonctionnement, les transistors d'un entraînement linéaire fonctionnent dans leur région linéaire, ce qui entraîne une perte de puissance importante. En supposant une puissance de sortie constante, plus la tension appliquée au variateur est élevée, plus la dissipation de puissance que le variateur doit gérer est importante.Protection du servomoteur
Les servomoteurs linéaires disposent d'une suite complète de fonctions de protection-y compris des protections contre les surintensités, les surcharges et les surtensions. En laissant de côté l'impact potentiel des harmoniques générées du côté variateur de l'entraînement linéaire, ces fonctionnalités permettent une protection globale-du servomoteur.
Solutions pour supprimer les interférences harmoniques dans les servomoteurs linéaires
Lors du fonctionnement et de la mise en service des systèmes d'asservissement, diverses formes inattendues d'interférences peuvent survenir de temps à autre-en particulier dans les applications impliquant des servomoteurs à impulsions-. La section suivante analyse les types et les mécanismes de ces interférences sous plusieurs angles, dans le but de faciliter les stratégies ciblées de suppression des interférences.
Interférence d’alimentation
Les conditions d’exploitation sur le terrain sont souvent soumises à diverses contraintes, conduisant à se retrouver fréquemment face à des scénarios complexes. Il est essentiel d’adopter une approche proactive et habituelle pour éviter ces problèmes, évitant ainsi que des problèmes ne surviennent autant que possible. Dans de nombreux cas, nous intégrons des filtres dans les modules d'alimentation des codeurs rotatifs et des contrôleurs de mouvement ; de plus, nous équipons les servomoteurs linéaires de dispositifs tels que des régulateurs de tension et des transformateurs d'isolement. De plus, nous ajustons des paramètres-tels que le temps de filtrage passe-bas-pour le retour de position et la fréquence porteuse-pour atténuer les interférences introduites via l'alimentation électrique et éviter les pannes au sein du système de servocommande.
Les câbles d'alimentation du système d'asservissement doivent être acheminés séparément pour minimiser la proximité entre le variateur et les lignes électriques du moteur, évitant ainsi les interférences avec les signaux de commande qui pourraient entraîner des dysfonctionnements du variateur.
Interférence provenant de systèmes de mise à la terre désorganisés
La mise à la terre est une méthode efficace pour améliorer l’immunité au bruit des équipements électroniques ; il sert à supprimer les interférences externes et à protéger le système de ses effets néfastes. Cependant, une mauvaise mise à la terre peut introduire de graves signaux d’interférence, rendant le système incapable de fonctionner correctement. L'infrastructure de mise à la terre d'un système de contrôle comprend généralement diverses catégories, notamment la terre du système, la terre du blindage, la terre CA et la terre de protection.
Si le système de mise à la terre est désorganisé, les interférences qui en résultent au sein du système d'asservissement proviennent principalement d'une répartition inégale du potentiel entre les différents points de mise à la terre. Des différences potentielles surviennent entre différents points de mise à la terre-tels que ceux situés aux deux extrémités d'une section de câble blindé, le long des fils de terre ou au niveau des masses du châssis de l'équipement-créant des courants de boucle de terre qui perturbent le fonctionnement normal du système.
La clé pour résoudre ce type d’interférence réside dans la distinction claire entre les différents schémas de mise à la terre et dans la garantie que le système dispose d’une infrastructure de mise à la terre robuste et efficace.
Une attention particulière doit être accordée à la compatibilité électromagnétique environnementale (CEM), y compris le blindage des ondes électromagnétiques à haute-fréquence et des composants radio-fréquence (RF). Les sources de bruit et d'interférences de l'alimentation électrique doivent être supprimées et éliminées. Par exemple, les unités de redressement et d'onduleur haute-fréquence, moyenne-fréquence ou haute-puissance ne doivent pas partager le même transformateur de puissance ou la même barre omnibus de distribution d'énergie avec d'autres équipements sensibles.
Nous introduisons également une approche non conventionnelle de la mise à la terre : étant donné la présence inévitable de sources d'interférences importantes dans les circuits de distribution d'énergie, il peut être avantageux d'installer le servo variateur dans une armoire dédiée. Dans cette configuration, une plaque de montage non-métallique est utilisée et les connexions de terre associées au servomoteur linéaire sont laissées « flottantes » (non mises à la terre), tandis que les autres systèmes de mesure et de contrôle sont mis à la terre de manière fiable.
Interférence du système interne
- Cela provient principalement du rayonnement électromagnétique mutuel entre les composants et les circuits du système -par exemple, du rayonnement mutuel entre les circuits logiques, de l'influence mutuelle entre les masses analogiques et numériques ou de l'utilisation de composants incompatibles.
- Des câbles blindés doivent être sélectionnés pour les lignes de signal ou de contrôle afin d'éviter les interférences.
- Lorsque les câbles sont longs-par exemple, dépassant 100 mètres-la section transversale-de la section transversale des conducteurs doit être augmentée.
- Les lignes de signal ou de commande doivent être acheminées dans des conduits pour éviter les interférences mutuelles avec les lignes d'alimentation électrique.
- Les signaux primaires transmis devraient idéalement être des signaux de courant, car ils présentent des caractéristiques d'atténuation et une immunité au bruit supérieures. Cependant, dans les applications pratiques, les sorties des capteurs sont principalement des signaux de tension ; ceux-ci peuvent être convertis en signaux de courant à l'aide de convertisseurs appropriés.
- Pour filtrer l'alimentation CC des circuits analogiques sensibles, deux condensateurs de 0,01 µF (630 V) peuvent être ajoutés : connectez une borne de chaque condensateur aux bornes positives et négatives de l'alimentation, respectivement, et connectez l'autre borne de chaque condensateur à la masse du châssis. Cette méthode est très efficace.
- La couche de blindage du câble de commande côté borne-doit être connectée à la référence 0 V sur le circuit imprimé ; du côté conducteur, cependant, le blindage ne doit *pas* être connecté-il suffit de dénuder une section de la tresse de blindage, de la tordre en un brin et de la laisser exposée.
- Utiliser des filtres contre les interférences électromagnétiques (EMI) ; Vous pouvez également souder des résistances antiparasites-dans les lignes de commande ou installer des anneaux de ferrite sur les lignes d'alimentation du moteur.