Lors de la sélection d'un servomoteur, la plupart des ingénieurs commencent par calculer le couple.
Le couple semble suffisant, la taille du moteur semble appropriée et tout semble correct sur le papier. Mais une fois que la machine démarre, des problèmes commencent à apparaître : vibrations pendant le fonctionnement, réponse lente, chocs excessifs lors de l'accélération et de la décélération et précision de positionnement instable. Les paramètres du variateur sont ajustés à plusieurs reprises, mais les performances ne sont toujours pas satisfaisantes.
Après des heures-voire des jours-de dépannage, la véritable cause s'avère souvent non pas un couple insuffisant, mais un rapport d'inertie mal adapté.
Si le couple est trop faible, le moteur ne peut tout simplement pas entraîner la charge. Si le rapport d'inertie est incorrect, la machine risque de ne jamais atteindre des performances stables, quel que soit le niveau de réglage effectué.
De nombreux problèmes de mise en service qui prennent des jours, voire des semaines, peuvent être attribués à ce facteur négligé.
Dans cet article, nous éviterons les formules compliquées et nous concentrerons sur les principes pratiques de sélection de servomoteurs qui comptent le plus dans les applications d'ingénierie-du monde réel.
Le couple compte, mais ce n'est pas toute l'histoire
Le couple est souvent le premier paramètre évalué par les ingénieurs lors de la sélection du servomoteur, et pour cause. Le couple détermine si le moteur peut déplacer la charge.
Par exemple, une plate-forme élévatrice doit continuellement surmonter la gravité, ce qui fait du couple nominal un facteur critique. En revanche, les machines de prélèvement et de placement-à grande vitesse-, les bras robotisés et les systèmes de transfert effectuent des cycles d'accélération et de décélération fréquents, où le couple maximal devient tout aussi important.
Dans la plupart des applications industrielles, les ingénieurs se réservent généralement une marge de sécurité d'environ 1,5 fois le couple nominal calculé. Pour les systèmes hautement dynamiques avec des mouvements de démarrage-arrêt fréquents, une marge de couple maximale de 2 fois ou plus est généralement recommandée.
Référence de couple typique par application
| Application | Couple recommandé |
|---|---|
| Choisir SMT-et-placer la tête | En dessous de 0,5 N·m |
| Plateforme de transfert | 1–3 N·m |
| Mécanisme de levage | 4–7 N·m |
| Articulation du bras robotique | 4–10 N·m |
| Table rotative robuste- | Au-dessus de 10 N·m |
Cependant, de nombreux ingénieurs sont confrontés à une situation frustrante :
Le calcul du couple est correct, des marges de sécurité suffisantes sont incluses, mais la machine vibre toujours, dépasse ou peine à obtenir un positionnement stable.
Dans de nombreux cas, la réponse réside dans le rapport d’inertie.
Rapport d'inertie : la véritable clé de la performance du système d'asservissement
Si le couple détermine si une machine peut se déplacer, le rapport d'inertie détermine si elle peut se déplacer de manière fluide et précise.
Le taux d'inertie est calculé comme suit :
Rapport d'inertie=Inertie de charge ÷ Inertie du rotor du moteur
À première vue, le concept peut paraître abstrait. Une simple analogie facilite la compréhension.
Imaginez pousser un caddie vide au lieu d’en pousser un entièrement chargé de marchandises lourdes. Les deux peuvent être déplacés, mais le chariot chargé est plus difficile à accélérer, plus difficile à arrêter et moins réactif aux changements de direction.
Les servomoteurs se comportent à peu près de la même manière.
Lorsque le rapport d'inertie devient trop important, le moteur doit travailler plus fort pour contrôler la charge, ce qui entraîne souvent des problèmes de performances tels que :
Vibrations excessives du moteur
Oscillation résiduelle après l'arrêt
Difficulté à augmenter les gains des servos
Précision de positionnement instable
Températures du moteur plus élevées
Ces symptômes sont souvent confondus avec des problèmes de réglage ou une puissance moteur insuffisante, alors que le véritable problème est souvent une mauvaise adaptation de l'inertie.
Rapports d'inertie recommandés pour les mécanismes d'entraînement courants
| Type de lecteur | Rapport d'inertie recommandé |
|---|---|
| Entraînement par vis à billes | 3–5 |
| Entraînement par courroie de distribution | 5–8 |
| Systèmes de réducteurs à engrenages | 8–10 |
| État idéal | Inférieur ou égal à 5 |
Pour la plupart des équipements d'automatisation, le maintien d'un taux d'inertie inférieur à 5 simplifie considérablement la mise en service et améliore la stabilité globale du système.
Une autre considération importante est la réduction des vitesses. Une boîte de vitesses augmente non seulement le couple de sortie, mais réduit également l'inertie de charge réfléchie vue par le moteur. Par exemple, une boîte de vitesses 10:1 peut théoriquement réduire l'inertie réfléchie à environ 1/100 de sa valeur d'origine, ce qui permet au système d'asservissement d'obtenir beaucoup plus facilement un contrôle stable.
Trois facteurs souvent négligés qui affectent la fiabilité à long terme-
De nombreuses machines fonctionnent bien lors des tests initiaux, mais commencent à rencontrer des problèmes de performances des mois plus tard. Dans de nombreux cas, la cause fondamentale n’est pas le couple ou l’inertie, mais des détails qui ont été négligés lors de la phase de sélection.
Ne vous concentrez pas uniquement sur la vitesse nominale
La plupart des servomoteurs industriels sont disponibles avec des vitesses nominales de 3 000 tr/min ou 5 000 tr/min.
Une erreur courante consiste à supposer qu’un indice de vitesse plus élevé signifie automatiquement de meilleures performances.
En réalité, le couple continu diminue généralement à mesure que la vitesse augmente. Les ingénieurs doivent toujours examiner la courbe de couple-vitesse du moteur et vérifier qu'un couple suffisant reste disponible à la vitesse de fonctionnement prévue.
La sélection du codeur a un impact direct sur la précision
Pour les équipements d'automatisation générale, des encodeurs 17 bits ou 20 bits suffisent généralement.
Pour la robotique, les systèmes de positionnement de précision, les équipements à semi-conducteurs et d'autres applications-haut de gamme, les encodeurs 23 bits offrent une résolution de retour et une précision de positionnement nettement supérieures.
Les ingénieurs doivent également déterminer si la machine nécessite :
Maintien de la position après une coupure de courant
Récupération automatique des coordonnées après le redémarrage
Si ces fonctions sont requises, un codeur absolu est généralement le choix préféré.
Les axes verticaux doivent toujours utiliser un frein
C’est l’une des erreurs les plus fréquemment négligées et potentiellement coûteuses.
Tout axe affecté par la gravité doit être équipé d'un frein de maintien.
Sans frein, une panne de courant ou un arrêt d'urgence peut permettre à la charge de tomber librement, endommageant potentiellement l'équipement, les pièces à usiner ou créant des risques pour la sécurité.
Le coût supplémentaire d'un frein est négligeable par rapport au coût d'un accident inattendu.
Pourquoi de plus en plus d'AGV et d'AMR adoptent-ils des systèmes de servomoteurs basse tension ?
À mesure que les AGV, les AMR, les chariots élévateurs autonomes et les robots d'entrepôt deviennent de plus en plus populaires, les systèmes d'asservissement traditionnels de 220 V CA sont progressivement remplacés par des solutions d'asservissement basse tension.
Par rapport aux servosystèmes AC conventionnels, les servomoteurs basse tension offrent plusieurs avantages :
Intégration directe avec les systèmes de batteries au lithium
Efficacité énergétique supérieure
Architecture électrique simplifiée
Sécurité opérationnelle améliorée
Coûts globaux du système réduits
Ces avantages font de la technologie servo basse tension un choix idéal pour les applications robotiques mobiles.
Pour répondre à la demande croissante de logistique intelligente et de robots mobiles autonomes,Plutoolsa développé leServomoteur basse tension et système d'entraînement série PLT.
Conçue spécifiquement pour les véhicules industriels-alimentés par batterie et les robots mobiles, la série PLT prend en charge des tensions de fonctionnement de 24 V à 72 V et offre d'excellentes performances dynamiques, un contrôle précis de la vitesse et un fonctionnement fiable.
Les applications typiques incluent :
Systèmes d'entraînement AGV
Robots mobiles AMR
Chariots élévateurs autonomes
Équipement d'automatisation d'entrepôt
Systèmes logistiques intelligents
Robots de services mobiles
Combinée à la communication CANopen et à l'intégration transparente avec les unités de roue motrice AGV, les systèmes d'entraînement différentiels et les unités d'entraînement de direction, la série PLT aide les fabricants à créer des systèmes de contrôle de mouvement plus efficaces et plus intelligents.
Aperçu des règles de sélection des servomoteurs
| Paramètre | Recommandation |
|---|---|
| Marge de couple nominal | Supérieur ou égal à 1,5× |
| Marge de couple maximale | Supérieur ou égal à 2× |
| Rapport d'inertie idéal | Inférieur ou égal à 5 |
| Applications à-inertie élevée | Envisagez la réduction de vitesse |
| Axe vertical | Frein requis |
| Positionnement de haute-précision | Supérieur ou égal à 20 bits Encodeur |
| Robots mobiles | Servo basse tension préféré |
Conclusion
De nombreux ingénieurs qui se lancent dans la sélection de servomoteurs se concentrent principalement sur le couple.
Cependant, l'expérience-réelle d'un projet révèle rapidement une vérité plus importante :
Le couple détermine si la charge peut se déplacer, tandis que la correspondance d'inertie détermine si le système peut se déplacer de manière fluide et fiable.
Dans le même temps, des facteurs tels que la sélection du codeur, les systèmes de freinage et les évaluations de protection de l'environnement jouent un rôle essentiel dans la fiabilité à long terme.
Il est bien plus efficace de répondre à ces considérations dès la phase de conception que de passer des journées entières à résoudre les problèmes de performances après l'installation.
Pour les équipements d'automatisation, les AGV, les AMR, les chariots élévateurs autonomes et les systèmes logistiques intelligents, la sélection appropriée d'un servomoteur ne consiste pas simplement à choisir une puissance nominale.-il s'agit également de trouver l'équilibre optimal entre performances, efficacité, fiabilité et coût.
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