Os sistemas servo são parte integrante dos produtos electromecânicos, proporcionando o mais elevado nível de resposta dinâmica e densidade de binário. Por conseguinte, a tendência no desenvolvimento de sistemas de acionamento consiste em substituir os tradicionais accionamentos hidráulicos, de corrente contínua, de passo e de velocidade variável de corrente alternada por servo-accionamentos de corrente alternada. Esta transição tem por objetivo elevar o desempenho do sistema a um novo nível, incluindo [...]
Os sistemas servo são parte integrante dos produtos electromecânicos, proporcionando o mais elevado nível de resposta dinâmica e densidade de binário.
Assim, a tendência no desenvolvimento de sistemas de acionamento é substituir os tradicionais accionamentos de velocidade variável hidráulicos, CC, de passo e CA por servo-accionamentos CA.
Esta transição tem como objetivo elevar o desempenho do sistema a um novo nível, incluindo ciclos mais curtos, maior produtividade, maior fiabilidade e maior tempo de vida útil.
Para maximizar o desempenho dos servomotores, é essencial compreender algumas das suas características únicas de utilização.
Os clientes deparam-se frequentemente com ruído excessivo e funcionamento instável quando utilizam servomotores em determinadas máquinas. Quando estes problemas surgem, a primeira reação de muitos utilizadores é questionar a qualidade do servomotor.
Isto porque, quando mudam para motores passo a passo ou motores de frequência variável para acionar a carga, o ruído e a instabilidade diminuem significativamente.
À primeira vista, parece efetivamente tratar-se de um problema com o servomotor.
No entanto, uma análise cuidadosa do princípio de funcionamento do servomotor revela que esta conclusão é totalmente incorrecta.
O sistema servo AC é composto por um servo drive, um servo motor e um sensor de feedback (geralmente, o servo motor vem com um codificador ótico).
Todos estes componentes funcionam dentro de um sistema de controlo em circuito fechado: o variador de velocidade recebe informações de parâmetros do exterior e, em seguida, fornece uma corrente específica ao motor, que a converte em binário para acionar a carga.
A carga executa acções ou acelera/desacelera com base nas suas características.
O sensor mede a posição da carga, permitindo que o dispositivo de acionamento compare o valor de informação definido com o valor de posição real. Em seguida, ajusta a corrente do motor para manter o valor da posição real consistente com o valor da informação definida.
Quando uma mudança súbita de carga provoca uma variação de velocidade, o codificador transmite imediatamente essa mudança de velocidade ao servoaccionamento.
O acionamento altera então a corrente fornecida ao servomotor para acomodar a alteração de carga e regressar à velocidade predefinida.
O servo-sistema de corrente alternada é um sistema de malha fechada com elevada capacidade de resposta, em que o tempo de resposta entre a flutuação da carga e a correção da velocidade é muito rápido. Nesta altura, a principal limitação da resposta do sistema é o tempo de transmissão do dispositivo de ligação mecânica.
Para dar um exemplo simples: considere uma máquina que utiliza um servomotor para acionar uma carga de inércia elevada e velocidade constante através de uma correia trapezoidal. Todo o sistema precisa de manter uma velocidade constante e características de resposta rápida. Vamos analisar o seu processo de funcionamento.
Quando o acionamento fornece corrente ao motor, este gera imediatamente um binário. Inicialmente, devido à elasticidade da correia trapezoidal, a carga não acelera tão rapidamente como o motor.
O servomotor atinge a velocidade definida mais cedo do que a carga, altura em que o codificador montado no motor enfraquece a corrente, reduzindo subsequentemente o binário. À medida que a tensão na correia trapezoidal aumenta continuamente, a velocidade do motor abranda.
Em seguida, o condutor aumenta novamente a corrente e este ciclo repete-se. Conta oficial: SolidWorks Projeto mecânico não-padrão.
Neste caso, o sistema oscila, o binário do motor flutua e a velocidade da carga flutua em conformidade.
O ruído, o desgaste e a instabilidade resultantes são inevitáveis. No entanto, estes não são causados pelo servo motor. O ruído e a instabilidade têm origem no dispositivo de transmissão mecânica e devem-se a um desfasamento entre a elevada velocidade de resposta do servo sistema e a transmissão mecânica mais longa ou o tempo de resposta.
Ou seja, a resposta do servomotor é mais rápida do que o tempo necessário para o sistema se ajustar ao novo binário.
Depois de identificar a raiz do problema, a sua resolução torna-se muito mais fácil. Referindo-se ao exemplo anterior, pode:
(1) Aumentar a rigidez mecânica e reduzir a inércia do sistema, diminuindo assim o tempo de resposta das peças de transmissão mecânica. Por exemplo, substituir as correias trapezoidais por accionamentos directos por parafuso ou utilizar caixas de velocidades em vez de correias trapezoidais.
(2) Diminuir a velocidade de resposta do servo sistema e reduzir a largura de banda de controlo do servo sistema, tal como diminuir o valor de ganho do servo sistema.
Naturalmente, estas são apenas algumas das razões para o ruído e a instabilidade. Existem diferentes soluções para diferentes causas. Por exemplo, o ruído causado por ressonância mecânica pode ser resolvido através da implementação de supressão de ressonância ou de filtragem passa-baixo no servo sistema. Em conclusão, as causas do ruído e da instabilidade não se devem geralmente ao próprio servomotor.
Durante a seleção e afinação de servo sistemas, surge frequentemente a questão da inércia. Especificamente, manifesta-se da seguinte forma:
1. Ao escolher um servo sistema, para além de considerar factores como o binário e a velocidade nominal do motor, é necessário calcular primeiro a inércia do sistema mecânico convertido no veio do motor.
Em seguida, escolhemos um motor com um tamanho de inércia adequado, com base nos requisitos reais de ação da máquina e nos requisitos de qualidade da peça de trabalho.
2. Durante a afinação (no modo manual), a definição correcta do parâmetro da relação de inércia é um pré-requisito para maximizar o desempenho da máquina e do servo sistema.
Este ponto é particularmente proeminente em sistemas que requerem alta velocidade e alta precisão (o parâmetro da relação de inércia do servo Delta é 1-37, JL/JM). Assim, surge o problema da correspondência de inércia! Então, o que é exatamente a "correspondência de inércia"?
1. De acordo com a segunda lei de Newton, o binário necessário para o sistema de alimentação, T, é igual ao momento de inércia do sistema, J, multiplicado pela aceleração angular, θ. A aceleração angular θ tem impacto nas características dinâmicas do sistema. Quanto menor for θ, maior será o tempo entre o comando do controlador e a execução do sistema, resultando numa resposta mais lenta do sistema. Se θ flutuar, a resposta do sistema variará em velocidade, afectando a precisão da maquinagem. Dado que a saída máxima T permanece constante quando o motor é selecionado, se quisermos alterações mínimas em θ, J deve ser o mais pequeno possível.
2. A inércia total do veio de alimentação, J, é igual à inércia de rotação do servomotor, JM, mais a inércia de carga convertida do veio do motor, JL. A inércia de carga JL é constituída pela inércia dos componentes lineares e rotativos, tais como a mesa de trabalho (no caso das máquinas-ferramentas), os dispositivos de fixação e as peças de trabalho nela colocados, o parafuso, o acoplamento, etc., todos convertidos na inércia do veio do motor. JM representa a inércia do rotor do servomotor, que é uma constante quando o servomotor é selecionado, enquanto JL flutua com alterações na carga, como a peça de trabalho. Se pretender que a taxa de variação em J seja menor, é melhor minimizar a proporção que JL ocupa. Isto é comummente referido como "correspondência de inércia".
Agora que já sabemos o que é a correspondência de inércia, que impactos específicos tem e como é determinada?
Impacto:
A inércia do acionamento afecta a precisão, a estabilidade e a resposta dinâmica do sistema servo. Uma inércia maior resulta numa constante mecânica do sistema maior, numa resposta mais lenta e num sistema reduzido frequência natural, potencialmente conduzindo à ressonância.
Isto limita a largura de banda do servo e afecta a precisão do servo e a velocidade de resposta.
Um aumento adequado da inércia só é vantajoso para melhorar a deslocação a baixa velocidade. Por conseguinte, na conceção mecânica, devem ser feitos esforços para minimizar a inércia sem comprometer a rigidez do sistema.
Determinação:
Ao avaliar as características dinâmicas de um sistema mecânico, quanto menor for a inércia, melhor será a resposta dinâmica do sistema. Pelo contrário, uma inércia maior leva a uma carga maior do motor, tornando o controlo mais difícil.
No entanto, a inércia do sistema mecânico deve corresponder à inércia do motor. Os diferentes mecanismos têm selecções variadas para os princípios de correspondência de inércia, cada um com exibições funcionais únicas.
Por exemplo, durante o corte a alta velocidade com a CNC centro de maquinação através de um servo motor, quando a inércia da carga aumenta, ocorre o seguinte:
(1) Quando os comandos de controlo mudam, o motor demora bastante tempo a atingir os requisitos de velocidade da nova instrução;
(2) Podem ocorrer erros significativos quando a máquina funciona ao longo de dois eixos para executar um corte arqueado rápido:
i. Em circunstâncias normais, com servomotores típicos, se JL for menor ou igual a JM, os problemas acima não ocorrerão.
ii. Se JL for igual a 3 vezes JM, a capacidade de controlo do motor diminuirá ligeiramente, mas isso não terá impacto na rotina corte de metais. (Para o corte de curvas a alta velocidade, recomenda-se geralmente que JL seja inferior ou igual a JM).
iii. Quando JL é 3 vezes JM ou mais, a capacidade de controlo do motor diminui significativamente, o que é particularmente notório durante o corte de curvas a alta velocidade.
Diferentes acções mecânicas e requisitos de qualidade da maquinagem requerem diferentes relações entre JL e JM.
A determinação da correspondência de inércia deve basear-se nas características tecnológicas da máquina e nos requisitos de qualidade do processo de maquinagem.
Depois de finalizar o esquema de transmissão mecânica, é necessário selecionar e confirmar o modelo e o tamanho do servomotor.
(1) Critérios de seleção
Em geral, a seleção de um servomotor deve satisfazer as seguintes situações:
(2) Cálculos de seleção
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
PT 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
RU