Schémas des AXIS_CIP_DRIVE

Vous trouverez ci-après les topologies de boucle d'asservissement pour les différents types d'applications.

Générateur de commandes

Les données de commande qui affectent le mouvement des axis peuvent provenir de différentes sources. La source de données de commande la plus courante est celle qui provient d’un générateur de trajectoires reposant sur un automate via la connexion A-à-D de CIP Motion. Dans ce contexte, les données de commande peuvent prendre la forme de Position de contrôle de commande, Vitesse de commande, Accélération de commande et de Couple de commande générées par le générateur de trajectoires. Les éléments de données de commande fournis sont spécifiés par l'attribut Ensemble de données de commande, qui repose sur le Mode de contrôle sélectionné. L'élément de données de commande primaire peut être complété par des éléments de commande d'ordre supérieur dans le but de générer des signaux d'anticipation haute qualité. Alternativement, ces éléments de commande d'ordre supérieur peuvent également être dérivés par le dispositif des données de commande primaire. Dans chaque cas, un Interpolateur fin de commande est généralement appliqué aux Données de commande afin de générer des signaux de référence de commande, vers la structure de contrôle des dispositifs, à la fréquence de mise à jour des ces dispositifs.

Un Générateur de trajectoires local, résidant sur le dispositif, est une autre source de données de commande. L'objet d’axe de dispositif de mouvement définit un ensemble de fonctionnalités associées à un générateur de trajectoires reposant sur le dispositif. Ces fonctionnalités comprennent les soutiens sur l'engrenage électronique, l'enchaînement de came, les déplacements, ainsi que les joggings. À l'aide de la connexion égal à égal de Mouvement CIP, les fonctions relatives à l'engrenage et à la came peuvent être directement liées à une référence de commande d'axe maître à partir d'un dispositif homologue de production pour des applications de la ligne d'arbre de hautes performances. Alternativement, la référence de commande d'axe maître peut être dérivée d'une instance d'axe de mouvement locale. Pour permettre ces fonctionnalités, le générateur de trajectoires peut également établir une référence de position absolue via une prise d'origine, et redéfinir les opérations de position ainsi que d'effectuer un rebouclage rotatif. Le générateur de trajectoires du dispositif est contrôlé par des requêtes de service CIP.

Vous pouvez définir directement des Données de commande, telles que la Vitesse de commande de l'automate. Dans ce contexte, le dispositif applique sa propre fonction de générateur de rampe pour accélérer ou décélérer le moteur à la vitesse demandée.

L’interpolateur fin de commande et le Générateur de rampe sont tous deux des fonctions des blocs Générateur de commandes présentés dans les diagrammes de bloc fonctionnel ci-dessous.

Interpolateur fin de commande

Générateur de rampe

Canaux de retour

Les signaux de retour définis par l’objet Axe du dispositif de mouvement peuvent être dérivés de l’un des 4 canaux d’interface de retour différents. Les deux canaux de retour primaires utilisés par les différents modes de contrôle en boucle fermée sont appelés Retour 1 et Retour 2. Cela permet aux boucles de contrôle de fonctionner avec un dispositif de retour basé sur le moteur généralement connecté au canal Retour 1 ou avec un dispositif de retour côté charge connecté au canal Retour 2. Que la source de retour utilisée par la boucle est régie par l'attribut Mode de retour.

Chaque interface de retour peut prendre en charge un certain nombre de types de dispositif de retour différents, énumérés par l'attribut Type de retour. La sortie de l'interface de retour est le nombre de comptages de retour dont le dispositif de retour s'est déplacé depuis le dernier échantillonnage du dispositif. Si le dispositif de retour est un dispositif absolu, l'interface de retour détermine également la position absolue du dispositif de retour au démarrage et communique cette valeur au Totalisateur de retour pour prédéfinir ce dernier.

Canaux de retour 1 et 2

Sélection de retour redondant

En utilisant la sortie du Totalisateur à l'échelle et les signaux Retour de vitesse et Retour d'accélération mis à l'échelle, il est possible d'échanger les signaux de retour pendant le fonctionnement du dispositif sans interrompre le contrôle en boucle fermée. Grâce à cette fonctionnalité, il est possible d’utiliser un canal de retour secondaire comme canal de retour redondant pour l’un des deux principaux canaux de retour primaires servant au contrôle. Retour 3 est le canal de retour redondant désigné pour Retour 1, et Retour 4 est le canal de retour redondant pour Retour 2. Le dispositif peut basculer sur le canal de retour redondante si : 1) Le canal de retour primaire est perdue lorsque Action de perte de retour n est paramétrée sur Basculer sur Retour redondant ou 2) L'automate bascule explicitement sur les canaux redondantes en activant le bit Retour redondant n Activation de l'élément de données Mode de Retour cyclique.

Le basculement entre le canal de retour primaire et les sources de retour redondantes est géré par le bloc Sélecteur de retour présenté dans le diagramme suivant.

Fonctionnalité de capture d'événements

Sources d'entrée d'événements

L'Objet d'axe de dispositif de mouvement définit un mécanisme pour capturer la position de retour et l'horodatage qui sont associés aux transitions d'état spécifiques des sources d'entrée d'événements sélectionnées. Les sources d'entrée d'événement que l'objet prend actuellement en charge sont Registration 1, Registration 2, Zéro codeur et Interrupteur de prise d'origine. Ces 4 sources d'entrée d'événement s'appliquent à chacun des canaux de retour pris en charge.

Verrouillages d'événements

Pour permettre une capture précise de la position et de l'instant de retour, des verrouillages d'événement matériels sont généralement mis en œuvre, comme le montre le diagramme de bloc suivant. Notez que deux verrouillages indépendants sont définis pour chaque entrée de registration, l'un destiné à capturer les événements de transition de front positif et l'autre les événements de transition de front négatif. Cette conception permet de capturer tous les deux types d'événement de registration dans les applications à l'aide des impulsions de registration étroites où les fronts montant et descendant surviennent quasiment en même temps. Outre les verrouillages de registration, un verrouillage séparé est également défini pour la capture d'événement de prise d'origine. L'événement d'entrée de prise d'origine qui déclenche le verrouillage d'événement de prise d'origine peut être un nombre quelconque de combinaisons différentes d'événements d'interrupteur de prise d'origine et d'entrée de zéro codeur, c'est-à-dire des transitions de zéro codeur, des transitions d'interrupteur ou des de transitions d'interrupteur suivies d'une transition de zéro codeur.

Avec les verrouillages d'événements basés sur le matériel, la précision de capture des événements est généralement uniquement limitée par la latence de l'entrée d'événement associée. Les entrées d'événement de registration et de zéro codeur font l'objet d'un filtrage léger, de sorte que la capture d'événements est de l'ordre de 1 µsec. En termes de la précision de capture des positions, elle serait calculée comme le produit de la précision de capture des événements et de la vitesse de l'axis. Les entrées de l'interrupteur de prise d'origine sont fortement filtrées et donc généralement limitées à une capture d'événement de 1 à 10 millisecondes. Donc, pour obtenir une capture de position précise selon une transition d'entrée de l'interrupteur de prise d'origine, on nécessite une séquence de prise d'origine à basse vitesse de prise d'origine.

Modes de contrôle

Les attributs d'instance définis dans l'Objet d’axe de dispositif de mouvement affectent le comportement des dispositifs dans le contexte du Mode de contrôle, de la Méthode de contrôle et du Mode de retour. Quatre modes de contrôle de base sont communs aux dispositifs : contrôle de position, contrôle de vitesse, commande de couple et aucun contrôle. Nous ajoutons à cette liste un nouveau mode de contrôle : contrôle d'accélération, pour compléter la progression du contrôle de vitesse vers la commande de couple. Cette section fournit un diagramme de bloc pour chacun des modes de contrôle, afin de mieux définir le comportement collectif des différents attributs Objet d'axe de dispositif de mouvement.

Aucun contrôle (Retour uniquement)

Une instance de l'Objet d’axe de dispositif de mouvement peut être configurée en mode Pas de contrôle pour permettre à l'automate d'accéder à la position, la vitesse et l'accélération de l'un des quatre canaux de retour possibles via la connexion Dispositif-Automate. Ces signaux peuvent ensuite être distribués sur le système de contrôle de mouvement comme axe maître pour les opérations d'engrenage et d’entraînement de came. Dans ce mode, l'attribut Mode de retour détermine quelle canal de retour produit les signaux de retour de position, de vitesse et d'accélération.

Contrôle de position

En mode Contrôle de position, la seule Méthode de contrôle opératoire actuellement prise en charge par l'objet est la commande d'asservissement en boucle fermée.

Contrôle de position en boucle fermée

Lorsqu'il effectue un contrôle de position en boucle fermée, le dispositif applique la sortie du signal de Position de commande du générateur de commande à la jonction de sommation de la boucle de position. Outre la Commande de position, une entrée Ajustement de position est fournie pour servir à fournir un décalage à la boucle de position. La boucle de contrôle PI classique génère un signal de la sortie de boucle de position au niveau d'une boucle de vitesse interne.

Sélection du retour de position

Le retour vers le régulateur PI peut être dérivé de deux canaux de retour différents. Grâce à cette souplesse, la boucle de position peut fonctionner avec un dispositif de retour à moteur qui est généralement relié au canal Retour 1 ou un dispositif de retour du côté charge connecté au canal Retour 2. Que la source de retour utilisée par la boucle est régie par l'attribut Mode de retour.

Lorsque le Mode de retour nécessite un fonctionnement en Double retour, la boucle de position utilise le canal Retour 2, par contre la boucle de vitesse utilise le canal Retour 1. Puisque les deux canaux de retour n'ont peut-être pas la même résolution de retour, il est nécessaire de convertir les unités de la sortie de la boucle de position Retour 1 en celles de Retour 2 avant d'appliquer la sortie à la jonction de sommation de la boucle de vitesse. Cette opération est effectuée en changeant l'échelle de la sortie de boucle de position via le bloc Mise à l'échelle de l'unité, en utilisant le Rapport d'unité de retour.

Gains PI de position

Le Gain proportionnel de l'automate PI classique définit la bande passante du gain unitaire de la boucle de position en radians/seconde, tandis que le Gain intégral sert à régler le signal Erreur de position à zéro afin de compenser les effets de couple ou de forces statiques ou quasi statiques appliqués à la charge.

Anticipation de vitesse

La boucle de vitesse intérieure exige une entrée de commande non nulle pour générer la vitesse de moteur d'axe à l'état stationnaire. Pour fournir la sortie non nulle du dispositif au moteur, une sortie de boucle de position non nulle est nécessaire, ce qui se traduit par une erreur de position non nulle. Cette erreur dynamique entre la position de commande et la position réelle pendant un déplacement est souvent appelée erreur de suivi. La plupart des applications de contrôle de mouvement en boucle fermée exigent aucune erreur de suivi, en permanence ! Ce résultat peut être obtenu dans une certaine mesure en utilisant le contrôle de gain intégral de position comme indiqué ci-dessus, mais généralement le temps de réponse des actions de l'intégrateur est trop long pour être efficace dans les applications de contrôle de mouvement haute performance. Une autre solution permettant d'obtenir une meilleure réponse dynamique consiste à utiliser l'Anticipation de vitesse.

La fonctionnalité Anticipation de vitesse est utilisée en mode de Contrôle de la position pour fournir l'essentiel de l'entrée Référence de vitesse pour générer la vitesse de moteur voulue. Pour ce faire, elle met à l'échelle la sortie du signal Anticipation de vitesse de commande du Générateur de commande par le Gain d'anticipation de vitesse et ajoute la Sortie de boucle de position générée par la boucle de position pour obtenir le signal Référence de vitesse. Grâce à cette fonctionnalité, la boucle de position n'a pas besoin de générer trop d'effort pour atteindre le niveau de commande de vitesse requis, et la valeur Erreur de position est donc nettement réduite. Le Gain d'anticipation de vitesse permet de réduire pratiquement à zéro l'erreur de suivi de la boucle de contrôle de position lors d'un fonctionnement à vitesse constante. Ceci s'avère particulièrement utile pour certaines applications telles que celles d'engrenage électronique et de synchronisation où il est nécessaire que, en tout cas, la position actuelle de l'axis ne doit pas être énormément décalée par rapport à la position commandée.

En théorie, la valeur optimale du gain d'anticipation de vitesse est de 100 %. Dans la réalité, cependant, il peut s'avérer nécessaire d'ajuster cette valeur afin de tenir compte des boucles de vitesse dont le gain de boucle est fini. L'utilisation d'une valeur d'Anticipation de vitesse inférieure peut être imposée par le fait que l'augmentation de l'anticipation tend à accroître le dépassement de l'axis. De ce fait, l'anticipation n'est pas recommandée pour les applications de positionnement point à point.

Contrôle de vitesse

En mode Contrôle de vitesse, deux méthodes de contrôle de fonctionnement sont prises en charge par l'objet : le contrôle de vitesse en Boucle fermée et le contrôle de Fréquence en boucle ouverte.

Contrôle de vitesse en boucle fermée

La méthode de contrôle de vitesse en Boucle fermée est destinée aux applications qui exigent une régulation précise de la vitesse. Notez que l'entrée de commande vers la boucle de vitesse peut être directement dérivée de la Vitesse de commande du Générateur de commande configuré pour le Mode de contrôle de vitesse ou de la Sortie de la boucle de position en cas de configuration en Mode contrôle de position, comme décrit dans la section précédente.

Lorsqu'il sert de Boucle de vitesse externe en mode de contrôle de vitesse, le dispositif applique l'entrée de la vitesse de commande à la jonction de sommation de la vitesse de commande pour générer le signal de référence de vitesse vers un régulateur PI classique. L'entrée Ajustement de vitesse participe également à la jonction de sommation de la vitesse de commande et peut être utilisée conjointement avec une boucle de contrôle externe pour effectuer des ajustements mineurs à la vitesse du moteur.

Lorsqu'il sert d'une boucle de vitesse interne en Mode de contrôle de position, le dispositif applique le signal Sortie de boucle de position à l'entrée de la jonction de sommation de la commande de vitesse. Les signaux d'entrée qui ne s'appliquent pas au mode de contrôle configuré sont généralement réglés à zéro.

Limiteur de vitesse

La sortie du signal de jonction de sommation de la Vitesse de commande passe par un bloc limiteur classique pour produire le signal Référence de vitesse dans la boucle de vitesse. Le bloc Limiteur de vitesse applique une limite de vitesse directionnelle, Limite de vitesse - Pos ou Limite de vitesse - Nég, à l'entrée du signal de la vitesse de commande, en fonction du signe.

Sélection du retour de vitesse

Le retour vers le régulateur PI peut être dérivé de l'un des deux transducteurs de retour disponibles, Retour 1 ou Retour 2. Que la source de retour utilisée par la boucle est régie par l'énumération du Mode de Retour.

Filtre d'erreur de vitesse

Un filtre passe-bas peut éventuellement être appliqué au signal d'erreur de vitesse généré par la jonction de sommation de boucle de vitesse. La sortie de ce filtre devient le signal Erreur de vitesse qui est ensuite traité par l'algorithme de contrôle PI de la boucle de vitesse. Lorsqu'il est utilisé, le filtre est généralement réglé à 5 à 10 fois la bande passante de la boucle de vitesse. Il est recommandé de faire de ce filtre un filtre IIR à deux pôles pour maximiser son efficacité en matière de filtrage du bruit de quantification.

Gains de vitesse PI

La boucle de vitesse génère un signal Sortie de la boucle de vitesse vers la boucle interne suivante via une structure de boucle de contrôle PI classique. Le Gain proportionnel de l'automate définit la bande passante du gain unitaire de la boucle de vitesse en radians/seconde, tandis que le Gain intégral sert à régler le signal Erreur de vitesse à zéro afin de compenser les effets de couple ou de forces statiques ou quasi statiques appliqués à la charge. Le chemin de l'intégrateur comprend un Gain proportionnel, afin que les unités du Gain intégral représentent la bande passante de l'intégrateur en radians/sec.

La section intégrale du régulateur de vitesse comprend une fonctionnalité anti-enroulement. La fonctionnalité anti-enroulement contient le terme intégral du régulateur lorsqu'une condition limite est atteinte dans le chemin d’avance. La fonctionnalité anti-enroulement est conditionnée par le signe arithmétique de l'entrée de l'intégrateur. L'intégrateur est maintenu lorsque le signe de l'entrée est tel que la sortie de l'intégrateur progresse vers la limite active. En d'autres termes, l'intégrateur est autorisé à fonctionner (non maintenu) lorsque l'entrée tend à amener la valeur de sortie de l'intégrateur hors de la limite active.

L'intégrateur peut également être configuré pour l'opération de maintien de l'intégrateur. Lorsque l'attribut Maintien de l'intégrateur est réglé sur vraie, le régulateur empêche l'intégrateur d'accumuler pendant que l'axe reçoit un ordre de déplacement. Ce comportement est utile pour les applications de positionnement point à point.

Une fonctionnalité automatique prédéfinie du terme intégral du régulateur de vitesse a lieu lors d'une transition entre le mode de commande de couple et le contrôle de vitesse, en utilisant le paramètre de sélection du mode de contrôle. Lors du passage au mode vitesse, le terme intégral du régulateur de vitesse est prédéfini d'après le paramètre de référence de couple du moteur. Si l'erreur de vitesse est faible, cela permet une transition sans à-coup à partir de la dernière valeur de référence du couple, présente avant le passage en mode vitesse.

Anticipation négative

Hormis les éléments de contrôle PI normaux, un gain d'anticipation négative (Knff) est fourni afin d'ajuster la réponse temporelle du régulateur de vitesse. La plage de Knff va de 0 à 100 %, zéro désactivant la fonction. Une valeur de 30 % aboutit à un dépassement peu remarquable en termes de la réponse de vitesse à une entrée d'étape. Cela peut facilement être observé lorsque la vitesse du moteur est ralentie jusqu'à 0. L'anticipation négative a pour effet d'éliminer le recul de l'arbre du moteur. Le réglage de gain Knff n'a pas d'effet sur la stabilité du régulateur de vitesse. L'utilisation de l'anticipation négative présente l'inconvénient d'entraîner un temps de retard dans la réponse de retour à une entrée de rampe de référence.

Réduction de vitesse

L'autre caractéristique du régulateur de vitesse est la fonction de réduction de la vitesse. L'entrée d’erreur de vitesse transmise au terme intégral est réduite d'une fraction de la sortie du régulateur de vitesse contrôlée par le paramètre de gain de réduction de la vitesse, Kdr. À mesure que la charge du couple du moteur s'augmente, la vitesse courante du moteur est réduite proportionnellement au gain de réduction. Ceci est utile lorsqu'un certain niveau de conformité est demandé en raison du couplage mécanique rigide entre deux moteurs.

Anticipation d’accélération

La boucle de vitesse nécessite une sortie de la boucle de vitesse non nulle pour générer une accélération de moteur en état stationnaire sur l'axe. Pour fournir la sortie non nulle du variateur au moteur, une erreur de vitesse non nulle est généralement nécessaire. Dans les applications de contrôle de position, cette erreur de vitesse non nulle se traduit par une erreur de boucle de position non nulle. Parce que de nombreuses applications de contrôle de mouvement en boucle fermée exigent une erreur de boucle de contrôle proche de zéro, ce comportement n'est pas souhaitable. Encore, il est possible de réduire l'erreur de boucle de vitesse et de position en appliquant le contrôle de gain intégral de vitesse comme décrit ci-dessus, mais l'action de l'intégrateur est encore trop lente pour être suffisamment efficace. La solution préférée, qui offre une meilleure réponse dynamique, consiste à utiliser l'Anticipation d'accélération.

L'attribut Gain d'anticipation d'accélération sert à produire la sortie permettant de générer l'accélération commandée. Pour ce faire, le logiciel met à l'échelle l'Anticipation d'accélération de commande générée par le générateur de commande par le gain d'anticipation d'accélération et l'ajoute sous forme de décalage à la sortie de la boucle de vitesse. Grâce à cette fonctionnalité, la boucle de vitesse n'a pas besoin de générer trop d'effort de contrôle, ainsi les erreurs de la boucle de contrôle sont réduites.

En théorie, la valeur optimale de l'anticipation d'accélération est de 100 %. En réalité, cependant, il peut être nécessaire d'ajuster la valeur pour s'adapter aux variations de l'inertie de charge et de la constante de couple du moteur. Comme l'anticipation de vitesse, l'anticipation d'accélération peut entraîner des comportements de dépassement et ne doit pas être utilisée dans les applications de positionnement point à point.

Lorsqu'elle est utilisée conjointement avec l'anticipation de vitesse, l'anticipation d'accélération permet de réduire pratiquement à zéro l'erreur de suivi de la boucle de contrôle de position ou de vitesse pendant les phases d'accélération et de décélération du mouvement. Ceci est important dans les applications de suivi qui synchronise précisément un axis esclave avec les mouvements d'un axe maître à l'aide des opérations d'engrenage électronique et de came.

Contrôle de fréquence en boucle ouverte

Une autre méthode Contrôle de la vitesse est celle du Contrôle de la fréquence en boucle ouverte associée aux ledit Volts/Hertz ou Variateurs à fréquence variable (VFD) qui n'ont pas de boucle de contrôle de courant et pilotent généralement un moteur à induction. Le contrôle de vitesse par cette méthode est réalisé en contrôlant la tension et la fréquence de sortie du dispositif variateur d'une manière telle que la tension est généralement proportionnelle à la fréquence. Pour un moteur à induction, la vitesse du moteur est déterminée par la Fréquence de sortie du dispositif de variateur divisée par le nombre de Pôles du moteur. Cette méthode de contrôle peut être appliquée aux applications de contrôle de vitesse qui ne nécessitent pas une régulation de vitesse précise et n'exigent donc pas de dispositif de retour. Le diagramme de blocs suivant illustre cette méthode de contrôle de vitesse en boucle ouverte et la présente de manière plus détaillée.

Fonctionnement basique de Volts/Hertz

L'Objet d’axe de dispositif de mouvement fournit un certain nombre d'attributs utilisés pour spécifier la relation qu'établit le dispositif variateur entre la fréquence de sortie (vitesse) et la tension de sortie pour un moteur (à induction) donné. Les attributs Fréquence de rupture et Tension de rupture définissent les points sur la courbe Volts/Hertz en dessous desquels la fonctionnalité Démarrer la suralimentation est appliquée. Comme son nom l'indique, Démarrer la suralimentation sert à fournir une tension de sortie non nulle au moteur à l'arrêt pour aider au démarrage. La contribution de Démarrer la suralimentation à la tension de sortie du dispositif variateur se rapproche de zéro lorsque le moteur atteint la Fréquence de rupture. Au-dessus du point de coupure, la tension de sortie et la fréquence de sortie suivent une pente linéaire jusqu'au point défini par Fréquence nominale du moteur et Tension nominale du moteur. De ce point, la courbe Volts/Hertz suit une autre pente linéaire jusqu'au point défini par les attributs Fréquence maximale et Tension maximale. Ce segment de la courbe Volts/Hertz permet de faire fonctionner le moteur au-delà de la fréquence et de la tension nominales dans les applications où cela s'avère nécessaire.

Fonctionnement du vecteur sans capteur

Le Vecteur sans capteur est une Méthode de contrôle de la vitesse alternative qui n'exige pas de la configuration d'une courbe Volts/Hertz. Par contre, faisant appel du connaissance de la Résistance du stator et de l'Inductance de fuite du moteur, le dispositif de variateur peut calculer la Tension de sortie appropriée qui est requise pour une Fréquence de sortie donnée. Cette méthode permet de mieux contrôler le comportement à basse vitesse que la méthode Volts/Hertz de base.

Compensation de glissement

Lorsqu'un moteur à induction est piloté à une fréquence spécifique, la vitesse courante du moteur est généralement inférieure à la vitesse commandée, qui s'obtient en divisant la fréquence de sortie par le nombre de pôles du moteur, d'une quantité qui est proportionnelle au couple de charge appliqué au moteur. Cette différence, appelée glissement, est un attribut de configuration associé au moteur. L'Objet d'axe de dispositif de mouvement supporte une fonctionnalité Compensation de glissement qui est commune aux Variateurs à fréquence variable. La quantité de Compensation de glissement appliquée à la Référence de vitesse est le produit du couple mesuré produisant le courant, lq, et de la Vitesse de glissement nominale du moteur à induction configurée.

Réduction de vitesse

La fonction de réduction est une autre caractéristique définie pour la méthode Contrôle de la fréquence. La fonction de réduction réduit la référence de vitesse à l'aide d'une fraction à l'échelle du couple produisant le courant, lq, sous un contrôle du réglage de gain de réduction, Kdr. Au fur et à mesure que la charge du couple du moteur s'augmente, la vitesse actuelle du moteur est réduite, proportionnellement au gain de réduction. Cela s'avère utile lorsqu'un certain niveau de conformité est demandé lors d'un partage du couple entre deux moteurs qui utilisent une charge commune.

Contrôle d'accélération

(Version ODVA/IEC) Bien que le contrôle dynamique d'un moteur via une accélération de commande ne soit pas courant dans l'industrie, le contrôle d'accélération a été ajouté à l'Objet d’axe de dispositif de mouvement afin de réaliser la progression dynamique du contrôle de vitesse vers la commande de couple. La sortie de la boucle de vitesse, Sortie de la boucle de vitesse, comporte également des unités d'accélération. Ainsi, comme dans les autres modes de contrôle, nous additionnons les contributions de l’Accélération de commande, de l’Ajustement d'accélération et de la Sortie de la boucle de vitesse pour constituer le signal Référence d'accélération qui est l'une des principales entrées de la section Commande de couple.

Limiteur d'accélération

La sortie du signal de jonction de sommation de l'accélérationa de commande passe à travers un bloc limiteur classique pour produire le signal Référence d'accélération. Le bloc Limiteur d'accélération applique une limite d'accélération directionnelle, Limite d'accélération ou Limite de décélération au signal de commande d'entrée, en fonction du signe du signal.

Commande de couple

Le couple est généralement proportionnel à l'accélération et au couple produisant le courant du moteur, lq. La structure Commande de couple a pour objectif de combiner les signaux d'entrée pour créer une Référence de couple à partir de différentes sources reposant sur le Mode de contrôle et d'appliquer différents filtres et algorithmes de compensation à la Référence du couple pour créer une Référence de couple filtrée. Le signal Référence de couple filtrée est mis à l'échelle par la réciproque de la constante de couple, Kt, du moteur pour devenir l'entrée Commande de courant lq dans la boucle de courant. Du fait que le courant du moteur est aussi unitarisé en fonction du pourcentage de courant nominal du moteur, la constante de couple, Kt, est nominalement égale à 1. En d'autre termes, il est en général supposé qu'un courant nominal de 100% produit un couple nominal de 100%.

Sources d'entrée de couple

La section Commande de couple peut prendre son entrée de diverses sources en fonction du mode de contrôle. L’entrée du chemin de Référence de couple peut provenir du signal cyclique Couple de commande ou Ajustement de couple dans le mode Commande de couple. En mode de Contrôle de Position ou de Vitesse, l'entrée du couple est dérivée de la boucle de vitesse externe ou de la boucle d'accélération en exploitant les signaux d'accélération résultants et en les mettant à l'échelle pour obtenir un couple équivalent.

Accélération de la mise à l'échelle de couple

Comme les signaux d'entrée de l'accélération dans la section Commande de couple sont exprimés en unités d'accélération, un facteur de mise à l'échelle, Kj, est nécessaire pour convertir les unités d'accélération en unités de couple Pourcentage de couple nominal. S'il est correctement configuré, ce facteur de mise à l'échelle représente l'Inertie totale du système ou la masse du système, qui comprend le moteur et la charge. Il a pour effet d'annuler les conséquences de l'inertie/la masse du système sur la réponse de la boucle de contrôle et les réglages de gain de la boucle. Du fait que les unités de couple sont exprimées sous forme de pourcentage de couple nominal du moteur, les unités de l'attribut Inertie du système sont Pourcentage nominal par unités de moteur/Sec2. Notez cependant que les unités d'accélération peuvent être exprimées en unités Retour 1 ou Retour 2, en fonction du paramètre Mode de retour. Par conséquent, dans les cas où Retour 2 s'applique, le signal d'accélération doit être mis à l'échelle selon le Rapport d'unité de retour, comme le montre le bloc Rapport d'unité dans le diagramme ci-dessous.

Compensation de jeu mécanique

Le diagramme de commande de couple comprend un certain nombre de fonctions de compensation importantes. Compensation de jeu mécanique sert à stabiliser la boucle de contrôle du dispositif dans les applications présentant les rapports d'inertie de charge et le jeu mécanique importants.

L'attribut Fenêtre de compensation de jeu mécanique sert à contrôler la fonction de compensation de jeu mécanique. Le jeu mécanique est un problème courant dans les applications qui utilisent des boîtes d'engrenages mécaniques. Il vient du fait que jusqu'au moment où la roue d'entrée est pivotée vers le point où sa dent proximale entre en contact avec la roue de sortie, l'inertie de la sortie n'est pas ressentie par le moteur. Autrement dit, tant que les dents de ces roues ne sont pas en prise, l'inertie du système est réduite à l'inertie du moteur.

Si la boucle de Contrôle de vitesse est réglée pour donner des performances optimales dans la pire éventualité, l'axe du moteur et la roue d'entrée oscilleront très largement entre les deux extrémités des dents de la roue de sortie. Il en résulte un fort bourdonnement lorsque l'axe est au repos, appelé communément broutage de la boîte d'engrenages. Si la situation perdure, la boîte d'engrenages s'usera prématurément. Pour éviter cette situation, l'approche conventionnelle consiste à dérégler la boucle de vitesse de façon que l'axis soit stable lors que la charge de la boîte d'engrenages n'est pas appliquée. Malheureusement, cette solution affecte les performances du système.

Avec une valeur Fenêtre de stabilisation du jeu mécanique proportionnée à l'étendue du jeu présent dans le système mécanique, l'algorithme de stabilisation du jeu mécanique est très efficace pour éliminer l'instabilité due au jeu, tout en maintenant la totalité de la bande passante du système. Cet algorithme repose sur un profil conique Kj, présenté ci-dessous et défini en tant que fonction de l'erreur de position de la boucle de position. L'utilisation d'un profil conique qui est opposé à celui d'étape s'explique du fait que le profil d'étape produirait une très grande discontinuité dans la sortie de couple si l'erreur de position dépassait la distance de jeu mécanique. Ce couple répulsif tend à rabattre violemment l'axe contre la dent de la roue opposée et à perpétuer l'effet de bourdonnement. Le profil conique peut être qualifié pour s'exécuter uniquement lorsque l'accélération de commande ou la Vitesse de commande de la structure de boucle de contrôle est nulle, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de mouvement de commande susceptible d'engager les dents de la boîte d'engrenages.

S'il est proprement configuré avec une valeur appropriée pour la Fenêtre de compensation de jeu mécanique, cet algorithme élimine totalement le bourdonnement de la boîte d'engrenages sans compromettre les servo-performances. Le paramètre Fenêtre de compensation de jeu mécanique détermine la largeur de la fenêtre sur laquelle la stabilisation du jeu mécanique est appliquée. En général, cette valeur est égale ou supérieure à la distance mesurée du jeu mécanique. Cette fonction est désactivée si la valeur Fenêtre de stabilisation du jeu mécanique est égale à zéro.