Dimensionamento applicazioni - Parte 1: Introduzione al dimensionamento dei servosistemi

aprile 14, 2017, by Bob White

Mai dimensionato un servosistema? Bene, desideriamo condividere con voi alcune buone pratiche elaborate negli anni. Nei prossimi mesi, proseguirò questa serie di articoli con varie notizie che vi aiuteranno a conoscere le operazioni di dimensionamento. In questo post, inizierò con le basi per una corretta preparazione.

Si inizia dalla comprensione dei vari componenti di un servomotore e di un sistema di azionamento. I servosistemi sono sistemi chiusi, perché regolano alcune funzioni desiderate attraverso l’incorporazione della retroazione, un po’ come il cruise control della vostra auto. Si imposta la velocità desiderata e il cruise control decide quanto è necessario accelerare per mantenere il veicolo alla velocità desiderata. I servosistemi di cui ci occupiamo hanno un dispositivo di retroazione che fornisce un feedback costante tra il motore e l’azionamento, in modo da regolare con precisione la velocità e/o la coppia del motore utilizzato. Molto spesso si tratta di sistemi altamente dinamici che implicano rapide accelerazioni e decelerazioni di carico. Funzionano in tutti e 4 i quadranti, quindi controllano la coppia e la velocità sia positive sia negative.

Funzionamento a quattro quadranti

Il dimensionamento di un servosistema richiede una soluzione di sistema. Il sistema comprende la definizione del carico meccanico, un profilo di movimento che include i requisiti di posizionamento, le caratteristiche del servomotore e l’ambiente nel quale sono localizzati il motore e altri componenti.

Iniziamo con il capire quali sono le implicazioni di un carico meccanico e dei requisiti di movimento. La fisica newtoniana di base ci insegna che la forza (o la coppia in termini rotativi) è proporzionale alla massa (inerzia rotativa) rispetto all’accelerazione, sia positiva che negativa. È quindi importante definire la meccanica con cura, in particolare le masse in movimento e il profilo di movimento richiesto. Insieme al profilo di movimento, è importante capire i reali requisiti di posizionamento del carico in termini di risoluzione, precisione e ripetibilità (che tratteremo in un futuro post sul blog). Questo sarà influenzato direttamente dalla selezione del dispositivo di retroazione, ma anche da perdite di movimento, come giochi o cedevolezza del sistema meccanico.

A meno che non venga preso in considerazione un sistema a motore con azionamento diretto, il meccanismo comprenderà una o più trasmissioni meccaniche. Una trasmissione da lineare a rotativa potrebbe essere realizzata con una puleggia azionata da una cinghia o una vite con un meccanismo, come una vite a sfera, a mero titolo di esempio.

Servomeccanismi

Le trasmissioni rotative comprendono cambi o riduttori a cinghia che permettono una riduzione di velocità tramite pulegge di varie dimensioni. In alcune applicazioni, la parte in movimento offre un contributo significativo alla massa totale in movimento. Una massa variabile come nel caso di sistemi robotici deve essere anch’essa presa in considerazione, poiché il cambiamento di carico totale può svolgere un ruolo nella regolazione del servoazionamento.

Nei componenti in movimento, le inerzie devono essere sommate e ritrasmesse all’albero motore. Oltre all’inerzia, bisogna tener presente anche le forze esterne, l’attrito e l’inefficienza.Tutto questo determina le caratteristiche di velocità/coppia necessarie per rispettare i criteri prestazionali della vostra applicazione.

Gli aspetti da considerare per la prima avventura nel mondo del dimensionamento sono molti, ma abbiate pazienza: tutto acquisterà senso una volta messi i pezzi insieme.Prima di concludere questo post, ricapitoliamo rapidamente alcuni degli elementi di base da considerare:

  1. Conoscenza del carico meccanico e delle modalità di collegamento al servomotore
  2. Profilo di motion e requisiti di posizionamento
  3. Le caratteristiche della tecnologia del servomotore considerate
  4. L’ambiente nel quale verrà utilizzato
 
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