Tanto el control de velocidad como el control de par para servomotores se implementan mediante señales analógicas, mientras que el control de posición se logra generando pulsos. El modo de control específico que se adoptará se selecciona en función de los requisitos del cliente y las funciones de movimiento específicas que deben cumplirse.
Los tres modos de control para servomotores.
- Si no tiene requisitos específicos con respecto a la velocidad o la posición del motor-y simplemente necesita generar un torque constante-el modo Torque es la opción obvia.
- Si necesita un cierto nivel de precisión con respecto a la posición y la velocidad, pero no le preocupan especialmente los valores de torsión en tiempo real-, generalmente es preferible utilizar el modo de velocidad o el modo de posición.
- Si su controlador host posee sólidas capacidades de control de bucle cerrado-, utilizar Speed Control normalmente producirá resultados superiores. Por el contrario, si sus requisitos no son particularmente estrictos-o si prácticamente no hay exigencias de capacidad de respuesta-en tiempo real-el uso del control de posición impone menos exigencias al controlador host.
En términos de velocidad de respuesta del servovariador: el modo Torque implica la carga computacional más baja, lo que da como resultado la respuesta más rápida del variador a las señales de control; por el contrario, el modo de posición implica la carga computacional más alta, lo que resulta en la respuesta más lenta del variador a las señales de control.
Cuando se requiere un alto rendimiento dinámico durante el movimiento, los ajustes{0}}en tiempo real del motor se vuelven esenciales.
- Si el controlador en sí tiene una velocidad de procesamiento relativamente lenta (por ejemplo, un PLC o un controlador de movimiento de gama baja-), se debe utilizar el control de posición.
- Si el controlador posee una velocidad de procesamiento relativamente rápida, se puede utilizar el control de velocidad; esto implica cambiar el bucle de posición del variador al controlador, reduciendo así la carga de trabajo del variador y mejorando la eficiencia general.
- Si se dispone de un controlador principal aún más avanzado, se puede emplear el control de par; Esto implica desplazar el bucle de velocidad-además del bucle de posición-alejándolo de la unidad. Este enfoque normalmente solo es factible con controladores especializados-de gama alta.
Generalmente, una métrica muy intuitiva para evaluar la calidad del control del variador se conoce como "ancho de banda de respuesta".
Cuando se opera en los modos de control de par o control de velocidad, se utiliza un generador de impulsos para ingresar una señal de onda cuadrada-, lo que hace que el motor alterne continuamente entre la rotación hacia adelante y hacia atrás. A medida que la frecuencia de la señal aumenta progresivamente, un osciloscopio muestra una señal de frecuencia de barrido-. Cuando el pico de la envolvente de la señal cae al 70,7% de su valor máximo, indica que el sistema ha perdido la sincronización (es decir, "se ha salido"). La frecuencia con la que esto ocurre sirve como indicador directo de la calidad del sistema de control; normalmente, el bucle de corriente puede alcanzar anchos de banda superiores a 1000 Hz, mientras que el bucle de velocidad generalmente está limitado a unas pocas decenas de Hertz.
Control de par
El control de par es un método utilizado para establecer la magnitud del par de salida externo del eje del motor, logrado ya sea a través de una señal de entrada analógica externa o asignando directamente un valor a una dirección específica. Operacionalmente, esto significa-por ejemplo-que si una entrada de 10 V corresponde a 5 Nm de torque, entonces configurar la entrada analógica externa a 5 V dará como resultado una salida del eje del motor de 2,5 Nm. En estas condiciones: si la carga sobre el eje del motor es inferior a 2,5 Nm, el motor gira hacia adelante; si la carga externa es de 2,5 Nm, el motor permanece parado; y si la carga excede los 2,5 Nm, el motor gira en dirección inversa (un escenario que se encuentra típicamente en aplicaciones que involucran cargas gravitacionales). El valor de par establecido se puede ajustar en tiempo-real ya sea alterando la señal de entrada analógica o modificando el valor numérico de la dirección correspondiente a través de una interfaz de comunicación.
Este modo de control se utiliza principalmente en sistemas de bobinado y desenrollado donde existen requisitos estrictos con respecto a la tensión aplicada al material-como en maquinaria de bobinado de alambre-o equipo de trefilado de fibra-óptica. En tales aplicaciones, el ajuste del par debe ajustarse dinámicamente en tiempo-real para compensar los cambios en el radio de bobinado, garantizando así que la tensión ejercida sobre el material permanezca constante independientemente de las variaciones en el diámetro de bobinado.
Control de posición
En el modo de control de posición, la velocidad de rotación generalmente está determinada por la frecuencia de los pulsos de entrada externa, mientras que el ángulo de rotación está determinado por el conteo de pulsos. Además, algunos servosistemas permiten la asignación directa de valores de velocidad y desplazamiento a través de interfaces de comunicación. Dado que el modo Posición permite un control riguroso tanto de la velocidad como de la posición, se emplea comúnmente en mecanismos de posicionamiento.
Los campos de aplicación incluyen máquinas herramienta CNC, maquinaria de impresión y equipos similares.
Modo de control de velocidad
La velocidad de rotación se puede controlar a través de entradas analógicas o ajustando la frecuencia del pulso. Cuando se integra en un sistema de control PID de bucle externo- administrado por un controlador de nivel-superior, el modo Velocidad también se puede utilizar para tareas de posicionamiento; sin embargo, es esencial retroalimentar la señal de posición del motor-o la señal de posición directamente desde la carga-al controlador de nivel-superior para el procesamiento computacional. El modo de posición también admite la detección de señales de posición directamente desde el bucle exterior de la carga; En esta configuración, el codificador montado en el eje del motor monitorea solo la velocidad de rotación del motor, mientras que la señal de posición real la proporciona un dispositivo de detección ubicado en el extremo de carga final. La principal ventaja de este enfoque es que minimiza los errores introducidos durante las etapas de transmisión intermedias, mejorando así la precisión de posicionamiento general de todo el sistema.
Control de tres-bucles
Los servomotores suelen emplear una estructura de control de tres-bucle-específicamente, un sistema que comprende tres sistemas de control PID de retroalimentación negativa-de bucle cerrado-negativo. El bucle PID más interno es el "bucle actual". Este bucle opera completamente dentro del propio servoaccionamiento; Utiliza sensores de efecto Hall- para detectar la corriente de salida que fluye desde el variador a cada fase del motor y luego aplica retroalimentación negativa al punto de ajuste actual para realizar la regulación PID. El objetivo es garantizar que la corriente de salida real coincida estrechamente con el punto de ajuste deseado. Básicamente, el bucle de corriente controla el par del motor; en consecuencia, cuando el variador funciona en modo de par, la carga computacional es mínima, lo que da como resultado la respuesta dinámica más rápida.
El segundo bucle es el "bucle de velocidad". Realiza una regulación PID de retroalimentación-negativa basada en las señales detectadas por el codificador del motor. La salida PID generada dentro de este bucle sirve directamente como punto de ajuste para el bucle actual. Por lo tanto, cuando se opera en modo de control de velocidad, el sistema activa efectivamente tanto el bucle de velocidad como el bucle de corriente. En otras palabras, el bucle actual es indispensable en cualquier modo de funcionamiento; constituye la base fundamental del control. Incluso durante las operaciones de control de velocidad y posición, el sistema ejecuta simultáneamente el control de corriente (par) para lograr la regulación precisa de la velocidad y la posición.
El tercer bucle es el "bucle de posición". Como bucle más externo, se puede configurar entre el variador y el codificador del motor, o entre un controlador externo y el codificador del motor (o la carga final), según los requisitos específicos de la aplicación. Dado que la salida interna del bucle de control de posición sirve como punto de ajuste para el bucle de velocidad, operar en modo de control de posición requiere la ejecución simultánea de los tres bucles. En consecuencia, este modo impone la mayor carga computacional al sistema y da como resultado la velocidad de respuesta dinámica más lenta.