Problèmes courants liés aux moteurs servo en utilisation
Les systèmes servo constituent un composant essentiel des produits électromécaniques, offrant les niveaux les plus élevés de réponse dynamique et de densité de couple. Par conséquent, la tendance en matière de développement des systèmes d’entraînement consiste à remplacer les entraînements hydrauliques, à courant continu, pas à pas et à fréquence variable CA traditionnels par des entraînements servo CA, afin d’atteindre un nouveau niveau de performance système, notamment des temps de cycle réduits, une productivité accrue, une fiabilité supérieure et une durée de vie prolongée. Pour tirer le meilleur parti des moteurs servo, il est essentiel de bien connaître leurs caractéristiques d’utilisation.
Problèmes courants liés aux moteurs servo en utilisation
Problème 1 : Bruit et instabilité
Les clients éprouvent souvent un bruit excessif et un fonctionnement instable lors de l’utilisation de moteurs servo sur des machines. La réaction initiale de nombreux utilisateurs est d’attribuer ce phénomène à une mauvaise qualité du moteur servo, car, dans certains cas, son remplacement par un moteur pas à pas ou un moteur à fréquence variable entraîne une réduction notable du bruit et de l’instabilité. En apparence, cela semble effectivement relever d’un défaut du moteur servo, mais une analyse approfondie de son principe de fonctionnement démontre que cette conclusion est totalement erronée.
Un système servo alternatif comprend : un variateur servo, un moteur servo et un capteur de rétroaction (généralement, les moteurs servo intègrent un codeur optique). L’ensemble de ces composants fonctionne dans un système de commande en boucle fermée : le variateur reçoit des informations paramétriques depuis l’extérieur, puis fournit un courant déterminé au moteur, lequel convertit ce courant en couple pour entraîner la charge. La charge se déplace ou accélère/décélère selon ses propres caractéristiques. Des capteurs mesurent la position de la charge, ce qui amène le variateur à comparer la valeur de consigne avec la valeur réelle de position. Ensuite, en ajustant le courant fourni au moteur, la valeur réelle de position est maintenue conforme à la valeur de consigne. Lorsqu’une variation brutale de la charge provoque une modification de vitesse, le codeur détecte ce changement de vitesse et réagit immédiatement auprès du variateur servo. Ce dernier ajuste alors le courant fourni au moteur servo afin de s’adapter à la variation de charge et de revenir à la vitesse de consigne. Un système servo alternatif est un système entièrement en boucle fermée, doté d’une très grande réactivité. Le décalage temporel entre les fluctuations de charge et la correction de vitesse est extrêmement court. Par conséquent, le véritable facteur limitant la réactivité du système est le temps de transmission des dispositifs mécaniques de liaison.
Problème deux : Adaptation de l’inertie
Les problèmes d’inertie sont fréquemment rencontrés lors de la sélection et du réglage des systèmes servo !
Plus précisément, ils se manifestent de la manière suivante :
1. Lors de la sélection d’un système servo, outre des facteurs tels que le couple moteur et la vitesse nominale, il est nécessaire de calculer l’inertie du système mécanique ramenée à l’arbre moteur. Ensuite, en fonction des exigences réelles d’action mécanique et des exigences de qualité des pièces usinées, on choisit un moteur présentant une valeur d’inertie adaptée.
2. Pendant le réglage (en mode manuel), la paramétrisation correcte du rapport d’inertie constitue une condition préalable pour exploiter pleinement les performances optimales du système mécanique et du système servo. Ce point est particulièrement critique dans les systèmes exigeant une grande vitesse et une haute précision (les paramètres de rapport d’inertie des servomoteurs Delta vont de 1 à 37, JL/JM).
Impact : L’inertie de transmission affecte la précision, la stabilité et la réponse dynamique du système servo. Une inertie élevée entraîne une constante mécanique importante, une réponse lente et une diminution de la fréquence naturelle du système, ce qui le rend sensible à la résonance. Cela limite la bande passante du servo et nuit à sa précision ainsi qu’à sa vitesse de réponse. Augmenter légèrement l’inertie n’est utile que pour améliorer le déplacement rampant à faible vitesse. Par conséquent, en conception mécanique, l’inertie doit être minimisée autant que possible sans compromettre la rigidité du système.
Comment déterminer les caractéristiques dynamiques d’un système mécanique : Lors de la mesure des caractéristiques dynamiques d’un système mécanique, plus l’inertie est faible, meilleure est la réponse dynamique du système ; plus l’inertie est élevée, plus la charge sur le moteur augmente et plus la commande devient difficile. Toutefois, l’inertie du système mécanique doit être adaptée à celle du moteur. Selon les mécanismes, les principes d’adaptation de l’inertie varient, et ces choix produisent des effets différents.
Par exemple, lorsqu’un centre d’usinage à commande numérique (CNC) effectue une coupe à grande vitesse à l’aide d’un moteur servo, une augmentation de l’inertie de la charge provoque les conséquences suivantes :
1. Lorsque les ordres de commande changent, le moteur met plus de temps à atteindre la vitesse exigée par le nouvel ordre ;
2. Lorsque la machine-outil exécute une coupe rapide en arc de cercle selon deux axes, des erreurs importantes apparaissent. En général, dans des conditions normales, si JL ≦ JM, les problèmes ci-dessus ne se produisent pas ;
3. Lorsque JL ≥ 3 × JM, la commandabilité du moteur diminue fortement, ce qui est particulièrement perceptible lors de la découpe de courbes à grande vitesse.
Des actions mécaniques différentes et des exigences différentes en matière de qualité d’usinage imposent des rapports différents entre JL et JM. La détermination de l’adéquation des inerties doit reposer sur les caractéristiques du procédé mécanique et sur les exigences relatives à la qualité d’usinage.
Question 3 : Sélection d’un moteur servo
Une fois le schéma de transmission mécanique choisi, il convient de sélectionner et de confirmer le modèle et les dimensions du moteur servo.
(1) Conditions de sélection
En général, les conditions suivantes doivent être remplies lors de la sélection d’un moteur servo :
1. Vitesse maximale du moteur > vitesse maximale requise par le système.
2. Inertie du rotor du moteur adaptée à l’inertie de la charge.
3. Couple de fonctionnement continu sous charge ≤ couple nominal du moteur.
4. Couple de sortie maximal du moteur > couple maximal requis par le système (couple pendant l’accélération).
(2) Calcul de sélection
1. Calcul d’adéquation de l’inertie (JL/JM)
2. Calcul de la vitesse de rotation (vitesse côté charge, vitesse côté moteur)
3. Calcul du couple de charge (couple de fonctionnement continu sous charge, couple pendant l’accélération)
