Tanto o controle de velocidade quanto o controle de torque para servomotores são implementados usando sinais analógicos, enquanto o controle de posição é obtido através da geração de pulsos. O modo de controle específico a ser adotado é selecionado com base nos requisitos do cliente e nas funções de movimento específicas que precisam ser cumpridas.
os três modos de controle para servo motores
- Se você não tiver requisitos específicos em relação à velocidade ou posição do motor-e simplesmente precisar gerar um torque constante-o Modo Torque é a escolha óbvia.
- Se você precisar de um certo nível de precisão em relação à posição e velocidade, mas não estiver particularmente preocupado com valores de torque-em tempo real, geralmente é preferível usar o Modo de velocidade ou o Modo de posição.
- Se o controlador host possuir recursos robustos de controle de{0}loop fechado, a utilização do Speed Control normalmente produzirá resultados superiores. Por outro lado, se seus requisitos não forem particularmente rigorosos-ou se praticamente não houver demandas de capacidade de resposta-em tempo real-o uso do Controle de posição impõe menos demandas ao controlador do host.
Em termos de velocidade de resposta do servoconversor: o Modo Torque envolve a menor carga computacional, resultando na resposta mais rápida do conversor aos sinais de controle; por outro lado, o Modo de Posição envolve a maior carga computacional, resultando na resposta mais lenta do inversor aos sinais de controle.
Quando um alto desempenho dinâmico é necessário durante o movimento, ajustes-no motor em tempo real tornam-se essenciais.
- Se o controlador em si tiver uma velocidade de processamento relativamente lenta (por exemplo, um CLP ou um controlador de movimento-de baixo custo), o Controle de Posição deverá ser usado.
- Se o controlador possuir uma velocidade de processamento relativamente rápida, o Controle de Velocidade pode ser utilizado; isso envolve mudar o circuito de posição do inversor para o controlador, reduzindo assim a carga de trabalho do inversor e aumentando a eficiência geral.
- Se um controlador host ainda mais avançado estiver disponível, o Controle de Torque poderá ser empregado; isso envolve deslocar o circuito de velocidade-além do circuito de posição-para longe do inversor. Essa abordagem normalmente só é viável com controladores especializados-de última geração.
Geralmente, uma métrica altamente intuitiva para avaliar a qualidade do controle do drive é conhecida como “largura de banda de resposta”.
Ao operar nos modos Controle de Torque ou Controle de Velocidade, um gerador de pulso é usado para inserir um sinal de onda-quadrada, fazendo com que o motor alterne continuamente entre rotação direta e reversa. À medida que a frequência do sinal aumenta progressivamente, um osciloscópio exibe um sinal de frequência-varrida. Quando o pico do envelope do sinal cai para 70,7% do seu valor máximo, indica que o sistema perdeu a sincronização (ou seja, "saiu"). A frequência com que isto ocorre serve como um indicador direto da qualidade do sistema de controlo; normalmente, o loop de corrente pode atingir larguras de banda superiores a 1.000 Hz, enquanto o loop de velocidade é geralmente limitado a algumas dezenas de Hertz.
Controle de Torque
O controle de torque é um método usado para definir a magnitude do torque de saída externo do eixo do motor, obtido por meio de um sinal de entrada analógico externo ou pela atribuição direta de um valor a um endereço específico. Operacionalmente, isso significa-por exemplo-que se uma entrada de 10 V corresponder a 5 Nm de torque, então configurar a entrada analógica externa para 5 V resultará em uma saída do eixo do motor de 2,5 Nm. Nestas condições: se a carga no eixo do motor for inferior a 2,5 Nm, o motor gira no sentido direto; se a carga externa for igual a 2,5 Nm, o motor permanece parado; e se a carga exceder 2,5 Nm, o motor gira na direção reversa (um cenário normalmente encontrado em aplicações que envolvem cargas gravitacionais). O valor de torque definido pode ser ajustado em tempo real-alterando o sinal de entrada analógico ou modificando o valor numérico do endereço correspondente através de uma interface de comunicação.
Esse modo de controle é utilizado principalmente em sistemas de enrolamento e desenrolamento onde existem requisitos rigorosos em relação à tensão aplicada ao material,-como em máquinas de enrolamento-de fio ou em equipamentos de trefilação-de fibra óptica. Nessas aplicações, a configuração de torque deve ser ajustada dinamicamente em tempo-real para compensar alterações no raio do enrolamento, garantindo assim que a tensão exercida no material permaneça constante, independentemente das variações no diâmetro do enrolamento.
Controle de posição
No modo de controle de posição, a velocidade de rotação é normalmente determinada pela frequência dos pulsos de entrada externa, enquanto o ângulo de rotação é determinado pela contagem de pulsos. Além disso, alguns servossistemas permitem a atribuição direta de valores de velocidade e deslocamento através de interfaces de comunicação. Como o modo Posição permite um controle rigoroso da velocidade e da posição, ele é comumente empregado em mecanismos de posicionamento.
Os campos de aplicação incluem máquinas-ferramentas CNC, máquinas de impressão e equipamentos similares.
Modo de controle de velocidade
A velocidade rotacional pode ser controlada através de entradas analógicas ou ajustando a frequência de pulso. Quando integrado a um sistema de controle PID de loop-externo gerenciado por um controlador-de nível superior, o modo Speed também pode ser utilizado para tarefas de posicionamento; entretanto, é essencial realimentar o sinal de posição do motor-ou o sinal de posição diretamente da carga-para o controlador-de nível superior para processamento computacional. O modo de posição também suporta a detecção de sinais de posição diretamente do circuito externo da carga; nesta configuração, o encoder montado no eixo do motor monitora apenas a velocidade de rotação do motor, enquanto o sinal de posição real é fornecido por um dispositivo de detecção localizado na extremidade final da carga. A principal vantagem desta abordagem é que ela minimiza os erros introduzidos durante os estágios intermediários de transmissão, aumentando assim a precisão geral do posicionamento de todo o sistema.
Três-controles de loop
Os servo motores normalmente empregam uma estrutura de controle de três{0}}loops-especificamente, um sistema que compreende três sistemas de controle PID de feedback-de loop negativo-fechado. O loop PID mais interno é o "loop atual". Este loop opera inteiramente dentro do próprio servoconversor; ele utiliza sensores de efeito Hall- para detectar a corrente de saída que flui do inversor para cada fase do motor e, em seguida, aplica feedback negativo ao ponto de ajuste da corrente para realizar a regulação PID. O objetivo é garantir que a corrente de saída real corresponda ao ponto de ajuste desejado. Fundamentalmente, o circuito de corrente controla o torque do motor; conseqüentemente, quando o inversor está operando no modo torque, a carga computacional é mínima, resultando na resposta dinâmica mais rápida.
O segundo loop é o "loop de velocidade". Ele executa regulação PID de feedback-negativo com base em sinais detectados pelo codificador do motor. A saída PID gerada neste loop serve diretamente como setpoint para o loop de corrente. Portanto, ao operar no modo de controle de velocidade, o sistema aciona efetivamente tanto a malha de velocidade quanto a malha de corrente. Em outras palavras, o circuito de corrente é indispensável em qualquer modo de operação; constitui a base fundamental do controle. Mesmo durante as operações de controle de velocidade e posição, o sistema executa simultaneamente o controle de corrente (torque) para obter a regulação precisa de velocidade e posição.
O terceiro loop é o "loop de posição". Como loop mais externo, ele pode ser configurado entre o inversor e o encoder do motor ou entre um controlador externo e o encoder do motor (ou a carga final), dependendo dos requisitos específicos da aplicação. Como a saída interna da malha de controle de posição serve como ponto de ajuste para a malha de velocidade, a operação no modo de controle de posição necessita da execução simultânea de todas as três malhas. Consequentemente, este modo coloca a maior carga computacional no sistema e resulta na velocidade de resposta dinâmica mais lenta.