Diseño y dimensionamiento de sistemas de control de movimiento

Diseño y dimensionamiento de sistemas de control de movimiento

La eficiencia energética y el funcionamiento correcto de los servomotores son factores asociados en el diseño. Muchas veces no se tienen en cuenta y ello origina funcionamientos inapropiados o aplicaciones con consumos que pueden moderarse. En este apartado abordamos la descripción de las ideas esenciales que deben tenerse en cuenta para un correcto dimensionado de servomotores.

Una caja de cambios debe cumplir los requisitos más diversos dictados por el tipo de aplicación.Las aplicaciones de manipulación lineal altamente dinámicas exigen componentes robustos y de alto rendimiento.Gracias al bajo peso de los componentes de accionamiento, los sistemas de varios ejes logran un efecto de regulación positivo y, por lo tanto, tiempos de producción más eficientes.Por otro lado, los sistemas de recogida y colocación exigen una alta repetibilidad y la correspondiente rigidez del sistema que promueve una colocación rápida y precisa.

Utilice las herramientas de dimensionamiento disponibles para simplificar los cálculos.Comparta los detalles con sus proveedores.Pueden ayudarlo a reducir los candidatos potenciales y pueden dirigirlo a un sistema más económico que aún satisfaga sus necesidades.

El control de movimiento es un elemento clave de muchas máquinas industriales y un tema multifacético; la demanda de funciones más seguras está en constante crecimiento y la eficiencia energética se ha convertido en un elemento predominante. El aumento en el número total de motores por máquina está exigiendo más software de soporte (y mejor), así como innovaciones que reducen el tiempo necesario para la instalación y puesta en marcha.

Una caja de cambios necesita lidiar con altas velocidades de entrada, tener un amplio rango de operación, proporcionar un par adecuado para la aplicación, ser lo suficientemente robusto como para manejar el uso continuo y repetitivo, y tener poca holgura de engranaje. El tipo especifico de caja de engranes a utilizar depende de la aplicación y los requisitos de espacio, el omitir un cálculo en este tipo de proyectos u otras alternativas de selección, sin bases ingenieriles, pueden llevar al fracaso de la aplicación.

La mayoría de las construcciones de máquinas se pueden modelar con mecanismos básicos. Algunos softwares calculan todos los parámetros para todo el tren de accionamiento. A pesar de este complejo proceso, estas herramientas son fáciles de usar.

 

La inercia, es la tendencia de un objeto a resistir al cambio de la aceleración, es uno de los principales desafíos en el control de movimiento. Para dimensionar correctamente el motor, es necesario calcular la inercia de la carga J(load).

La inercia de carga J(load) debe considerarse como inercia reflejada en todo el sistema, es decir debe considerarse como la inercia reflejada hacia el eje del motor desde la carga y todos los componentes intermedios. Debe incluir cualquier elemento mecánico adicional en el sistema que el motor será responsable de mover, como husillos de avance, poleas, correas, acoplamientos, etc. Cuanto mayores sean las demandas de rendimiento del sistema, más detallado debe ser este análisis.
Determinar la expresión analítica adecuada y calcular la masa y la posición de estos sistemas mecánicos complejos puede ser todo un desafío. Además, estos cálculos deben basarse en el peso (teniendo en cuenta la aceleración de la gravedad) en lugar de simplemente en la masa. Además, el proceso de dimensionamiento del motor también necesita la inercia del propio motor J(M).

La relación entre la inercia de la carga y la inercia del motor nos da una medida de eficacia con la que se puede controlar el movimiento. Una relación de inercia alta nos indica que el sistema tendrá dificultades para controlar la carga, en contraparte una relación de inercia baja nos indicara que el motor hará un buen trabajo para controlar la carga.

Los perfiles de movimiento varían de una aplicación a otra. La forma más básica es la de un trapezoide: un período de aceleración seguido de un período de velocidad constante, seguido de un período de desaceleración

A =V/t

El perfil de movimiento que se muestra en la figura muestra aceleración y desaceleración simétricas. Como resultado, su aceleración se puede expresar como:

a = Vmáx/t 1
– a = Vmáx/t 1

Ahora que hemos calculado la inercia de la carga y la aceleración y desaceleración deseadas, podemos determinar la cantidad de par necesario para posicionar la carga. El par total T T es la suma del par de aceleración ( T acc ) y una cantidad llamada par de carga ( T L ). El par de carga es solo la suma de las pérdidas mecánicas en el sistema, típicamente la fricción y la gravedad. Al igual que con la inercia, varía según la forma, la masa y la configuración.

La fricción es un factor que se olvida fácilmente en el proceso de dimensionamiento del motor. Cualesquiera dos superficies que se deslicen juntas contrarrestarán el par aplicado. La expresión estándar para la fuerza de fricción F viene dada por:

F = µN

donde µ es igual al coeficiente de fricción de la superficie deslizante de cualquier elemento en movimiento y N es igual a la fuerza normal aplicada a ese elemento. Esta expresión se puede usar para estimar la fuerza de fricción.

Podemos definir el par de aceleración T acc como:

T acc = J T (a)+ T L
donde J T es la inercia total (carga más motor).

El par de desaceleración requerido para detener la carga está dado de manera similar por: T dis = J T (-a)+ T L

También debemos tener en cuenta el par de ejecución, es decir el que mantuvo la velocidad constante de la carga durante la fase de ejecución y un breve lapso de tiempo de inactividad al final del movimiento. Combinamos estas cantidades para determinar el par RMS ( T RMS ) necesario del motor. Esa expresión está dada por:

Este es el par requerido del motor por la aplicación.