Les moteurs pas à pas en boucle fermée peuvent être le meilleur choix pour les tâches généralement effectuées par les servos car les steppers traditionnels ne pouvaient pas les gérer.

L'une des décisions les plus critiques que les ingénieurs peuvent prendre lors de la conception de tout type de processus de contrôle de mouvement consiste à choisir le moteur. Obtenir le bon moteur, à la fois en termes de type et de taille, est impératif pour l'efficacité opérationnelle de la machine finale. De plus, s'assurer que le moteur ne brisera pas le budget est toujours une préoccupation principale.

L'une des premières questions à répondre pour prendre la décision est: quel type de moteur serait le meilleur? L'application nécessite-t-elle un servomoteur haute performance? Un stepper à faible coût serait-il meilleur? Ou peut-être y a-t-il une troisième option de route au milieu de la route?

Les réponses commencent par les besoins de l'application spécifique. Il existe de nombreux facteurs à résoudre avant de déterminer le type de moteur qui serait idéal pour une application donnée.

Les exigences

Combien de cycles par minute le moteur doit-il faire? Combien de couple est nécessaire? Quelle est la vitesse de pointe requise?

Ces questions critiques ne peuvent pas être traitées simplement en choisissant un moteur avec une puissance donnée.

La puissance de puissance d'un moteur est la combinaison de couple et de vitesse qui peut être calculée par une multiplication de vitesse, de couple et d'une constante.

En raison de la nature de ce calcul, cependant, il existe de nombreuses combinaisons différentes de couple et de vitesse qui produiront une puissance spécifique. Ainsi, différents moteurs avec des cotes d'énergie similaires peuvent fonctionner différemment en raison de la combinaison de la vitesse et du couple qu'ils offrent.

Les ingénieurs doivent savoir à quelle vitesse une certaine charge de taille doit se déplacer avant de choisir en toute confiance un moteur qui fonctionnera le mieux. Le travail en cours doit également tomber sous la courbe de couple / vitesse du moteur. Cette courbe montre comment le couple d'un moteur varie pendant le fonctionnement. En utilisant des hypothèses «pires» (en d'autres termes, la détermination de la quantité maximale / minimale de couple et la vitesse du travail nécessitera), les ingénieurs peuvent être confiants qu'un moteur choisi a une courbe de couple / vitesse suffisante.

L'inertie de la charge est un autre facteur qui doit être abordé avant de plonger dans le processus décisionnel de choisir un moteur. Le rapport d'inertie doit être calculé, qui est la comparaison entre l'inertie de la charge et l'inertie du moteur. Une règle de base dit que si l'inertie de la charge dépasse 10 fois celle du rotor, le réglage du moteur peut être plus difficile et les performances peuvent en souffrir. Mais cette règle varie non seulement d'une technologie à l'autre, mais d'un fournisseur à l'autre et même d'un produit à l'autre. La critique d'une application affectera également cette décision. Certains produits gèrent jusqu'à 30 à 1, tandis que les disques directs se déroulent jusqu'à 200 à 1. Beaucoup de gens n'aiment pas le dimensionnement d'un moteur qui dépasse un rapport de 10 à 1.

Enfin, y a-t-il des limitations physiques qui restreignent un certain moteur sur un autre. Les moteurs se présentent sous différentes formes et tailles. Dans certains cas, les moteurs sont grands et volumineux, et il existe certaines opérations qui ne peuvent pas abriter un certain moteur de taille. Avant qu'une décision éclairée puisse être prise sur le meilleur type de moteur, ces spécifications physiques doivent être reconnues et comprises.

Une fois que les ingénieurs répondent à toutes ces questions - vitesse, couple, puissance, inertie de chargement et limitations physiques - ils peuvent s'y concentrer sur le moteur de taille le plus efficace. Cependant, le processus décisionnel ne s'arrête pas là. Les ingénieurs doivent également déterminer quel type de moteur correspond le mieux à l'application. Pendant des années, le choix sur le type se résume à l'une des deux options pour la plupart des applications: un servomoteur ou un moteur pas à pas en boucle ouverte.

Servos et steppers

Les principes de fonctionnement pour les moteurs de servo et de pas de pas en boucle ouverte sont similaires. Cependant, il existe des différences clés entre les deux que les ingénieurs doivent comprendre avant de décider quel moteur est idéal pour une application donnée.

Dans les systèmes de servo traditionnels, un contrôleur envoie des commandes au lecteur du moteur via l'impulsion et la direction ou une commande analogique liée à la position, à la vitesse ou au couple. Certains contrôles peuvent utiliser une méthode basée sur des bus, qui dans les dernières contrôles est généralement une méthode de communication basée sur Ethernet. Le lecteur envoie ensuite un courant approprié à chaque phase du moteur. La rétroaction du moteur revient à l'entraînement du moteur et, si nécessaire, le contrôleur. Le lecteur s'appuie sur ces informations pour communiquez correctement le moteur et pour envoyer de bonnes informations sur la position dynamique de l'arbre du moteur. Ainsi, les servomoteurs sont considérés comme des moteurs en boucle fermée et contiennent des encodeurs intégrés et les données de position sont fréquemment transmises au contrôleur. Cette rétroaction donne au contrôleur plus de contrôle sur le moteur. Le contrôleur peut effectuer des ajustements aux opérations, à des degrés divers, si quelque chose ne fonctionne pas comme il se doit. Ce type d'informations cruciales est un avantage en boucle ouverte que les moteurs pas à pas ne peuvent pas offrir.

Stepper Motors fonctionne également sur les commandes envoyées au lecteur du moteur pour dicter la distance déplacée et la vitesse. En règle générale, ce signal est une commande de pas et de direction. Cependant, les steppers en boucle ouverte ne peuvent pas fournir des commentaires aux opérateurs, donc leurs commandes ne peuvent pas évaluer correctement une situation et effectuer des ajustements pour améliorer le fonctionnement du moteur.

Par exemple, si le couple d'un moteur ne suffit pas pour gérer la charge, le moteur peut calmer ou manquer certaines étapes. Lorsque cela se produit, la position cible ne sera pas touchée. Avec les caractéristiques en boucle ouverte du moteur pas à pas, ce positionnement inexact ne sera pas adéquatement relayé au contrôleur afin qu'il puisse effectuer des ajustements.

Le servomoteur semble avoir des avantages clairs en termes d'efficacité et de performances, alors pourquoi quelqu'un choisirait-il un moteur pas à pas? Il y a quelques raisons. Le plus courant est le prix; Les budgets opérationnels sont des considérations importantes pour prendre toute décision de conception. À mesure que les budgets se resserrent, il faut prendre des décisions pour réduire les coûts inutiles. Non seulement cela se réfère au coût du moteur lui-même, mais la maintenance de routine et d'urgence a tendance à être moins chère pour les moteurs pas à pas plutôt qu'aux servos. Ainsi, si les avantages d'un servomoteur ne justifient pas ses coûts, un moteur pas à pas standard peut être suffisant.

D'un point de vue purement opérationnel, les moteurs pas à pas sont notamment plus faciles à utiliser que les servomoteurs standard. Le fonctionnement d'un moteur pas à pas est beaucoup plus simple à comprendre et plus facile à configurer. La plupart des membres du personnel conviendraient que s'il n'y a aucune raison de compliquer les opérations, gardez les choses simples.

Les avantages offerts par les deux types de moteurs différents sont très différents. Les servomoteurs sont idéaux si vous avez besoin d'un moteur avec des vitesses supérieures à 3 000 tr / min et un couple élevé. Cependant, pour une application qui ne nécessite que des vitesses de quelques centaines de tr / min ou moins, un servomoteur n'est pas toujours le meilleur choix. Les servomoteurs peuvent être exagérés pour les applications à basse vitesse.

Les applications à basse vitesse sont l'endroit où les moteurs pas à pas brillent comme la meilleure solution possible. Les moteurs pas à pas sont non seulement reproductibles en ce qui concerne l'arrêt, mais sont également conçus pour fonctionner à basse vitesse tout en fournissant un couple élevé. De par la nature même de cette conception, les moteurs pas à pas peuvent être contrôlés et courir jusqu'à leurs limites de vitesse. La limite de vitesse des moteurs pas à pas typique est généralement inférieure à 1 000 tr / min, tandis que les servomoteurs peuvent avoir des vitesses nominales allant jusqu'à 3 000 tr / min et plus élevées - même plus de 7 000 tr / min.

Si un stepper est correctement dimensionné, il peut être le choix parfait. Cependant, lorsqu'un moteur pas à pas fonctionne sur une configuration en boucle ouverte et que quelque chose ne va pas, les opérateurs peuvent ne pas obtenir toutes les données dont ils ont besoin pour résoudre le problème.

Résoudre le problème de la boucle ouverte

Au cours des dernières décennies, plusieurs approches différentes ont été proposées pour résoudre les problèmes traditionnels avec les steppers en boucle ouverte. Le retour du moteur à un capteur sur l'alimentation, voire plusieurs fois pendant une application, était une méthode. Bien que simple, cela ralentit les opérations et ne capture pas de problèmes qui surviennent pendant les processus de fonctionnement normaux.

L'ajout de rétroaction pour détecter si le moteur est au point mort ou hors de position est une autre approche. Les ingénieurs des sociétés de contrôle de mouvement ont créé des fonctionnalités de «détection de stand» et de «maintenance de position». Il y a même eu quelques approches allant encore plus loin qui traitent les moteurs pas à pas comme les servos, ou du moins les imitent avec des algorithmes fantaisistes.

Dans le grand spectre des moteurs - entre les servos et les moteurs pas à pas en boucle ouverte - stimule une technologie quelque peu nouvelle connue sous le nom de moteur pas à pas en boucle fermée. C'est le moyen le meilleur et le plus soucieux de résoudre le problème des applications qui nécessitent une précision de position et de faibles vitesses. En appliquant des dispositifs de rétroaction haute résolution pour fermer la boucle, les ingénieurs peuvent profiter du «meilleur des deux mondes».

Les moteurs pas à pas en boucle fermée offrent tous les avantages des moteurs pas à pas: facilité d'utilisation, simplicité et possibilité de fonctionner de manière cohérente à basse vitesse avec un arrêt précis. De plus, ils offrent toujours les capacités de rétroaction que les servomoteurs font. Heureusement, il n'a pas à venir avec le plus grand inconvénient d'un servo: le prix plus élevé.

La clé a toujours été dans la façon dont les moteurs pas à pas en boucle ouverte fonctionnent. Ils ont généralement deux bobines, parfois cinq, avec un équilibre magnétique qui se déroule entre eux. Le mouvement perturbe cet équilibre, provoquant l'électricité de l'arbre du moteur, mais l'opérateur ne peut pas savoir jusqu'où il tombe. Le point d'arrêt est reproductible pour les steppers en boucle ouverte mais pas pour toutes les charges. Mettre un encodeur sur le stepper et en faire une boucle fermée fournit un contrôle dynamique. Cela permet aux opérateurs de s'arrêter sur un endroit exact sous différentes charges.

Ces avantages de l'utilisation de moteurs pas à pas en boucle fermée pour certaines applications ont fortement augmenté la popularité de ces moteurs dans la communauté de contrôle de mouvement. Plus précisément, dans deux des industries les plus importantes, les fabricants de semi-conducteurs et de dispositifs médicaux, il y a une augmentation claire de l'utilisation de moteurs pas à pas en boucle fermée. Les ingénieurs de ces industries doivent savoir exactement où les moteurs ont positionné des charges ou des actionneurs, s'ils alimentent une ceinture ou une vis à billes. Les commentaires en boucle fermée dans ces steppers leur permettent de savoir exactement où il se trouve. Ces steppers peuvent également fournir de meilleures performances que les servos à des vitesses plus basses.

Généralement, toute application qui nécessite des performances garanties à un coût inférieur à un servomoteur, et la possibilité de fonctionner à des vitesses relativement faibles est un bon candidat pour les moteurs pas à pas en boucle fermée.

Gardez à l'esprit que les opérateurs doivent s'assurer que le lecteur ou les contrôles prennent en charge les moteurs pas à pas en boucle fermée. Historiquement, vous pouviez obtenir un stepper avec un encodeur à l'arrière, mais le lecteur était un stepper standard et ne prenait pas en charge les encodeurs. L'encodeur devait être ramené au contrôleur et la vérification de la position devrait être mise en œuvre à la fin d'un mouvement donné. Cela n'est pas nécessaire avec de nouveaux entraînements à pas en boucle fermée. Les disques pas à pas en boucle fermée peuvent gérer dynamiquement et automatiquement le contrôle de la position et de la vitesse sans impliquer les contrôleurs.