
I profili di movimento più comuni per i sistemi di movimento lineare sono quello trapezoidale e quello triangolare. In un profilo di movimento trapezoidale, il sistema accelera da zero alla sua velocità massima, si muove a quella velocità per un tempo (o una distanza) specificato e poi decelera fino a zero. Al contrario, il profilo di movimento triangolare accelera da zero alla velocità massima e poi decelera immediatamente fino a zero, senza velocità costante (ovvero, tutto il tempo di movimento è impiegato in accelerazione o decelerazione).
In realtà, nessuno di questi profili di movimento è particolarmente ideale per i sistemi di movimentazione, soprattutto per quelli che richiedono un movimento fluido, un'elevata precisione di posizionamento o stabilità al termine del movimento. Questo perché il processo di accelerazione e decelerazione genera un fenomeno noto come scatto (jerk).
Così come l'accelerazione è la velocità di variazione (derivata) della velocità, lo scatto (jerk) è la velocità di variazione dell'accelerazione. In altre parole, lo scatto è la velocità con cui l'accelerazione aumenta o diminuisce. Lo scatto è generalmente indesiderabile perché crea, come avrete intuito, un movimento brusco e a scatti. Nelle applicazioni industriali come macchine utensili, robot SCARA e sistemi di dosaggio, una rapida variazione dell'accelerazione, ovvero lo scatto, provoca la vibrazione del sistema. Maggiore è lo scatto, più forti sono le vibrazioni. E le vibrazioni riducono la precisione di posizionamento e aumentano i tempi di assestamento.
Il modo per evitare lo scatto (jerk) è ridurre il tasso di accelerazione o decelerazione. Nei sistemi di controllo del movimento, ciò si ottiene utilizzando un profilo di movimento a S, anziché il profilo trapezoidale "scattoso". In un profilo di movimento trapezoidale, l'accelerazione avviene istantaneamente (almeno in teoria) e lo scatto è infinito. Per ridurre l'entità dello scatto generato durante il movimento, le transizioni all'inizio e alla fine dell'accelerazione e della decelerazione vengono smussate in una forma a "S". Il profilo risultante è detto profilo di movimento a S.
Se tracciamo il profilo di accelerazione per un movimento trapezoidale (vedi sopra), vedremo che si tratta di una funzione a gradino, ovvero l'accelerazione passa da zero al suo valore massimo istantaneamente, e la decelerazione passa dal valore massimo a zero istantaneamente. In un movimento a S, il profilo di accelerazione assume una forma trapezoidale e l'accelerazione e la decelerazione avvengono in modo graduale, anziché istantaneamente e bruscamente.
Il profilo a S si basa su un sistema del terzo ordine, il che rende le equazioni del moto per accelerazione, velocità e distanza (spostamento) più complesse rispetto a quelle per i profili di movimento trapezoidali.
Il compromesso tra l'utilizzo di un profilo di movimento a S e uno trapezoidale risiede nel fatto che il tempo complessivo di esecuzione del movimento è maggiore con il profilo a S. Questo perché l'accelerazione (e la decelerazione) graduale richiede più tempo rispetto all'accelerazione istantanea di un movimento trapezoidale. Tuttavia, il vantaggio temporale ottenuto con un profilo di movimento trapezoidale può essere annullato da un tempo di assestamento più lungo, dovuto alle vibrazioni indotte da elevati livelli di jerk. Inoltre, poiché il jerk sollecita notevolmente i componenti meccanici, anche se si utilizza un movimento trapezoidale come base, in genere si applica un certo grado di smussamento alle fasi di accelerazione e decelerazione, rendendo il profilo di movimento più simile a una S.
Data di pubblicazione: 14 marzo 2022




