1 Introduction des concepts 1.1 Positionnement simple LA COMMANDE D AXE Quand il n y a pas d action de la sortie sur l entrée (pas de retour pas de correction), la commande est dite en chaîne directe ou en boucle ouverte. La précision d un tel système est directement liée à la partie opérative et à la vitesse de déplacement aux environs de la valeur visée, d où la nécessité d avoir des décélérations pour limiter les effets de l inertie et donc une augmentation des temps de parcours. t grand si l on veut une bonne précision D autre part, toute perturbation extérieure est directement reportée à la sortie. Ces quelques remarques nous montrent que le positionnement en chaîne directe atteint très vite ses limites. Il peut être néanmoins utilisé dans le cas de systèmes où les temps de positionnement ne sont pas contraignants et les perturbations extérieures peu importantes. Pour réduire ces différentes sources d erreur il est nécessaire d introduire la notion de système asservi qui permet une correction de l entrée par la sortie. Philippe HOARAU - Commande axe 1/20
1.2 Système asservi Boucle fermée Lorsque la précision ne peut être obtenue par la commande en chaîne directe, on est amené à introduire une commande en boucle fermée. Dans ce cas, ce n est plus la grandeur d entrée qui pilote la sortie mais l écart Σ entre cette grandeur (e) et la grandeur de sortie (s). Il faut donc adjoindre au système un capteur de mesure de la grandeur de sortie. La nouvelle chaîne ainsi constituée est la chaîne de retour. Pour définir l écart Σ, il est nécessaire d introduire un comparateur (détecteur d écart) à l entrée de la chaîne directe. Les signaux d entrée et de sortie doivent être de même nature si l on veut les comparer (d où adjonction éventuelle de convertisseurs) Σ = e s (Σ est la grandeur de commande) Philippe HOARAU - Commande axe 2/20
La structure d un tel système est la même que celle de tout SA ( PC + PO). La différence fondamentale réside dans le signal de consigne (e) : c est un signal continu analogique ou numérique et non un signal TOR. (e) consigne ou ordre ou valeur visée : c est la valeur numérique exprimant la position désirée en valeur absolue ou relative. (s) signal de retour ou mesure ou valeur réelle obtenue : c est la valeur numérique ou analogique exprimant la mesure de la position occupée. Comparateur : c est la logique de commande, le régulateur de positionnement, la carte d axe insérée dans le rack de l automate. Pré-actionneur : c est le variateur électronique qui permet de commander l apport d énergie à l actionneur. Actionneur : organe moteur agissant sur la grandeur asservie. Capteur de position : c est l élément qui permet la mesure de la position. La chaîne d action ou chaîne directe assure les fonctions de commande et d amplification de puissance. La chaîne de retour assure la fonction précision. L ensemble de ces deux chaînes constitue le système asservi. 2 Expressions de la valeur visée Les valeurs visées peuvent s exprimer de deux façons différentes : Mode absolu Mode relatif Les coordonnées des points sont définies toujours par rapport à une même origine dite zéro. Les consignes ou les valeurs visées des points A et B sont exprimées en valeur absolue Les coordonnées d un point sont définies par rapport aux coordonnées du point précédent. Les consignes ou valeurs visées des points A et B sont exprimées en valeur relative > 0 ou <0 3 Réalisations technologiques 3.1 Partie opérative Philippe HOARAU - Commande axe 3/20
On considérera comme Partie Opérative l ensemble Actionneurs Processus physique et capteurs associés. 3.1.1 Différents types d actionneurs Actionneurs linéaires Electro-aimants Vérins électriques Vérins pneumatiques Vérins hydrauliques Actionneurs rotatifs Moteurs asynchrones Moteurs pas à pas Moteurs à courant continu Moteurs auto synchrones ou synchrones auto pilotés Moteurs hydrauliques Les actionneurs rotatifs sont de loin les plus utilisés dans le domaine de la commande d axe. Les moteurs hydrauliques étaient très souvent utilisés en raison de leur très bonne puissance massique (rapport de la puissance développée par l actionneur sur sa masse) et du couple massique disponible, malgré les inconvénients apportés par cette énergie (pollution, fuites, maintenance difficile). Les progrès technologiques actuels permettent de trouver des moteurs électriques fournissant des couples et des puissances massiques de plus en plus élevés. De plus ces actionneurs sont de mise en œuvre facile et ne nécessitent qu un entretien réduit. Actuellement, environ 90% des robots sont à motorisation électrique. Dans la majorité des cas, les constructeurs utilisent des moteurs à courant continu. Les performances (puissance massique et couple) et les facilités d utilisation des moteurs autosynchrones semblent en faire les futurs moteurs des commandes d axe. 3.1.1.1 Moteur ASYNCHRONE PRINCIPE CARACTERISTIQUES ANALYSE C est un moteur à induction composé de deux parties : Une armature mobile ou rotor Une armature fixe ou stator comportant des bobinages. On crée un champ tournant d induction Bs en alimentant les bobinages par un courant alternatif polyphasé. Cette induction crée un courant i dans une spire liée au rotor. Ce courant produit un couple sur l arbre du rotor Ns : F : vitesse de synchronisme Ns=F/p Fréquence (Hz) P : nombre de paires de pôles sur chaque phase Cd : Cn : couple de démarrage couple nominal Phénomène de glissement g g = Ns Nn Nn : Nn < Ns Vitesse nominale Simplicité Robustesse Prix très faible Peu d entretien Appel de courant important au démarrage Pas de réglage de vitesse Pas de démarrage fréquent Couple faible à basse vitesse La variation de vitesse est obtenue par la variation de fréquence du courant alternatif. Philippe HOARAU - Commande axe 4/20
3.1.1.2 Moteur PAS A PAS PRINCIPE CARACTERISTIQUES ANALYSE Nombre de positions, ou pas par tour Couple maximum disponible en régime permanent C 0 Couple à l arrêt (couple de maintien) selon type C 0 Mode de fonctionnement (pas à pas ou entraînement) Mise en œuvre aisée (pas de capteur) Pas d entretien Coût modeste Principe de commande simple par chaîne directe Existence d un couple de maintien La rotation de ce type de moteur est discontinue. Le stator est constitué de plusieurs bobines alimentées successivement par des impulsions de courant continu. Le rotor est constitué d un aimant permanent qui va s aligner sur les directions successives de l induction ou d un rotor denté en matériau magnétique qui s aligne dans la position de réluctance minimale. Puissance limitée à 5Kw Mode de fonctionnement délicat Instabilité dans les basses fréquences Sensibilité à la charge très importante Précision relative (1%) Contrôle des accélérations difficile(pour ne pas perdre de pas) Risque de perte de pas en cas de couple demandé par la charge. La commande d un moteur Pas à Pas nécessite la présence d un translateur pour obtenir le nombre de pas par tour. 3.1.1.3 Moteurs A COURANT CONTINU PRINCIPE CARACTERISTIQUES ANALYSE Couple de définition (N.m) C = k.i.φ k :coefficient I : courant d induit (Ampère) Φ : flux (Tesla) Variation de vitesse facile Couple important à basse vitesse et facile à contrôler Coût moyen ou élevé Le moteur à courant continu comprend deux parties : - L armature fixe (stator) constitué par un enroulement parcouru par un courant I1 ou par un aimant permanent crée un champ Bs : c est l INDUCTEUR Vitesse de rotation (Tr/s) N = U RI k Φ U = tension d induit (volt) Echauffement important Poids de l ensemble moteurvariateur important Fonctionnement à grande vitesse pouvant créer un arc et une usure prématurée des balais. - L armature mobile (rotor) comporte des conducteurs parcourus par un courant I2 Philippe HOARAU - Commande axe 5/20
continu. L alimentation est faite par l intermédiaire d un collecteur sur lequel glissent les balais. Sous l action du champ Bs, ces conducteurs sont soumis à une force créant un couple moteur : c est l INDUIT. Les moteurs à courant continu les plus utilisés en commande d axe sont les moteurs à induit bobiné à aimants permanents Pour diminuer l inertie, on utilise souvent des moteurs plats dans lesquels le rotor est un disque. 1 : Courbe à puissance nominale 2 : Limite de bonne commutation du moteur (pour éviter l usure des balais) 3.1.1.4 Moteur AUTO-SYNCHRONE ou SYNCHRONE AUTO-PILOTE ou BRUSHLESS ou moteur CC SANS BALAIS. PRINCIPE CARACTERISTIQUES ANALYSE Couple Couple massique élevé ROTOR A AIMANTS PERMANENTS C = k.i (N.m) Fonction directe du courant de commande Comportement analogue à celui d un moteur CC Performances très élevées (accélération et vitesse) Grande fiabilité Grande durée de vie (celle de la mécanique) Couple important quelle que soit la vitesse Le moteur auto-synchrone comporte trois parties : - Le rotor constitué de paires de pôles créant un champ magnétique Br - Le stator comportant des bobinages alimentés en alternatif créant un champ tournant Bs Coût élevé Electronique de commande importante La vitesse est fonction de la fréquence de la tension d alimentation. - Un capteur de position angulaire qui détecte la position du rotor. On peut donc à tout moment avoir un déphasage maximal entre les deux champs, donc le couple maximum pour un courant donné. 1 : Limite thermique en régime permanent Cp Couple maxi en régime permanent 2 : Limite de fonctionnement électrique Nn Vitesse nominale Philippe HOARAU - Commande axe 6/20
3.1.2 Tableau comparatif des actionneurs rotatifs Moteur asynchrone Moteur pas à pas Moteur à Courant Continu Moteur Auto-Synchrone ou synchrone auto-piloté Variation de vitesse 1 à 20 1 à 100 1 à 20 000 1 à 20 000 Vitesse maximale 3 000 tr/mn 1 500 tr/mn 4000 tr/mn 3000 tr/mn à 10000 tr/mn Couple maximum 1 500 mn 50 mn 200 mn 400 mn Rapidité de réponse Moyenne Bonne Bonne à excellente Excellente Relations avec la P.C. Facile Très facile Très facile Très facile Stabilité 0,5 à 2% Risque de décrochage 0,1 à 0,3 % 0,1 à 0,3 % Volume - Poids Faible < moteur CC Celui du Puissance massique moteur CC très élevée Fiabilité Excellente Bonne Bonne Excellente Coût Bas Moyen Moyen Elevé 3.1.3 Eléments mécaniques 3.1.3.1 Transformation de mouvement Il est souvent nécessaire de transformer le mouvement à la sortie de l actionneur. En effet, la plupart du temps, on a à convertir un mouvement de rotation (sortie du moteur) en un mouvement de translation (déplacement du mobile). Les principaux convertisseurs mécaniques utilisés sont : 1. Système Vis-Ecrou 2. Pignon-Crémaillère 3. Courroie crantée 4. Bielle-Manivelle 5. Came-Levier VIS ECROU PIGNON- CREMAILLERE COURROIE CRANTEE Rendement BON BON TRES BON Réversibilité OUI OUI OUI Frottement FAIBLE MOYEN MOYEN Réduction de vitesse TRES IMPORTANTE IMPORTANTE IMPORTANTE Course LIMITEE LIMITEE ILLIMITEE Vitesse de déplacement MOYENNE GRANDE GRANDE Coût ELEVE MOYEN MOYEN Inertie FAIBLE MOYEN TRES FAIBLE Charge transportée MOYEN IMPORTANTE FAIBLE Philippe HOARAU - Commande axe 7/20
Les constituants doivent être : Rigides pour améliorer la stabilité et la précision Légers pour diminuer le temps de réponse et les efforts. La réalisation doit être : Précise pour augmenter la précision et le bon fonctionnement Pas trop précise pour ne pas augmenter le coût. Le choix de cette partie mécanique est un compromis entre certains impératifs contradictoires (précision-coût par exemple). Le constructeur joue dans ce cas un rôle d arbitre important pour la bonne marche du système. 3.1.3.2 Les guidages Les principaux types de guidages utilisés sont : 1. Colonnes + douilles à billes 2. patins ou rails 3. profilés aluminium 4. guidages prismatiques La plupart réduisent considérablement le problème du frottement par l introduction d éléments roulants entre les surfaces en déplacement relatif COLONNES DOUILLES à BILLES RAILS PROFILES Précision BONNE TRES BONNE MOYENNE Vitesse de déplacement Accélération maximale < 5m/s < 1m/s < 3m/s 50 m/s² 50 m/s² 50 m/s² Coût BAS ELEVE BAS Course LIMITEE FAIBLE ILLIMITEE Usinage PRECIS PRECIS FAIBLE 3.2 Partie commande On peut considérer comme partie commande l ensemble variateur de vitesse, capteur de position, traitement du positionnement. En variation de vitesse électronique, le moteur électrique est alimenté à partir du réseau par un circuit de puissance qui, sous la dépendance d un circuit de contrôle, va permettre de doser l énergie délivrée au moteur, en fonction des besoins instantanés de la partie opérative en couple et en vitesse. Dans ce circuit de puissance, l énergie change plus ou moins de forme. Ce type de circuit est appelé communément convertisseur. Philippe HOARAU - Commande axe 8/20
3.2.1 Les variateurs courant alternatif 3.2.1.1 Convertisseurs de fréquence et moteur asynchrone Ce variateur comprend : - une source de tension continue élaborée à partir d un redresseur alimenté par un réseau monophasé ou triphasé et d un circuit de filtrage. - Un onduleur constitué de transistors de puissance ou de thyristors. Cet onduleur crée à partir de la tension continue fixe un réseau alternatif triphasé à tension et à fréquence variables. Pour disposer d un couple constant il faut U/f = constante Le variateur est piloté par une unité de contrôle qui, organisé autour d un microprocesseur assure les fonctions de commande des composants de puissance, de dialogue, de protection et de sécurité. De plus en plus ce type de variateur fonctionne en modulation de largeur d impulsion (MLI sinus ou PWM sinus). Cette technique permet un découpage qui respecte le mieux le caractère sinusoïdal du courant assurant ainsi une rotation régulière et sans à coup des moteurs même à très basse vitesse. Le variateur est conçu pour fournir en permanence l intensité nominale du moteur. En régime permanent le couple utile est voisin de 0,95 fois le couple nominal moteur. Le variateur peut être du type 2 quadrants (1,3) si la partie opérative nécessite une puissance mécanique. Si la partie opérative fournit une puissance mécanique, le moteur devient générateur et le variateur doit être du type 4 quadrants. Le signal de commande est généralement de la forme 0-10v avec sens AV ou AR. Sur ces variateurs des potentiomètres internes permettent de régler les rampes d accélération et de décélération. La vitesse nulle n est possible que pendant un court instant. Pour des maintiens en position s il est nécessaire d y adjoindre un frein. Philippe HOARAU - Commande axe 9/20
Rappel des quadrants de fonctionnements Quadrants 1 et 3 Quadrants 2 et 4 Marche en moteur. Le moteur fournit une puissance mécanique. Marche en freinage. Le moteur absorbe une puissance mécanique. 3.2.1.2 Convertisseurs de fréquence et moteur brushless Ce variateur comprend : - Un redresseur qui élabore une tension continue à partir de la source alternative. - Un onduleur commandé par le capteur de position qui permet de distribuer le courant dans les phases convenables. - Un circuit de commande qui assure la régulation de l amplitude et de la commutation de la phase dans chaque bobinage (boucles d auto-pilotage) Ce type de moteur intègre un capteur angulaire de position qui est souvent un résolver industriel à haute définition (capteur sans contact). Le système de mesure de position commande l onduleur et définit les instants de commutation en fonction de la position du rotor et modifie le courant de l alimentation de telle manière que le moteur fonctionne à son optimum de couple (qe=90 ). C est le type d ensemble variateur moteur qui s utilise de plus en plus en commande d axe. Il fonctionne dans les 4 quadrants et est équipé d un dispositif de freinage intégré. La mesure issue du capteur de position nécessaire au fonctionnement du moteur peut être numérisée et servir de mesure de position pour le système de traitement de la commande d axe. Son utilisation ne nécessite que très peu d équipements auxiliaires, la sécurité de l ensemble moto-variateur étant assurée par le variateur. Philippe HOARAU - Commande axe 10/20
Principe du résolver C est un capteur inductif à couplage magnétique variable. Il est constitué : - d un bobinage rotor inducteur, alimenté par une tension alternative de 5 à 30V à une fréquence de 400 à 10000 Hz de la forme Ur sin wt. - De deux bobinages induits, au stator, disposés à 90 dont les tensions fonction du sinus et du cosinus de l angle de rotation du rotor par rapport au stator, permettent d extraire cet angle. Les résolvers ou synchro-résolvers sont actuellement du type sans balai. Un transformateur tournant remplace les balais, ce qui les rend très fiables et robustes. Le transformateur est constitué de deux bobinages concentriques. Ce capteur requiert une électronique de traitement complexe à démodulateur ou à convertisseur analogique numérique. Longtemps pénalisé par son coût, il se développe grâce à la mise au point de circuits intégrés spécifiques. Il permet d obtenir une précision de 3 minutes d angle sur 360 soit 7200 pts/tour. L information de position est absolue sur un tour. 3.2.2 Les variateurs courant continu L intérêt essentiel du moteur à courant continu pour les servomécanismes réside dans la simplicité du principe d obtention d une vitesse variable. Elle est obtenue par variation de la tension d induit. Le couple est contrôlé par le courant. Le variateur comprend : - Un redresseur - Une commande de la tension redressée La partie redresseur peut être de deux types : - soit un redresseur simple de courant alternatif télécommandé (simple pont) - soit un hacheur télécommandé. L intérêt du redressement par hacheur permet d obtenir une gamme de vitesse beaucoup plus importante de 1 à 10000, par rapport au redressement simple qui est de 1 à 1000. Le variateur est conçu de telle manière qu à vitesse nulle, le moteur présente une raideur (couple à l arrêt) due à un courant de maintien. C est le couple moteur variateur le plus utilisé en commande d axe. Son couple est proportionnel au courant de l induit et sa vitesse ne dépend que de la tension d alimentation. Le moteur courant continu associé à son variateur de vitesse n est pas plus onéreux qu un moteur asynchrone à cage standard commandé par un convertisseur de fréquence qui fait appel à une électronique beaucoup plus sophistiquée. Philippe HOARAU - Commande axe 11/20
3.2.2.1 Tableau comparatif Moteurs-Variateurs Moteur asynchrone + convertisseur de fréquence Moteur courant continu + redresseur contrôlé Moteur courant continu + hacheur Moteur synchrone auto-piloté et convertisseur Vitesse maxi 3000 tr/min 3000 tr/min 3000 tr/min 10000 tr/min Gamme de vitesse 1 à 50 1 à 100 1 à 10000 1 à 30000 Possibilité de vitesse nulle NON OUI OUI OUI Rapidité de réponse Bonne (dépend des rampes) Très bonne Très bonne Excellente Coût Moyen Moyen Moyen Elevé 4 POSITIONNEMENT SIMPLE Lorsque la conception de la partie opérative permet de maintenir la réponse dans la zone de précision demandée (valeur visée) malgré les éventuelles perturbations, on doit choisir une commande en chaîne directe. Il n y aura aucune action de la sortie sur l entrée. La chaîne directe peut être constituée d un certain nombre de composants de gain K On définit le gain en chaîne directe ka ou gain d amplification par le produit de chacun des gains. Ka = K1.K2.K3 (avec Ka = s/e) Il est bien évident que le gain de la chaîne directe ne peut pas augmenter indéfiniment sans risque de casser la mécanique. Il ne doit pas non plus être trop faible pour ne pas risquer un blocage du mouvement. Les variations de charge (inertie), les perturbations extérieures éventuelles agissent également directement sur la sortie. Philippe HOARAU - Commande axe 12/20
La commande d axe Valeur visée : exprimée en point (nombre d incréments codeur) Sorties carte de positionnement simple : sorties TOR commutant une tension à l entrée du variateur. GV AV grande vitesse avant correspondant à U = + 10 v PV AV petite vitesse avant correspondant à U = + 2 v GV AR grande vitesse arrière correspondant à U = - 8 v 4.1 Positionnement simple par comptage 4.1.1 Actionneur pas à pas Le translateur convertit les impulsions élémentaires de déplacement en une séquence de commutation des phases moteur en fonction du sens avant ou arrière. L API équipé de la carte de comptage rapide joue le rôle d indexeur. La consigne numérique de déplacement générée par l UC sert de seuil de comptage à la carte. Une sortie TOR de cette même carte valide la génération d impulsions. Une autre sortie TOR définit le sens de rotation du moteur. Les impulsions appliquées au translateur sont comptées par la carte. La valeur de seuil atteinte, l envoi des impulsions est stoppé, sans attendre un ordre de l UC, la carte étant un module intelligent donc autonome. 4.1.2 Actionneur continu et capteur de position Philippe HOARAU - Commande axe 13/20
La commande d axe L API équipé d une carte de comptage rapide effectue la mesure de position du mobile par son entrée capteur incrémental. Les sorties TOR sélectionnent les vitesses préréglées d un variateur. La carte de positionnement reçoit de l UC de l API la consigne numérique de position et 1 ou 2 seuils de changement de vitesse. Cette carte de fonctionnement autonome compare la mesure instantanée de position aux valeurs des seuils permettant le passage en grande ou en petite vitesse avant et arrière. Lors du positionnement à un point, la carte est autonome. La valeur visée atteinte, l ordre d arrêt est généré en moins de 900 microsecondes Pour exécuter un autre positionnement, la carte doit recevoir des informations de l UC. La position visée n est pas exprimée en unité de longueur mais en nombre d incréments capteurs. Il est judicieux de choisir le capteur en fonction la partie mécanique (par exemple 400 pts par tour si la vis à billes a un pas de 4mm). 4.1.3 Comptage et sortie analogique L API équipé d une carte de comptage rapide effectue la mesure de position du mobile par son entrée capteur incrémental. Les sorties TOR sélectionnent les vitesses préréglées d un variateur. La carte de positionnement reçoit de l UC de l API la consigne numérique de position et 1 ou 2 seuils de changement de vitesse. L UC interroge cycliquement la carte de comptage et en fonction des réponses génère une rampe d accélération ou de décélération au travers de la carte de sortie analogique. Cette rampe est crée par incrémentation ou décrémentation plus ou moins rapide d un mot binaire. Ce mot étant envoyé à la carte analogique, dont la sortie va croître ou décroître régulièrement. Performances : Accélération et décélération mieux contrôlées. Précision à la valeur visée fonction de la charge et de la loi de vitesse. Temps de réponse fonction du temps de traitement de UC, car un échange carte de comptage UC est nécessaire et un échange UC Carte analogique aussi. Configuration de l axe inexistante. La position visée n est pas exprimée en unité de longueur mais en nombre d incréments capteurs. 5 POSITIONNEMENT ASSERVI Lorsque le positionnement simple ne permet pas de respecter les contraintes de positionnement compte tenu des précisions, des vitesses et des perturbations extérieures, il est nécessaire d adopter une solution de positionnement asservi. Philippe HOARAU - Commande axe 14/20
Un SERVOMECANISME est un système asservi dont la grandeur de sortie est une grandeur mécanique (position, vitesse, force ) La Machine outil et plus récemment la Robotique représentent un champ d application important de ces servomécanismes ; ces deux domaines ont pour objectif celui du positionnement d axes. Par extension on utilise le terme COMMANDE D AXE pour désigner les servomécanismes de ce type. 5.1 Application type Asservissement en position en boucle fermée Technologie électrique La boucle de position nous permet de garantir la précision au point d arrêt. Cette précision est obtenue par comparaison entre la position désirée et la position mesurée. L écart agit sur un variateur de vitesse. Pour que le déplacement s exécute dans certaines conditions (vitesse, accélération) il est nécessaire d introduire par l intermédiaire du correcteur une certaine loi de commande (consigne). Cette loi préétablie selon le type de déplacement désiré, est le plus souvent trapézoïdale. L étude complète d un servomécanisme nécessiterait l introduction de très nombreuse notions. Cellesci sont traitées dans le cours sur les Asservissements. Seuls certains aspects pratiques seront ici abordés. Philippe HOARAU - Commande axe 15/20
Dans une commande d axe, les différents gains de la boucle sont figés( partie mécanique, variateur, capteur). Le seul paramètre facilement modifiable est le gain de l organe de commande : c est le gain de la carte d axe intégrée à l API. C est ce que l on appelle le gain de position KPOS KPOS = f(valeur visée Valeur mesurée) L augmentation du gain KPOS augmente la précision. La diminution du gain KPOS améliore la stabilité. Un système est stable si en l absence de perturbations, la valeur de la grandeur de sortie (s) tend vers la valeur voulue (valeur visée) Pour mettre en évidence l influence du gain, on branche un oscilloscope à la sortie de la génératrice tachymétrique. On observe la variation de la vitesse en réponse à une entrée correspondant à un échelon de position de 0 à 10 v Gain trop faible La réponse machine est lente, elle a un temps de réaction trop important. t1 est grand Philippe HOARAU - Commande axe 16/20
La commande d axe Gain correct La réponse machine est linéaire sur la montée en vitesse comme sur la descente et ne comporte pas d oscillation. Elle est franche. t1 correct Gain trop fort La réponse machine est aussi très franche mais oscillante. Le gain étant très grand le système sur la moindre correction a tendance à osciller. t1 correct mais la vitesse n a pas de valeur constante. L utilisation de réseaux correcteurs PID permettent de régler ces problèmes d instabilité (voir cours Asservissement.) 5.2 Asservissement par carte programmable C est la commande en boucle fermée avec actionneur continu. L asservissement de position à la valeur visée est obtenu par une loi de commande en vitesse trapézoïdale. Le déplacement s effectue avec une accélération et une décélération constantes. Ce type de carte est appelé carte d axe. Philippe HOARAU - Commande axe 17/20
L API équipé de la carte d axe effectue la mesure de position du mobile par son entrée capteur incrémental. En fonction d une instruction de déplacement spécifiant la valeur visée et la vitesse choisie, la carte élabore une sortie analogique. Cette consigne vitesse commence à croître selon une accélération prédéfinie pour atteindre la vitesse voulue. A une certaine distance avant la valeur visée, la sortie analogique va décroître afin de tenir compte de la décélération prédéfinie. L arrivée à la valeur visée se fera à vitesse nulle, ce qui permet une bonne maîtrise de la précision face aux perturbations éventuelles. La carte d axe possède son propre micro-processeur et sa propre mémoire. Le capteur d origine en coïncidence avec le top zéro du codeur détermine la prise d origine et l initialisation du compteur de position. 5.3 MULTI AXES 5.3.1 Axes indépendants Trajectoire non imposée Si la trajectoire entre deux points M1 et M2 n est pas imposée, les axes sont dits indépendants. Le problème revient à résoudre un asservissement MONOAXE. Application : Soudage par point Manipulateur et robots point par point Machines spéciales de perçage 5.3.2 Axes liés Trajectoire imposée Philippe HOARAU - Commande axe 18/20
Pour différentes raisons (encombrement, cadence, formes ), la trajectoire est imposée, les axes sont dits liés. On a alors à faire à un suivi de trajectoire. Application : Robots d assemblage, de positionnement Robots de découpe Philippe HOARAU - Commande axe 19/20
1 Introduction des concepts... 1 1.1 Positionnement simple... 1 1.2 Système asservi Boucle fermée... 2 2 Expressions de la valeur visée... 3 3 Réalisations technologiques... 3 3.1 Partie opérative... 3 3.1.1 Différents types d actionneurs... 4 3.1.2 Tableau comparatif des actionneurs rotatifs... 7 3.1.3 Eléments mécaniques... 7 3.2 Partie commande... 8 3.2.1 Les variateurs courant alternatif... 9 3.2.2 Les variateurs courant continu... 11 4 POSITIONNEMENT SIMPLE... 12 4.1 Positionnement simple par comptage... 13 4.1.1 Actionneur pas à pas... 13 4.1.2 Actionneur continu et capteur de position... 13 4.1.3 Comptage et sortie analogique... 14 5 POSITIONNEMENT ASSERVI... 14 5.1 Application type... 15 5.2 Asservissement par carte programmable... 17 5.3 MULTI AXES... 18 5.3.1 Axes indépendants Trajectoire non imposée... 18 5.3.2 Axes liés Trajectoire imposée... 18 Philippe HOARAU - Commande axe 20/20