Como sincronizar motores com Encoders de feedback

Como sincronizar motores com Encoders de feedback

Muitas aplicações requerem a sincronização de dois ou mais motores, incluindo portos, linhas de impressão, guindastes e sistemas de transporte. Efetivamente, sincronizar motores requerem um encoder de feedback para cada motor.

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Há três tipos de sincronização de motor:

– Sincronização de velocidade
– Sincronização de ângulo
– Sincronização de torque

Encoder HS35R

Métodos de sincronização de motor

Há três principais maneiras de sincronizar um par de motores:

Sincronizar 2 motores com um único inversor de frequencia
Os inversores de frequencia foram desenvolvidos para alimentar múltiplos motores. Cada motor é equipado com o próprio encoder. O inversor de frequencia multi-eixos incorpora múltiplas placas de I/Os para receber o feedback de cada motor.

Algoritmos com o inversor de frequencia usam o feedback para modular a diferença para zero.

Apesar dessa técnica poder ser usada com sucesso como vários motores, geralmente não é a opção mais efetiva. Inversores de frequencia multi-eixos tipicamente consistem na fonte de energia para cada eixo, gerenciado por um controlador de energia.

Essa montagem é semelhante a colocar múltiplos inversores de frequencia num mesmo conjunto, com os mesmos problemas de consumo de energia e gestão térmica. Ao mesmo tempo, isso necessita flexibilidade e níveis de controle que deveriam ser fornecidos por inversores de frequencia individuais. inversores de frequencia discretos são mais efetivos.

Sincronizar motores via Arquitetura Mestre-Escravo

Hoje inversores de frequencia inteligentes permitem o processamento de energia e memória requeridos, não só para fornecer comandos de comutação para o motor, mas agir como um controlador.

Quando conectados a uma Arquitetura Mestre-Escravo, esses inversores de frequencia podem controlar velocidade e posição, tornando-os adequados para a sincronização.
Arquiteturas Mestre-Escravo requerem topologias de rede bidirecionais ou em anel, para comunicar através de barramentos digitais com curto ciclo de tempo e o mínimo de latência.

As particularidades variam de protocolo para protocolo. Em um sistema EtherCAT, por exemplo, o inversor de frequencia no eixo mestre envia um pacote de dados para o inversor de frequencia escravo, fornecendo um comando de posição e perguntando isso para o encoder de feedback.

No caso de escorregamento ou mudança de um motor, o encoder fornece o retorno permitindo o sistema compensar e manter a velocidade e posição definidos.

Usar um Inversor de Frequencia por Motor com controle PID

O controle PID pode ser usado para sincronizar dois motores em velocidade/posição. Cada inversor de frequencia comanda seu motor respectivo para a mesma velocidade/posição, então usa o encoder para modular a diferença de velocidade para zero.

O controle PID é mais efetivo quando usado para sincronização de posição; quando usado para sincronização de velocidade, erros cumulativos podem ser um problema, dependendo da aplicação.

Sincronização de Motor em ação

Sincronização de Velocidade

Aplicações de sincronização de velocidade incluem processamento de rede. Para evitar congestionamento e prejudicar a rede, ela sempre tem que receber comando pull; o eixo do ventilador precisa girar um ângulo mais rápido que os demais eixos.

Esse tipo de sincronização é mais adequada para a arquitetura mestre-escravo. O eixo do ventilador é designado como eixo mestre. Isso usa o feedback do eixo escravo para o inversor de frequencia deixá-lo um pouco mais lento que a velocidade do eixo mestre.
Outro exemplo comum é um transportador de descarga que precisa ser sincronizado com a velocidade do equipamento anterior. Uma das compensações da sincronização de velocidade é que o controle de posição é reduzido. Isso tipicamente não é um problema para os tipos de aplicação discutidos.

Sincronização de Ângulo

Aplicações com prensas requerem cuidados de sincronização entre as partes e equipamentos. Um bom exemplo de aplicação com sincronização de ângulo é um servo de transferência de pressão que requer sincronização de três eixos com servo-motores, com a posição da prensa. O controle PID fornece uma solução efetiva para sincronização de ângulo. A tarefa pode ser por uma arquitetura mestre-escravo.

A compensação da sincronização do ângulo é um controle reduzido sobre a velocidade relativa.

Sincronização de Torque

Sincronização de torque não quer dizer que ambos motores geram o mesmo torque. Em contrapartida, isso envolve garantir que o torque de ambos motores é aplicado à carga ao mesmo tempo. Considere a fuselagem de um avião ser içada por um guindaste em qualquer extremidade.

Para manter o nível da peça, os motores movimentando os dois guindastes precisam iniciar ao mesmo tempo e operar por um número idêntico de contagens. Qualquer diferença entre eles poderia danificar o equipamento ou causar prejuízo.

Como escolher um Encoder para Sincronização de Motor?

A escolha correta do encoder começa entendendo a aplicação. Quais são os requisitos para resolução e repetibilidade? Sincronização perfeita é impossível, então determine o quê a aplicação pode tolerar.

É notável aqui que escolher o encoder com maior resolução não necessariamente diminui erros. A ideia do encoder no sistema é fornecer feedback. Isso recai ao controle de loop que o feedback diminui erros.

Entretanto, essa possibilidade é limitada pela complexidade do sistema. Instalando em um eixo um encoder de altíssima resolução com uma complexidade significante pode resultar em um eixo que continuamente ultrapassa o posição solicitada, aumentando o tempo ocioso.

Entretanto, a escolha aumenta custos de componentes e diminui a vida útil e confiabilidade. Então, paradoxamente, escolhendo um encoder de baixa resolução pode resultar em um equipamento com melhor performance e prover maior vida útil.

Escrito por: Ken Dickison
Engenheiro Senior de R&D

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