motorizzazione con asse elettrico

[poetaflightcase]

Salve a tutti,

Sono nuovo del forum e non molto esperto.

Dovrei motorizzare una navetta che scorre su due rotaie circolari  il cui raggio di curvatura  esterno è circa 5 mt, la forma della navetta è un quarto di cerchio .

La navetta potrebbe avere 2 o 4 ruote motrici.

Ogni motrice potrebbe essere un blocco unico formato da ruota+riduttore+motore.

Una motrice sulla rotaia interna ed una su quella esterna per la soluzione due ruote motrici.

Due motrici sulla rotaia interna e due su quella esterna per la soluzione quattro ruote motrici.

Il peso totale della navetta è circa 15Q.li è la velocita è circa 20mt/minuto.

Le ruote interne vanno a velocità diversa da quelle esterne in funzione del raggio del percorso che è costante.

Pensavo di mettere un inverter per motore poi farli andare a velocità diverse in funzione del raggio di curvatura.

Non riesco a capire:

Quali tipi di inverter dovrei usare: semplici o vettoriali?

Devo fare l'asse elettrico?

Ho letto discussioni riguardo l'asse elettrico le quali mi hanno fatto capire il funzionamento dello stesso ma non sono riuscito a capire se è l'applicazione giusta o da evitare per questa costruzione essendo le ruote vincolate meccanicamente le une con le altre.

 

Ringrazio in anticipo per gli aiuti.

Poeta Giuliano

 

[Livio Orsini]

Soluzione a 2 ruote motrici.

Un motore regolato in velocità ed il secondo in coppia facendo la ripartizione di coppia con l'inverter regolato in velocità in modo da distribuire la coppia al 50%.

Soluzione a 4 ruote motrici.

2 motori regolati in velocità asserviti in asse elettrico. I 2 motori devono essere sulla stessa linea: i 2 esterni o i 2 interni. Gli altri 2 motori regolati in coppia con ripartizione di coppia con l'altro motore sullo stesso assale.

Ovviamente i gli inverter devono essere con controllo vettoriale completti di sensore, almeno per quelli regolati in velocità

[poetaflightcase]

Grazie per la risposta.

Premesso che le mie esperienze in materia di azionamenti sono veramente poche, ho una preparazione di base elettronica da diploma di circa 30 anni fa..e le mie esperienze le ho fatte nel settore audio..tutta altra cosa.

Le info relative agli inverter le ho acquisite con il tuo tutorial e altri canali internet più due tre esperienze pratiche, inverter+motore con funzione di posizionamento andate a buon fine.

Non conoscendo cos' è la ripartizione di coppia e come si fa, di seguito quello che ho capito:

Soluzione a 2 ruote motrici.

1 Inverter vettoriale + encoder + 2 motori, l' inverter controlla i due motori.

Soluzione a 4 ruote motrici.

2 inverter vettoriale + 2 encoder + 4 motori, ogni inverter controlla i due motori sullo stesso asse con ripartizione di coppia.

Asse elettrico per i motori disposti sulla stessa linea.

Non so come fare la ripartizione della coppia tra due sistemi.

Purtroppo nelle esperienze pratiche che ho avuto, i parametri riguardanti la coppia li ho completamente saltati.Comunque so cos'è la coppia.

Inoltre mi sembra di aver capito che se faccio due ruote motrici disposte sulla stessa linea esterna o interna occorre fare l'asse elettrico, mi puoi confermare?

Potrei avere qualche indicazione da dove iniziare o leggere per la ripartizione della coppia?

Grazie ancora.

Poeta Giuliano

[Livio Orsini]

Soluzione a 2 ruote motrici.

1 Inverter vettoriale + encoder + 2 motori, l' inverter controlla i due motori.

No!

2 Inverters vettoriali, anche sensorless, 2 motori.

Il primo inverter regola il motore in velocità. Al secondo inverter si invia un riferimento di velocità maggiore, di molto del primo in modo che il motore tenderebbe a correre molto più velocemente. L'uscita del valore di coppia erogata dal primo inverter viene usata come limite di coppia del secondo inverter in modo che entrambi i motori eroghino la stessa coppia. In questo modo il secondo motore raggiungerà una velcocità tale da far eguagliare i due valori di coppia; con questa modalità la velocità del secondo motore è esattamente quella che serve per stare al passo con il primo. E' un modo di lavoro simile a quello di un differenziale.

Nella modalità 4 ruote motrici si creano 2 coppie di motori che lavorano nello stesso modo, però i 2 motori che lavorano in velocità dovranno avere anche il sensore di rotazione (encoder o resolver) ed essere sincronizzati in albero elettrico.

Capisco che non è facile comprenderne il funzionamento se non si ha una certa dimestichezza con questo tipo di regolazioni, però la soluzione è questa oppure quella di usare differenziali meccanici.

Cercare di sincronizzare 2 motori in asse elettrico per ricostruire una funzione simil differenziale meccanico rasenta quasi la follia. Non dico sia impossibile ma ....quasi.

[poetaflightcase]

Ok adesso ho capito il concetto.

Descrivo brevemente le mie conoscenze relative al vettoriale:

Inverter vettoriale:Inverter in grado di controllare  coppia e velocità attraverso la misura della posizione tra rotore e statore, può avvenire ad anello chiuso con misurazione della posizione dell'albero attraverso encoder, oppure ad anello aperto applicando un modello matematico.Purtroppo non so che cosa significa sensorless, ho cercato ma non sono riuscito a trovare nulla.Mi viene da dire sensorless=senza sensore perciò inverter vettoriale anello aperto ma forse l'ho detta grossa....

Comunque ho capito il concetto sopra esposto almeno nel funzionamento.

Descrivo ciò che ho capito:

Prendo in esame solo le due ruote motrici:

Primo inverter: vettoriale controllato in velocità con encoder

Secondo inverter: con velocità impostata maggiore del primo; qui ho il primo dubbio, è solo impostata o devo leggere la V del primo per poi correggere la V del secondo?

In effetti ho verificato che nel manuale inverter esiste un'uscita analogica che potrei settare come monitor valore di coppia in uscita perciò potrei

inviare questo valore al secondo inverter, forse con una controreazione PID? O l'ho detta grossa anche questa volta...

Comunque adesso vado a vedere un manuale inverter tipo Omron V1000 per vedere se riesco a capire le cose suggerite.

Magari se mi puoi dare qualche indicazione di massima e dirmi se sto inquadrando la situazione o sono completamente fuori strada.

Ancora grazie, sto iniziando adesso a manovrare inverter e motori Vi prego di sopportatre le mie lacune.

 

Poeta Giuliano

 

 

 

 

 

[SandroCalligaro]

Provo a riformulare, per la soluzione a due ruote motrici, che è la più semplice.

Uno dei due inverter, chiamiamolo "master", controlla la velocità. Il controllore di velocità genera un valore di coppia (che a regime permette di ottenere la velocità desiderata), e questo viene attuato dall'inverter tramite il motore. Questo valore di coppia verrà "copiato" dal secondo inverter, chiamiamolo "slave". Nel complesso, la velocità della navetta è controllata dal master, lo slave "spinge" altrettanto, ma in curva andrà ad una velocità diversa, dovendo percorrereb una lunghezza diversa nello stesso tempo.

La soluzione che ti propone Livio è quella di imporre la coppia allo slave come limite del suo controllo di velocità (copiando appunto il "monitor" di coppia del master). Quindi il fatto di avere riferimenti di velocità diversi è solamente un espediente per far sì che lo slave faccia il suo dovere (seguire il riferimento di coppia dato dal master), pur funzionando, formalmente, in controllo di velocità.

 

Se volessi avere una velocità della navetta (misurata nel suo centro) ben precisa, dovresti misurare le velocità delle ruote sui due lati, e chiudere l'anello sulla media delle due velocità. Questa però credo sia un'esagerazione, per la maggior parte dei casi.

 

"Sensorless" significa letteralmente senza sensore, ma si intende senza sensore meccanico (cioè di posizione e/o velocità, mentre rimangono i sensori elettrici di corrente e tensione), avevi visto giusto. Molti usano "anello aperto" come sinonimo (ma è un po' fuorviante, perché lo si può confondere con un controllo V/f o I-f).

Modificato: 10 novembre 2015 da SandroCalligaro

[pigroplc]

Per esperienza diretta, ti faccio presente che 4 ruote motrici è una soluzione fattibile solamente se hai la certezza matematica che aderiscano tutte quattro in modo corretto e costante. Se nella pratica poi queste ruote scorrono su binari, ne troverai sempre una che ha meno attrito delle altre e che slitterà.

Certo è che se ti muovi su una cremagliera o su una ralla il tutto cambia, il mio discorso vale per trasporto ruote di gomma o peggio di metallo su binario

In tal caso la soluzione adottabile è montare degli ammortizzatori sulle ruote/gruppo di trasmissione.

[poetaflightcase]

Grazie 1000 Sandro e pigroplc.

Ho capito perfettamente il significato inverter sensorless, grazie!!

Mi avete aiutato molto a capire.Penso che con le info che mi avete dato tutti e la lettura dei manuali/parametri potrò mettere in piedi il progetto.

Quello che dici tu pigroplc è verissimo, la navetta di questo progetto scorre su rotaia tipo "treno" perciò il problema esiste, abbiamo trovato una ruota a "forma ruota treno" con una molla di spinta direttamente sul supporto della ruota.Comunque probabilmente si andrà con il 2 ruote.

Un ultimo dubbio:essendo la navetta lunga circa 5mt e sicuramente con carico non uniformemente distribuito, il fatto di far andare i motori con la stessa coppia può essere un problema?

Poeta Giuliano

[Livio Orsini]

Per esperienza diretta, ti faccio presente che 4 ruote motrici è una soluzione fattibile solamente se hai la certezza matematica che aderiscano tutte quattro in modo corretto e costante.

No è fattibile anche se le ruote slittano. E' sufficiente che una sola delle 4 sia controllata in velocità, mentre le altre 3 lavorano in "helper"  suddividendosi lo sforzo rapartendo la coppia. La regolazine si complica un po' rispetto alla semplece trazione su 2 ruote, ma è fattibile senza troppi problemi.

Anche la versione mista, come ho proposto, è fattibile se le accelerazioni sono molto graduali.

Certamente queste applicazioni non sono alla portata di chiunque; è indispensabile avere una buona conoscenza delle problematiche particolari che si hanno su questi dispositivi.

Se volessi avere una velocità della navetta (misurata nel suo centro) ben precisa, dovresti misurare le velocità delle ruote sui due lati, e chiudere l'anello sulla media delle due velocità.

Non basta, bisognerebbe avere un riferimento preciso alla parte fissa come, ad esempio, una ruota di misura posta al centro della carreggiata. Oppure bisognerebbe conoscere l'esatto raggio di curvatura, il punto esatto di ingresso in curva ed avere il taggio di curvatura rigorosamente costante, oppure avere l'esatta mappatura delle veriazioni.

L'unico modo di realizzare un funzione simile al differenziale meccanico è proprio l'accoppiameto in ripartizione di coppia. E' un metodo molto usato su macchine plurimotori quando si vuol mantenere l'esatta tensione del materiale tra 2 o più stazioni di lavoro. Si usa anche ripartire la coppia in quantità differenti dal 50%, secondo le richieste tecnologiche.

Un ultimo dubbio:essendo la navetta lunga circa 5mt e sicuramente con carico non uniformemente distribuito, il fatto di far andare i motori con la stessa coppia può essere un problema?

Assolutamente no. Anzi i motori devono ripartirsi il più esattamente possiible la coppia, perchè la forza necesaria al movimento è esattamente ripartita sulle ruote motrici. Se così non fosse significherebbe che un motore lavora più di un altro. La coppia necessaria al moto dipende essenzialmente dagli attriti e dalle inerzie del carico. Se il carico si muove a velocità costante rimane solo la coppia per vincere gli attriti. L'attrito ruotante ruota-binario è necessario per avere la trasmissione del moto. Poi ci sono gli attriti dei cuscinetti e delle trasmissioni e l'attrito all'aria dipendendente dalla velocità.

La concentrazione delle masse in alcuni punti della navetta potrebe forse influire sull'attrito di ciascuna ruota, favorendo magari la trasmissione del moto. L'ideale sarebbe usare la ruota con maggior pressione come "master". ma qui si entra in una zona di...pignoleria e comunque son valutazioni da fare dopo che si son risplti i problemi principali.

[SandroCalligaro]

Non basta, bisognerebbe avere un riferimento preciso alla parte fissa come, ad esempio, una ruota di misura posta al centro della carreggiata. Oppure bisognerebbe conoscere l'esatto raggio di curvatura, il punto esatto di ingresso in curva ed avere il taggio di curvatura rigorosamente costante, oppure avere l'esatta mappatura delle veriazioni.

Hai ragione, avevo trascurato il fatto che le ruote slittano , o meglio hanno uno "scorrimento" (se non sbaglio, chi si occupa di veicoli chiama così la differenza tra la velocità effettiva e quella che si avrebbe calcolandola come velocità angolare x raggio)! In assenza di scorrimento, dovrebbe essere fattibile controllare la velocità media (quindi quella del centro del veicolo) tramite una coppia ugualmente ripartita su due ruote ai due lati, lasciando alle rotaie o allo sterzo il compito di imporre la traiettoria. Diciamo che è molto simile a ciò che facciamo ogni giorno in auto (lì un po' di scorrimento ce l'abbiamo, ma non ci serve tanta precisione).

Modificato: 10 novembre 2015 da SandroCalligaro

[pigroplc]

No è fattibile anche se le ruote slittano. E' sufficiente che una sola delle 4 sia controllata in velocità, mentre le altre 3 lavorano in "helper"  suddividendosi lo sforzo

E se a slittare è proprio quella regolata in velocità e quindi manda un limite di coppia esiguo alle altre?

Mi manca qualche informazione oppure ho capito male.

 

[poetaflightcase]

Non ho mai visto un concentrato di sapere.....così.....

E' affascinante e stimolante leggere quello che scrivete!

Grazie!!!

[Livio Orsini]

E se a slittare è proprio quella regolata in velocità e quindi manda un limite di coppia esiguo alle altre?

Non ha importanza il sistema è autoregolante.

Non ho mai visto un concentrato di sapere.....così.....

Nel mio caso è .......l'età. Gli anni passano e l'esperienza si accumula, fino a che la memoria regge....

[SandroCalligaro]

Avevo scritto una stupidaggine, della quale mi sono pentito. Purtroppo non si possono eliminare i post, solo editarli.

Modificato: 10 novembre 2015 da SandroCalligaro

[roberto8303]

Nel mio caso è .......l'età. Gli anni passano e l'esperienza si accumula, fino a che la memoria regge....

 

 

 Livio è per questo che c è PLC Forum

[poetaflightcase]

le persone che eseguono la costruzione meccanica della navetta si sono impuntati a voler mettere 2 ruote motrici sulla rotaia esterna della navetta stessa.

Ho cercato di dissuaderli ma senza risultato, con risposta che si assumono la responsabilità dello scorrimento meccanico.

Lasciando perdere le probabili difficoltà di scorrimento,magari poi mi posso anche sbagliare, a questo punto con le due motrici disposte sullo stesso percorso mi viene da dire che dovrei fare l'asse elettrico.

Me lo potete confermare?

Comunque sto cercando un inverter che mi permetta sia l'asse che il controllo in coppia, per poi essere pronto a cambiare strada.

 

[SandroCalligaro]

A parte il problema meccanico di avere questo sbilanciamento di forze tra un lato e l'altro (che potrebbe magari anche far incastrare la navetta, immagino), la soluzione con un master che controlla la velocità ed uno slave che copia la coppia mi sembra adatta anche in questo caso.

Modificato: 13 novembre 2015 da SandroCalligaro

[Livio Orsini]

Concordo con Sandro.

Tutti gli inverter vettoriali di buona qualità sono previsti per il controllo di coppia esterno, sia sul limite che come riferimento. Molti hannoa nche incorporata la funzione asse elettrico 1:1, che è la funzione, sconsigliabile, che potrebbe servire nel tuo caso.

[SandroCalligaro]

In generale, per quel che ne so, controllare due grandezze così vincolate tra di loro con due controllori diversi è sconsigliabile, potrebbero andare "in conflitto" tra di loro, in termini di stabilità e precisione.

In questo caso la velocità da controllare è in linea di principio la stessa (se le ruote non slittano), quindi qualunque differenza nel comportamento tra i due controllori di velocità significherebbe un piccolo conflitto.

[Livio Orsini]

No Sandro l'unico conflitto può nascere da un'even tuale non perfetta identità dei diametri, cosa abbastanza probabile.

Per evitare questo conflitto bisogna effettuare una regolazione con controllo di velocità-spazio, tipico dell'asse elettrico, con sovrapposto un controllo di coppia più lento di un paio di ordini di gransdezza.

Però qui si entra in un campo estremamente raffinato e difficoltoso.  E' un tipo di regolazione da effettuarsi per casi particolari dove è richiesta una grandissima precisione di velocità nel breve termine.

[poetaflightcase]

Ok procedo con il master che controlla la velocità e lo slave che copia la coppia.

Scusami Livio, non ho capito se "asse elettrico, con sovrapposto un controllo di coppia più lento di un paio di ordini di gransdezza" è una raffinatezza o indispensabile, tenendo conta che la velocità assoluta della navetta può non essere precisa.

 

[Livio Orsini]

No è una raffinatezza per certe applicazioni particolari, non certo per il tuo caso.

[SandroCalligaro]

Livio, anche a me non è chiaro cosa intendi, con "asse elettrico con sovrapposto...". Se è più lento, sarà un loop esterno a quelli dell'asse elettrico, ma in realtà per controllare la velocità e/o la posizione imponi già la coppia con un loop interno (e più veloce). Intendevi un loop che va solo a variare la limitazione di coppia?

[Livio Orsini]

No correggi la posizione, inserendo dei piccoli delta di posizione, in funzione della derivata della differenza di coppia erogata dai 2 motori.

Non è facile da spiegare in un messaggio. La strategia che sta alla base di questa regolazione è tutt'altro che semplice ed anche la corretta implementazione e la relativa ottimizzazione del regolatore richiede doti sensibilità ed esperienza non proprio da peincipiante.

E' un tipo di controllo a cui si può ricorrere in casi particolari dove son richieste prestazioni dinamiche piuttosto elevate.

Io l'ho realizzato un paio di volte su macchine particolari con motorizzazione in continua.

[SandroCalligaro]

Se ho capito bene, in questo modo si vanno a riallineare i due riferimenti di posizione. Se è così, però, mi sfugge il fatto di usare la derivata della differenza di coppia, mi aspetterei piuttosto un'azione integrale, che a regime porti la differenza tra le due posizioni e quella tra le due coppie ad essere entrambe nulle.

Sono curioso di capire, ma non vorrei andare fuori tema...