Entraînements intelligents
Énergie, dynamique et intelligence dans les entraînements modernes
Dans les systèmes mécatroniques modernes, les performances des actionneurs ne sont plus évaluées uniquement en fonction du couple ou de la vitesse. La consommation d'énergie, la contrôlabilité et la surveillance intelligente sont devenues des caractéristiques déterminantes des systèmes de mouvement de la prochaine génération. Cet article compare trois architectures d'actionneurs représentatives : un Faulhaber 2232 BX4 miniature, un Faulhaber MCS 3268 BX4 haute performance et un système industriel 48V à faible inertie dans le cadre d'un cycle de positionnement identique de 180°.
1. conditions de mouvement et d'analyse
Chaque système effectue un demi-tour (180° = π rad) en 0,25 s, divisé en :
- Accélération : 0,083 s
- Vitesse constante : 0,083 s
- Décélération : 0,083 s
- Repos : 1,0 s
- Couple statique : 0,1 Nm
La vitesse angulaire maximale est de 18,9 rad/s avec une accélération de ≈ 228 rad/s². Tous les systèmes sont supposés avoir un couple de charge externe de 0,1 Nm ; les pertes d'inertie et de veille sont prises en compte.
Le "courant d'arrêt"(Izero) est considéré comme le courant constant pendant les phases de croisière, de décélération et de ralenti.
2. Résultats
3. Interprétation des résultats
Efficacité énergétique
Bien que le mouvement mécanique nécessite moins de 0,001 J d'énergie cinétique, le courant de repos et le couple d'accélération sont les facteurs dominants.
- L'entraînement industriel de 48 V consomme ≈ 44 J par cycle, dont 80 % sont simplement du courant de repos (48 V × 0,67 A × 1 s).
Cependant, il a besoin d'un couple d'accélération de 67,2 mNm, soit 5 à 6 fois plus que les moteurs Faulhaber. Cela est dû à la plus grande inertie du moteur et du réducteur. Il possède un bon rapport d'inertie de 3,69. - Le moteur Faulhaber 2232 BX4 consomme à peine 2,5 J par cycle, soit plus de 17 fois moins d'énergie pour le même positionnement.
Il a le couple d'accélération le plus faible (11,8 mNm) en raison de la faible inertie de son moteur et de son réducteur planétaire. A un bon rapport d'inertie de 4,2. - Le Faulhaber 3268 BX4 se situe entre les deux, offrant un couple plus élevé mais des exigences de puissance moindres.
Il a un couple d'accélération légèrement plus élevé de 14,4 mNm en raison de la faible inertie du moteur et du réducteur planétaire. Et une meilleure performance grâce à son rapport d'inertie de presque 1.
Direction dynamique
Tous les systèmes ont un rapport d'inertie acceptable, mais le MCS 3268 est le plus performant et la bande passante du comportement dynamique et de la stabilité est élevée. Les systèmes Faulhaber, avec une inertie de charge réfléchie extrêmement faible, peuvent accélérer rapidement et maintenir un contrôle précis avec des pointes de courant minimales. Idéal pour les systèmes alimentés par batterie, il réduit le besoin d'alimentations surdimensionnées.
Efficacité mécanique
Le rendement de 96 % du réducteur de l'unité industrielle dépasse les 82 % des étages planétaires de Faulhaber, mais à ces faibles charges, les pertes du réducteur sont négligeables par rapport aux pertes électriques à vide.
4. Intelligence et compréhension du cycle de vie
Ce qui distingue vraiment les entraînements Faulhaber, c'est la surveillance intégrée du courant. Chaque cycle de mouvement enregistre
- Iavg - le courant moyen sur le profil de mouvement
- Ipeak - le courant le plus élevé pendant le cycle.
En enregistrant continuellement ces paramètres, le variateur peut détecter les éléments suivants :
- une augmentation du frottement ou de l'usure des roulements (augmentation régulière de Iavg) ;
- les collisions mécaniques ou le frottement (pics soudains de Ipeak) ;
- une charge déséquilibrée ou un mauvais alignement (asymétrie du courant spécifique à la phase).
Grâce à la reconnaissance des formes basée sur l'IA, l'actionneur peut prédire les tendances d'usure et recommander une maintenance avant que les pannes ne se produisent. Un simple actionneur devient ainsi un nœud mécatronique intelligent et autodiagnostique - un pas vers la maintenance prédictive et la robotique sans temps d'arrêt.
5. Résumé comparatif
6. Conclusion
Pour les applications caractérisées par de fréquents mouvements courts et de longs temps d'arrêt, les variateurs Faulhaber sont les grands gagnants en termes d'efficacité énergétique et de diagnostic intelligent. Le 2232 BX4 atteint la précision avec une puissance minimale - un choix idéal pour l'automatisation médicale, optique et de laboratoire.
Le 3268 BX4 offre une capacité de couple plus élevée tout en maintenant la surveillance de l'IA. Le système industriel 48V excelle dans les cycles de travail continus ou à forte charge, mais son courant de repos élevé le rend moins adapté aux tâches de précision à faible charge.
En résumé, les variateurs intelligents avec analyse de courant représentent la prochaine étape dans le contrôle des mouvements, combinant une électromécanique très efficace avec des diagnostics à apprentissage automatique pour créer des systèmes qui sont non seulement puissants mais aussi astucieux. Ces simulations et estimations peuvent être réalisées dans Simulink, où Faulhaber peut fournir les blocs fonctionnels du moteur, de l'entraînement et du codeur, ou dans Mathcad.
