Cómo controlar el par del servomotor

Los servomotores son esenciales en muchas aplicaciones que requieren un control preciso del movimiento, desde la robótica hasta la fabricación automatizada. Saber cómo controlar el par de un servomotor es fundamental para lograr un rendimiento óptimo y garantizar la longevidad de su equipo. Esta completa guía le guiará a través de los entresijos del control del par de los servomotores, ofreciéndole consejos prácticos y conocimientos que le permitirán dominar este aspecto crucial de la automatización. Sumérjase y descubra los secretos para aprovechar la potencia de sus servomotores.

Comprender el par del servomotor

Los servomotores son dispositivos electromecánicos que proporcionan un control preciso de la posición angular o lineal, la velocidad y la aceleración. Una característica clave que los distingue de otros motores es su capacidad para proporcionar cantidades específicas de par. El par, en términos sencillos, es la fuerza de rotación producida por el motor. Controlar esta fuerza es esencial para aplicaciones en las que el motor debe mover una carga, mantener una posición contra una resistencia o ejercer una fuerza específica. La capacidad de controlar el par permite movimientos precisos y garantiza que el motor pueda hacer frente a las exigencias de la aplicación sin calarse ni sobrecalentarse.

¿Por qué es importante el control del par?

El control del par es fundamental en diversas situaciones. Imagina un brazo robótico que debe recoger un objeto y colocarlo con precisión. Cómo controlar el par de un servomotor dictará la capacidad del brazo para sujetar el objeto con firmeza sin aplastarlo, así como su capacidad para mover el objeto con suavidad y precisión hasta el lugar deseado. En la automatización industrial, el control del par es esencial para tareas como apretar pernos a un par específico, controlar la tensión de los materiales en un proceso de manipulación de bandas o regular la fuerza aplicada por una prensa. Sin un control de par preciso, estas tareas serían difíciles, si no imposibles, de realizar con precisión y uniformidad.

Factores que afectan al par del servomotor

Varios factores influyen en la cantidad de par que puede producir un servomotor. Entre ellos se incluyen el diseño del motor, su tamaño y la corriente eléctrica que se le suministra. Los motores más grandes suelen tener un par nominal más alto, al igual que los motores diseñados con imanes y bobinados más potentes. La corriente que circula por los bobinados del motor es directamente proporcional al par producido. Por lo tanto, controlando la corriente se puede controlar eficazmente el par. Además, factores como la velocidad del motor y la eficacia de los componentes mecánicos conectados a él (por ejemplo, engranajes, correas) también pueden influir en el par disponible.

Métodos para controlar el par del servomotor

Existen principalmente dos métodos para controlar el par de un servomotor:

1. Control actual: Es el método más directo. Como se mencionó anteriormente, el par producido por un servomotor es directamente proporcional a la corriente que fluye a través de sus bobinados. Regulando con precisión la corriente, puedes controlar el par de salida. Para ello se suelen utilizar servoaccionamientos especializados. Estos servoaccionamientos pueden configurarse para funcionar en "modo par", en el que reciben una orden de par y ajustan la corriente del motor en consecuencia. Por ejemplo, el SGD7S-2R8A00A Original Yaskawa Servocontrolador de un eje es ideal para aplicaciones de control de par precisas.
   
2. Control de tensión (indirecto): Aunque menos preciso que el control de corriente, el ajuste de la tensión suministrada al servomotor puede influir indirectamente en su par. Este método se utiliza a menudo en aplicaciones más sencillas y menos exigentes. Reducir la tensión generalmente reducirá la velocidad del motor y, en consecuencia, su par máximo disponible. Sin embargo, este método proporciona un control limitado sobre el par real producido y no es adecuado para aplicaciones que requieren alta precisión.

Implantación de un sistema de control del par de lazo cerrado

Para un control preciso y sensible del par, es esencial un sistema de bucle cerrado. Esto implica utilizar un sensor para medir el par real producido por el motor y enviar esta información al controlador. A continuación, el controlador compara el par medido con el par deseado y ajusta la corriente del motor en consecuencia.

A continuación se muestra un desglose de un sistema típico de control de par en bucle cerrado:

• Servomotor: El corazón del sistema, responsable de generar la fuerza de rotación.
• Servoaccionamiento: Dispositivo electrónico especializado que regula la potencia suministrada al motor. Recibe órdenes del controlador y ajusta la corriente y la tensión para lograr el par deseado.
• Sensor de par: Un transductor que mide la salida de par real del motor. Proporciona una señal de realimentación al controlador.
• Controlador: Es el "cerebro" del sistema. Recibe la orden de par deseada, la compara con la información del sensor de par y envía las señales adecuadas al servoaccionamiento. Puede ser un microcontrolador (como un Arduino) o un controlador de movimiento específico.

• Bucle de retroalimentación: Ciclo continuo de medición del par real, comparación con el par deseado y ajuste de las señales de control del motor.

Ajuste del bucle de control del par

Conseguir un rendimiento óptimo en un sistema de control de par de lazo cerrado requiere un ajuste cuidadoso de los parámetros del lazo de control. Estos parámetros, a menudo denominados ganancias, determinan cómo responde el controlador a la diferencia entre el par deseado y el real.

• Ganancia proporcional (P): Determina la respuesta inmediata del regulador al error de par. Una ganancia P más alta da lugar a una respuesta más rápida, pero puede provocar oscilaciones o sobreimpulsos.
• Ganancia integral (I): Esto ayuda a eliminar el error de estado estacionario acumulando el error de par a lo largo del tiempo. Una ganancia I más alta reduce el error de estado estacionario, pero también puede contribuir a la inestabilidad si se ajusta demasiado alta.
• Ganancia por derivados (D): Esto anticipa futuros errores de par basándose en la tasa de cambio del error actual. Ayuda a amortiguar las oscilaciones y a mejorar la estabilidad.

El ajuste de estos parámetros suele ser un proceso iterativo. Tendrás que experimentar con distintos valores para encontrar la configuración óptima para tu aplicación específica. Existen métodos sistemáticos de ajuste, como el método de Ziegler-Nichols, pero suelen requerir un ajuste fino por ensayo y error.

Consideraciones prácticas sobre el control del par

A la hora de aplicar el control del par, hay que tener en cuenta varios aspectos prácticos:

• Coincidencia de inercias: La inercia de la carga conectada al motor debe adaptarse adecuadamente a la inercia del motor para un control óptimo. Un desajuste significativo puede provocar inestabilidad o un rendimiento deficiente.
• Ratios de engranaje: Si se utiliza una caja de cambios, la relación de transmisión afectará al par y a la velocidad en el eje de salida. Elija una relación de transmisión que equilibre la necesidad de amplificación del par con el rango de velocidad deseado. Para necesidades de par elevado, la Servomotor original Panasonic MINAS A6 4400w podría ser una excelente opción con la caja de cambios adecuada.
• Diseño mecánico: Los componentes mecánicos que conectan el motor a la carga deben ser rígidos y sin holguras para garantizar una transmisión precisa del par.
• Seguridad: Dé siempre prioridad a la seguridad cuando trabaje con servomotores. Asegúrese de que la conexión a tierra es correcta y utilice las medidas de seguridad adecuadas para evitar lesiones o daños en el equipo. Cuando utilice un motor potente como el Servomotor Panasonic original MINAS A6 5KW Freno MDMF502L1H6Mse recomienda extremar la precaución.

Preguntas frecuentes (FAQ)

1. ¿Cómo puedo determinar el par de apriete necesario para mi aplicación?

Determinar el par necesario implica analizar la inercia de la carga, la fricción y las fuerzas externas que actúan sobre ella. Tendrás que calcular el par necesario para acelerar la carga, superar la fricción y contrarrestar las fuerzas opuestas.

2. ¿Cuál es la diferencia entre el par de calado y el par continuo?

El par de calado es el par máximo que puede producir un motor cuando su eje está parado (calado). El par continuo es el par que un motor puede mantener indefinidamente sin sobrecalentarse. Al seleccionar un motor, asegúrese de que tanto el par de parada como el par continuo cumplen los requisitos de su aplicación.

3. ¿Puedo utilizar un Arduino para controlar el par de un servomotor?

Sí, se puede utilizar un Arduino para el control básico del par, especialmente en proyectos de aficionados. Mediante el uso de señales de modulación por ancho de pulsos (PWM), puede controlar la velocidad e influir indirectamente en el par de pequeños servomotores. Para un control más preciso, puede interconectar el Arduino con un controlador de motor dedicado y un sensor de par.

4. ¿Cuáles son las ventajas de utilizar un servomotor sin escobillas para controlar el par?

Los servomotores sin escobillas ofrecen varias ventajas, como una mayor eficiencia, una vida útil más larga, menos mantenimiento y una mayor relación par-inercia en comparación con los motores con escobillas. Estas características los hacen idóneos para aplicaciones exigentes de control de par.

5. ¿Cómo puedo proteger mi servomotor de condiciones de sobrepar?

Muchos servoaccionamientos incorporan funciones de protección contra el sobrepar. Estas funciones supervisan la corriente del motor y desconectan el accionamiento si la corriente supera un límite predefinido, evitando así daños en el motor. Además, puede implementar límites de software en su controlador para restringir el comando de par máximo enviado al variador.

6. ¿Cuál es la relación entre par y velocidad en un servomotor?

El par y la velocidad están inversamente relacionados en un servomotor. A velocidades más altas, el par disponible generalmente disminuye. Esta relación se representa a menudo en una curva par-velocidad proporcionada por el fabricante del motor. Comprender esta relación es crucial a la hora de seleccionar un motor para una aplicación específica.

Conclusión

Dominio de cómo controlar el par de un servomotor es una habilidad valiosa para cualquiera que trabaje con sistemas de control de movimiento de precisión. Si comprende los principios del control de par, implementa sistemas de bucle cerrado y ajusta cuidadosamente los parámetros de control, podrá conseguir un rendimiento preciso y fiable en sus aplicaciones. No olvide tener en cuenta factores como la adaptación de la inercia, las relaciones de transmisión y la seguridad a la hora de diseñar su sistema. Con los conocimientos y el enfoque adecuados, podrá aprovechar todo el potencial de sus servomotores y dar vida a sus proyectos con precisión y potencia. Con esta guía, está en el buen camino para convertirse en un experto en control de par de servomotores. Recuerde que la clave del éxito reside en comprender los fundamentos, aplicar las mejores prácticas y no dejar nunca de aprender.