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Control de posición de alta precisión para brushless motor que cancela las holguras mediante un encoder en la carga y un doble lazo de control.

En muchas ocasiones es necesario utilizar una reductora para aumentar el par motor, o husillos para transformar un movimiento angular en lineal o también se utilizan correas, piñones, poleas, etc… Casi todos estos elementos presentan holguras, que no solo afectan a la precisión del sistema sino también a la estabilidad del control.

Para solventar estas limitaciones y poder utilizar un sistema compuesto por un motor con reducción, es necesario no solo controlar el movimiento del motor si no también el de la carga. Este tipo de control se conoce como control de doble lazo y requiere un encoder en el motor sin escobillas y otro colocado en la carga.

El sistema anula las holguras mecánicas en la cadena de transmisión, asegurando la posición con gran exactitud. No importa la holgura es causada por tolerancias mecánicas, desgaste o variaciones térmicas, el motor brushless sigue rigurosamente la consigna de posición de la carga con total  fidelidad. En el caso de cargas rotativas también se puede usar un encoder absoluto rotativo para la carga. El encoder absoluto asegura que la posición no se pierde aunque la carga se mueva cuando no hay alimentación en la máquina. Esta solución es muy efectiva y permite una gran reducción de costes comparada con las soluciones clásicas de reducción de holguras (reductoras sin holgura, engranajes con piñones pretensados, etc…)

Otra ventaja es que los componentes al no tener desgaste, están libres de mantenimiento. Además el encoder absoluto hace innecesarios los sensores de final de carrera y el procedimiento de homing o puesta a cero, reduciendo el tiempo de inicialización al arrancar la máquina.

En resumen, podemos construir un moderno sistema de alta precisión con costes razonables.

En realidad es un motor brushless rotativo que transforma el movimiento giratorio en un movimiento de traslación o lineal, por medio de un husillo.

La rosca del husillo puede ser métrica, trapezoidal o un husillo de recirculación de bolas. La precisión de este sistema es muy buena, si bien las velocidades son más lentas que con un auténtico motor lineal. Para la gran mayoría de las aplicaciones la velocidad de translación de este sistema es más que suficiente. Esto dependerá del tipo de husillo o de si el motor brushless lleva acoplada una reductora para aumentar la fuerza de empuje.

Esta solución resulta mucho más económica que un motor lineal, y además no tiene otras desventajas como los problemas de disipación de calor típicos de los motores lineales.

El montaje es muy sencillo porque solo se necesita un soporte en el extremo del husillo para formar una solución compacta y precisa de motor lineal. De esta manera se ahorra el espacio del soporte del husillo y el acoplamiento entre husillo y motor.

Mediante una electrónica de control se puede alcanzar una gran precisión de posicionamiento, pudiendo elegir entre varios tipos de soluciones:

–       La más sencilla y económica consta de un encoder incremental en el motor.  En este caso se necesita realizar una búsqueda de referencia o homing cuando se inicia la máquina. Haciendo llegar al motor a un tope mecánico y evaluando su corriente (curret index) podemos evitar los finales de carrera.

–       Si se utiliza un encoder absoluto en el motor no es necesario ni el homing ni los sensores de fin de carrera, aunque por lo general los encoders absolutos tienen un mayor coste.

–       Si se quiere una precisión absoluta se puede añadir un encoder lineal en la carga. Junto con el encoder del motor se forma un doble lazo de control. Con este sistema se evitan las holguras en la transmisión debidas a desgastes, variaciones térmicas o tolerancias mecánicas.

Cada vez son más las aplicaciones en la que los actuadores neumáticos son sustituidos por este actuador lineal, ya que es un sistema mucho más flexible. Lo que le permite realizar posicionamientos mucho más rápidos, precisos y con mayor repetibilidad.

La función de la electrónica de control es la de mantener una velocidad constante ante cualquier variación de carga en un brushless motor.

Recomendamos utilizar un sistema de bucle cerrado por su estabilidad y precisión.

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