Control para Sincronización Variable de Motores

[Vicente]

Por algún motivo ajeno a mi voluntad, este mensaje ha aparecido inicialmente bajo la sección 'Asuntos Generales'. Lo pongo mejor en ésta y pido a quien pueda que lo borre del otro lado. Y después, si puede, que borre también esta entradilla.
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De nuevo me permito comentar a los miembros de este selecto y nutrido foro una de las ideas que me rondan por la cabeza para ver si con su ayuda consigo optimizar otro aparatito que estoy haciendo. Y doy las gracias por anticipado a todos por su ayuda.

Planteo la cuestión lo más escuetamente posible:

Se trata de obtener una solución robusta, barata, pequeña y fácil de implementar, porque necesito poner varias simultáneamente en la misma máquina. La solución puede ser mecánica, electrónica o mixta.

El objetivo es conseguir que un motor B de aproximadamente 1kW gire a una velocidad angular que sea en todo momento un múltiplo (o divisor) de la velocidad de otro eje A. Y que el factor de proporcionalidad sea fácilmente ajustable de forma continua en un rango de 0 a 1 con precisión de 0.01.

A mí se me han ocurrido varias formas de hacerlo y ninguna me acaba de convencer. Un reductor mecánico con cambio de marchas de cien posiciones ni lo he considerado. Paso a comentar las dos que me parecen más adecuadas, a pesar de que los detalles finos no los tengo solucionados y estoy seguro de que pueden mejorarse mucho:

Opción A. Acoplado al eje primario A (que podría estar girando a velocidad variable entre cero y la máxima por cualquier causa externa, pero probablemente por un motor eléctrico) se pone un disco multiperforado a través del cual un haz luminoso crea un tren de pulsos en una fotocélula. De alguna forma se obtiene una señal proporcional a la frecuencia del tren de pulsos y con ella y el factor de proporcionalidad que se pretende se controla la frecuencia de un generador de pulsos que a su vez alimentan al motor paso a paso B. Esta opción tiene la gran ventaja de que el giro de A es independiente y es el de B el que se subordina en todo momento al del primero. Pero el controlador de la velocidad de B es algo que habré de diseñar y para el que preveo problemas de transitorios, ajustes, etc.

Opción B. Tanto el eje A como el B están accionados por motores paso a paso. Un generador proporciona los pulsos para ambos a distintas frecuencias y con la relación entre ellas que se quiera, introducida a través de un teclado o un potenciómetro. Aquí el problema es que dependiendo de la distinta carga a que se vean sometidos en cada instante estos motores, sus velocidades instantáneas pueden perder la proporcionalidad, sobre todo durante el arranque, la parada o ante necesarios cambios bruscos de velocidad. Y como esta proporcionalidad entre los giros de ambos ejes es el requisito fundamental que se debe cumplir, la mayor sencillez del diseño del circuito se vería contrarrestada por una peor calidad del conjunto.

Se aceptan y agradecen todas las sugerencias y comentarios.

[asegade]

Tu sistema se parece al control de avance para un torno, para roscar.
Existen motores PaP grandes, pero son caros. No se si el precio es importante.
Los motores PaP no son actuadores de lazo cerrado, así que siempre se asume que están en paso. El error de ángulo depende de la carga como siempre, pero está dentro del ángulo de paso.
Para no perder pasos la aceleración, o mejor el par, se ha de mantener acotado.
También hay controladores industriales para motores en jaula de ardilla realimentado por taquímetro digital, pero siempre estará presente que el ajuste de las constantes de la máquina debe estar muy bien hecho.
Yo de mi parte preferiría motores sincrónicos de campos permanentes. Son similares a los motores de los juguetes.
En estos motores también necesitan controladores industriales, pero son mas robustos, y nunca habrá un error de mas de unos pocos grados (medio paso polar antes de la pérdida de sincronismo).
En eso los PaP son parecidos.
Opino entonces que la opción de generar las dos señales en un controlador es mas atractiva, pero la idea de sincronizar con la velocidad de un motor barato, simplifica el tema gastos.

Salud

[cacho]

¿Deben estar sincronizados los ejes?

[Vicente]

¿Deben estar sincronizados los ejes?

Se trata de que la velocidad de giro de un eje sea en todo momento proporcional a la del otro. Y que el factor de proporcionalidad entre ambas velocidades sea fácilmente ajustable con precisión del 1%. Por ejemplo que ahora uno gire a 0.37 veces la velocidad del otro y luego a 0.84 y más tarde a 0.11, etc. La selección de estos factores de proporcionalidad puede hacerse a mano con un potenciómetro o teclado, pero debe ser algo sencillo, pequeño y barato. No puede usarse un ordenador para ello ni complejos mecanismos.

[Vicente]

Tu sistema se parece al control de avance para un torno, para roscar.

¿Y cómo lo resuelven en esos tornos? ¿Tienen un amplio margen de variación del factor de proporcionalidad? ¿Se puede variar dicho factor sobre la marcha? ¿Se podría hacer una rosca de paso arbitrariamente variable?

[asegade]

Tu sistema se parece al control de avance para un torno, para roscar.

¿Y cómo lo resuelven en esos tornos? ¿Tienen un amplio margen de variación del factor de proporcionalidad? ¿Se puede variar dicho factor sobre la marcha? ¿Se podría hacer una rosca de paso arbitrariamente variable?

Los tornos tradicionales no pueden variar el avance con la marcha puesta. Usan una caja de cambios de engranes que por estos rumbos se llama caja Norton, y con ella cubren la mayor parte de los avances normales de roscado sin tener que cambiar engranes con la mano, pero si con un par de palancas.
Los tornos CNC pueden hacer avances programados.
No necesitas una PC para la tarea. Sirve un Arduino, que es una placa de prototipos para el microcontrolador Atmel o cualquier otro micro-controlador mas rápido como el que está usando Anilandro.

Saludos

[heli]

Tienes que usar servomotores.
Los motores de jaula de ardilla siempre tienen deslizamiento, y es dificil de compensarlo incluso con realimentación.
Usando motores brushless con su servocontrol tienes una opción que es "electronic gearing" que es como una caja de cambios electrónica pero muy fiable porque se controla en todo momento la velocidad y la posición de los motores "maestro" y "esclavo". Además con motores brushless tienes una curva de par plana. Con motores de jaula de ardilla fallaría todo a bajas velocidades. Los PAP mejor olvidarlos para esas potencias.
Servocontroladores de OMRON: http://industrial.omron.es/es/products/ ... fault.html
Motores brushless correspondientes: http://industrial.omron.es/es/products/ ... fault.html
Eso sí, ves preparando la cartera.

[Vicente]

Tienes que usar servomotores.
...
Eso sí, ves preparando la cartera.

Gracias, Heli, pero tu solución no cumple la primera de las especificaciones:

Se trata de obtener una solución robusta, barata, pequeña y fácil de implementar...

Claro que todo es relativo y depende del resto de soluciones que puedan encontrarse. Y si la que propones es la única posible, no habrá más remedio que pasar por el aro. Yo, de todas formas, confío en encontrar otras más baratas e igual de efectivas.

Saludos

[Vicente]

Los tornos CNC pueden hacer avances programados.
No necesitas una PC para la tarea. Sirve un Arduino, que es una placa de prototipos para el microcontrolador Atmel o cualquier otro micro-controlador mas rápido como el que está usando Anilandro.

Gracias Asegade. Yo tengo un torno cnc un poco antiguo y sólo puedo controlar el movimiento de la cuchilla, porque a la pieza sólo puedo tenerla quieta o girando. Así que no puedo usarlo para hacer roscas y no puedo estudiar cómo funciona el sincronismo entre ejes.

Cuando sugieres usar el Arduino o el otro procesador ¿en qué tipo de motores estás pensando? ¿en paso a paso? Heli dice que no sería posible, sobre todo por la potencia. ¿Podrían estos procesadores hacer la función de los caros servocontroladores comerciales?

Gracias

[asegade]

Hola.

Cuando sugerí que no hacía falta usar un PC, que bastaba con un micro-controlador, lo dije como opción de precio bajo. Hay que recordar lo que fue la primer PC XT, con procesador de 8 bit a 4.7 MHz y menos de 64 kB de RAM... Se supone que con menos que esto el hombre llegó a la luna en el Apolo 11.
Anilandro está aprendiendo a usar una de estas maravillas que es de 32 bit y funciona a 70 MHz o similar velocidad.

Respecto a los motores, Heli lo dijo con mucha propiedad. Los brushless que yo llamé sincrónicos de imanes permanentes son los que te aconsejó usar. He visto steppers muy grandes, pero son una rareza.

El método que mencionas de obtener la posición de uno de los motores y enganchar el otro lo he visto usar para tornos CNC de aficionado, en el control del avance, pero no tengo datos de la calidad del producto obtenido.

Respecto al costo de las controladoras, éste siempre está presente. O lo pagas en la controladora armada y terminada o lo pagas en tiempo de programación y experimentación. La diferencia está en el producto final. Yo por ejemplo tengo una controladora muy bonita, que tiene todas las etiquetas de los integrados limadas. Cuando se estropee, la tiraré después de trastear un poco con ella

Salud