Dans le domaine de l'automatisation industrielle moderne, la servotechnique joue un rôle crucial. Il s'agit non seulement du cœur du contrôle de mouvement de précision, mais également de la clé pour améliorer les performances des équipements et optimiser l'efficacité de la production. Avec les progrès continus de l’Industrie 4.0 et de la fabrication intelligente, la demande de systèmes d’asservissement dotés de hautes performances et de capacités dynamiques élevées est devenue de plus en plus urgente.
Les systèmes d'asservissement traditionnels ont souvent du mal à équilibrer simultanément hautes performances et haute dynamique. Les hautes performances font généralement référence à la précision, à la rigidité et à la stabilité d'un système pendant un fonctionnement en régime permanent, tandis que la dynamique élevée met l'accent sur sa capacité à répondre rapidement aux commandes, à accélérer/décélérer et à suivre des trajectoires de mouvement complexes. Cependant, dans de nombreux scénarios d'application, tels que :
• Robotique: Les robots à grande vitesse et de haute précision nécessitent une réponse rapide aux commandes de contrôle et une exécution flexible de mouvements complexes, ce qui impose des exigences extrêmement élevées à la dynamique du système d'asservissement.
• Usinage de précision: Les machines-outils de haute précision nécessitent des systèmes d'asservissement d'une rigidité et d'une stabilité exceptionnelles pour garantir la qualité de l'usinage tout en permettant un réglage fin rapide pour améliorer l'efficacité.
• Fabrication de semi-conducteurs: Les équipements tels que les machines de lithographie et l'inspection des plaquettes imposent des exigences extrêmement strictes en matière de précision, de vitesse et de dynamique des systèmes d'asservissement.
• Fabrication de produits électroniques: Les dispositifs tels que les machines de prélèvement et de placement SMT et les systèmes de distribution à grande vitesse doivent effectuer de nombreuses actions répétitives dans des délais courts, ce qui met les systèmes d'asservissement au défi en termes de vitesse de réponse et de stabilité.
Ainsi, le développement d’une technologie d’asservissement répondant à la fois à des exigences de haute performance et de dynamique élevée est devenu une tendance inévitable de l’industrie. Ce n’est qu’en surmontant ce goulot d’étranglement que nous pourrons mieux répondre aux demandes croissantes des applications et améliorer les performances et la compétitivité globales des équipements.
Réaliser des systèmes d'asservissement hautes performances et hautement dynamiques n'est pas une tâche facile, nécessitant de surmonter de multiples défis techniques, notamment :
• Limites des algorithmes de contrôle: Le contrôle PID traditionnel est confronté à des systèmes complexes et à des facteurs non linéaires. Des stratégies de contrôle avancées, telles que le contrôle prédictif de modèle (MPC), le contrôle adaptatif et le contrôle flou, sont nécessaires pour améliorer la vitesse de réponse, la capacité anti-interférence et la robustesse.
• Goulots d'étranglement en matière de performances dans les moteurs et les entraînements: En tant qu'actionneur principal, les performances du moteur ont un impact direct sur les performances du système. Moteurs hautes performances comme les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM) ou les moteurs couple doivent être adoptés, avec des conceptions optimisées pour réduire l'inertie et augmenter la densité de couple. Les disques doivent présenter des fréquences de commutation plus élevées, une précision de courant et une latence plus faible pour garantir une réponse précise et rapide.
• Précision du capteur et limites de vitesse: Les encodeurs, réseaux et autres capteurs sont essentiels pour le retour de position/vitesse. Leur précision et leur vitesse affectent directement la précision du contrôle et les performances dynamiques. Des capteurs à plus haute résolution et à échantillonnage plus rapide, dotés d’un filtrage efficace du bruit, sont essentiels.
• Rigidité mécanique et amortissement insuffisants: Les structures mécaniques, y compris les mécanismes de transmission et de support, affectent les performances du système. Une faible rigidité entraîne des vibrations et des résonances, nuisant à la stabilité et à la précision, tandis qu'un amortissement insuffisant ralentit la réponse et réduit les performances dynamiques. Une optimisation structurelle, une amélioration de la rigidité et un contrôle actif de l'amortissement (par exemple, des matériaux amortisseurs) sont nécessaires.
• Performances et fiabilité en temps réel: Les systèmes d'asservissement doivent effectuer l'acquisition, le traitement, le contrôle et l'exécution des données dans des délais extrêmement courts, exigeant des performances en temps réel ultra-élevées. De plus, la fiabilité est essentielle dans les environnements industriels difficiles. Les processeurs hautes performances, les systèmes d'exploitation en temps réel (RTOS), la redondance, le diagnostic des pannes et le contrôle tolérant aux pannes sont des solutions vitales.
Pour relever ces défis, les stratégies clés suivantes doivent être adoptées pour débloquer la technologie avancée des servomoteurs et saisir les opportunités de l’industrie :
• Développer des algorithmes de contrôle avancés: Explorez et appliquez des algorithmes de pointe tels que MPC, le contrôle adaptatif, le contrôle flou et le contrôle des réseaux neuronaux. L'apprentissage automatique peut optimiser davantage les paramètres pour un réglage adaptatif.
• Adoptez des moteurs et des entraînements hautes performances: Utiliser des PMSM ou moteurs couple avec des conceptions optimisées pour une inertie plus faible et une densité de couple plus élevée. Sélectionnez des disques avec des fréquences de commutation plus élevées, une précision de courant et une latence plus faible. Mettez en œuvre des stratégies de contrôle avancées telles que FOC et DTC.
• Utiliser des capteurs haute précision et haute vitesse: Utilisez des encodeurs/règles de réseau haute résolution à échantillonnage rapide avec filtrage du bruit. La fusion multicapteurs peut améliorer la précision et la fiabilité des mesures.
• Optimiser la conception mécanique: Améliorer la rigidité et l'amortissement grâce à l'analyse par éléments finis (FEA), à l'optimisation structurelle et aux techniques d'amortissement actif.
• Améliorer les performances et la fiabilité en temps réel: Utilisez des processeurs hautes performances, un RTOS, une redondance et des conceptions tolérantes aux pannes. Protocoles de communication en temps réel (par ex. EtherCAT, PROFINET) assurent la synchronisation.
• Donner la priorité à la simulation et aux tests: Tirez parti de la simulation logicielle et des tests Hardware-in-the-loop (HIL) pour une évaluation et une optimisation complètes des performances.
• Renforcer la collaboration industrie-université: Collaborer avec des universités et des instituts de recherche pour accélérer l’innovation et le développement des talents.
Dans un marché concurrentiel, seule une innovation continue peut garantir le leadership du secteur. Les principales recommandations comprennent :
Augmenter les investissements en R&D: Consacrer des ressources au développement de technologies et de produits d'asservissement propriétaires.
Se concentrer sur les besoins du marché: Comprenez les problèmes des utilisateurs et personnalisez les solutions en conséquence.
Créer de la valeur pour la marque: Améliorer la reconnaissance et la réputation de la marque pour établir une forte présence sur le marché.
Développer les applications: Explorez de nouvelles industries et des domaines émergents pour la technologie servo.
Développer un écosystème: Collaborer avec des partenaires pour faire progresser la technologie des servos.
Débloquer une technologie d’asservissement qui répond aux exigences dynamiques et de performances ultra élevées est essentiel pour l’automatisation industrielle moderne. En adoptant l’innovation et en surmontant les défis, les entreprises peuvent diriger le secteur et façonner l’avenir.
