Guide Motion Control du GIMELEC - Ministère de l'Éducation ...

6- Le dimensionnement
6-1- La stratégie de commande
Le contrôle du «jerk»
Les lois de commande proposées jusqu’à présent sont très simples à élaborer,
mais elles présentent toutes un inconvénient majeur: les variations
d’accélération, couramment appelées « Jerk », sont infinies.
Ces variations peuvent être pénalisantes aussi bien pour la mécanique que
pour le process même de la machine.
La dérivée de l’accélération permet de déterminer ces variations. Cette dérivée
s’exprime en [m/s 3 ].
D’un point de vue électrique : le variateur n’est pas capable de faire varier
instantanément le courant en raison de la constante de temps électrique
du moteur et du temps de réponse du variateur. Il est donc nécessaire de
contrôler le jerk pour que le positionnement soit le plus fidèle possible à la
consigne (écart de traînage réduit). Cet écart doit être minimisé lors d’opérations
de synchronisation ou d’interpolation.
D’un point de vue mécanique : les variations d’accélérations engendrent
une variation de couple moteur. Ce couple est transmis par le moteur à la
charge et lorsque les variations de couple sont trop rapides, cela se traduit
par des «à-coups» sur la charge.
Ces «à-coups» peuvent rendre le système instable (oscillations plus ou
moins longues à s’atténuer), ce qui va pénaliser le temps de cycle machine
et échauffer les composants (le variateur essayant de corriger ces oscillations).
Les «à-coups» peuvent également endommager ou user la mécanique prématurément
et réduire la durée de vie de certains éléments (paliers, réducteur,
etc.).
Revenons à l’exemple précédent : même déplacement [1m], même vitesse
maximale [1m/s], et même accélération maximale [4m/s²]. Le jerk est limité
pendant 100ms (Figure 113).
Cette nouvelle limitation pénalise une fois de plus le temps de déplacement
comme on peut le voir sur la courbe de position où sont superposées
la commande «tout ou rien», la commande « trapèze à accélération limitée»
et la commande «trapèze à jerk limité».
En résumé : les limitations de vitesse, d’accélération et de jerk sont nécessaires
pour le fonctionnement optimal d’une machine de production. Ces
limitations permettent de suivre fidèlement un profil de position, de respecter
les limitations électriques liées au moteur et au variateur, mais également
les limitations mécaniques imposées par les paliers, les réducteurs,
le processus et la machine. Ces limitations peuvent impacter le temps de
déplacement et donc limiter la cadence machine.
Figure 113 Contrôle du jerk
Les lois de commande
Il existe un nombre important de lois de commande, chacune ayant ses
avantages et ses inconvénients. De nombreuses lois de commande existent
et permettent généralement de trouver un bon compromis entre
temps de déplacement, souplesse et précision du mouvement et dimensionnement
«raisonnable» des composants. Le choix du profil de mouvement
n’est pas anodin, car il peut également jouer sur la longévité de la
machine.
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