يبدأ اختيار نظام محرك سيرفو لتصميم الماكينة بفهم المكونات التي يتكون منها محرك سيرفو أو نظام محرك سيرفو. أنظمة المؤازرة هي أنظمة حلقة مغلقة تستخدم للتحكم في بعض الحركات المرغوبة. وهي تشمل جهاز تغذية راجعة يوفر معلومات ثابتة بين المحرك والسائق للتحكم بدقة في موضع وسرعة وعزم دوران الآلية التي يتم قيادتها.
QXR محرك سيرفو عالي الأداء DDR
عادةً ما تكون تصميمات المؤازرة عبارة عن أنظمة ديناميكية للغاية تتضمن دفع حمولة للتسريع والتباطؤ بسرعة. تعمل في أربعة أرباع ، مما يعني أنها تستطيع التحكم في عزم الدوران والسرعة ، الموجبة والسالبة.
يتطلب الاختيار الذي يحركه المؤازر حلاً منهجيًا. بمعنى آخر ، نهج شامل يأخذ في الاعتبار المعلمات الميكانيكية والكهربائية والبرمجة الشاملة. يشتمل النظام على تحديد الأحمال الميكانيكية ، ومنحنيات الحركة (بما في ذلك متطلبات تحديد الموقع) ، وخصائص محرك سيرفو ، والبيئة التي يوجد فيها المحرك والمكونات الأخرى ؛ على وجه الخصوص ، عندما يعمل المحرك بسرعة شبه ثابتة ، يكون له تأثير على المنتجات النهائية و / أو المواد و / أو العملية نفسها.
معلمات منحنى الحمل الميكانيكي والحركة
لنبدأ بفهم ما يعنيه الحمل الميكانيكي ومتطلبات الحركة. تؤكد فيزياء نيوتن الأساسية أن القوة (أو عزم الدوران في اتجاه الدوران) يتناسب مع تسارع الكتلة (القصور الذاتي الدوراني) ، بغض النظر عما إذا كان التسارع موجبًا أم سالبًا. في سياق تصميم الحركة ، يتميز بناء الماكينة بجودته الخاصة وجودة الحمولة التي تحملها.
لذلك ، من المهم تحديد الأجزاء الميكانيكية - خاصة جودة الحركة ومنحنى الحركة المطلوب. تختلف طرق تحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية بشكل كبير وتتأثر بعوامل مثل الدقة والحمل وديناميكيات الحركة والبيئة.
بمجرد فهم الآلية المستخدمة ، يكون فهم ديناميكيات الحركة أمرًا مهمًا لتحديد أفضل حل مؤازر. لا يشمل منحنى الحركة الحركة من نقطة إلى أخرى فحسب ، بل يشمل أيضًا الوظائف التي يمكن استخدامها في تلك الحركة ، مثل الدفع المرتبط بمعالجة الأجزاء. يتم تضمين كل من التسارع والموحد والتباطؤ ، بالإضافة إلى أوقات الإقامة والتوقف في منحنى الحركة الكلي للنظام. قد تكون حركات الفهرسة عبارة عن حركة مثلثة بسيطة أو شبه منحرف متغير أو 1 / 3-1 / 3-1 / 3 (الحركة الأكثر فاعلية المرتبطة بعزم دوران RMS).
أداة اختيار واختيار نظام مؤازر
يقدم العديد من البائعين أدوات التحديد والاختيار لمساعدة المستخدمين في إنشاء ملفات تعريف الحركة بناءً على متطلبات الحركة لتطبيقاتهم. توفر معظم أدوات البرامج ، مثل منصة الحركة في Kollmorgen ، مجموعة متنوعة من أوصاف الحركة لمساعدتك في حساب التسارع ووقت الحركة والمسافة والسرعة ووقت الإقامة. يوضح الشكل 1 المنحنى الأساسي 1 / 3-1 / 3-1 / 3 ، مع تقديم تسارع بنسبة 50 بالمائة لتسهيل التسارع. في هذا المثال ، اخترنا تحريك 8 بوصات في ثانية واحدة واستخدام تسارع بنسبة 50 بالمائة ووقت ثبات لمدة ثانيتين. يحسب النظام الحركة من حيث زمن التسارع 1/3 ، والسرعة الثابتة 1/3 ، والتباطؤ 1/3. السرعة القصوى المحسوبة بواسطة الأداة هي 720in / min. يمكنك رؤية مخطط المنحنى "S" (استنادًا إلى تسارع بنسبة 50 بالمائة). بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة لهذه الحركة ، يمكن ملاحظة أن حمل الدفع (الخط الأحمر) يتم تطبيقه على الجزء العرضي للحركة -- من المحتمل أن يتم تشكيل منحنى الحركة هذا. يمكن أيضًا اعتبار وقت المكوث 3 ثوانٍ. الجزء المكوث مهم لأنه سيتم استخدام جميع المعلمات المرتبطة بهذا المنحنى لحساب عزم الدوران RMS ، والذي سيكون مقياسًا نستخدمه لتحديد المحرك الصحيح. بالإضافة إلى منحنيات الحركة ، من المهم أيضًا فهم متطلبات تحديد المواقع الفعلية للأحمال من حيث الدقة والدقة والتكرار. سيتأثر هذا بشكل مباشر باختيار أجهزة التغذية الراجعة و (بشكل أكثر أهمية) بالزخم الفارغ للتركيبات الميكانيكية في شكل خلوص ومرونة.
ما لم يكن التصميم قادرًا على استخدام حل محرك الدفع المباشر ، فسيشمل نوعًا من ناقل الحركة الميكانيكي. يمكن تحقيق ناقل الحركة الخطي الدوراني (تحويل ناتج المحرك الدوار إلى حركة عمود الدوران) عن طريق محرك البكرة ، أو عن طريق الآليات القائمة على اللولب ، مثل البراغي الكروية. يشتمل المحرك الدوار على علبة تروس أو مجموعة محرك سير بحيث يمكن استخدام بكرات بأحجام مختلفة كمثبطات. في بعض التطبيقات ، تساهم الأجزاء التي يتم تحريكها بشكل كبير في إجمالي كتلة الحركة. الحالة الخاصة هي كتلة عمود الآلة التي يجب نقلها للتغيير -- كما هو الحال في توزيع أو معالجة نظام آلي. قد يكون تباين الحمل الكلي عاملاً في ضبط محرك المؤازرة.
يجب أن تلخص المكونات المتحركة قصورها الذاتي وتعكسه مرة أخرى في عمود المحرك. بالإضافة إلى القصور الذاتي ، يجب مراعاة القوى الخارجية والاحتكاك وعدم الكفاءة.
الاعتبارات البيئية في تصميم المؤازرة
لم ينتهي بعد. عند تحديد تصميم المؤازرة ، يمكن فقط لبعض الآليات المتاحة توفير الحركة المطلوبة ، والقدرة على التحمل ، والدقة اقتصاديًا وفعالًا. أحد الاعتبارات التي غالبًا ما يتم التغاضي عنها هو البيئة التي يعمل فيها نظام المؤازرة. تم تصنيف معظم المحركات المؤازرة للعمل عند 40 درجة مئوية - بيئة دافئة جدًا ، ولكنها نموذجية في العديد من إعدادات المصانع والصناعات.
مقاومة الحرارة لإلكترونيات القيادة ليست عالية جدًا ، وبما أنها مصنفة أيضًا عند 40 درجة مئوية ، فإن إدارة درجة الحرارة المحيطة حيث تعمل يمثل تحديًا. عادة ، يلزم التبريد القسري في خزانة التحكم للحفاظ على الظروف البيئية المناسبة (درجة الحرارة والرطوبة). لذلك ، يجب مراعاة موقع المحرك والسائق. بالطبع ، يمكن تركيب المحرك أو دمجه مباشرة في الجهاز لقيادة آلية حمل الحمولة. في المقابل ، يقع محرك الأقراص في الحل المركزي في خزانة تحكم -- وعادة ما يحتاج إلى التبريد.
يحدد المصنعون أداء المحرك الجزئي وفقًا للظروف البيئية التي يعمل فيها المحرك. كما هو مذكور أعلاه ، يفترض العديد من المصممين أن المحرك مصنف لدرجة حرارة محيطة تبلغ 40 درجة مئوية ، ولكن في بعض الأحيان يتم توفير مواصفات محرك تبلغ 25 درجة مئوية. لذلك ، يجب الانتباه إلى القيم المرجعية المنشورة عند مراجعة المواصفات. إذا تجاوزت درجة الحرارة المحيطة للآلة درجة الحرارة المحيطة المقدرة ، فلن يصل المحرك إلى الطاقة المقدرة.
قد تؤثر الظروف البيئية الأخرى على دهانات وأختام المحرك والمكونات الفرعية الميكانيكية الأخرى. يتطلب الغبار والأوساخ والرطوبة وشطف الرذاذ ومتطلبات النظافة والبيئات المتفجرة والبيئات الفراغية والإشعاع محركًا مؤازرًا خاصًا بخصائص فيزيائية مصممة خصيصًا للبيئة القاسية الحالية.
عملية الاختيار
عند تحديد تكوين نظام المحرك / المحرك المطلوب ، يكون جزء كبير من جهد الاختيار المبكر ميكانيكيًا وبيئيًا. الآن ، عندما يختار المستخدم المنتج النهائي ، يجب مراعاة مكونات النظام المتبقية التي يحتوي عليها النظام. ستستمر العوامل الميكانيكية والبيئية في التأثير على عناصر التغذية الراجعة ، والأسلاك ، والاختيار النهائي لبنية التحكم.
اعتبارات التغذية الراجعة وخصائص محرك سيرفو
بحكم التعريف ، تحتوي أنظمة المؤازرة على أجهزة تغذية مرتدة تقيس السرعة والموضع ومعلمات النظام الأخرى أثناء التشغيل. قد يكون للمصنعين خيارات محدودة ، ولكن من المهم النظر بعناية في معلمات تطبيق محددة ، بما في ذلك حمل التأثير ودقة تحديد المواقع بالإضافة إلى التكرار. غالبًا ما تتمتع المحولات الدوارة بأداء ممتاز في البيئات القاسية ، خاصةً للأحمال ذات التأثير العالي. المحول الدوار هو محول دوار يتكون من ملف متعرج مع أجزاء الجزء الثابت والدوار حول القلب. يسمح هذا الهيكل بالتشغيل بدرجة حرارة أعلى وتحمل أكبر للأحمال عالية التأثير من أجهزة التشفير التي قد تحتوي على عناصر قرص زجاجي.
يمكن أن توفر أجهزة التشفير الجيبية دقة عالية تصل إلى 24 بت وما بعدها من أجل دقة تحديد المواقع المثلى. يمكن أن توفر بعض أجهزة التشفير الهجينة متانة محول دوار بدقة أفضل. تعتمد أجهزة التشفير الذكية هذه على محولات دوارة بمكونات إلكترونية تقوم بترجمة إشارات الجيب وجيب التمام وتحويلها إلى إشارة رقمية عالية الدقة يتم تمريرها إلى مشغل مؤازر لاستخدامها في ردود الفعل على السرعة والموقف.
تقدم أحدث برامج التشفير حاليًا مجموعة متنوعة من بروتوكولات الاتصال (EnDAT و BiSS و DSL) وتوفر إمكانات عالية الدقة والضوضاء المنخفضة للمساعدة في تحقيق إشارات ردود الفعل المثلى لمحركات المؤازرة ووحدات التحكم.
خيار آخر للتعليقات يعتمد على متطلبات التطبيق هو ما إذا كنت تريد ملاحظات مطلقة أو متزايدة. في نظام التدوير ، يمكنك العد من 0 بمجرد إتمامك للدوران بزاوية 360 درجة باستخدام دورة واحدة للمعدة. يتيح المشفر المطلق متعدد الدورات للنظام معرفة موقعه ، ليس فقط موضع المحرك في دوران 360 درجة ، ولكن أيضًا عدد الدورات التي أكملها في كل اتجاه. لذلك فهي تعرف بالضبط مكانها. من المهم معرفة ذلك وأين توجد الأدوات والمحاور الأخرى. من ناحية أخرى ، يمكن للمشفرات الإضافية البسيطة تحديد الموضع في دورة واحدة ، ولكن فقط بعد إيجاد الصفر في دورة زيادة الطاقة. نتيجة لذلك ، لن يعرف المستخدم عدد الدورات التي تم إكمالها أو حتى الموقف المطلق
في دوران 360 درجة عند التشغيل.
بالإضافة إلى محرك المؤازرة ومحرك المؤازرة نفسه ، فإن الاتصال الفعلي بين الاثنين مهم أيضًا. تعد مرونة الكبل (المحددة من خلال نصف قطر الانحناء المسموح به) أحد الاعتبارات الرئيسية ، خاصةً عندما يتحرك الكبل مع العمود.
قد يكون طول الكبل مقيدًا بنوع المشفر قيد الدراسة. تعتبر معلمات الكبل مثل الممانعة وانخفاض الجهد ، جنبًا إلى جنب مع قوة إشارة المشفر ، العوامل الرئيسية في النظر في الطول. تنقل بعض الأجهزة الأحدث المعروضة في السوق المعلومات التسلسلية إلى السائقين (مثل DSL و EnDat و BiSS) بمعدلات إرسال عالية جدًا ، والتي ستتأثر بالطول ، وخاصة نسبة الممانعة والإشارة إلى الضوضاء. حتى الموصل يلعب دورًا في حلقة "التغذية المرتدة" ، حيث يحتاج الموصل إلى معالجة الإشارات المختلفة المتولدة من هذه الأجهزة. يرتبط عامل طول الكبل الآخر المرتبط بقوة المحرك بترددات التحويل العالية المتضمنة في برامج تشغيل PWM اليوم. يوجد ضوضاء في سلك الطاقة للمحرك. عندما يصبح الكابل أطول ويقترب من نصف الطول الموجي للتردد على الكابل ، سيتم تشكيل هوائي. سوف يرسل الهوائي أو يستقبل معلومات (في هذه الحالة تولد ضوضاء) لا ينبغي أن تكون موجودة في نظام عالي الأداء.
المعلمة الأخيرة: التحكم في الحركة والشبكة -- مركزية مقابل لامركزية
الاعتبار الأخير الذي يمكن أن يتسبب في ازدواجية عملية التصميم الشاملة (وتغيير المكونات المحددة الأخرى للتصميم) هو بنية النظام. يجب أن يسأل المهندس: هل يجب أن أركز على نظام تحكم مركزي به برامج تشغيل ووحدات تحكم وإلكترونيات داعمة معبأة في خزانة مركزية ، أم أنه أكثر ربحية وفعالية من حيث التكلفة لتوزيع برامج التشغيل عبر الجهاز (نهج الأنظمة الموزعة)؟ ستكون الآلة ذات المحاور المتعددة ، والتي قد تكون مبعثرة عبر الجهاز ، مرشحًا مثاليًا لحل موزع. يمكن أن تقلل هذه الطريقة بشكل كبير من متطلبات الكبلات وتوفر التكاليف المرتبطة بأسلاك الكابلات الطويلة وفتحات الكابلات والدعامات التي تتوافق مع هذه الكابلات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن إخراج السائق من الماكينة يقلل من حجم الخزانة المطلوبة لإيواء عناصر التحكم ودعم المكونات الإلكترونية ، مما يقلل التكاليف ومتطلبات التبريد داخل الخزانة مرة أخرى. من ناحية أخرى ، فإن الآلات المدمجة وذات عدد أقل من المحاور لن تستفيد من الآلات التقليدية
نهج مركزي.
استنتاج
هناك العديد من الأشياء التي يجب مراعاتها عند اختيار نظام مؤازر لأحد التطبيقات ، وقد تم وصف العديد منها في هذه المقالة. هناك خيار آخر يؤثر على اختيار المكونات يتحكم في النظام. عادةً ما يتم تحديد نوع التحكم في مرحلة مبكرة من مناقشات تصميم الماكينة ويعتمد على مجموعة متنوعة من العوامل ، في حين أن خيار التحكم عادةً ما يقفل اختيار معايير اتصالات ناقل المجال.