تُعدّ المحركات الخطوية خيارًا مثاليًا للعديد من تطبيقات التحكم في الحركة والموقع. وهي متوفرة بأحجام وقيم عزم دوران متنوعة، كما أنها أقل تكلفة بكثير من محركات السيرفو عالية الأداء. لذا، دعونا نتحدث عن طرق رفع أداء المحركات الخطوية إلى مستوى محركات السيرفو عن طريق إضافة أجهزة التغذية الراجعة. لا تُعدّ المحركات الخطوية المزودة بأجهزة التغذية الراجعة بديلاً كاملاً لمحركات السيرفو، ولكنها تُوفّر بديلاً موثوقًا للعديد من التطبيقات العملية. تُحسّن حلول تصميم الحركة هذه أداء الآلات دون تكلفة باهظة.

مزايا وعيوب المحركات الخطوية التي يجب معالجتها

المحركات الخطوية هي محركات كهربائية تعمل بالتيار المستمر بدون فرش، وتتحرك بخطوات منفصلة بدلاً من الحركة الدورانية المستمرة. وتُحرك هذه الخطوات بتغيرات المجال المغناطيسي بواسطة مجموعات من الملفات الكهرومغناطيسية في الجزء الثابت. يعتمد تشغيل المحرك الخطوي على...وحدة التحكم— جهاز إلكتروني يزود ملفات الجزء الثابت للمحرك بالتيار الكهربائي بتسلسل يُحرك حركات متدرجة. وتؤثر قدرات وحدة التحكم بشكل كبير على أداء المحرك.

تتوفر أنواع عديدة من المحركات الخطوية، لكن أكثرها شيوعًا تتميز بدقة عالية (200 خطوة لكل دورة أو أكثر)، بالإضافة إلى عزم دوران جيد عند السرعات المنخفضة، وبنية متينة، وعمر خدمة طويل، وتكلفة منخفضة نسبيًا. مع ذلك، لها بعض القيود. ينخفض ​​عزم الدوران عند السرعات الدورانية العالية، وقد تتعرض المحركات الخطوية (مع وحدات تحكم بسيطة) للرنين - اهتزازات عالية التردد. أما العيب الأكبر فهو أن أنظمة المحركات الخطوية الأساسية، حتى في تطبيقات تحديد المواقع، تعمل بنظام تحكم مفتوح الحلقة.

تستجيب المحركات الخطوية لأوامر وحدة التحكم لتحريك عدد معين من الخطوات، لكنها لا تُرسل أي معلومات إلى وحدة التحكم حول ما إذا كانت هذه الحركة قد اكتملت. لذلك، إذا فشل المحرك في إكمال حركات الخطوات المطلوبة، فقد ينشأ تباين متزايد بين ما تُرسله وحدة التحكم.يفترضباعتبارها الوضع الدوراني لعمود المحرك وحقيقيموضع العمود (وأي أحمال أو آليات مُحركة مُلحقة به). تحدث هذه الاختلافات عندما يكون عزم دوران المحرك غير كافٍ للتغلب على المقاومة الميكانيكية... وفي الواقع، قد تُصبح هذه الاختلافات مشكلة كبيرة عند السرعات العالية، لأن قدرات عزم دوران المحرك تكون محدودة عند هذه السرعات. لهذا السبب، غالبًا ما يُبالغ مهندسو التصميم في تحديد مواصفات محركات الخطوة - لتجنب فقدان الخطوات، حتى لو كان ذلك يعني اختيار محركات خطوة كبيرة الحجم وثقيلة الوزن، باستثناء أكثر أنماط الحركة تطلبًا.

من عيوب هذا النوع من المحركات أنه عند توقف محرك الخطوة التقليدي، يجب أن يمر التيار عبر ملفات المحرك لتثبيت عمود المحرك في مكانه. وهذا يستهلك طاقة كهربائية ويؤدي إلى تسخين ملفات المحرك والمكونات الفرعية المحيطة بها.

تقديم ملاحظات حول أنظمة المحركات الخطوية لتحديد المواقع بشكل موثوق

يؤدي إضافة أجهزة التشفير إلى نظام محرك الخطوة للحصول على بيانات موضع العمود إلى إغلاق حلقة التحكم بشكل أساسي. تزيد إضافة هذه الأجهزة من التكلفة الإجمالية للنظام، ولكن ليس بنفس قدر زيادة التكلفة عند التحول إلى محرك مؤازر.

تتمثل إحدى طرق إضافة تغذية راجعة للمشفر في العمل فيقم بالتحريك والتحققفي هذا الوضع، يُضاف مُشفّر تزايدي بسيط إلى عمود محرك الخطوة. وعندما يُصدر المتحكم أوامر الخطوات للمحرك، يتحقق المُشفّر باستمرار من حدوث الحركات المطلوبة. إذا لم يُكمل المحرك عدد الخطوات المطلوب، يُمكن للمتحكم طلب المزيد من الخطوات حتى يصل المحرك إلى الموضع المقصود. كما تقوم المتحكمات الأكثر تطورًا بزيادة تيار الطور المُدخل إلى المحرك لزيادة عزم الدوران اللازم لإتمام تلك الخطوات الإضافية.

تتميز أجهزة التشفير المستخدمة في مثل هذه الإعدادات التي تعتمد على الحركة والتحقق بدقة تكون عادةً من مضاعفات 200 موضع لكل دورة.

لاحظ أن الإعدادات التي تستخدم أوضاع التحريك والتحقق قد تستفيد من تضمين محركات كبيرة الحجم، ولكن ليس كبيرة الحجم بالدرجة المطلوبة لأنظمة الحلقة المفتوحة البسيطة.

لاحظ أيضًا أن هذا الوضع يمكن أن يساعد وحدات التحكم الذكية على ضبط تيارات التثبيت في المحرك لتحسينات طفيفة في الكفاءة أثناء التوقف ... على الرغم من أن استهلاك الطاقة الإجمالي لا يزال يميل إلى أن يكون مرتفعًا.

نظام تحكم في المحركات الخطوية ذو حلقة مغلقة مع مشفرات مطلقة

يُعدّ التحكم الكامل ذو الحلقة المغلقة باستخدام مشفرات مطلقة متعددة الدورات خيارًا آخر أكثر تطورًا لتطبيقات التحكم الدقيق في الموضع. تُثبّت المشفرات المستخدمة هنا على عمود محرك الخطوة لمراقبة ما يلي:

1. الوضع الزاوي للمحرك المتدرج بالإضافة إلى
2. عدد الدورات الكاملة للمحرك المتدرج.

في هذا التكوين، يُتحكم في المحرك الخطوي كما لو كان محرك تيار مستمر بدون فرش ذي عدد أقطاب كبير، ويُزوّد ​​المُشفّر وحدة التحكم بمعلومات مستمرة عن الموضع. ويتم ضبط تيار التثبيت المُزوّد ​​للمحرك بدقة ليتناسب مع الكمية المطلوبة للحفاظ على الموضع ضمن هامش خطأ مُحدد. يُعدّ المحرك الخطوي الذي يُتحكم فيه كما لو كان محرك سيرفو بدون فرش موفرًا للطاقة وأقل تكلفة من محرك سيرفو حقيقي يعمل بالتيار المستمر بدون فرش. إذن، لماذا لا نستخدم محركات خطوية منخفضة التكلفة في جميع تطبيقات محركات السيرفو التي تعمل بالتيار المستمر بدون فرش؟

حسنًا، محركات الخطوة المستخدمة في أنظمة المؤازرة ذات الحلقة المغلقة لها قيد فيزيائي لا يوجد في محركات المؤازرة BLDC الحقيقية. وبشكل أدق، تعمل محركات الخطوة في هذه الأنظمة كمحركات عديمة الفرش ذات 50 قطبًا، لذا لا يمكنها الوصول إلى سرعات الدوران التي توفرها محركات المؤازرة. إضافةً إلى ذلك، تتميز دوارات محركات الخطوة بقصور ذاتي أعلى من دوارات محركات المؤازرة BLDC الحقيقية ذات القدرة المكافئة، وبالتالي لا يمكنها توفير نفس التسارع.

عند استخدام محرك خطوي في وضع التيار المستمر بدون فرش، يقوم جهاز التشفير بوظيفة حيويةالتبديليتمثل دورها في الإبلاغ عن الموضع الدوراني الدقيق لعمود المحرك، مما يسمح بدوره لوحدة التحكم بتنشيط مجموعة المغناطيسات الكهربائية المناسبة في الجزء الثابت لضمان الدوران المستمر حسب الحاجة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأجهزة التشفير المطلقة عالية الدقة أن تساعد وحدات التحكم المتقدمة في الخطوات الدقيقة على ضبط تيار الطور بدقة لتقليل الاهتزاز الذي يحدث في أنظمة المحركات الخطوية الأساسية.