Vaiheiden, käyttöjen ja enkoodereiden suunnittelu.

Tarkan paikannusjärjestelmän komponenttien – laakereiden, paikanmittausjärjestelmän, moottori- ja käyttöjärjestelmän sekä ohjaimen – on toimittava yhdessä mahdollisimman hyvin. Osa 1 käsitteli järjestelmän perustaa ja laakereita. Osa 2 käsitteli paikanmittausta. Tässä käsitellään vaiheen, käyttölaitteen ja enkooderin suunnittelua, käyttövahvistinta sekä ohjaimia.

Kolme yleisesti käytettyä menetelmää lineaarivaiheiden kokoamiseen lineaarikoodereita käytettäessä:
• Käyttö ja kooderi on sijoitettu luistin massakeskipisteeseen tai mahdollisimman lähelle sitä.
• Käyttölaite sijaitsee massakeskipisteessä; enkooderi kiinnitetään toiselle puolelle.
• Taajuusmuuttaja sijaitsee toisella puolella ja enkooderi toisella.

Ihanteellisessa järjestelmässä käyttölaite on luistin massan keskellä enkooderin kanssa. Tämä on kuitenkin yleensä epäkäytännöllistä. Tavallinen kompromissi sijoittaa käyttölaitteen hieman toiselle puolelle ja enkooderin hieman toiselle. Tämä antaa hyvän likiarvon keskitetystä käytöstä, jossa liiketakaisinkytkentä on käyttöjärjestelmän vieressä. Keskuskäytöt ovat edullisia, koska käyttövoima ei tuo luistiin ei-toivottuja voimavektoreita, jotka aiheuttaisivat kiertymistä tai viritystä. Koska laakerijärjestelmä pitää luistin tiukasti kiinni, viritys lisäisi kitkaa, kulumista ja kuormituspaikan epätarkkuutta.

Vaihtoehtoisessa menetelmässä käytetään portaalityyppistä järjestelmää, jossa on kaksi käyttölaitetta, yksi luistin kummallakin puolella. Tuloksena oleva käyttövoima jäljittelee keskikäyttölaitetta. Tällä menetelmällä voit paikantaa asennon palautteen keskelle. Jos tämä on mahdotonta, voit paikantaa enkooderit kummallekin puolelle ja ohjata pöytää erityisellä portaalikäyttöohjelmistolla.

Ajovahvistin
Servokäyttövahvistimet vastaanottavat ohjaussignaaleja, yleensä ±10 Vdc, ohjaimelta ja syöttävät käyttöjännitteen ja -virran moottorille. Yleisesti ottaen tehovahvistimia on kahdenlaisia: lineaarivahvistin ja pulssinleveysmoduloitu (PWM) vahvistin.

Lineaarivahvistimet ovat tehottomia ja siksi niitä käytetään pääasiassa pienitehoisissa taajuusmuuttajissa. Lineaarivahvistimen lähtötehonkestokyvyn ensisijaisia ​​rajoituksia ovat pääteasteen lämpöominaisuudet ja lähtötransistoreiden läpilyöntiominaisuudet. Pääteasteen tehohäviö on lähtötransistoreiden yli kulkevan virran ja jännitteen tulo. PWM-vahvistimet ovat sitä vastoin tehokkaita ja niitä käytetään tyypillisesti yli 100 W:n tehokapasiteeteilla. Nämä vahvistimet kytkevät lähtöjännitteen taajuuksilla jopa 50 MHz:iin asti. Lähtöjännitteen keskiarvo on verrannollinen komentojännitteeseen. Tämän tyyppisen vahvistimen etuna on, että jännitettä voidaan kytkeä päälle ja pois päältä, mikä lisää huomattavasti tehohäviökapasiteettia.

Kun olet valinnut vahvistintyypin, seuraava vaihe on varmistaa, että vahvistin pystyy tuottamaan vaaditun jatkuvan virran ja lähtöjännitteen vaadituilla tasoilla sovelluksen moottorin suurimmalla pyörimisnopeudella (tai lineaarimoottoreiden lineaarinopeudella).

Harjattomissa lineaarimoottoreissa voidaan tehdä toinen ero vahvistimien välillä. Yleisesti käytetään kahdenlaisia ​​moottorikommutaatioita: trapetsoidista ja sinimuotoista. Trapetsoidikommutaatio on digitaalinen kommutaatiotyyppi, jossa kunkin kolmen vaiheen virta kytketään joko päälle tai pois päältä. Moottoriin asennetut Hall-anturit tekevät tämän yleensä. Ulkoiset magneetit laukaisevat anturit. Hall-antureiden, käämikäämien ja magneettien välinen suhde on kuitenkin kriittinen ja siihen liittyy aina pieni asentotoleranssi. Antureiden vasteaika on siis aina jonkin verran vaiheen ulkopuolella käämin ja magneetin todellisten asentojen kanssa. Tämä johtaa pieneen vaihteluun virran syöttämisessä käämeihin, mikä johtaa väistämättömään tärinään.

Puolisuunnikkaan kommutointi sopii vähemmän erittäin tarkkaan skannaukseen ja vakionopeussovelluksiin. Se on kuitenkin halvempaa kuin sinimuotoinen kommutointi, joten sitä käytetään laajasti suurnopeuksisissa pisteestä pisteeseen -järjestelmissä tai järjestelmissä, joissa liikkeen tasaisuus ei vaikuta prosessointiin.

Sinimuotoisessa kommutoinnissa ei tapahdu päälle-pois-kytkentää. Sen sijaan elektronisen kytkennän avulla kolmen vaiheen 360 asteen virran vaihesiirto moduloidaan sinimuotoisesti. Tämä johtaa moottorin tasaiseen ja vakiovoimaan. Sinumuotoinen kommutointi sopii siksi hyvin tarkkojen ääriviivojen tekemiseen ja sovelluksiin, jotka vaativat tarkkaa vakionopeutta, kuten skannaukseen ja konenäköön.

Ohjaimet
Ohjainluokkia on enemmän kuin voimme tässä riittävästi käsitellä. Periaatteessa ohjaimet voidaan jakaa useisiin luokkiin ohjelmointikielen ja ohjauslogiikan mukaan.

Ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC) käyttävät "tikapuulogiikkakaaviota". Niitä käytetään pääasiassa useiden erillisten tulo-/lähtötoimintojen (I/O) ohjaamiseen, vaikka muutamat tarjoavatkin rajoitettuja liikkeenohjausominaisuuksia.

Numeeriset ohjausjärjestelmät (NC) ohjelmoidaan alan standardikielellä, RS274D:llä tai sen muunnelmalla. Ne voivat suorittaa monimutkaisia ​​liikkeitä, kuten pallomaisia ​​ja kierremäisiä muotoja, moniakselisella ohjauksella.

Muut kuin NC-järjestelmät käyttävät useita suljetun verkon käyttöjärjestelmiä, mukaan lukien helppokäyttöisiä käyttöliittymäohjelmia perusliikeprofiileille. Useimmat näistä ohjaimista koostuvat perusohjausmoduulista ilman näyttöä tai näppäimistöä. Ohjain kommunikoi isännän kanssa RS-232-portin kautta. Isäntä voi olla henkilökohtainen tietokone (PC), tyhmä pääte tai kädessä pidettävä tietoliikenneyksikkö.

Lähes kaikki nykyaikaiset ohjaimet ovat digitaalisia ohjaimia. Ne tarjoavat luotettavuutta ja helppokäyttöisyyttä, jota ei aiemmin nähty analogisissa ohjaimissa. Nopeuspalautetieto johdetaan yleensä akselin asentosignaalista. Kaikki servoparametrit säädetään ohjelmistolla sen sijaan, että säädettäisiin työläästi vahvistimen "potentiometrejä", jotka yleensä ajautuvat käytön ja lämpötilan muutosten myötä. Useimmat nykyaikaiset ohjaimet tarjoavat myös kaikkien akseliservoparametrien automaattisen säädön.

Kehittyneempiin ohjaimiin kuuluu myös hajautettu prosessointi ja digitaalinen signaaliprosessori (DSP), joka ohjaa akseleita. DSP on pohjimmiltaan prosessori, joka on erityisesti suunniteltu suorittamaan matemaattisia laskelmia erittäin nopeasti (vähintään kymmenen kertaa nopeammin kuin mikroprosessori). Tämä voi tarjota servonominaationäytteenottoaikoja, jotka ovat luokkaa 125 ms. Etuna on akselin tarkka ohjaus vakionopeuden säätöä ja sujuvaa ääriviivan muodostusta varten.

Proportional-Integrated-Derivative (PID) -suodatinalgoritmi sekä nopeuden ja kiihtyvyyden eteenpäinkytkentä parantavat akselin servo-ohjausta. Lisäksi kiihtyvyys- ja hidastuvuusprofiilien S-käyräohjelmointi hillitsee nykimistä, joka yleensä liittyy pöydän liikkeen käynnistykseen ja pysäytykseen. Tämä antaa tasaisemman ja hallitumman toiminnan, mikä johtaa sekä aseman että nopeuden nopeampiin asettumisaikoihin.

Ohjaimmissa on myös laajat digitaaliset tai analogiset tulo-/lähtöominaisuudet. Käyttäjäohjelmaa tai aliohjelmaa voidaan muuttaa sijainnin, ajan tai tilatiedon, muuttujien arvojen, matemaattisten operaatioiden, ulkoisten tai sisäisten I/O-tapahtumien tai virhekeskeytysten perusteella. Käyttäjän prosessi voidaan helposti automatisoida.

Lisäksi useimmat ohjaimet voivat parantaa paikkatakaisinkytkentätarkkuutta elektronisen kertolaskun avulla. Vaikka 4× kertolasku on yleinen, jotkut edistyneet ohjaimet voivat kertoa jopa 256×. Vaikka tämä ei paranna tarkkuutta, se parantaa merkittävästi akselin aseman vakautta ja – mikä monissa käyttötarkoituksissa tärkeämpää – toistettavuutta.

Kokonaisvaltaisessa lähestymistavassa on edellä mainittujen tekijöiden lisäksi otettava huomioon muita tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa komponenttipäätöksiin, kuten budjetti, ympäristö, käyttöikä, huollon helppous, keskimääräinen vikaantumisaika ja loppukäyttäjän mieltymykset. Modulaarinen lähestymistapa mahdollistaa järjestelmän kokoamisen vakiomuotoisista, helposti saatavilla olevista komponenteista, jotka täyttävät vaativimmatkin sovellusvaatimukset, jos järjestelmä analysoidaan alusta alkaen komponenttien yhteensopivuuden varmistamiseksi.