स्टेज, ड्राइव और एनकोडर डिजाइन।

आपके उच्च-सटीक पोजिशनिंग सिस्टम को बनाने वाले घटक - बेयरिंग, पोजिशनिंग सिस्टम, मोटर और ड्राइव सिस्टम, और कंट्रोलर - को यथासंभव एक साथ काम करना चाहिए। भाग 1 में सिस्टम बेस और बेयरिंग के बारे में बताया गया है। भाग 2 में पोजिशनिंग मापन के बारे में बताया गया है। यहाँ, हम स्टेज, ड्राइव और एनकोडर डिज़ाइन; ड्राइव एम्पलीफायर; और कंट्रोलर के बारे में चर्चा करेंगे।

रैखिक एनकोडर का उपयोग करते समय रैखिक चरणों को इकट्ठा करने की तीन सामान्यतः प्रयुक्त विधियाँ:
• ड्राइव और एनकोडर को स्लाइड के द्रव्यमान केंद्र में या यथासंभव उसके निकट स्थित किया जाता है।
• ड्राइव द्रव्यमान के केन्द्र में स्थित है; एनकोडर एक तरफ जुड़ा होता है।
• ड्राइव एक तरफ स्थित है; एनकोडर दूसरी तरफ।

आदर्श प्रणाली में ड्राइव, एनकोडर के साथ स्लाइड द्रव्यमान के केंद्र में होती है। हालाँकि, यह आमतौर पर अव्यावहारिक होता है। सामान्य समझौता ड्राइव को एक तरफ थोड़ा सा झुकाकर और एनकोडर को दूसरी तरफ थोड़ा सा झुकाकर रखता है। इससे ड्राइव सिस्टम के बगल में गति प्रतिक्रिया के साथ एक केंद्रीय ड्राइव का अच्छा अनुमान मिलता है। केंद्रीय ड्राइव को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि ड्राइव बल स्लाइड में कोई अवांछित बल वेक्टर नहीं डालता जिससे घुमाव या कॉकिंग हो। चूँकि बेयरिंग सिस्टम स्लाइड को कसकर बाँधता है, इसलिए कॉकिंग से घर्षण, घिसाव और लोड-स्थिति की अशुद्धि बढ़ सकती है।

एक वैकल्पिक विधि में स्लाइड के दोनों ओर दो ड्राइव वाली गैन्ट्री शैली की प्रणाली का उपयोग किया जाता है। परिणामी ड्राइव बल एक केंद्रीय ड्राइव का अनुकरण करता है। इस विधि से, आप केंद्र में स्थिति प्रतिक्रिया का पता लगा सकते हैं। यदि यह संभव न हो, तो आप दोनों ओर एनकोडर लगा सकते हैं और विशेष गैन्ट्री ड्राइव सॉफ़्टवेयर से टेबल को नियंत्रित कर सकते हैं।

ड्राइव एम्पलीफायर
सर्वो ड्राइव एम्पलीफायर, नियंत्रक से नियंत्रण संकेत, आमतौर पर ±10 Vdc, प्राप्त करते हैं और मोटर को ऑपरेटिंग वोल्टेज और करंट आउटपुट प्रदान करते हैं। सामान्यतः, दो प्रकार के पावर एम्पलीफायर होते हैं: रैखिक एम्पलीफायर और पल्स-चौड़ाई-मॉड्यूलेटेड (PWM) एम्पलीफायर।

रैखिक प्रवर्धक अकुशल होते हैं और इसलिए मुख्यतः कम-शक्ति ड्राइव पर उपयोग किए जाते हैं। एक रैखिक प्रवर्धक की आउटपुट शक्ति-संचालन क्षमता की प्राथमिक सीमाएँ आउटपुट चरण की तापीय विशेषताएँ और आउटपुट ट्रांजिस्टर की विभंग विशेषताएँ हैं। आउटपुट चरण का शक्ति अपव्यय, आउटपुट ट्रांजिस्टरों में धारा और वोल्टेज का गुणनफल होता है। इसके विपरीत, PWM प्रवर्धक कुशल होते हैं और आमतौर पर 100 वाट से अधिक की शक्ति क्षमता के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये प्रवर्धक 50 मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्तियों पर आउटपुट वोल्टेज को स्विच करते हैं। आउटपुट वोल्टेज का औसत मान कमांड वोल्टेज के समानुपाती होता है। इस प्रकार का लाभ यह है कि वोल्टेज को चालू और बंद किया जा सकता है, जिससे शक्ति अपव्यय क्षमता में अत्यधिक वृद्धि होती है।

एक बार जब आप एम्पलीफायर का प्रकार चुन लेते हैं, तो अगला चरण यह सुनिश्चित करना है कि एम्पलीफायर अनुप्रयोग की अधिकतम मोटर घूर्णन गति (या रैखिक मोटरों के लिए रैखिक वेग) के लिए आवश्यक स्तरों पर आवश्यक निरंतर धारा और आउटपुट वोल्टेज प्रदान कर सके।

ब्रशलेस रैखिक मोटरों के लिए, आप एम्पलीफायरों के बीच एक और अंतर कर सकते हैं। मोटर कम्यूटेशन के दो प्रकार सामान्यतः उपयोग में हैं: समलम्बाकार और ज्यावक्र। समलम्बाकार कम्यूटेशन एक डिजिटल प्रकार का कम्यूटेशन है जिसमें तीनों फेज़ों के लिए धारा को या तो चालू या बंद किया जाता है। मोटर में लगाए गए हॉल-इफ़ेक्ट सेंसर आमतौर पर ऐसा करते हैं। बाहरी चुम्बक सेंसर को ट्रिगर करते हैं। हालाँकि, हॉल-इफ़ेक्ट सेंसर, कुंडली वाइंडिंग और चुम्बकों के बीच का संबंध महत्वपूर्ण होता है और इसमें हमेशा एक छोटी स्थिति सहनशीलता शामिल होती है। इसलिए, सेंसरों की प्रतिक्रिया समय-सीमा हमेशा वास्तविक कुंडली और चुम्बक की स्थिति से कुछ हद तक अलग होती है। इससे कुंडलियों में धारा के अनुप्रयोग में थोड़ा बदलाव होता है, जिससे अपरिहार्य कंपन होता है।

समलम्बाकार विनिमय अत्यधिक सटीक स्कैनिंग और स्थिर-वेग अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त है। हालाँकि, यह साइनसॉइडल विनिमय की तुलना में कम खर्चीला है, इसलिए इसका उपयोग उच्च गति, बिंदु-से-बिंदु प्रणालियों या उन प्रणालियों में व्यापक रूप से किया जाता है जहाँ गति की सुगमता प्रसंस्करण को प्रभावित नहीं करती है।

साइनसॉइडल कम्यूटेशन में, ऑन-ऑफ स्विचिंग नहीं होती। बल्कि, इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग के माध्यम से, तीनों फेज़ों के 360-डिग्री करंट फेज़ शिफ्ट को साइनसॉइडल पैटर्न में मॉड्यूलेट किया जाता है। इसके परिणामस्वरूप मोटर से सुचारू, स्थिर बल प्राप्त होता है। इसलिए साइनसॉइडल आकार का कम्यूटेशन सटीक आकृतियाँ बनाने और स्कैनिंग और विज़न जैसे सटीक स्थिर वेग की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

नियंत्रकों
नियंत्रकों के कई वर्ग हैं जिनकी हम यहाँ पर्याप्त चर्चा नहीं कर सकते। मूलतः, प्रोग्रामिंग भाषा और नियंत्रण तर्क के आधार पर नियंत्रकों को कई श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।

प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (पीएलसी) एक "लैडर" लॉजिक स्कीम का उपयोग करते हैं। इनका उपयोग मुख्य रूप से कई असतत इनपुट/आउटपुट (I/O) कार्यों को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, हालाँकि कुछ सीमित गति-नियंत्रण क्षमताएँ प्रदान करते हैं।

संख्यात्मक नियंत्रण (एनसी) प्रणालियाँ एक उद्योग-मानक भाषा, RS274D या उसके किसी संस्करण के माध्यम से प्रोग्राम की जाती हैं। ये बहु-अक्षीय नियंत्रण के साथ गोलाकार और कुंडलाकार आकृतियों जैसी जटिल गतियाँ कर सकती हैं।

गैर-एनसी प्रणालियाँ विभिन्न प्रकार के स्वामित्व वाले ऑपरेटिंग सिस्टम का उपयोग करती हैं, जिनमें बुनियादी गति प्रोफ़ाइल के लिए उपयोग में आसान इंटरफ़ेस प्रोग्राम शामिल हैं। इनमें से अधिकांश नियंत्रकों में एक बुनियादी नियंत्रक मॉड्यूल होता है, जिसमें कोई मॉनिटर या कीबोर्ड नहीं होता। नियंत्रक एक RS-232 पोर्ट के माध्यम से होस्ट से संचार करता है। होस्ट एक पर्सनल कंप्यूटर (PC), एक डंब टर्मिनल, या एक हैंडहेल्ड संचार इकाई हो सकता है।

लगभग सभी आधुनिक नियंत्रक डिजिटल नियंत्रक हैं। ये विश्वसनीयता और उपयोग में आसानी का एक ऐसा स्तर प्रदान करते हैं जो एनालॉग नियंत्रकों में पहले कभी नहीं देखा गया था। वेग प्रतिक्रिया जानकारी आमतौर पर अक्ष स्थिति संकेत से प्राप्त होती है। सभी सर्वो मापदंडों को ड्राइव एम्पलीफायर "पॉट्स" को श्रमसाध्य रूप से समायोजित करने के बजाय सॉफ़्टवेयर के माध्यम से समायोजित किया जाता है, जो उपयोग के बाद और तापमान परिवर्तन के साथ बदल जाते हैं। अधिकांश आधुनिक नियंत्रक सभी अक्ष सर्वो मापदंडों की स्वचालित ट्यूनिंग भी प्रदान करते हैं।

अधिक उन्नत नियंत्रकों में वितरित प्रसंस्करण और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) अक्ष नियंत्रण भी शामिल हैं। डीएसपी मूलतः एक ऐसा प्रोसेसर है जिसे गणितीय गणनाएँ बहुत तेज़ी से करने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है (माइक्रोप्रोसेसर से कम से कम दस गुना तेज़)। यह लगभग 125 मिलीसेकंड का सर्वो नमूना समय प्रदान कर सकता है। इसका लाभ निरंतर वेग नियंत्रण और सुचारू रूपरेखा के लिए अक्ष का सटीक नियंत्रण है।

एक आनुपातिक-अभिन्न-व्युत्पन्न (PID) फ़िल्टर एल्गोरिथम और वेग एवं त्वरण फ़ीड-फ़ॉरवर्ड अक्ष के सर्वो नियंत्रण को बढ़ाते हैं। इसके अतिरिक्त, त्वरण और मंदन प्रोफ़ाइल की S-वक्र प्रोग्रामिंग, टेबल की गति को शुरू करने और रोकने के दौरान होने वाले झटके को नियंत्रित करती है। इससे संचालन अधिक सुचारू और नियंत्रित होता है, जिससे स्थिति और वेग दोनों के लिए सेटलमेंट समय तेज़ होता है।

नियंत्रकों में व्यापक डिजिटल या एनालॉग इनपुट/आउटपुट क्षमताएँ भी शामिल होती हैं। उपयोगकर्ता प्रोग्राम या सबरूटीन को स्थिति, समय या स्थिति की जानकारी, चरों के मानों, गणितीय संक्रियाओं, बाहरी या आंतरिक I/O घटनाओं, या त्रुटि व्यवधानों के आधार पर बदला जा सकता है। उपयोगकर्ता की प्रक्रिया को आसानी से स्वचालित किया जा सकता है।

इसके अलावा, अधिकांश नियंत्रक इलेक्ट्रॉनिक गुणन के माध्यम से स्थिति प्रतिक्रिया विभेदन को बढ़ा सकते हैं। हालाँकि 4× गुणन आम है, कुछ उन्नत नियंत्रक 256× तक गुणा कर सकते हैं। हालाँकि इससे सटीकता में कोई सुधार नहीं होता है, लेकिन इससे अक्ष स्थिति स्थिरता और — और भी महत्वपूर्ण बात, कई उपयोगों में — पुनरावृत्ति में वास्तविक वृद्धि होती है।

अपने समग्र दृष्टिकोण में, ऊपर बताए गए कारकों के अलावा, आपको अन्य कारकों पर भी विचार करना चाहिए जो घटक निर्णयों को प्रभावित कर सकते हैं, जैसे कि बजट, पर्यावरण, जीवन प्रत्याशा, रखरखाव में आसानी, MTBF, और अंतिम उपयोगकर्ता प्राथमिकताएँ। मॉड्यूलर दृष्टिकोण मानक, आसानी से उपलब्ध घटकों से सिस्टम असेंबली की अनुमति देता है जो सबसे कठिन अनुप्रयोग आवश्यकताओं को भी पूरा करेगा यदि सिस्टम का समग्र घटक संगतता के लिए आधार से ऊपर तक विश्लेषण किया जाए।