स्टेज, ड्राइव और एनकोडर डिजाइन।

आपके उच्च-सटीकता वाले पोजीशनिंग सिस्टम के घटक — बियरिंग, पोजीशन-मापन प्रणाली, मोटर-और-ड्राइव प्रणाली, और नियंत्रक — को यथासंभव बेहतर ढंग से एक साथ काम करना चाहिए। भाग 1 में सिस्टम बेस और बियरिंग के बारे में बताया गया था। भाग 2 में पोजीशन मापन के बारे में बताया गया था। यहाँ, हम स्टेज, ड्राइव और एनकोडर डिज़ाइन; ड्राइव एम्पलीफायर; और नियंत्रकों पर चर्चा करेंगे।

लीनियर एनकोडर का उपयोग करते समय लीनियर स्टेज को असेंबल करने के तीन सामान्य रूप से प्रयुक्त तरीके:
• ड्राइव और एनकोडर को स्लाइड के द्रव्यमान केंद्र में या उसके यथासंभव निकट स्थित किया जाता है।
• ड्राइव द्रव्यमान के केंद्र में स्थित है; एनकोडर एक तरफ जुड़ा होता है।
• ड्राइव एक तरफ स्थित है; एनकोडर दूसरी तरफ।

आदर्श प्रणाली में ड्राइव और एनकोडर स्लाइड के द्रव्यमान के केंद्र में स्थित होते हैं। हालाँकि, यह आमतौर पर अव्यावहारिक होता है। सामान्य समझौता यह है कि ड्राइव को थोड़ा एक तरफ और एनकोडर को थोड़ा दूसरी तरफ रखा जाए। इससे ड्राइव प्रणाली के बगल में गति प्रतिक्रिया के साथ केंद्रीय ड्राइव का अच्छा अनुमान मिलता है। केंद्रीय ड्राइव को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि ड्राइव बल स्लाइड में कोई अवांछित बल वेक्टर उत्पन्न नहीं करता जिससे मरोड़ या टेढ़ापन हो। बेयरिंग प्रणाली स्लाइड को कसकर नियंत्रित करती है, इसलिए टेढ़ापन घर्षण, घिसाव और भार-स्थिति की अशुद्धि को बढ़ा सकता है।

एक वैकल्पिक विधि में स्लाइड के दोनों ओर एक-एक ड्राइव वाला गैन्ट्री सिस्टम इस्तेमाल किया जाता है। इससे उत्पन्न ड्राइव बल केंद्रीय ड्राइव के समान कार्य करता है। इस विधि से आप स्थिति संबंधी फीडबैक को केंद्र में रख सकते हैं। यदि यह संभव न हो, तो आप दोनों ओर एनकोडर लगाकर विशेष गैन्ट्री ड्राइव सॉफ़्टवेयर से टेबल को नियंत्रित कर सकते हैं।

ड्राइव एम्पलीफायर
सर्वो ड्राइव एम्पलीफायर कंट्रोलर से कंट्रोल सिग्नल (आमतौर पर ±10 Vdc) प्राप्त करते हैं और मोटर को ऑपरेटिंग वोल्टेज और करंट आउटपुट प्रदान करते हैं। सामान्य तौर पर, पावर एम्पलीफायर दो प्रकार के होते हैं: लीनियर एम्पलीफायर और पल्स-विड्थ-मॉड्यूलेटेड (PWM) एम्पलीफायर।

लीनियर एम्पलीफायर कम कुशल होते हैं और इसलिए इनका उपयोग मुख्य रूप से कम पावर वाले ड्राइव में किया जाता है। लीनियर एम्पलीफायर की आउटपुट पावर हैंडलिंग क्षमता पर मुख्य सीमाएं आउटपुट स्टेज की थर्मल विशेषताएं और आउटपुट ट्रांजिस्टर की ब्रेकडाउन विशेषताएं हैं। आउटपुट स्टेज की पावर खपत आउटपुट ट्रांजिस्टर के पार करंट और वोल्टेज का गुणनफल होती है। इसके विपरीत, पीडब्ल्यूएम एम्पलीफायर कुशल होते हैं और आमतौर पर 100 वॉट से अधिक पावर क्षमता के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये एम्पलीफायर 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 के एम्पलीफायर का लाभ यह है कि वोल्टेज को ऑन और ऑफ किया जा सकता है, जिससे पावर खपत क्षमता में काफी वृद्धि होती है।

एक बार जब आप एम्पलीफायर का प्रकार चुन लेते हैं, तो अगला चरण यह सुनिश्चित करना होता है कि एम्पलीफायर एप्लिकेशन की अधिकतम मोटर रोटेशन गति (या लीनियर मोटर्स के लिए लीनियर वेलोसिटी) के लिए आवश्यक स्तरों पर आवश्यक निरंतर करंट और आउटपुट वोल्टेज प्रदान कर सके।

ब्रशलेस लीनियर मोटर्स के लिए, आप एम्पलीफायरों के बीच एक और अंतर कर सकते हैं। मोटर कम्यूटेशन के दो प्रकार आमतौर पर उपयोग में हैं: ट्रेपेज़ॉइडल और साइनसोइडल। ट्रेपेज़ॉइडल कम्यूटेशन एक डिजिटल प्रकार का कम्यूटेशन है जिसमें तीनों फेज़ों के लिए करंट को ऑन या ऑफ किया जाता है। मोटर में लगे हॉल-इफेक्ट सेंसर आमतौर पर यह काम करते हैं। बाहरी चुंबक सेंसर को ट्रिगर करते हैं। हालांकि, हॉल-इफेक्ट सेंसर, कॉइल वाइंडिंग और चुंबकों के बीच का संबंध महत्वपूर्ण होता है और इसमें हमेशा एक छोटा सा पोजीशन टॉलरेंस शामिल होता है। इसलिए, सेंसरों का रिस्पॉन्स टाइमिंग हमेशा वास्तविक कॉइल और चुंबक पोजीशन से थोड़ा सा आउट ऑफ फेज़ होता है। इससे कॉइल में करंट के अनुप्रयोग में थोड़ा सा बदलाव होता है, जिससे अपरिहार्य कंपन होता है।

समलम्बाकार कम्यूटेशन अत्यंत सटीक स्कैनिंग और स्थिर-वेग अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त है। हालांकि, यह साइनसोइडल कम्यूटेशन की तुलना में कम खर्चीला है, इसलिए इसका व्यापक रूप से उच्च गति, बिंदु-से-बिंदु प्रणालियों या उन प्रणालियों में उपयोग किया जाता है जहां गति की सुगमता प्रसंस्करण को प्रभावित नहीं करेगी।

साइनसोइडल कम्यूटेशन में ऑन-ऑफ स्विचिंग नहीं होती है। इसके बजाय, इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग के माध्यम से, तीनों फेज़ों के 360 डिग्री करंट फेज़ शिफ्ट को साइनसोइडल पैटर्न में मॉड्यूलेट किया जाता है। इससे मोटर से एक समान और स्थिर बल प्राप्त होता है। इसलिए, साइनसोइडल आकार का कम्यूटेशन सटीक कंटूर बनाने और स्कैनिंग और विज़न जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जिनमें सटीक और स्थिर वेग की आवश्यकता होती है।

नियंत्रकों
नियंत्रकों के इतने प्रकार हैं कि उन सभी पर यहाँ विस्तार से चर्चा करना संभव नहीं है। मूलतः, प्रोग्रामिंग भाषा और नियंत्रण तर्क के आधार पर नियंत्रकों को कई श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।

प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (पीएलसी) "लैडर" लॉजिक प्रणाली का उपयोग करते हैं। इनका उपयोग मुख्य रूप से कई अलग-अलग इनपुट/आउटपुट (आई/ओ) कार्यों को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, हालांकि कुछ सीमित गति-नियंत्रण क्षमताएं भी प्रदान करते हैं।

संख्यात्मक नियंत्रण (एनसी) प्रणालियों को उद्योग-मानक भाषा, आरएस274डी या इसके किसी रूप के माध्यम से प्रोग्राम किया जाता है। ये प्रणालियाँ कई अक्षों के नियंत्रण के साथ गोलाकार और कुंडलित आकृतियों जैसी जटिल गतियों को निष्पादित कर सकती हैं।

नॉन-एनसी सिस्टम कई तरह के मालिकाना ऑपरेटिंग सिस्टम का इस्तेमाल करते हैं, जिनमें बुनियादी मोशन प्रोफाइल के लिए आसानी से इस्तेमाल होने वाले इंटरफेस प्रोग्राम भी शामिल हैं। इनमें से ज़्यादातर कंट्रोलर में मॉनिटर या कीबोर्ड के बिना एक बेसिक कंट्रोलर मॉड्यूल होता है। कंट्रोलर RS-232 पोर्ट के ज़रिए होस्ट से संचार करता है। होस्ट एक पर्सनल कंप्यूटर (पीसी), एक डम्ब टर्मिनल या एक हैंडहेल्ड कम्युनिकेशन यूनिट हो सकता है।

लगभग सभी आधुनिक नियंत्रक डिजिटल नियंत्रक हैं। ये ऐसी विश्वसनीयता और उपयोग में आसानी प्रदान करते हैं जो एनालॉग नियंत्रकों में संभव नहीं थी। वेग संबंधी प्रतिक्रिया जानकारी आमतौर पर अक्ष स्थिति संकेत से प्राप्त होती है। सभी सर्वो मापदंडों को ड्राइव एम्पलीफायर के "पॉट्स" को श्रमसाध्य रूप से समायोजित करने के बजाय सॉफ़्टवेयर के माध्यम से समायोजित किया जाता है, क्योंकि उपयोग के बाद और तापमान परिवर्तन के कारण उनमें विचलन होने की संभावना होती है। अधिकांश आधुनिक नियंत्रक सभी अक्ष सर्वो मापदंडों के स्वचालित ट्यूनिंग की सुविधा भी प्रदान करते हैं।

अधिक उन्नत नियंत्रकों में डिस्ट्रीब्यूटेड प्रोसेसिंग और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) अक्ष नियंत्रण भी शामिल हैं। डीएसपी मूलतः एक ऐसा प्रोसेसर है जिसे गणितीय गणनाओं को बहुत तेज़ी से (माइक्रोप्रोसेसर से कम से कम दस गुना तेज़) करने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है। यह लगभग 125 मिलीसेकंड का सर्वो सैंपल टाइम प्रदान कर सकता है। इसका लाभ यह है कि निरंतर वेग नियंत्रण और सुचारू कंटूरिंग के लिए अक्षों का सटीक नियंत्रण संभव होता है।

प्रोपोर्शनल-इंटीग्रल-डेरिवेटिव (PID) फ़िल्टर एल्गोरिदम और वेलोसिटी और एक्सेलरेशन फीड-फॉरवर्ड तकनीक अक्ष के सर्वो नियंत्रण को बेहतर बनाते हैं। इसके अतिरिक्त, एक्सेलरेशन और डीसेलरेशन प्रोफाइल की S-वक्र प्रोग्रामिंग टेबल की गति शुरू और बंद होने के दौरान होने वाले झटके को नियंत्रित करती है। इससे संचालन अधिक सुचारू और नियंत्रित होता है, जिससे स्थिति और वेलोसिटी दोनों के लिए स्थिर होने का समय कम हो जाता है।

नियंत्रकों में व्यापक डिजिटल या एनालॉग इनपुट/आउटपुट क्षमताएं भी शामिल हैं। उपयोगकर्ता प्रोग्राम या सबरूटीन को स्थिति, समय या स्थिति संबंधी जानकारी, चरों के मान, गणितीय संक्रियाओं, बाहरी या आंतरिक इनपुट/आउटपुट घटनाओं या त्रुटि अवरोधों 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 रिज़ॉल्यूशन को बढ़ा सकते हैं। हालांकि 4 गुना गुणन सामान्य है, कुछ उन्नत नियंत्रक 256 गुना तक गुणन कर सकते हैं। हालांकि इससे सटीकता में कोई सुधार नहीं होता, लेकिन इससे अक्ष स्थिति स्थिरता और - कई उपयोगों में अधिक महत्वपूर्ण - दोहराव में वास्तविक वृद्धि होती है।

अपने समग्र दृष्टिकोण में, ऊपर उल्लिखित कारकों के अलावा, आपको अन्य कारकों पर भी विचार करना चाहिए जो घटक संबंधी निर्णयों को प्रभावित कर सकते हैं, जैसे कि बजट, पर्यावरण, जीवन प्रत्याशा, रखरखाव में आसानी, एमटीबीएफ (प्राप्त करने की अधिकतम अवधि) और अंतिम उपयोगकर्ता की प्राथमिकताएँ। मॉड्यूलर दृष्टिकोण मानक, आसानी से उपलब्ध घटकों से सिस्टम असेंबली की अनुमति देता है जो सबसे कठिन अनुप्रयोग आवश्यकताओं को भी पूरा कर सकते हैं, बशर्ते कि सिस्टम का समग्र घटक अनुकूलता के लिए आधार से विश्लेषण किया जाए।