תכנון במה, הנעה ומקודד.

הרכיבים המרכיבים את מערכת המיקום שלכם בעלת הדיוק הגבוה - מיסבים, מערכת מדידת מיקום, מערכת מנוע והנעה ובקר - חייבים לעבוד יחד בצורה הטובה ביותר האפשרית. חלק 1 עסק בבסיס המערכת ובמיסבים. חלק 2 עסק במדידת מיקום. כאן, נדון בתכנון שלבים, הנעה ומקודד; מגבר ההנעה; ובקרים.

שלוש השיטות הנפוצות להרכבת שלבים ליניאריים בעת שימוש באנקודרים ליניאריים:
• ההינע והמקודד ממוקמים במרכז המסה של המגלשה או קרוב ככל האפשר אליו.
• ההינע ממוקם במרכז המסה; המקודד מתחבר לצד אחד.
• בצד אחד נמצא ההינע; בצד השני נמצא המקודד.

במערכת האידיאלית, ההינע נמצא במרכז מסת המגלשה עם המקודד. עם זאת, זה בדרך כלל לא מעשי. הפשרה הרגילה ממקמת את ההינע מעט לצד אחד; והמקודד מעט לצד השני. זה נותן קירוב טוב של הנעה מרכזית כאשר משוב התנועה נמצא ליד מערכת ההנעה. הנעות מרכזיות עדיפות מכיוון שכוח ההנעה אינו מכניס וקטורי כוח לא רצויים למגלשה כדי לגרום לסיבוב או דריכה. מכיוון שמערכת המיסבים מגבילה את המגלשה בחוזקה, דריכה תגרום לחיכוך מוגבר, בלאי ואי דיוק במיקום העומס.

שיטה חלופית משתמשת במערכת בסגנון גנטרי עם שני הנעים, אחד מכל צד של המגלשה. כוח ההנעה המתקבל מדמה הנעה מרכזית. בשיטה זו, ניתן לאתר את משוב המיקום במרכז. אם זה בלתי אפשרי, ניתן לאתר מקודדים מכל צד ולשלוט בשולחן באמצעות תוכנת הנעה מיוחדת לגאנטרי.

מגבר הנעה
מגברי הנעת סרוו מקבלים אותות בקרה, בדרך כלל ±10 וולט DC, מהבקר ומספקים פלט מתח הפעלה וזרם למנוע. באופן כללי, ישנם שני סוגים של מגברי הספק: מגבר ליניארי ומגבר מווסת רוחב פולס (PWM).

מגברים ליניאריים אינם יעילים ולכן משמשים בעיקר על מנועים בעלי הספק נמוך. המגבלות העיקריות על קיבולת טיפול בהספק המוצא של מגבר ליניארי הן המאפיינים התרמיים של שלב המוצא ומאפייני הפריצה של טרנזיסטורי המוצא. פיזור ההספק של שלב המוצא הוא מכפלה של הזרם והמתח על פני טרנזיסטורי המוצא. מגברי PWM, לעומת זאת, יעילים ומשמשים בדרך כלל להספקים מעל 100 וואט. מגברים אלה ממתגים את מתח המוצא בתדרים של עד 50 מגהרץ. הערך הממוצע של מתח המוצא הוא פרופורציונלי למתח הפקודה. היתרון של סוג זה הוא שהמתח מופעל ומכבה, מה שגורם לקיבולת פיזור ההספק מוגברת מאוד.

לאחר שבחרתם את סוג המגבר, השלב הבא הוא לוודא שהמגבר יכול לספק את הזרם הרציף ואת מתח המוצא הנדרשים ברמות הנדרשות עבור מהירות סיבוב המנוע המקסימלית (או מהירות ליניארית עבור מנועים ליניאריים) של היישום.

עבור מנועים ליניאריים ללא מברשות, ניתן לעשות הבחנה נוספת בין מגברים. שני סוגים של קומוטציה של המנוע נמצאים בשימוש כללי: טרפז וסינוסי. קומוטציה טרפזית היא סוג דיגיטלי של קומוטציה בכך שהזרם עבור כל אחת משלוש הפאזות מופעל או כבוי. חיישני אפקט הול המושתלים במנוע עושים זאת בדרך כלל. מגנטים חיצוניים מפעילים את החיישנים. עם זאת, הקשר בין חיישני אפקט הול, סלילי הסליל והמגנטים הוא קריטי ותמיד כרוך בסבילות מיקום קטנה. לכן, תזמון התגובה של החיישנים מתרחש תמיד מעט מחוץ לפאזה עם מיקומי הסליל והמגנט האמיתיים. זה מוביל לשינוי קל ביישום הזרם על הסלילים, מה שמוביל לרעידות בלתי נמנעות.

קומוטציה טרפזית פחות מתאימה לסריקה מדויקת מאוד ויישומים במהירות קבועה. עם זאת, היא זולה יותר מקומוטציה סינוסואידית, ולכן היא נמצאת בשימוש נרחב עבור מערכות נקודה-לנקודה במהירות גבוהה או במערכות בהן חלקות התנועה לא תשפיע על העיבוד.

עם קומוטציה סינוסואידלית, מיתוג הפעלה-כיבוי אינו מתרחש. במקום זאת, באמצעות מיתוג אלקטרוני, הזזת הפאזה של 360 מעלות של שלושת הפאזות מווסתת בתבנית סינוסואידלית. התוצאה היא כוח חלק וקבוע מהמנוע. לכן, קומוטציה בצורת סינוסואידלית מתאימה היטב ליצירת קווי מתאר מדויקים וליישומים הדורשים מהירות קבועה מדויקת כגון סריקה ושימושי ראייה.

בקרים
ישנם יותר סוגי בקרים ממה שנוכל לדון בהם כראוי כאן. בעיקרון, ניתן לחלק בקרים למספר קטגוריות בהתאם לשפת התכנות וללוגיקת הבקרה.

בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC) משתמשים בסכימת לוגיקה מסוג "סולם". הם משמשים בעיקר לשליטה בפונקציות קלט/פלט (I/O) נפרדות מרובות, אם כי מעטים מציעים יכולות בקרת תנועה מוגבלות.

מערכות בקרה נומריות (NC) מתוכנתות באמצעות שפה סטנדרטית בתעשייה, RS274D או גרסה אחרת. הן יכולות לבצע תנועות מורכבות כגון צורות כדוריות וסליליות עם בקרה מרובת צירים.

מערכות שאינן NC משתמשות במגוון מערכות הפעלה קנייניות, כולל תוכנות ממשק קלות לשימוש עבור פרופילי תנועה בסיסיים. רוב הבקרים הללו מורכבים ממודול בקר בסיסי ללא צג או מקלדת. הבקר מתקשר עם מחשב מארח דרך יציאת RS-232. מחשב המארח יכול להיות מחשב אישי (PC), מסוף מטאטא או יחידת תקשורת ניידת.

כמעט כל הבקרים החדישים הם בקרים דיגיטליים. הם מספקים רמת אמינות וקלות שימוש שלא הייתה קיימת בבקרים אנלוגיים. מידע משוב מהירות נגזר בדרך כלל מאות מיקום הציר. כל פרמטרי הסרוו מותאמים באמצעות תוכנה במקום כוונון מייגע של "פוטנציומטרים" של מגבר ההינע, אשר נוטים להיסחף לאחר השימוש ועם שינויי טמפרטורה. רוב הבקרים המודרניים מציעים גם כוונון אוטומטי של כל פרמטרי הסרוו של הציר.

הבקרים המתקדמים יותר כוללים גם עיבוד מבוזר ובקרת ציר באמצעות מעבד אותות דיגיטלי (DSP). DSP הוא למעשה מעבד שתוכנן במיוחד לביצוע חישובים מתמטיים במהירות רבה (לפחות פי עשרה מהר יותר ממיקרו-מעבד). זה יכול לספק זמני דגימה של סרוו בסדר גודל של 125 מילישניות. היתרון הוא שליטה מדויקת בציר לבקרת מהירות קבועה וקיבוע חלק.

אלגוריתם מסנן פרופורציונלי-אינטגרלי-נגזר (PID) והזנת מהירות ותאוצה קדימה משפרים את בקרת הסרוו של הציר. בנוסף, תכנות עקומת S של פרופילי תאוצה והאטה שולט על זעזועים שבדרך כלל מגיעים עם התחלה ועצירה של תנועת השולחן. זה מספק פעולה חלקה ומבוקרת יותר, מה שמוביל לזמני התייצבות מהירים יותר עבור המיקום והמהירות כאחד.

בקרים כוללים גם יכולות קלט/פלט דיגיטליות או אנלוגיות נרחבות. ניתן לשנות את תוכנית המשתמש או את תת-השגרה בהתאם למיקום, זמן או מידע על מצב, ערכי משתנים, פעולות מתמטיות, אירועי קלט/פלט חיצוניים או פנימיים, או הפרעות שגיאה. ניתן להפוך את תהליך המשתמש לאוטומטי בקלות.

בנוסף, רוב הבקרים יכולים להגדיל את רזולוציית משוב המיקום באמצעות כפל אלקטרוני. למרות שכפל של פי 4 נפוץ, חלק מהבקרים המתקדמים יכולים להכפיל עד פי 256. למרות שזה לא מספק שיפור בדיוק, זה כן מביא לעלייה ממשית ביציבות מיקום הציר ו - חשוב מכך, בשימושים רבים - גם בחזרתיות.

בגישתכם הכוללת, מלבד הגורמים שהוזכרו לעיל, עליכם לשקול גורמים נוספים שעשויים לשנות את החלטות הרכיבים, כגון תקציב, סביבה, תוחלת חיים, קלות תחזוקה, ממוצע טיסות נטו (MTBF) והעדפות משתמש הקצה. הגישה המודולרית מאפשרת הרכבת מערכת מרכיבים סטנדרטיים וזמינים בקלות, אשר יעמדו אפילו בדרישות היישום התובעניות ביותר, אם המערכת מנותחת מהבסיס ועד לתאימות הרכיבים הכוללת.