عند الركوب في المصعد ، تريد بالتأكيد الانتقال من طابق إلى آخر بسلاسة وأمان. في محرك المصعد ، يمكّن التحكم في الحركة المتطورة المصعد من التوقف عند وضع محدد وتبليك بسلاسة حتى يتعلق الأمر بالتوقف الكامل. يمكن أن يتسبب عدم التحكم في الحركة المتطورة إلى توقف المصعد عن طريق الخطأ بين الطوابق ، مما قد يجعل متسابق المصعد يشعر بالدوار وغير المريح أو غير الآمن.
تتطلب كل من الروبوتات ، وآلات التحكم العددي للكمبيوتر (CNC) ، ومعدات أتمتة المصنع ، التحكم الدقيق في الموضع عبر محركات الأقراص المؤازرة ، وفي كثير من الحالات ، التحكم الدقيق للسرعة لتصنيع المنتجات بشكل صحيح والحفاظ على سير العمل.
تعد العديد من جوانب محركات الأقراص الصناعية مهمة في تحقيق التحكم الدقيق للحركة ، والتي تتضمن ثلاثة أنظمة فرعية أساسية في تصميم التحكم في الوقت الفعلي ، وهي الاستشعار والمعالجة والقيادة. ستناقش هذه الورقة أمثلة على التقنيات التي تدعم كل نظام فرعي.
الاستشعار
لا يمكن تحقيق التحكم في حركة الدقة دون وضع الدقة واستشعار السرعة. يمكن أن يشمل الاستشعار موضع الزاوي العمود الحركي واستشعار السرعة أو الموضع الخطي لحزام النقل واستشعار السرعة. غالبًا ما يستخدم المصممون ترميزات ضوئية متزايدة بمئات إلى ألف فتحة لكل ثورة لاستشعار الموقف والسرعة. عادةً ما ترتبط هذه المشفرات بأدوات تحكم Microcontrollers (MCUS) عبر نبضات الترميز المشفرة (QEP) وبالتالي تتطلب إمكانية واجهة QEP.
وعلى النقيض من ذلك ، فإن المشفرات المطلقة أكثر دقة بشكل ملحوظ ، وعادة ما يكون لها المزيد من الفتحات لكل ثورة ، وهي مثبتة على الدقة لتوفير وضع زاوي مطلق. يتم تحويل الموضع المستشعر إلى تمثيل رقمي وترميزه وفقًا لبروتوكول قياسي. أمثلة على هذه البروتوكولات هي التزامن التسلسل التسلسلي ثنائي الاتجاه في Tamagawa و IC-Haus GmbH (BISS) C. الآن هذه القدرة (كما هو موضح في الشكل 1 أدناه). نظرًا لأن بروتوكولات T-Format و Biss C غالبًا ما تختلف عن تلك التي تدعمها منافذ الاتصالات الشائعة أو واجهات مثل الواجهة المحيطية التسلسلية (SPI) ، أو جهاز إرسال مستقبل غير متزامن عالمي (UART) ، أو شبكة منطقة التحكم (CAN) ، والتي تكون شائعة على معظم MCU ، غالبًا ما تتطلب كتل منطق قابلة للتخصيص أو وحدات معالجة الملكية.
يمكن أن تعتمد المشفرات المطلقة أيضًا على دوائر كهرومغناطيسية أو شبيهة بمحلول ، والتي تتطلب قياسًا دقيقًا للإشارات الكهربائية الجيبية. وبالتالي فإن مضخمات التشغيل الدقيقة ومراجع الجهد مهمة أيضًا. يتطلب التحكم في المحرك والحركة دائمًا تيار محرك وجهد دقيق ، خاصة عند استخدام التحكم بدون مستشعر. الحلول الشائعة هي الاكتشاف المنخفض لذراع الجسر العاكس وذراع العاكس باستخدام مكبرات الصوت المعزولة/غير المعزولة والسائقين مع اكتشاف تيار منخفض متكامل.
يعالج
يتطلب تنفيذ ملفات تعريف التحكم والخوارزميات في أنظمة التحكم في الحركة الدقيقة MCU مع قوة حسابية عالية ، والتي عادة ما تكون أطوال الكلمة 32- مع الدقة والدقة الأصلية 64- بت من أجل توفير الدقة والدقة اللازمة . تحتوي العديد من MCU على دواسات غاز الأجهزة حيث تعتمد الخوارزميات بشكل كبير على الرياضيات المثلثية واللوغاريتمية والمتطورة.
بالنظر إلى عدد محاور الحركة تحت السيطرة أو عدد حلقات التحكم ، غالبًا ما يستخدم المصممون بنية المعالجات المتعددة المركزية (CPU) أو دواسات الوقود المتوازية التي تشبه وحدة المعالجة المركزية. يمكن أيضًا النظر في وحدات المعالجة المركزية المتعددة لمهام الإشراف والاتصال الإضافية.
كتطبيق تحكم في الوقت الفعلي ، يكون لقياسات إجمالي لسلسلة الإشارات بأكملها (أي ، الوقت من جمع قياسات الجهد والجهد والموضع والسرعة لتحديث مخرجات التحكم) تأثير مباشر على أداء التحكم وبالتالي على الدقة. تحتوي بعض MCU على مقارنات تمثيلية على الرقاقة يمكنها إنشاء إجراءات تحكم مباشرة ، مما يقلل بشكل كبير من الكمون وحمل وحدة المعالجة المركزية. استجابة المقاطعة السريعة وتوفير الحقل والانتعاش مهمان أيضًا.
قوة المعالجة العالية ليست كافية. يجب أن يكون لـ MCUs التحكم في الحركة أيضًا أجهزة تحكم تحكم للأغراض العامة مثل المحولات التناظرية إلى الرقمية 12- ) المخرجات. القدرة على تنفيذ المنطق المخصص والتوقيت مطلوب أيضًا.
لمساعدة المصممين على تشغيل وتشغيل تصاميمهم بشكل أسرع ، يقدم موردي MCU و Motor Driver خوارزميات التحكم في المحرك والحركة ، بما في ذلك الخوارزميات الأساسية مثل المراقبين غير المستشعر ومكتبات البرامج ، بالإضافة إلى رمز التحكم الكامل مع تكوين واجهة المستخدم الرسومية.
MCU لمحركات الأقراص الصناعية
السائقين
يتعين على أجهزة الطاقة والسائقين توفير إجراء التحكم المطلوب ، عادةً في شكل PWM ، حيث تمثل دورة العمل الإجراء. من المهم التحكم الدقيق في نبضات PWM ، مما يعني أن السائق يجب أن يوفر كثافة محرك الأقراص الضرورية مع أصغر انحراف توقيت ممكن ؛ يجب أن يتم تشغيل جهاز الطاقة وإيقافه في الوقت المقصود بالضبط. هذه السائقين متوفرة بسهولة اليوم ، مع ميزات إضافية مثل الحماية الزائدة والحرارية. تضمن أجهزة الطاقة الجديدة واسعة النطاق للفرقة الزائدة وتوقيت التشغيل السريع والدقيق. تتيح سرعات التبديل السريع وخسائر التبديل المنخفضة لأجهزة خلفية النطاق العريض أيضًا حلقات التحكم السريع لتحسين الاستقرار والأداء.
بالإضافة إلى الدقة ، تتطلب العديد من التطبيقات تصميمات تحكم محرك مضغوطة بدرجة كافية لاستخدام السائقين مع وحدات الاستشعار الحالية ومزود الطاقة.
خاتمة
السيطرة على الحركة الدقيقة أمر بالغ الأهمية للمحركات الصناعية. تتناول الحلول التقنية جميع الأنظمة الفرعية الثلاثة التي تقوم عليها التصميمات في الوقت الفعلي ، والاستشعار ، والمعالجة ، والتشغيل ، وهي مصممة لتمكين التحكم الدقيق للحركة.