V dynamickom prostredí modernej automatizácie vynikajú lineárne jednosmerné servomotory ako kľúčové komponenty, ktoré zabezpečujú presnosť a efektivitu v mnohých aplikáciách. Ako popredný dodávateľ lineárnych jednosmerných servomotorov chápeme rozhodujúcu úlohu, ktorú systémy spätnej väzby zohrávajú pri optimalizácii výkonu týchto motorov. Tento blogový príspevok sa ponorí do rôznych typov spätnoväzbových systémov používaných v lineárnych DC servomotoroch a preskúma ich pracovné princípy, výhody a aplikácie.
1. Systémy spätnej väzby kódovačov
Snímače patria medzi najčastejšie používané zariadenia so spätnou väzbou v lineárnych DC servomotoroch. Poskytujú presné informácie o polohe a rýchlosti hriadeľa motora alebo lineárneho pohonu. Existujú dva hlavné typy kódovačov: inkrementálne kódovače a absolútne kódovače.
Inkrementálne kódovače
Inkrementálne snímače generujú sériu impulzov, keď sa motor otáča alebo sa pohybuje lineárne. Počet impulzov je úmerný prejdenej vzdialenosti alebo uhlu natočenia. Počítaním týchto impulzov môže regulátor určiť polohu a rýchlosť motora. Inkrementálne kódovače majú zvyčajne dva výstupné kanály, A a B, ktoré sú fázovo posunuté o 90 stupňov. Tento fázový posun umožňuje ovládaču určiť smer pohybu.
Jednou z kľúčových výhod inkrementálnych snímačov je ich jednoduchosť a nákladová efektívnosť. Široko sa používajú v aplikáciách, kde sa nevyžaduje vysoká presnosť, ako napríklad v dopravných systémoch a jednoduchých robotických ramenách. Inkrementálne kódovače však majú obmedzenie: po vypnutí napájania stratia informácie o polohe. Preto je potrebná operácia navádzania na určenie absolútnej polohy motora, keď sa systém reštartuje.
Absolútne kódovače
Na druhej strane absolútne snímače poskytujú jedinečný digitálny kód pre každú polohu hriadeľa motora alebo lineárneho pohonu. To znamená, že absolútnu polohu motora je možné určiť okamžite, bez potreby navádzania. Absolútne snímače sú zložitejšie a drahšie ako inkrementálne snímače, ale ponúkajú vyššiu presnosť a spoľahlivosť.
Absolútne snímače sa bežne používajú v aplikáciách, kde je nevyhnutná vysoká presnosť a opakovateľnosť, ako napríklad v CNC obrábacích centrách a zariadeniach na výrobu polovodičov. Môžu byť tiež použité v aplikáciách, kde sa motor môže často vypínať a reštartovať, ako sú napríklad vozidlá s automatickým riadením (AGV).
2. Systémy spätnej väzby Resolver
Resolvery sú ďalším typom spätnoväzbových zariadení používaných v lineárnych DC servomotoroch. Sú založené na princípe elektromagnetickej indukcie a poskytujú informácie o polohe a rýchlosti hriadeľa motora. Resolvery sa skladajú zo statora a rotora, ktoré sú podobné ako pri elektromotore. Stator má dve vinutia, budiace vinutie a výstupné vinutie, zatiaľ čo rotor má jedno vinutie.
Keď je na budiace vinutie privedené striedavé napätie (AC), vytvára magnetické pole, ktoré indukuje napätie vo vinutí rotora. Veľkosť a fáza indukovaného napätia závisí od polohy rotora voči statoru. Meraním indukovaného napätia môže regulátor určiť polohu a rýchlosť hriadeľa motora.
Jednou z hlavných výhod resolverov je ich robustnosť a spoľahlivosť. Sú menej náchylné na elektromagnetické rušenie (EMI) a faktory prostredia, ako je prach, vlhkosť a zmeny teploty. Resolvery sa bežne používajú v aplikáciách, kde sú prevádzkové podmienky drsné, ako napríklad v leteckom priemysle, automobilovom priemysle a priemyselnej automatizácii.
Resolvery však majú určité obmedzenia. Sú menej presné ako kódovače, najmä pri vysokých rýchlostiach. Vyžadujú tiež zložitejší obvod na spracovanie signálu na konverziu analógového výstupného signálu do digitálneho formátu, ktorý môže regulátor použiť.
3. Systémy spätnej väzby snímača Hallovho efektu
Senzory s Hallovým efektom sú jednoduché a cenovo výhodné spätnoväzbové zariadenia, ktoré možno použiť na meranie polohy a rýchlosti lineárneho jednosmerného servomotora. Sú založené na Hallovom efekte, čo je generovanie rozdielu napätia na vodiči, keď je vystavený magnetickému poľu.
V lineárnom jednosmernom servomotore sú snímače s Hallovým efektom zvyčajne namontované na statore alebo kryte motora. Detekujú magnetické pole generované permanentnými magnetmi na rotore a generujú napäťový signál, ktorý je úmerný polohe rotora. Meraním napäťového signálu môže regulátor určiť polohu a rýchlosť motora.
Jednou z kľúčových výhod Hallových snímačov je ich jednoduchosť a nízka cena. Sú tiež necitlivé na prach, vlhkosť a vibrácie, vďaka čomu sú vhodné na použitie v drsnom prostredí. Senzory s Hallovým efektom sa bežne používajú v aplikáciách, kde nie je potrebná vysoká presnosť, ako sú elektrické náradie, domáce spotrebiče a automobilové aplikácie.
Senzory s Hallovým efektom však majú určité obmedzenia. Majú relatívne nízke rozlíšenie v porovnaní s kódovačmi a resolvermi a nie sú vhodné na použitie v aplikáciách, kde je nevyhnutná vysoká presnosť a opakovateľnosť.
4. Systémy spätnej väzby laserového interferometra
Laserové interferometre sú vysoko presné spätnoväzbové zariadenia, ktoré možno použiť na meranie polohy a posunu lineárneho jednosmerného servomotora s presnosťou na nanometrov. Sú založené na princípe interferencie, ku ktorej dochádza, keď sa dve alebo viac svetelných vĺn spoja a vytvoria vzor konštruktívnej a deštruktívnej interferencie.
V laserovom interferometri je laserový lúč rozdelený na dva lúče: referenčný lúč a merací lúč. Referenčný lúč sa odráža od pevného zrkadla, zatiaľ čo merací lúč sa odráža od pohyblivého zrkadla, ktoré je pripojené k lineárnemu ovládaču motora. Dva lúče sa potom znovu spoja a interferenčný obrazec sa deteguje fotodetektorom.
Meraním zmeny interferenčného vzoru môže regulátor určiť posunutie pohyblivého zrkadla a tým aj polohu lineárneho ovládača. Laserové interferometre ponúkajú extrémne vysokú presnosť a presnosť, vďaka čomu sú vhodné na použitie v aplikáciách, kde sa vyžaduje polohovanie na úrovni nanometrov, ako je napríklad výroba polovodičov, presné obrábanie a vedecký výskum.
Laserové interferometre sú však zložité a drahé a na dosiahnutie plného výkonu vyžadujú stabilné prevádzkové prostredie. Sú tiež citlivé na vibrácie a zmeny teploty, ktoré môžu ovplyvniť presnosť merania.
Aplikácie rôznych systémov spätnej väzby
Výber systému spätnej väzby pre lineárny jednosmerný servomotor závisí od špecifických požiadaviek aplikácie. Tu je niekoľko príkladov toho, ako sa rôzne systémy spätnej väzby používajú v rôznych aplikáciách:
- Priemyselná automatizácia: V aplikáciách priemyselnej automatizácie, ako sú roboty typu pick-and-place a montážne linky, sa bežne používajú inkrementálne snímače a absolútne snímače na poskytovanie presnej spätnej väzby polohy a rýchlosti. Tieto kódovače umožňujú robotom vykonávať opakujúce sa úlohy s vysokou presnosťou a opakovateľnosťou.
- CNC obrábanie: V CNC obrábacích centrách sa na zabezpečenie vysokej presnosti a presnosti v procese obrábania používajú absolútne snímače a laserové interferometre. Tieto systémy spätnej väzby umožňujú stroju umiestniť rezný nástroj s presnosťou na úrovni mikrónov, výsledkom čoho sú vysokokvalitné opracované diely.
- Letectvo a obrana: V leteckých a obranných aplikáciách sa rozkladače a snímače Hallovho efektu bežne používajú kvôli ich robustnosti a spoľahlivosti. Tieto systémy spätnej väzby dokážu vydržať náročné prevádzkové podmienky, ako sú vysoké teploty, vibrácie a elektromagnetické rušenie.
- Lekárske vybavenie: V lekárskych zariadeniach, ako sú chirurgické roboty a diagnostické zobrazovacie systémy, sa absolútne kódovače a laserové interferometre používajú na presné polohovanie a riadenie pohybu. Tieto spätnoväzbové systémy zaisťujú bezpečnosť a účinnosť liečebných postupov.
Záver
Záverom možno povedať, že systémy spätnej väzby hrajú kľúčovú úlohu vo výkone lineárnych DC servomotorov. Výber systému spätnej väzby závisí od špecifických požiadaviek aplikácie, ako je presnosť, presnosť, spoľahlivosť a cena. Ako popredný dodávateľ lineárnych jednosmerných servomotorov ponúkame širokú škálu systémov spätnej väzby, aby sme vyhoveli rôznorodým potrebám našich zákazníkov. Či už potrebujete vysoko presný snímač pre CNC obrábacie centrum alebo robustný resolver pre leteckú aplikáciu, máme pre vás riešenie.
Pozývame vás na preskúmanie nášho sortimentu, vrátaneServomotorový valec,Servopohon,Servo elektrický valec,Dutý hriadeľ Servo Moto, aLineárny rotačný servomotor. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete pomoc pri výbere správneho systému spätnej väzby pre vašu aplikáciu, neváhajte nás kontaktovať. Tešíme sa na spoluprácu s vami pri optimalizácii výkonu vašich lineárnych DC servomotorových systémov.
Referencie
- Dorf, RC, & Bishop, RH (2016). Moderné riadiace systémy. Pearson.
- Kuo, BC, & Golnaraghi, F. (2018). Automatické riadiace systémy. Wiley.
- Ogata, K. (2010). Moderné riadiace inžinierstvo. Prentice Hall.