تصميم المسرح والمحرك والتشفير.

يجب أن تعمل المكونات التي تشكل نظام تحديد المواقع عالي الدقة لديك - المحامل، ونظام قياس الموضع، ونظام المحرك والقيادة، ووحدة التحكم - معًا قدر الإمكان. الجزء الأول يغطي قاعدة النظام والمحامل. الجزء 2 قياس الموقف المغطى. نناقش هنا تصميم المسرح والقيادة والتشفير؛ مكبر للصوت محرك الأقراص. وأجهزة التحكم.

الطرق الثلاث الشائعة الاستخدام لتجميع المراحل الخطية عند استخدام أجهزة التشفير الخطية:
• يتم وضع محرك الأقراص والتشفير في مركز كتلة الشريحة أو بالقرب منه قدر الإمكان.
• يقع محرك الأقراص في مركز الكتلة. التشفير يعلق على جانب واحد.
• يقع محرك الأقراص على جانب واحد. التشفير من جهة أخرى.

النظام المثالي لديه محرك في وسط كتلة الشريحة مع جهاز التشفير. ومع ذلك، هذا عادة ما يكون غير عملي. الحل الوسط المعتاد هو تحديد موقع محرك الأقراص بعيدًا قليلاً عن جانب واحد؛ التشفير، بعيدا قليلا عن الآخر. وهذا يعطي تقريبًا جيدًا لمحرك مركزي مع ردود فعل الحركة بجوار نظام القيادة. يُفضل استخدام محركات الأقراص المركزية لأن القوة الدافعة لا تقدم أي نواقل قوة غير مرغوب فيها في الشريحة للتسبب في التواء أو تصويب. نظرًا لأن نظام المحمل يقيد الشريحة بإحكام، فإن عملية التصويب قد تؤدي إلى زيادة الاحتكاك والتآكل وعدم دقة موضع التحميل.

تستخدم الطريقة البديلة نظامًا على شكل جسر الرافعة مع محركين، واحد على كل جانب من الشريحة. تحاكي قوة الدفع الناتجة محركًا مركزيًا. باستخدام هذه الطريقة، يمكنك تحديد موقع ردود الفعل في المركز. إذا كان ذلك مستحيلًا، فيمكنك تحديد موقع أجهزة التشفير على كل جانب والتحكم في الطاولة باستخدام برنامج محرك جسري خاص.

محرك مكبر للصوت
تستقبل مضخمات محرك المؤازرة إشارات التحكم، عادة ± 10 فولت تيار مستمر، من وحدة التحكم وتوفر جهد التشغيل وخرج التيار إلى المحرك. بشكل عام، هناك نوعان من مضخمات القدرة: المضخم الخطي ومضخم العرض النبضي (PWM).

مكبرات الصوت الخطية غير فعالة، وبالتالي تستخدم بشكل رئيسي على محركات الأقراص منخفضة الطاقة. تتمثل القيود الأساسية على قدرة معالجة طاقة الخرج للمضخم الخطي في الخصائص الحرارية لمرحلة الخرج وخصائص انهيار ترانزستورات الخرج. إن تبديد الطاقة في مرحلة الخرج هو نتاج التيار والجهد عبر ترانزستورات الخرج. في المقابل، تعد مكبرات الصوت PWM فعالة وتستخدم عادةً لسعات الطاقة التي تزيد عن 100 واط. تقوم هذه المضخمات بتبديل جهد الخرج عند ترددات تصل إلى 50 ميجاهرتز. يتناسب متوسط ​​قيمة جهد الخرج مع جهد الأمر. ميزة هذا النوع هو أنه يتم تشغيل وإيقاف الجهد الكهربي، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في قدرة تبديد الطاقة.

بمجرد اختيار نوع مكبر الصوت، فإن الخطوة التالية هي التأكد من أن مكبر الصوت يمكنه توفير التيار المستمر المطلوب وجهد الخرج عند المستويات المطلوبة لأقصى سرعة دوران للمحرك (أو السرعة الخطية للمحركات الخطية) للتطبيق.

بالنسبة للمحركات الخطية بدون فرش، يمكنك التمييز مرة أخرى بين مكبرات الصوت. هناك نوعان من التخفيفات الحركية شائعة الاستخدام: شبه منحرف وجيبي. التخفيف شبه المنحرف هو نوع رقمي من التخفيف حيث يتم تشغيل التيار لكل مرحلة من المراحل الثلاث إما تشغيل أو إيقاف. عادة ما تقوم أجهزة استشعار تأثير هول المزروعة في المحرك بذلك. يقوم المغناطيس الخارجي بتشغيل أجهزة الاستشعار. ومع ذلك، فإن العلاقة بين مستشعرات تأثير هول ولفائف الملف والمغناطيسات أمر بالغ الأهمية وتتضمن دائمًا تسامحًا صغيرًا مع الموضع. وبالتالي، فإن توقيت استجابة المستشعرات يحدث دائمًا خارج الطور إلى حدٍ ما مع مواضع الملف والمغناطيس الحقيقية. يؤدي هذا إلى اختلاف طفيف في تطبيق التيار على الملفات، مما يؤدي إلى اهتزاز لا مفر منه.

يعد التبديل شبه المنحرف أقل ملاءمة للمسح الدقيق للغاية وتطبيقات السرعة الثابتة. ومع ذلك، فهو أقل تكلفة من التبديل الجيبي، لذلك يتم استخدامه على نطاق واسع للأنظمة عالية السرعة أو من نقطة إلى نقطة أو في الأنظمة التي لن تؤثر فيها سلاسة الحركة على المعالجة.

مع التخفيف الجيبي، لا يحدث التبديل بين التشغيل والإيقاف. بدلاً من ذلك، عن طريق التبديل الإلكتروني، يتم تعديل تحول الطور الحالي بمقدار 360 درجة للأطوار الثلاثة في نمط جيبي. وينتج عن هذا قوة ثابتة وسلسة من المحرك. ولذلك فإن التخفيف على شكل جيبي مناسب تمامًا لصنع خطوط محيطية دقيقة وللتطبيقات التي تتطلب سرعة ثابتة دقيقة مثل استخدامات المسح والرؤية.

وحدات التحكم
هناك فئات أكثر من وحدات التحكم مما يمكننا مناقشته بشكل كافٍ هنا. في الأساس، يمكن تقسيم وحدات التحكم إلى عدة فئات اعتمادًا على لغة البرمجة ومنطق التحكم.

تستخدم وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) مخططًا منطقيًا "سلميًا". يتم استخدامها بشكل أساسي للتحكم في وظائف الإدخال/الإخراج المنفصلة المتعددة (I/O) على الرغم من أن بعضها يوفر إمكانات محدودة للتحكم في الحركة.

تتم برمجة أنظمة التحكم العددي (NC) عبر لغة متوافقة مع معايير الصناعة، أو RS274D أو أي بديل. يمكنهم أداء حركات معقدة مثل الأشكال الكروية والحلزونية مع التحكم متعدد المحاور.

تستخدم الأنظمة غير NC مجموعة متنوعة من أنظمة التشغيل الخاصة بما في ذلك برامج الواجهة سهلة الاستخدام لملفات تعريف الحركة الأساسية. تتكون معظم وحدات التحكم هذه من وحدة تحكم أساسية بدون شاشة أو لوحة مفاتيح. تتواصل وحدة التحكم مع المضيف من خلال منفذ RS-232. يمكن أن يكون المضيف عبارة عن كمبيوتر شخصي (PC)، أو محطة طرفية غبية، أو وحدة اتصالات محمولة باليد.

جميع وحدات التحكم الحديثة تقريبًا هي وحدات تحكم رقمية. إنها توفر مستوى من الموثوقية وسهولة الاستخدام لم يُسمع به من قبل في وحدات التحكم التناظرية. عادة ما يتم اشتقاق معلومات ردود الفعل السرعة من إشارة موضع المحور. يتم ضبط جميع معلمات المؤازرة من خلال البرامج بدلاً من ضبط "أوعية" مكبر الصوت بشكل شاق، والتي تميل إلى الانحراف بعد الاستخدام ومع تغيرات درجة الحرارة. توفر معظم وحدات التحكم الحديثة أيضًا الضبط التلقائي لجميع معلمات مؤازرة المحور.

تشتمل وحدات التحكم الأكثر تقدمًا أيضًا على المعالجة الموزعة والتحكم في محور معالج الإشارة الرقمية (DSP). معالج الإشارة الرقمي (DSP) هو في جوهره معالج مصمم خصيصًا لإجراء الحسابات الرياضية بسرعة كبيرة (أسرع بعشر مرات على الأقل من المعالج الدقيق). يمكن أن يوفر هذا أوقات عينة مؤازرة في حدود 125 مللي ثانية. الميزة هي التحكم الدقيق في المحور للتحكم في السرعة الثابتة وتحديد الخطوط بشكل سلس.

تعمل خوارزمية التصفية النسبية والمشتقة المتكاملة (PID) والسرعة والتسارع على تعزيز التحكم المؤازر في المحور. بالإضافة إلى ذلك، تتحكم برمجة منحنى S لملفات تعريف التسارع والتباطؤ في الاهتزاز الذي يحدث عادةً مع بدء وإيقاف حركة الطاولة. وهذا يوفر عملية أكثر سلاسة وتحكمًا، مما يؤدي إلى أوقات استقرار أسرع لكل من الموضع والسرعة.

تشتمل وحدات التحكم أيضًا على إمكانات إدخال/إخراج رقمية أو تناظرية واسعة النطاق. يمكن تغيير برنامج المستخدم أو الروتين الفرعي اعتمادًا على الموقع أو الوقت أو معلومات الحالة أو قيم المتغيرات أو العمليات الحسابية أو أحداث الإدخال/الإخراج الخارجية أو الداخلية أو مقاطعات الأخطاء. يمكن أتمتة عملية المستخدم بسهولة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمعظم وحدات التحكم زيادة دقة ردود الفعل للموضع من خلال الضرب الإلكتروني. على الرغم من أن الضرب 4× هو أمر شائع، إلا أن بعض وحدات التحكم المتقدمة يمكنها الضرب بما يصل إلى 256×. على الرغم من أن هذا لا يوفر أي تحسن في الدقة، إلا أنه يؤدي إلى زيادة حقيقية في استقرار موضع المحور، والأهم من ذلك في العديد من الاستخدامات، إمكانية التكرار.

في النهج العام الخاص بك، إلى جانب العوامل المذكورة أعلاه، يجب عليك مراعاة العوامل الأخرى التي قد تعدل قرارات المكونات، مثل الميزانية والبيئة والعمر المتوقع وسهولة الصيانة وMTBF وتفضيلات المستخدم النهائي. يسمح النهج المعياري بتجميع النظام من المكونات القياسية المتوفرة بسهولة والتي ستلبي حتى متطلبات التطبيقات الأكثر تطلبًا إذا تم تحليل النظام من القاعدة إلى الأعلى للتأكد من توافق المكونات بشكل عام.