يعتقد معظم الناس أن أنظمة القيادة المتوازية هي تلك الموجودة في الروبوتات الديكارتية/القنطرية. ولكن يمكن أيضًا النظر إلى أنظمة القيادة المتوازية على أنها محركان خطيان أو أكثر يعملان بالتوازي من وحدة تحكم قيادة واحدة. يغطي هذا الروبوتات ذات النمط الديكارتي/القنطري بالإضافة إلى المجالات الرئيسية الأخرى للتحكم في الحركة، مثل الروبوتات أحادية المحور عالية الدقة وفائقة الدقة التي تتمتع بدقة الوضوح والموقع في نطاق دون النانومتر إلى نطاق البيكومتر العالي. تدخل هذه الأنظمة في مجالات مثل البصريات والمجاهر، وتصنيع أشباه الموصلات، والأدوات الآلية، والمحركات ذات القوة العالية، ومعدات اختبار المواد، وأعمال الانتقاء والمكان، وعمليات التجميع، والتعامل مع أدوات الآلات، واللحام القوسي. بشكل عام، هناك تطبيقات في عالم الميكرون ودون الميكرون.
قضايا محرك الأقراص الموازي
المشكلة الرئيسية في جميع أنظمة القيادة المتوازية هي المحاذاة المتعامدة: القدرة على الحفاظ على مربع المحور الموازي. في الأنظمة التي يتم تشغيلها ميكانيكيًا مثل اللولب والجريدة المسننة والترس والحزام والسلسلة، تكون المشكلة الرئيسية هي ربط النظام الميكانيكي من عدم المحاذاة أو التفاوتات المكدسة. في أنظمة الدفع المباشر، هناك مشكلة إضافية تتمثل في حدوث خطأ جيبي بسبب أخطاء التثبيت والتباينات في المحركات الخطية.
الممارسة الأكثر شيوعًا للتغلب على هذه المشكلات هي القيادة والتحكم في كل جانب من جوانب النظام الموازي بشكل مستقل، ولكن مع مزامنتها إلكترونيًا. تكلفة مثل هذا النظام مرتفعة لأنه يحتاج إلى ضعف محرك الأقراص وإلكترونيات استشعار الموضع للنظام أحادي المحور. كما أنه يضيف أخطاء المزامنة والتتبع التي يمكن أن تؤدي إلى انخفاض أداء النظام.
الشيء الذي يجعل من الممكن توصيل محركات ذات عمود خطي على التوازي هو محرك عالي الاستجابة. إن الحركة الديناميكية الناتجة عن أي محركين متطابقين ذات عمود خطي هي نفسها عند إعطاء نفس إشارة التحكم.
كما هو الحال مع جميع أنظمة القيادة المتوازية، يجب أن تقترن محركات العمود الخطي فعليًا بآلية تسمح للمحور بحركة بدرجة واحدة فقط من الحرية. وهذا يجعل المحركات ذات العمود الخطي المتوازي تعمل كوحدة واحدة للسماح بالتشغيل باستخدام جهاز تشفير واحد ومحرك مؤازر واحد. وبما أن المحرك ذو العمود الخطي المثبت بشكل صحيح يعمل دون اتصال، فلا يمكنه إدخال أي ربط ميكانيكي في النظام.
هذه العبارات صحيحة بالنسبة لأي محرك خطي غير متصل. تختلف المحركات ذات العمود الخطي عن المحركات الخطية الأخرى غير المتصلة في العديد من المجالات التي تتيح لها العمل بشكل جيد في التطبيق المتوازي.
تصميم المحرك ذو العمود الخطي يضع المغناطيس الدائم في وسط المجال الكهرومغناطيسي، مما يجعل فجوة الهواء غير حرجة. يحيط الملف بالمغناطيس بالكامل، وبالتالي فإن التأثير الصافي للمجال المغناطيسي هو القوة. يؤدي هذا إلى القضاء فعليًا على أي اختلاف في القوة ناتج عن اختلاف في فجوة الهواء، إما من خلال المحاذاة الخاطئة أو اختلافات التشغيل الآلي، مما يجعل محاذاة المحرك وتركيبه أمرًا بسيطًا.
ومع ذلك، فإن الخطأ الجيبي - وهو مشكلة رئيسية - يمكن أن يسبب اختلافات في القوة في أي محرك خطي غير متصل.
يتم تعريف المحركات الخطية، مثل المحركات ذات العمود الخطي، على أنها محركات متزامنة. في الواقع، يتم تطبيق التيار على الملف لتشكيل مغناطيس كهربائي يتزامن مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم في مسار المغناطيس. يتم توليد القوة في المحرك الخطي من القوة النسبية لهذه المجالات المغناطيسية وزاوية اختلالها المتعمد.
في نظام القيادة المتوازية، تصبح جميع الملفات والمسارات المغناطيسية محركًا واحدًا عندما تكون جميع مجالاتها المغناطيسية متوافقة تمامًا. ومع ذلك، فإن أي اختلال في محاذاة الملفات أو المسارات المغناطيسية سيؤدي إلى اختلال في محاذاة المجالات المغناطيسية، مما ينتج عنه قوى مختلفة في كل محرك. يمكن لفرق القوة هذا بدوره أن يربط النظام. لذا فإن خطأ الجيب هو الفرق في القوى الناتجة عن سوء محاذاة الملفات أو المسارات المغناطيسية.
يمكن حساب خطأ الجيب بالمعادلة التالية:
Fdif=Fالجنرال× الخطيئة(2πدdif/MPن.ن)
أينFdif= فرق القوة بين الملفينFالجنرال= القوة المولدة،Ddif= طول المحاذاة غير الصحيحة، وMPن.ن= الملعب المغناطيسي من الشمال إلى الشمال.
تم تصميم معظم المحركات الخطية الموجودة في السوق بميل مغناطيسي من الشمال إلى الشمال يتراوح بين 25 إلى 60 ملم تحت ستار محاولة تقليل خسائر الأشعة تحت الحمراء وثابت الوقت الكهربائي. على سبيل المثال، اختلال بمقدار 1 مم فقط في محرك خطي مقاس 30 ممن.نستنتج الملعب فقدانًا للطاقة يبلغ حوالي 21٪.
يعوض محرك العمود الخطي هذه الخسارة باستخدام خطوة مغناطيسية أطول بكثير من الشمال إلى الشمال مما يقلل من تأثير خطأ الجيب الناتج عن اختلال المحاذاة العرضي. نفس المحاذاة الخاطئة البالغة 1 مم في محرك ذو عمود خطي بميل 90 مم nn سوف ينتج عنها فقدان طاقة بنسبة 7٪ فقط.
أنظمة القيادة الموازية
لا يكون تحديد المواقع الدقيق حقًا ممكنًا إلا للروبوتات أحادية المحور عالية الدقة وفائقة الدقة عندما تكون التغذية المرتدة مباشرة في مركز كتلة نقطة العمل. يجب أيضًا أن يتركز توليد القوة من المحرك في مركز كتلة نقطة العمل أيضًا. ومع ذلك، فإنه من المستحيل عادة أن يكون المحرك وردود الفعل في نفس الموقع بالضبط!
إن وضع جهاز تشفير في مركز الكتلة واستخدام محركات ذات عمود خطي متوازي ومتباعدة بشكل متساوٍ عن مركز الكتلة يعطي التغذية المرتدة المطلوبة وتوليد القوة في مركز الكتلة. هذا غير ممكن بالنسبة للأنواع الأخرى من أنظمة محركات الأقراص المتوازية التي تحتاج إلى مجموعتين من أجهزة التشفير ومحركات الأقراص المؤازرة لإنشاء هذا النوع من محركات الأقراص المتوازية.
يعمل محرك الأقراص الفردي/جهاز التشفير الفردي بشكل أفضل في الاستخدامات فائقة الدقة ويمنح منشئي الأنظمة العملاقة ميزة كبيرة. في الماضي، ربما كانت الأنظمة تحتوي على محركين مختلفين يقودان براغي كروية منفصلة باستخدام وحدتي تحكم مختلفتين متصلتين إلكترونيًا، أو حتى محركين خطيين مزودين بجهازي تشفير متصلين إلكترونيًا بمحركين. الآن يمكن أن تأتي نفس الإجراءات من محركين بعمود خطي، ومشفر واحد، ومضخم/مشغل واحد، طالما أن صلابة النظام عالية بما فيه الكفاية.
وهذه أيضًا ميزة للتطبيقات التي تحتاج إلى كميات عالية جدًا من القوة. من الممكن توصيل أي عدد من المحركات ذات الأعمدة الخطية على التوازي، وبالتالي جمع قواها معًا.
وقت النشر: 15 أبريل 2024