قد تكون محركات Stepper ذات الحلقة المغلقة هي الخيار الأفضل للمهام التي يتم القيام بها عادةً من قبل Servos لأن السائر التقليديين لم يتمكنوا من التعامل معها.

أحد القرارات الأكثر أهمية التي يمكن للمهندسين اتخاذها عند تصميم أي نوع من عملية التحكم في الحركة هو اختيار المحرك. إن الحصول على المحرك المناسب ، من حيث النوع والحجم ، أمر ضروري للكفاءة التشغيلية للآلة النهائية. علاوة على ذلك ، فإن ضمان عدم كسر المحرك لا يمثل دائمًا مصدر قلق أساسي.

أحد الأسئلة الأولى التي يجب الإجابة عليها في اتخاذ القرار هو: أي نوع من المحرك سيكون أفضل؟ هل يتطلب التطبيق محرك سيرفو عالي الأداء؟ هل سيكون السائر منخفض التكلفة أفضل؟ أو ربما هناك خيار ثالث في منتصف الطريق للنظر فيه؟

تبدأ الإجابات باحتياجات التطبيق المحدد. هناك العديد من العوامل التي يجب معالجتها قبل تحديد نوع المحرك الذي سيكون مثاليًا لأي تطبيق معين.

المتطلبات

كم عدد الدورات في الدقيقة التي يحتاجها المحرك إلى صنعها؟ ما مقدار عزم الدوران المطلوب؟ ما هي سرعة الذروة المطلوبة؟

لا يمكن معالجة هذه الأسئلة الهامة ببساطة عن طريق اختيار محرك مع قوة حصانية معينة.

ناتج الطاقة للمحرك هو مزيج من عزم الدوران والسرعة التي يمكن حسابها عن طريق تكاثر السرعة وعزم الدوران وثابتة.

نظرًا لطبيعة هذا الحساب ، هناك العديد من المجموعات المختلفة من عزم الدوران والسرعة التي من شأنها أن تسفر عن إخراج طاقة محدد. وبالتالي ، يمكن أن تعمل المحركات المختلفة ذات التصنيفات المتشابهة للطاقة بشكل مختلف بسبب مزيج من السرعة وعزم الدوران.

يجب أن يعرف المهندسون مدى سرعة الحمل الذي يحتاجه الحجم إلى التحرك قبل اختيار محرك يعمل بشكل أفضل. يجب أن تقع الوظيفة التي يتم تنفيذها أيضًا تحت منحنى عزم الدوران/السرعة للمحرك. يوضح هذا المنحنى كيف يختلف عزم الدوران للمحرك أثناء التشغيل. باستخدام افتراضات "أسوأ حالة" (وبعبارة أخرى ، تحديد الحد الأقصى/الحد الأدنى من عزم الدوران والسرعة التي تتطلبها المهمة) ، يمكن للمهندسين أن يكونوا واثقين من أن المحرك المختار لديه منحنى عزم الدوران/السرعة.

القصور الذاتي للحمل هو عامل آخر يجب معالجته قبل الغوص في عملية صنع القرار لاختيار محرك. يجب حساب نسبة القصور الذاتي ، وهي المقارنة بين القصور الذاتي للحمل والقصور الذاتي للمحرك. تقول إحدى قواعد الإبهام إنه إذا تجاوز القصور الذاتي للحمل 10 أضعاف من الدوار ، فقد يكون ضبط المحرك أكثر صعوبة وقد يعاني الأداء. لكن هذه القاعدة لا تختلف فقط من التكنولوجيا إلى التكنولوجيا ، ولكن من المورد إلى المورد وحتى المنتج إلى المنتج. مدى أهمية التطبيق سيؤثر أيضًا على هذا القرار. تتعامل بعض المنتجات مع ما يصل إلى 30 إلى 1 نسب ، في حين أن محركات الأقراص المباشرة تصل إلى 200 إلى 1. كثير من الناس لا يحبون تغيير حجم المحرك الذي يتجاوز نسبة 10 إلى 1.

أخيرًا ، هل هناك قيود جسدية تقيد محركًا معينًا على الآخر. تأتي المحركات بأشكال وأحجام مختلفة. في بعض الحالات ، تكون المحركات كبيرة وضخمة ، وهناك بعض العمليات التي لا يمكن أن تضم محركًا معينًا. قبل اتخاذ قرار مستنير على أفضل نوع من المحرك ، ينبغي الاعتراف بهذه المواصفات المادية وفهمها.

بمجرد أن يجيب المهندسون على جميع هذه الأسئلة - السرعة ، وعزم الدوران ، والقوة الحصانية ، والقصور الذاتي ، والقيود المادية - يمكنهم الصفر في المحرك الأكثر كفاءة في الحجم. ومع ذلك ، فإن عملية صنع القرار لا تتوقف عند هذا الحد. يجب على المهندسين أيضًا معرفة نوع المحرك الذي يناسب التطبيق. لسنوات ، يختار الاختيار على النوع المسلوق إلى أحد خيارين لمعظم التطبيقات: محرك مؤازرة أو محرك السائر مفتوح الحلقة.

servos و steppers

تتشابه مبادئ التشغيل لمحركات السائر المفتوح ومحركات السهول. ومع ذلك ، هناك اختلافات رئيسية بين الاثنين التي يجب على المهندسين فهمها قبل تحديد المحرك المثالي لتطبيق معين.

في أنظمة المؤازرة التقليدية ، ترسل وحدة التحكم أوامر إلى محرك المحرك عبر النبض والاتجاه أو أمر تمثيلي يتعلق بالموضع أو السرعة أو عزم الدوران. قد تستخدم بعض عناصر التحكم طريقة قائمة على الحافلة ، والتي عادة ما تكون في أحدث عناصر التحكم طريقة اتصال قائمة على Ethernet. ثم يرسل محرك الأقراص التيار المناسب إلى كل مرحلة من مراحل المحرك. تعود ردود الفعل المحرك إلى محرك المحرك ، وإذا لزم الأمر ، فإن وحدة التحكم. يعتمد محرك الأقراص على هذه المعلومات لتنقل المحرك بشكل صحيح وإرسال معلومات جيدة حول الموضع الديناميكي لعمود المحرك. لذلك ، تعتبر محركات المؤازرة محركات حلقة مغلقة وتحتوي على ترميزات مدمجة ، وغالبًا ما يتم تغذية البيانات الموضعية إلى وحدة التحكم. هذه التغذية المرتدة تمنح وحدة التحكم مزيدًا من التحكم في المحرك. يمكن أن تقوم وحدة التحكم بإجراء تعديلات على العمليات ، بدرجات متفاوتة ، إذا لم يكن هناك شيء ما كما ينبغي. هذا النوع من المعلومات الحاسمة هو فائدة لا يمكن أن تقدمها محركات السائر مفتوحة.

تعمل Stepper Motors أيضًا على الأوامر المرسلة إلى محرك المحرك لإملاء المسافة التي تم نقلها والسرعة. عادةً ما تكون هذه الإشارة أمرًا خطوة للتوجيه. ومع ذلك ، لا يمكن أن يوفر السوار السابق الحلقة المفتوحة ملاحظات للمشغلين ، لذلك لا يمكن لضوابطهم تقييم الموقف بشكل صحيح وإجراء تعديلات لتحسين تشغيل المحرك.

على سبيل المثال ، إذا لم يكن عزم الدوران الخاص بالمحرك كافياً للتعامل مع الحمل ، يمكن للمحرك أن يتوقف أو تفوت خطوات معينة. عندما يحدث هذا ، لن يتم ضرب الموقف المستهدف. مع وضع خصائص الحلقة المفتوحة لمحرك السائر في الاعتبار ، لن يتم ترحيل هذا الموقع غير الدقيق إلى وحدة التحكم حتى يتمكن من إجراء تعديلات.

يبدو أن محرك المؤازرة لديه مزايا واضحة من حيث الكفاءة والأداء ، فلماذا يختار شخص ما محرك السائر؟ هناك بضعة أسباب. الأكثر شيوعا هو السعر. الميزانيات التشغيلية هي اعتبارات مهمة في اتخاذ أي قرار تصميم. مع تشديد الميزانيات ، يجب اتخاذ القرارات لخفض التكاليف غير الضرورية. لا يشير هذا فقط إلى تكلفة المحرك نفسه ، ولكن صيانة الروتينية والطوارئ تميل إلى أن تكون أقل تكلفة بالنسبة لمحركات السائر بدلاً من الماكينات. لذلك ، إذا لم تبرر فوائد محرك المؤازرة تكاليفه ، فقد يكون محرك السائر القياسي كافيًا.

من الناحية التشغيلية البحتة ، تعد محركات Stepper أسهل في الاستخدام من محركات المؤازرة القياسية. يعد تشغيل محرك السائر أكثر بساطة لفهم وأسهل تكوينه. يتفق معظم الموظفين على أنه إذا لم يكن هناك سبب لإفراط في تعقيد العمليات ، فبقيادة الأمور بسيطة.

تختلف المزايا التي يوفرها نوعان المحركين المختلفين تمامًا. تعتبر محركات المؤازرة مثالية إذا كنت بحاجة إلى محرك يزيد سرعات أكثر من 3000 دورة في الدقيقة وعزم دوران مرتفع. ومع ذلك ، بالنسبة للتطبيق الذي يتطلب سرعات فقط بضع مئات من دورة في الدقيقة أو أقل ، فإن محرك المؤازرة ليس دائمًا هو الخيار الأفضل. قد تكون محركات المؤازرة مبالغة للتطبيقات منخفضة السرعة.

التطبيقات ذات السرعة المنخفضة هي حيث تتألق محركات Stepper كأفضل حل ممكن. لا يمكن تكرار محركات السائر فقط عندما يتعلق الأمر بالتوقف ، ولكن يتم تصميمه أيضًا للركض بسرعة منخفضة مع توفير عزم الدوران العالي. من خلال طبيعة هذا التصميم ، يمكن التحكم في محركات السائر والركض إلى حدود السرعة الخاصة بها. عادة ما يكون الحد الأقصى للسرعة لمحركات السائر النموذجية أقل من 1000 دورة في الدقيقة ، في حين أن محركات المؤازرة يمكن أن يكون لها سرعات تصل إلى 3000 دورة في الدقيقة وأعلى - في بعض الأحيان حتى تتجاوز 7000 دورة في الدقيقة.

إذا كان السائر بحجم صحيح ، فقد يكون هذا هو الخيار الأمثل. ومع ذلك ، عندما يعمل محرك السائر على تكوين حلقة مفتوحة ، وينطبق على شيء ما ، قد لا يحصل المشغلون على جميع البيانات التي يحتاجونها لإصلاح المشكلة.

حل مشكلة الحلقة المفتوحة

على مدار العقود القليلة الماضية ، كانت هناك العديد من الأساليب المختلفة التي تم تقديمها لحل المشكلات التقليدية مع السوارق المفتوحة. كان تخصيص المحرك إلى مستشعر على الطاقة ، أو حتى عدة مرات أثناء التطبيق ، طريقة واحدة. على الرغم من ذلك ، فإن هذا يبطئ العمليات ولا يلتقط مشاكل تنشأ خلال عمليات التشغيل العادية.

إضافة ردود الفعل للكشف عما إذا كان المحرك يتوقف أو خارج الموضع هو نهج آخر. أنشأ المهندسون في شركات التحكم في الحركة ميزات "الكشف عن المماطلة" و "صيانة الموضع". حتى أنه كان هناك بعض الأساليب التي تتجه إلى أبعد من ذلك تعامل محركات السائر تشبه إلى حد كبير الماكينات ، أو على الأقل تقليدها مع خوارزميات فاخرة.

في الطيف الكبير للمحركات-بين الماكينات ومحركات السهول ذات الحلقة المفتوحة-تُحصل على تقنية جديدة إلى حد ما تعرف باسم محرك السائر المغلق. إنها الطريقة الأفضل والأكثر وعيًا لحل مشكلة التطبيقات التي تتطلب دقة موضعية وسرعات منخفضة. من خلال تطبيق أجهزة التغذية المرتدة عالية الدقة لإغلاق الحلقة ، يمكن للمهندسين الاستمتاع بـ "أفضل ما في العالمين".

توفر محركات Stepper ذات الحلقة المغلقة جميع مزايا محركات السائر: سهولة الاستخدام ، والبساطة ، والقدرة على الجري باستمرار في سرعات منخفضة مع توقف دقيق. بالإضافة إلى ذلك ، لا يزالون يقدمون إمكانيات التغذية المرتدة. لحسن الحظ ، ليس من الضروري أن تأتي مع أكبر عيب في المؤازرة: السعر الأكبر.

كان المفتاح دائمًا في طريقة عمل محركات السائر المفتوح. عادة ما يكون لديهم ملفين ، في بعض الأحيان خمسة ، مع فعل موازنة مغناطيسية يجري بينهما. تزعج الحركة هذا التوازن ، مما تسبب في انخفاض عمود المحرك كهربائيًا ، لكن المشغل لا يمكن أن يعرف إلى أي مدى يقع وراءه. تكون نقطة التوقف قابلة للتكرار بالنسبة للسقاصة ذات الحلقة المفتوحة ولكن ليس لجميع الأحمال. يوفر وضع تشفير على السائر وجعله حلقة مغلقة بعض التحكم الديناميكي. هذا يتيح للمشغلين التوقف في مكان دقيق تحت تحميلات مختلفة.

هذه الفوائد من استخدام محركات السائر الحلقة المغلقة لبعض التطبيقات قد زادت بشكل حاد من شعبية هذه المحركات في مجتمع التحكم في الحركة. على وجه التحديد ، في اثنين من الصناعات البارزة ، شركات تصنيع أشباه الموصلات والأجهزة الطبية ، هناك زيادة واضحة في استخدام محركات السائر المغلق. يجب أن يعرف المهندسون في هذه الصناعات بالضبط أين وضعت المحركات أحمالًا أو مشغلات سواء كانت تعمل على تشغيل حزام أو برغي للكرة. تتيح لهم ردود الفعل الحلقة المغلقة في هذه السائر معرفة مكانها بالضبط. يمكن أن توفر هذه السائر أيضًا أداء أفضل من الماكينات بسرعات منخفضة.

بشكل عام ، فإن أي تطبيق يحتاج إلى أداء مضمون بتكلفة أقل من محرك المؤازرة ، والقدرة على الركض بسرعات منخفضة نسبيًا هي مرشح جيد لمحركات السائر المغلقة.

ضع في اعتبارك ، يحتاج المشغلون إلى ضمان قيادة محرك الأقراص أو عناصر التحكم في محركات السائر المغلقة. تاريخيا ، يمكنك الحصول على السائر مع تشفير على ظهره ، ولكن محرك الأقراص كان محرك سائر قياسي ولم يدعم المشفرات. يجب إعادة المشفر إلى وحدة التحكم وسيحتاج التحقق من الموضع إلى تنفيذها في نهاية خطوة معينة. هذا غير مطلوب مع محركات السائر حلقة مغلقة جديدة. يمكن لمحركات السائر الحلقة المغلقة معالجة الموضع والتحكم في السرعة تلقائيًا دون إشراك وحدات تحكم.