Diseño de etapa, impulso y codificador.

Los componentes que componen su sistema de posicionamiento de alta precisión (rodamientos, sistema de medición de posición, sistema de motor y drive y controlador) deben trabajar juntos lo más bien posible. Parte 1 Base de sistema y rodamientos cubiertos. Parte 2 Medición de posición cubierta. Aquí, discutimos el diseño de la etapa, la unidad y el codificador; el amplificador de unidad; y controladores.

Los tres métodos de ensamblaje de etapas lineales comúnmente utilizados cuando se utilizan codificadores lineales:
• La unidad y el codificador se colocan en o lo más cerca posible del centro de masa del portaobjetos.
• La unidad se encuentra en el centro de la masa; El codificador se adhiere a un lado.
• La unidad se encuentra en un lado; El codificador, por el otro.

El sistema ideal tiene la unidad en el centro de la masa de diapositivas con el codificador. Sin embargo, esto suele ser poco práctico. El compromiso habitual localiza la unidad ligeramente hacia un lado; el codificador, ligeramente fuera al otro. Esto proporciona una buena aproximación de una unidad central con la retroalimentación de movimiento al lado del sistema de accionamiento. Se prefieren las unidades centrales porque la fuerza de accionamiento no introduce vectores de fuerza no deseados en el portaobjetos para causar torsión o combate. Debido a que el sistema de rodamiento limita el portaobjetos con fuerza, el accesorio produciría una mayor fricción, desgaste e inexactitud de la posición de carga.

Un método alternativo utiliza un sistema de estilo pórtico con dos unidades, una a cada lado del portaobjetos. La fuerza de accionamiento resultante emula un impulso central. Con este método, puede ubicar los comentarios de posición en el centro. Si esto es imposible, puede localizar codificadores en cada lado y controlar la tabla con un software especial de unidad de pórtico.

Amplificador de conducción
Los amplificadores de accionamiento de servo reciben señales de control, generalmente ± 10 VCC, del controlador y proporcionan voltaje de operación y salida de corriente al motor. En general, hay dos tipos de amplificadores de potencia: el amplificador lineal y el amplificador modulado de ancho de pulso (PWM).

Los amplificadores lineales son ineficientes y, por lo tanto, se usan principalmente en unidades de baja potencia. Las limitaciones principales en la capacidad de manejo de potencia de salida de un amplificador lineal son las características térmicas de la etapa de salida y las características de desglose de los transistores de salida. La disipación de potencia de la etapa de salida es el producto de la corriente y el voltaje a través de los transistores de salida. Los amplificadores PWM, en contraste, son eficientes y generalmente se usan para capacidades de potencia superiores a 100 W. Estos amplificadores cambian el voltaje de salida a frecuencias de hasta 50 MHz. El valor promedio del voltaje de salida es proporcional al voltaje de comando. La ventaja de este tipo es que el voltaje se enciende y apaga, lo que provoca una capacidad de disipación de potencia muy aumentada.

Una vez que haya elegido el tipo de amplificador, el siguiente paso es asegurarse de que el amplificador pueda proporcionar la corriente continua y el voltaje de salida requerido en los niveles requeridos para la velocidad máxima de rotación del motor (o velocidad lineal para motores lineales) de la aplicación.

Para los motores lineales sin escobillas, puede hacer otra distinción entre amplificadores. En general, dos tipos de conmutación motora son de uso general: trapezoidal y sinusoidal. La conmutación trapezoidal es un tipo digital de conmutación en el sentido de que la corriente para cada una de las tres fases se enciende o desactiva. Los sensores de efecto hall implantados en el motor generalmente hacen esto. Los imanes externos desencadenan los sensores. Sin embargo, la relación entre los sensores de efecto hall, los devanados de la bobina y los imanes es crítica y siempre implica una pequeña tolerancia a la posición. El momento de la respuesta de los sensores, por lo tanto, siempre ocurre un poco fuera de fase con posiciones verdaderas de bobina y imán. Esto conduce a una ligera variación en la aplicación de la corriente a las bobinas, lo que lleva a una vibración inevitable.

La conmutación trapezoidal es menos adecuada para aplicaciones de escaneo y velocidad de constitución muy precisas. Sin embargo, es menos costoso que la conmutación sinusoidal, por lo que se usa ampliamente para sistemas de alta velocidad, punto a punto o en sistemas donde la suavidad del movimiento no afectará el procesamiento.

Con la conmutación sinusoidal, no se produce la conmutación encendida. Más bien, por medio de la conmutación electrónica, el cambio de fase de corriente de 360 ​​grados de las tres fases se modula en un patrón sinusoidal. Esto da como resultado una fuerza suave y constante del motor. Por lo tanto, la conmutación en forma de sinusoidal es adecuada para hacer contornos de precisión y para aplicaciones que requieren una velocidad constante precisa, como los usos de escaneo y visión.

Controladores
Hay más clases de controladores de las que podemos discutir adecuadamente aquí. Básicamente, los controladores pueden dividirse en varias categorías dependiendo del lenguaje de programación y la lógica de control.

Controladores lógicos programables (PLC) Use un esquema de lógica de "escalera". Se utilizan principalmente para controlar múltiples funciones de entrada/salida discreta (E/S), aunque algunas ofrecen capacidades limitadas de control de movimiento.

Los sistemas de control numérico (NC) se programan a través de un lenguaje estándar de la industria, RS274D o una variante. Pueden realizar movimientos complejos como formas esféricas y helicoidales con control de eje múltiple.

Los sistemas no NC utilizan una variedad de sistemas operativos patentados que incluyen programas de interfaz fácil de usar para perfiles de movimiento básicos. La mayoría de estos controladores consisten en un módulo de controlador básico sin un monitor o teclado. El controlador se comunica con un host a través de un puerto RS-232. El host puede ser una computadora personal (PC), un terminal tonto o una unidad de comunicaciones de mano.

Casi todos los controladores de todato son controladores digitales. Proporcionan un nivel de confiabilidad y facilidad de uso que era inaudito en los controladores analógicos. La información de retroalimentación de velocidad generalmente se deriva de la señal de posición del eje. Todos los parámetros de servo se ajustan a través del software en lugar de ajustar laboriosamente las "macetas" del amplificador de la unidad, que tienden a derivar después del uso y con cambios de temperatura. La mayoría de los controladores modernos también ofrecen autotoning de todos los parámetros de servo del eje.

Los controladores más avanzados también incluyen el procesamiento distribuido y el control del eje del procesador de señal digital (DSP). En esencia, un DSP es un procesador especialmente diseñado para hacer cálculos matemáticos muy rápidamente (al menos diez veces más rápido que un microprocesador). Esto puede proporcionar tiempos de muestra de servo en el orden de 125 ms. La ventaja es el control preciso del eje para el control de velocidad constante y el contorno suave.

Un algoritmo de filtro proporcional-derivado integral (PID) y la velocidad y la aceleración de alimentación mejoran el servicio de servicio del eje. Además, la programación de curva S de los perfiles de aceleración y desaceleración controla el idiota que generalmente va con el movimiento de arranque y detención de la tabla. Esto proporciona una operación más suave y controlada, lo que lleva a tiempos de asentamiento más rápidos tanto para la posición como para la velocidad.

Los controladores también incluyen extensas capacidades de entrada/salida digital o analógica. El programa del usuario o la subrutina se pueden alterar según la posición, el tiempo o la información de estado, los valores de las variables, las operaciones matemáticas, los eventos de E/S externos o internos, o las interrupciones de errores. El proceso del usuario se puede automatizar fácilmente.

Además, la mayoría de los controladores pueden aumentar la resolución de retroalimentación de posición a través de la multiplicación electrónica. Aunque la multiplicación 4 × es común, algunos controladores avanzados pueden multiplicarse hasta 256 ×. Aunque esto no proporciona una mejora en la precisión, tiene un aumento real en la estabilidad de la posición del eje y, lo que es más importante en muchos usos, repetibilidad.

En su enfoque general, además de los factores mencionados anteriormente, debe considerar otros factores que pueden modificar las decisiones de los componentes, como el presupuesto, el medio ambiente, la esperanza de vida, la facilidad de mantenimiento, el MTBF y las preferencias de los usuarios finales. El enfoque modular permite el ensamblaje del sistema desde componentes estándar y fácilmente disponibles que cumplirán incluso con los requisitos de aplicación más exigentes si un sistema se analiza desde la base para la compatibilidad general de los componentes.