स्टेपर मोटर्स कई गति और स्थिति नियंत्रण अनुप्रयोगों के लिए एक बेहतरीन विकल्प हैं। ये विभिन्न आकारों और टॉर्क रेटिंग में उपलब्ध हैं और उच्च-स्तरीय सर्वोमोटर्स की तुलना में काफी कम महंगे होते हैं। तो आइए, फीडबैक उपकरणों को जोड़कर स्टेपर मोटर्स के प्रदर्शन को सर्वोमोटर्स के स्तर तक बढ़ाने के तरीकों के बारे में बात करते हैं। फीडबैक से लैस स्टेपर मोटर्स सर्वोमोटर्स का पूर्ण विकल्प नहीं हैं, लेकिन ये कई व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए एक विश्वसनीय विकल्प प्रदान कर सकते हैं। गति-डिज़ाइन के ये समाधान लागत को बढ़ाए बिना मशीन के प्रदर्शन में सुधार करते हैं।

स्टेपर मोटर के फायदे और नुकसानों पर चर्चा

स्टेपर मोटर ब्रश रहित डीसी इलेक्ट्रिक मोटर होती हैं जो निरंतर घूर्णी गति के बजाय अलग-अलग चरणों में चलती हैं। ये चरणबद्ध गतियाँ स्टेटर में विद्युत चुम्बकीय कुंडलियों के समूह द्वारा चुंबकीय क्षेत्र में होने वाले बदलावों से संचालित होती हैं। स्टेपर मोटर का संचालन निम्नलिखित पर निर्भर करता है:नियंत्रक— एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जो मोटर के स्टेटर कॉइल्स को क्रमबद्ध तरीके से करंट प्रवाहित करता है जिससे स्टेप मोशन उत्पन्न होते हैं। कंट्रोलर की क्षमताएं मोटर के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती हैं।

कई प्रकार के स्टेपर मोटर उपलब्ध हैं, लेकिन सबसे आम किस्में अच्छा रिज़ॉल्यूशन (प्रति चक्कर 200 स्टेप या उससे बेहतर) प्रदान करती हैं, साथ ही साथ कम गति पर पर्याप्त टॉर्क, मजबूत बनावट, लंबी सेवा आयु और अपेक्षाकृत कम लागत भी देती हैं। हालांकि, इनकी कुछ सीमाएँ भी हैं। उच्च घूर्णी गति पर टॉर्क आउटपुट कम हो जाता है और (सरल नियंत्रकों के साथ) स्टेपर मोटर में उच्च आवृत्ति कंपन (रिंगिंग) की समस्या हो सकती है। सबसे बड़ी कमी यह है कि पोजिशनिंग अनुप्रयोगों में भी, बुनियादी स्टेपर-मोटर सिस्टम ओपन-लूप नियंत्रण के तहत काम करते हैं।

स्टेपर मोटर नियंत्रक से मिले निर्देशों के अनुसार निश्चित संख्या में कदम चलती है, लेकिन नियंत्रक को इस बारे में कोई प्रतिक्रिया नहीं देती कि यह गति पूरी हुई है या नहीं। इसलिए, यदि मोटर अनुरोधित कदमों को पूरा करने में विफल रहती है, तो नियंत्रक और मोटर के बीच एक बढ़ता हुआ अंतर उत्पन्न हो सकता है।मान लिया गया हैमोटर शाफ्ट की घूर्णी स्थिति औरसत्यशाफ्ट (और उससे जुड़े किसी भी भार या संचालित तंत्र) की स्थिति। इस तरह की विसंगतियां तब होती हैं जब मोटर का टॉर्क यांत्रिक प्रतिरोध को दूर करने के लिए अपर्याप्त होता है... और वास्तव में, उच्च आरपीएम पर ये विसंगतियां एक महत्वपूर्ण समस्या बन सकती हैं, क्योंकि उस समय मोटर की टॉर्क-आउटपुट क्षमता सीमित होती है। यही कारण है कि डिज़ाइन इंजीनियर अक्सर स्टेपर मोटर्स को ओवरस्पेसिफाई करते हैं - ताकि स्टेप्स मिस न हों, भले ही इसके परिणामस्वरूप स्टेपर मोटर्स का चयन बहुत बड़ा और भारी हो जाए, सिवाय सबसे चुनौतीपूर्ण गति प्रोफाइल के।

एक अन्य कमी यह है कि जब पारंपरिक रूप से उपयोग की जाने वाली स्टेपर मोटर रुकती है, तो स्टेपर मोटर शाफ्ट को स्थिर रखने के लिए मोटर वाइंडिंग से करंट प्रवाहित होना आवश्यक होता है। इससे विद्युत ऊर्जा की खपत होती है और मोटर वाइंडिंग तथा आसपास के उप-घटक गर्म हो जाते हैं।

विश्वसनीय स्थिति निर्धारण के लिए स्टेपर-मोटर प्रणालियों पर प्रतिक्रिया

स्टेपर-मोटर सिस्टम में शाफ्ट की स्थिति की जानकारी प्राप्त करने के लिए एनकोडर जोड़ने से नियंत्रण लूप लगभग पूरा हो जाता है। इन फीडबैक उपकरणों को जोड़ने से सिस्टम की कुल लागत बढ़ जाती है, लेकिन सर्वोमोटर पर स्विच करने की तुलना में उतनी नहीं।

एनकोडर फीडबैक जोड़ने का एक तरीका यह है कि इसे संचालित किया जाए।स्थानांतरित करें और सत्यापित करेंइस मोड में, स्टेपर मोटर के टेल शाफ्ट में एक साधारण इंक्रीमेंटल एनकोडर जोड़ा जाता है। फिर जब कंट्रोलर मोटर को स्टेप कमांड देता है, तो एनकोडर लगातार कंट्रोलर को यह सत्यापित करता है कि कमांड के अनुसार गति हो गई है। यदि मोटर अपेक्षित संख्या में स्टेप पूरे करने में विफल रहती है, तो कंट्रोलर तब तक और स्टेप का अनुरोध कर सकता है जब तक कि मोटर इच्छित स्थिति तक न पहुँच जाए। अधिक उन्नत कंट्रोलर उन अतिरिक्त स्टेप्स को पूरा करने के लिए टॉर्क बढ़ाने के तरीके के रूप में मोटर में फेज करंट भी बढ़ाते हैं।

इस तरह के मूव-एंड-वेरिफाई सेटअप में उपयोग किए जाने वाले एनकोडर में आमतौर पर प्रति चक्कर 200 स्थितियों का कुछ गुणक रिज़ॉल्यूशन होता है।

ध्यान दें कि मूव-एंड-वेरिफाई मोड का उपयोग करने वाले सेटअप को बड़े आकार के मोटरों को शामिल करने से लाभ हो सकता है, लेकिन सरल ओपन-लूप सिस्टम के लिए आवश्यक सीमा तक बड़े आकार के मोटरों की आवश्यकता नहीं होती है।

यह भी ध्यान दें कि यह मोड इंटेलिजेंट कंट्रोलर्स को रुकने के दौरान दक्षता में मामूली सुधार के लिए मोटर में होल्डिंग करंट को फाइन-ट्यून करने में मदद कर सकता है... हालांकि कुल ऊर्जा खपत अभी भी अधिक रहती है।

एब्सोल्यूट एनकोडर के साथ क्लोज्ड-लूप स्टेपर नियंत्रण

महत्वपूर्ण स्थिति-नियंत्रण अनुप्रयोगों के लिए एक अन्य अपेक्षाकृत अधिक परिष्कृत विकल्प मल्टीटर्न एब्सोल्यूट एनकोडर का उपयोग करते हुए पूर्ण क्लोज्ड-लूप नियंत्रण है। यहां उपयोग किए गए एनकोडर एक स्टेपर मोटर के टेल शाफ्ट से जुड़कर निम्नलिखित की निगरानी करते हैं:

1. स्टेपर मोटर की कोणीय स्थिति के साथ-साथ
2. स्टेपर मोटर के पूर्ण चक्करों की संख्या।

इस कॉन्फ़िगरेशन में, स्टेपर मोटर को हाई-पोल-काउंट ब्रशलेस डीसी (बीएलडीसी) मोटर की तरह नियंत्रित किया जाता है... और एनकोडर लगातार कंट्रोलर को स्थिति की जानकारी देता रहता है। मोटर को दी जाने वाली होल्डिंग करंट को दी गई स्थिति टॉलरेंस के भीतर स्थिति बनाए रखने के लिए आवश्यक मात्रा के अनुसार सटीक रूप से समायोजित किया जाता है। ब्रशलेस सर्वो मोटर की तरह नियंत्रित स्टेपर मोटर, असली बीएलडीसी सर्वो मोटर की तुलना में ऊर्जा कुशल और कम खर्चीली होती है। तो, सभी बीएलडीसी सर्वो अनुप्रयोगों के लिए कम लागत वाली स्टेपर मोटर का उपयोग क्यों न किया जाए?

दरअसल, क्लोज्ड-लूप सर्वो सिस्टम में इस्तेमाल होने वाले स्टेपर मोटर्स में एक भौतिक सीमा होती है जो वास्तविक BLDC सर्वो मोटर्स में नहीं पाई जाती। विशेष रूप से, इस तरह से संचालित स्टेपर मोटर्स मूल रूप से 50-पोल ब्रशलेस मोटर्स की तरह काम करती हैं, इसलिए वे सर्वो मोटर्स के बराबर RPM प्राप्त नहीं कर सकतीं। इसके अलावा, स्टेपर मोटर्स के रोटर्स का जड़त्व समान शक्ति वाले वास्तविक BLDC सर्वो मोटर्स के रोटर्स की तुलना में अधिक होता है... इसलिए वे समान त्वरण प्रदान नहीं कर सकते।

जब स्टेपर मोटर को BLDC मोड में उपयोग किया जाता है, तो एनकोडर एक महत्वपूर्ण कार्य करता है।विनिमयइनका कार्य मोटर शाफ्ट की सटीक घूर्णी स्थिति की रिपोर्ट करना है... जिससे नियंत्रक आवश्यकतानुसार स्टेटर इलेक्ट्रोमैग्नेट के उपयुक्त सेट को निरंतर घूर्णन के लिए सक्रिय कर सके। इसके अतिरिक्त, सटीक एब्सोल्यूट एनकोडर उन्नत माइक्रोस्टेपिंग नियंत्रकों को चरण धारा को ठीक से समायोजित करने में भी मदद कर सकते हैं, जिससे अधिक बुनियादी स्टेपर-मोटर प्रणालियों में होने वाली कंपन (रिंगिंग) को कम किया जा सके।