स्टेज, ड्राइव और एनकोडर डिजाइन।

आपके उच्च-सटीकता वाले पोजिशनिंग सिस्टम को बनाने वाले घटक - बियरिंग, पोजिशन-मापन प्रणाली, मोटर- और-ड्राइव सिस्टम, और नियंत्रक - को यथासंभव एक साथ काम करना चाहिए। भाग 1 में सिस्टम बेस और बियरिंग को शामिल किया गया है। भाग 2 में पोजिशन माप को शामिल किया गया है। यहाँ, हम स्टेज, ड्राइव और एनकोडर डिज़ाइन; ड्राइव एम्पलीफायर; और नियंत्रकों पर चर्चा करते हैं।

रैखिक एनकोडर का उपयोग करते समय रैखिक चरणों को इकट्ठा करने की तीन सामान्यतः प्रयुक्त विधियाँ:
• ड्राइव और एनकोडर को स्लाइड के द्रव्यमान केंद्र में या यथासंभव उसके करीब रखा जाता है।
• ड्राइव द्रव्यमान के केंद्र में स्थित है; एनकोडर एक तरफ जुड़ा हुआ है।
• ड्राइव एक तरफ स्थित है; एनकोडर दूसरी तरफ।

आदर्श प्रणाली में ड्राइव को एनकोडर के साथ स्लाइड द्रव्यमान के केंद्र में रखा जाता है। हालाँकि, यह आमतौर पर अव्यावहारिक होता है। सामान्य समझौता ड्राइव को एक तरफ थोड़ा दूर रखता है; एनकोडर, दूसरी तरफ थोड़ा दूर। यह ड्राइव सिस्टम के बगल में मोशन फीडबैक के साथ एक केंद्रीय ड्राइव का एक अच्छा अनुमान देता है। केंद्रीय ड्राइव को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि ड्राइव बल स्लाइड में कोई अवांछित बल वेक्टर नहीं डालता है जिससे घुमाव या कॉकिंग हो। चूँकि बेयरिंग सिस्टम स्लाइड को कसकर बांधता है, इसलिए कॉकिंग से घर्षण, घिसाव और लोड-स्थिति की अशुद्धि बढ़ जाएगी।

एक वैकल्पिक विधि में स्लाइड के प्रत्येक तरफ दो ड्राइव के साथ गैंट्री स्टाइल सिस्टम का उपयोग किया जाता है। परिणामी ड्राइव बल एक केंद्रीय ड्राइव का अनुकरण करता है। इस विधि से, आप केंद्र में स्थिति प्रतिक्रिया का पता लगा सकते हैं। यदि यह असंभव है, तो आप प्रत्येक तरफ एनकोडर का पता लगा सकते हैं और विशेष गैंट्री ड्राइव सॉफ़्टवेयर के साथ तालिका को नियंत्रित कर सकते हैं।

ड्राइव एम्पलीफायर
सर्वो ड्राइव एम्पलीफायर नियंत्रक से नियंत्रण संकेत, आमतौर पर ±10 Vdc, प्राप्त करते हैं और मोटर को ऑपरेटिंग वोल्टेज और करंट आउटपुट प्रदान करते हैं। आम तौर पर, दो प्रकार के पावर एम्पलीफायर होते हैं: रैखिक एम्पलीफायर और पल्स-चौड़ाई-मॉड्यूलेटेड (PWM) एम्पलीफायर।

रैखिक प्रवर्धक अकुशल होते हैं और इसलिए मुख्य रूप से कम-शक्ति ड्राइव पर उपयोग किए जाते हैं। रैखिक प्रवर्धक की आउटपुट पावर-हैंडलिंग क्षमता पर प्राथमिक सीमाएँ आउटपुट स्टेज की थर्मल विशेषताएँ और आउटपुट ट्रांजिस्टर की ब्रेकडाउन विशेषताएँ हैं। आउटपुट स्टेज का पावर अपव्यय आउटपुट ट्रांजिस्टर में करंट और वोल्टेज का गुणनफल होता है। इसके विपरीत, PWM प्रवर्धक कुशल होते हैं और आमतौर पर 100 W से अधिक की पावर क्षमता के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये प्रवर्धक 50 मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्तियों पर आउटपुट वोल्टेज को स्विच करते हैं। आउटपुट वोल्टेज का औसत मान कमांड वोल्टेज के समानुपातिक होता है। इस प्रकार का लाभ यह है कि वोल्टेज को चालू और बंद किया जा सकता है, जिससे पावर अपव्यय क्षमता में बहुत वृद्धि होती है।

एक बार जब आप एम्पलीफायर का प्रकार चुन लेते हैं, तो अगला चरण यह सुनिश्चित करना है कि एम्पलीफायर अनुप्रयोग की अधिकतम मोटर घूर्णन गति (या रैखिक मोटरों के लिए रैखिक वेग) के लिए आवश्यक स्तरों पर आवश्यक निरंतर धारा और आउटपुट वोल्टेज प्रदान कर सकता है।

ब्रशलेस लीनियर मोटर्स के लिए, आप एम्पलीफायरों के बीच एक और अंतर कर सकते हैं। दो प्रकार के मोटर कम्यूटेशन सामान्य रूप से उपयोग में हैं: ट्रेपेज़ॉइडल और साइनसॉइडल। ट्रेपेज़ॉइडल कम्यूटेशन एक डिजिटल प्रकार का कम्यूटेशन है जिसमें तीनों चरणों में से प्रत्येक के लिए करंट को या तो चालू या बंद किया जाता है। मोटर में लगाए गए हॉल-इफ़ेक्ट सेंसर आमतौर पर ऐसा करते हैं। बाहरी चुंबक सेंसर को ट्रिगर करते हैं। हालाँकि, हॉल-इफ़ेक्ट सेंसर, कॉइल वाइंडिंग और मैग्नेट के बीच का संबंध महत्वपूर्ण है और इसमें हमेशा एक छोटी स्थिति सहिष्णुता शामिल होती है। इसलिए, सेंसर की प्रतिक्रिया समय हमेशा सही कॉइल और मैग्नेट की स्थिति के साथ चरण से थोड़ा बाहर होता है। इससे कॉइल में करंट के अनुप्रयोग में थोड़ा बदलाव होता है, जिससे अपरिहार्य कंपन होता है।

ट्रेपेज़ॉइडल कम्यूटेशन बहुत सटीक स्कैनिंग और निरंतर-वेग अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त है। हालाँकि, यह साइनसॉइडल कम्यूटेशन की तुलना में कम खर्चीला है, इसलिए इसका उपयोग उच्च गति, बिंदु-से-बिंदु प्रणालियों या उन प्रणालियों पर बड़े पैमाने पर किया जाता है जहाँ गति की चिकनाई प्रसंस्करण को प्रभावित नहीं करेगी।

साइनसॉइडल कम्यूटेशन के साथ, ऑन-ऑफ स्विचिंग नहीं होती है। इसके बजाय, इलेक्ट्रॉनिक स्विचिंग के माध्यम से, तीन चरणों के 360-डिग्री वर्तमान चरण शिफ्ट को साइनसॉइडल पैटर्न में मॉड्यूलेट किया जाता है। इसके परिणामस्वरूप मोटर से सुचारू, निरंतर बल प्राप्त होता है। इसलिए साइनसॉइडल-आकार का कम्यूटेशन सटीक आकृति बनाने और स्कैनिंग और दृष्टि उपयोग जैसे सटीक स्थिर वेग की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।

नियंत्रकों
नियंत्रकों की कई श्रेणियां हैं, जिनके बारे में हम यहाँ पर्याप्त रूप से चर्चा नहीं कर सकते। मूल रूप से, नियंत्रकों को प्रोग्रामिंग भाषा और नियंत्रण तर्क के आधार पर कई श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।

प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (पीएलसी) एक "लैडर" लॉजिक स्कीम का उपयोग करते हैं। इनका उपयोग मुख्य रूप से कई असतत इनपुट/आउटपुट (I/O) कार्यों को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, हालांकि कुछ सीमित गति-नियंत्रण क्षमताएँ प्रदान करते हैं।

संख्यात्मक नियंत्रण (NC) सिस्टम को उद्योग-मानक भाषा, RS274D या इसके किसी संस्करण के माध्यम से प्रोग्राम किया जाता है। वे बहु-अक्षीय नियंत्रण के साथ गोलाकार और कुंडलाकार आकृतियों जैसी जटिल गतियों का प्रदर्शन कर सकते हैं।

गैर-एनसी सिस्टम कई तरह के मालिकाना ऑपरेटिंग सिस्टम का उपयोग करते हैं, जिसमें बुनियादी गति प्रोफाइल के लिए उपयोग में आसान इंटरफ़ेस प्रोग्राम शामिल हैं। इनमें से ज़्यादातर कंट्रोलर में मॉनिटर या कीबोर्ड के बिना एक बुनियादी कंट्रोलर मॉड्यूल होता है। कंट्रोलर RS-232 पोर्ट के ज़रिए होस्ट से संचार करता है। होस्ट एक पर्सनल कंप्यूटर (पीसी), एक डंब टर्मिनल या एक हैंडहेल्ड संचार इकाई हो सकता है।

लगभग सभी अप-टू-डेट कंट्रोलर डिजिटल कंट्रोलर हैं। वे विश्वसनीयता और उपयोग में आसानी का एक ऐसा स्तर प्रदान करते हैं जो एनालॉग कंट्रोलर में अनसुना था। वेग प्रतिक्रिया जानकारी आमतौर पर अक्ष स्थिति संकेत से प्राप्त होती है। सभी सर्वो मापदंडों को ड्राइव एम्पलीफायर "पॉट" को श्रमसाध्य रूप से समायोजित करने के बजाय सॉफ़्टवेयर के माध्यम से समायोजित किया जाता है, जो उपयोग के बाद और तापमान परिवर्तन के साथ बहाव करते हैं। अधिकांश आधुनिक नियंत्रक सभी अक्ष सर्वो मापदंडों की ऑटोट्यूनिंग भी प्रदान करते हैं।

अधिक उन्नत नियंत्रकों में वितरित प्रसंस्करण और डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) अक्ष नियंत्रण भी शामिल है। डीएसपी मूलतः एक प्रोसेसर है जिसे गणितीय गणनाओं को बहुत तेज़ी से करने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है (माइक्रोप्रोसेसर से कम से कम दस गुना तेज़)। यह 125 एमएसईसी के क्रम में सर्वो नमूना समय प्रदान कर सकता है। इसका लाभ निरंतर वेग नियंत्रण और चिकनी रूपरेखा के लिए अक्ष का सटीक नियंत्रण है।

आनुपातिक-इंटीग्रल-व्युत्पन्न (PID) फ़िल्टर एल्गोरिदम और वेग और त्वरण फ़ीड-फ़ॉरवर्ड अक्ष के सर्वो नियंत्रण को बढ़ाते हैं। इसके अलावा, त्वरण और मंदी प्रोफ़ाइल की एस-वक्र प्रोग्रामिंग झटके को नियंत्रित करती है जो आमतौर पर टेबल की गति को शुरू करने और रोकने के साथ होती है। यह अधिक सुचारू, अधिक नियंत्रित संचालन देता है, जिससे स्थिति और वेग दोनों के लिए तेजी से सेटलमेंट समय मिलता है।

नियंत्रकों में व्यापक डिजिटल या एनालॉग इनपुट/आउटपुट क्षमताएँ भी शामिल हैं। उपयोगकर्ता प्रोग्राम या सबरूटीन को स्थिति, समय या स्थिति की जानकारी, चर के मान, गणितीय संचालन, बाहरी या आंतरिक I/O घटनाओं या त्रुटि व्यवधानों के आधार पर बदला जा सकता है। उपयोगकर्ता की प्रक्रिया को आसानी से स्वचालित किया जा सकता है।

इसके अलावा, अधिकांश नियंत्रक इलेक्ट्रॉनिक गुणन के माध्यम से स्थिति प्रतिक्रिया संकल्प को बढ़ा सकते हैं। हालाँकि 4× गुणन आम है, कुछ उन्नत नियंत्रक 256× तक गुणा कर सकते हैं। हालाँकि इससे सटीकता में कोई सुधार नहीं होता है, लेकिन इससे अक्ष स्थिति स्थिरता में वास्तविक वृद्धि होती है और - कई उपयोगों में अधिक महत्वपूर्ण रूप से - दोहराव।

अपने समग्र दृष्टिकोण में, ऊपर बताए गए कारकों के अलावा, आपको अन्य कारकों पर भी विचार करना चाहिए जो घटक निर्णयों को संशोधित कर सकते हैं, जैसे कि बजट, पर्यावरण, जीवन प्रत्याशा, रखरखाव में आसानी, MTBF और अंतिम उपयोगकर्ता प्राथमिकताएँ। मॉड्यूलर दृष्टिकोण मानक, आसानी से उपलब्ध घटकों से सिस्टम असेंबली की अनुमति देता है जो समग्र घटक संगतता के लिए आधार से सिस्टम का विश्लेषण किए जाने पर सबसे अधिक मांग वाले एप्लिकेशन आवश्यकताओं को भी पूरा करेगा।