Progettazione di fase, guida e encoder.

I componenti che compongono il sistema di posizionamento ad alta precisione-cuscinetti, sistema di misurazione della posizione, sistema motorio e trazione e controller-devono lavorare insieme nel modo più possibile. Parte 1 Base e cuscinetti del sistema coperto. Parte 2 Misurazione della posizione coperta. Qui, discutiamo della fase, della guida e del design dell'encoder; l'amplificatore dell'unità; e controller.

I tre metodi comunemente usati di assemblaggio di stadi lineari quando si utilizzano gli encoder lineari:
• L'unità e l'encoder sono posizionati nel o più vicino possibile al centro di massa della diapositiva.
• L'unità si trova al centro della massa; L'encoder si attacca a un lato.
• L'unità si trova su un lato; L'encoder, dall'altro.

Il sistema ideale ha l'unità al centro della massa di diapositive con l'encoder. Tuttavia, questo è di solito poco pratico. Il solito compromesso individua l'unità leggermente fuori da un lato; L'encoder, leggermente fuori dall'altro. Ciò fornisce una buona approssimazione di un'unità centrale con il feedback del movimento accanto al sistema di azionamento. Le unità centrali sono preferite perché la forza di azionamento non introduce vettori di forza indesiderati nella diapositiva per causare torsione o armamento. Poiché il sistema di cuscinetti limita strettamente la diapositiva, lo armamento produrrebbe un aumento di attrito, usura e inesattezza della posizione del carico.

Un metodo alternativo utilizza un sistema di stile a cavalletto con due unità, uno su ciascun lato della diapositiva. La forza di azionamento risultante emula un'unità centrale. Con questo metodo, è possibile individuare il feedback della posizione al centro. Se questo è impossibile, è possibile individuare gli encoder su ciascun lato e controllare la tabella con un software speciale di azionamento a cavalletto.

Amplificatore di guida
Gli amplificatori di servomozione ricevono segnali di controllo, di solito ± 10 VDC, dal controller e forniscono la tensione operativa e l'uscita di corrente al motore. In generale, ci sono due tipi di amplificatori di potenza: l'amplificatore lineare e l'amplificatore PWM modulato dalla larghezza di impulsi (PWM).

Gli amplificatori lineari sono inefficienti e quindi vengono utilizzati principalmente su unità a bassa potenza. Le limitazioni primarie sulla capacità di gestione dell'alimentazione di uscita di un amplificatore lineare sono le caratteristiche termiche della fase di uscita e le caratteristiche di rottura dei transistor di uscita. La dissipazione della potenza dello stadio di uscita è il prodotto della corrente e della tensione attraverso i transistor di uscita. Gli amplificatori PWM, al contrario, sono efficienti e sono in genere utilizzati per capacità di potenza superiori a 100 W. Questi amplificatori cambiano la tensione di uscita a frequenze fino a 50 MHz. Il valore medio della tensione di uscita è proporzionale alla tensione di comando. Il vantaggio di questo tipo è che la tensione viene accesa e spenta, causando una capacità di dissipazione di potenza notevolmente aumentata.

Una volta scelto il tipo di amplificatore, il passo successivo è garantire che l'amplificatore possa fornire la tensione continua continua di corrente continua e di uscita ai livelli richiesti per la massima velocità di rotazione del motore (o velocità lineare per motori lineari) dell'applicazione.

Per i motori lineari senza spazzole, puoi fare un'altra distinzione tra amplificatori. Sono in generale due tipi di commutazione motoria: trapezoidale e sinusoidale. La commutazione trapezoidale è un tipo di commutazione digitale in quanto la corrente per ciascuna delle tre fasi viene accesa o disattivata. I sensori a effetto di sala impiantati nel motore di solito lo fanno. I magneti esterni innescano i sensori. Tuttavia, la relazione tra i sensori di effetto sala, gli avvolgimenti della bobina e i magneti è fondamentale e comporta sempre una piccola tolleranza di posizione. Il tempismo di risposta dei sensori, quindi, si verifica sempre leggermente leggermente fuori fase con le posizioni di bobina e magneti vere. Ciò porta a una leggera variazione nell'applicazione della corrente alle bobine, portando a vibrazioni inevitabili.

La commutazione trapezoidale è meno adatta per la scansione molto precisa e le applicazioni costante. Tuttavia, è meno costoso della commutazione sinusoidale, quindi viene ampiamente utilizzato per sistemi ad alta velocità, punto-punto o su sistemi in cui la fluidità del movimento non influirà sull'elaborazione.

Con la commutazione sinusoidale, non si verifica la commutazione on-off. Piuttosto, per mezzo della commutazione elettronica, lo spostamento di fase di corrente a 360 gradi delle tre fasi è modulato in uno schema sinusoidale. Ciò si traduce in una forza liscia e costante dal motore. La commutazione a forma sinusoidale è quindi adatta per fare contorni di precisione e per applicazioni che richiedono una velocità costante precisa come gli usi di scansione e visione.

Controller
Ci sono più classi di controller di quanti possiamo discutere adeguatamente qui. Fondamentalmente, i controller possono essere suddivisi in diverse categorie a seconda del linguaggio di programmazione e della logica di controllo.

I controller logici programmabili (PLC) utilizzano uno schema logico "ladder". Sono utilizzati principalmente per il controllo di più funzioni discrete di input/output (I/O) sebbene alcuni offrano capacità di controllo del movimento limitate.

I sistemi di controllo numerico (NC) sono programmati tramite un linguaggio standard del settore, RS274D o una variante. Possono eseguire movimenti complessi come forme sferiche e elicoidali con controllo dell'asse multiplo.

I sistemi non NC utilizzano una varietà di sistemi operativi proprietari, inclusi programmi di interfaccia di facile utilizzo per i profili di movimento di base. La maggior parte di questi controller consiste in un modulo di controller di base senza monitoraggio o tastiera. Il controller comunica con un host attraverso una porta RS-232. L'host può essere un personal computer (PC), un terminale stupido o un'unità di comunicazione portatile.

Quasi tutti i controller up-todati sono controller digitali. Forniscono un livello di affidabilità e facilità d'uso che era inaudito nei controller analogici. Le informazioni di feedback di velocità sono generalmente derivate dal segnale di posizione dell'asse. Tutti i parametri del servo vengono regolati attraverso il software piuttosto che la regolazione faticosa dell'amplificatore di unità "POTS", che tendono a andare alla deriva dopo l'uso e con variazioni di temperatura. La maggior parte dei controller moderni offre anche l'autotuning di tutti i parametri dei servi dell'asse.

I controller più avanzati includono anche il controllo dell'asse di elaborazione distribuita e del processore di segnale digitale (DSP). Un DSP è essenzialmente un processore appositamente progettato per rendere i calcoli matematici molto rapidamente (almeno dieci volte più veloce di un microprocessore). Questo può fornire tempi di campionamento servosali nell'ordine di 125 msec. Il vantaggio è un controllo preciso dell'asse per il controllo costante di velocità e il contorno liscio.

Un algoritmo di filtro proporzionale-integrale (PID) e la velocità e l'accelerazione di alimentazione migliorano il controllo dell'asse. Inoltre, la programmazione della curva a S di profili di accelerazione e decelerazione controlla il jerk che di solito va con il movimento del tavolo di avvio e arresto. Ciò dà un'operazione più fluida e più controllata, portando a tempi di assistenza più rapidi sia per la posizione che per la velocità.

I controller includono anche ampie funzionalità di ingresso/uscita digitali o analogiche. Il programma utente o la subroutine possono essere modificati in base alle informazioni di posizione, tempo o stato, i valori di variabili, operazioni matematiche, eventi I/O esterni o interni o interrupt di errori. Il processo dell'utente può essere facilmente automatizzato.

Inoltre, la maggior parte dei controller può aumentare la risoluzione del feedback della posizione attraverso la moltiplicazione elettronica. Sebbene la moltiplicazione 4 × sia comune, alcuni controller avanzati possono moltiplicare fino a 256 ×. Sebbene ciò non fornisca alcun miglioramento dell'accuratezza, ha un vero aumento della stabilità della posizione dell'asse e - soprattutto in molti usi - la ripetibilità.

Nel tuo approccio generale, oltre ai fattori sopra menzionati, è necessario considerare altri fattori che possono modificare le decisioni dei componenti, come budget, ambiente, aspettativa di vita, facilità di manutenzione, MTBF e preferenze degli utenti finali. L'approccio modulare consente l'assemblaggio del sistema da componenti standard e prontamente disponibili che soddisferà anche i requisiti di applicazione più esigenti se un sistema viene analizzato dalla base per la compatibilità complessiva dei componenti.