Projeto de estágio, acionamento e codificador.

Os componentes que compõem seu sistema de posicionamento de alta precisão-rolamentos, sistema de medição de posição, sistema de motor e direção e controlador-devem trabalhar juntos o melhor possível. Parte 1 Base e rolamentos cobertos do sistema. Parte 2 Medição da posição coberta. Aqui, discutimos o design de palco, unidade e codificador; o amplificador de unidade; e controladores.

Os três métodos comumente usados ​​para montar estágios lineares ao usar codificadores lineares:
• A unidade e o codificador estão posicionados dentro ou o mais próximo possível do centro da massa do slide.
• A unidade está localizada no centro da massa; O codificador se conecta a um lado.
• A unidade está localizada de um lado; o codificador, por outro.

O sistema ideal possui a unidade no centro da massa de slides com o codificador. No entanto, isso geralmente é impraticável. O compromisso usual localiza a unidade ligeiramente de um lado; o codificador, um pouco desligado para o outro. Isso fornece uma boa aproximação de uma unidade central com o feedback de movimento ao lado do sistema de acionamento. As unidades centrais são preferidas porque a força de acionamento não introduz vetores de força indesejados no slide para causar torção ou armar. Como o sistema de rolamentos restringe o slide com força, a armar produziria aumento de atrito, desgaste e imprecisão da posição da carga.

Um método alternativo usa um sistema de estilo de pórtico com duas unidades, uma em cada lado do slide. A força de acionamento resultante emula uma unidade central. Com este método, você pode localizar o feedback de posição no centro. Se isso for impossível, você pode localizar codificadores de cada lado e controlar a tabela com software especial de unidade de pórtico.

Amplificador de acionamento
Os amplificadores de acionamento por servo recebem sinais de controle, geralmente ± 10 VCC, do controlador e fornecem tensão operacional e saída de corrente ao motor. Em geral, existem dois tipos de amplificadores de potência: o amplificador linear e o amplificador modulado por largura de pulso (PWM).

Os amplificadores lineares são ineficientes e, portanto, são usados ​​principalmente em unidades de baixa potência. As primárias limitações na capacidade de manuseio de potência de saída de um amplificador linear são as características térmicas do estágio de saída e as características de quebra dos transistores de saída. A dissipação de energia do estágio de saída é o produto da corrente e da tensão nos transistores de saída. Os amplificadores PWM, por outro lado, são eficientes e geralmente são usados ​​para capacidades de energia acima de 100 W. Esses amplificadores alternam a tensão de saída em frequências de até 50 MHz. O valor médio da tensão de saída é proporcional à tensão de comando. A vantagem desse tipo é que a tensão é ligada e desligada, causando uma capacidade de dissipação de energia muito aumentada.

Depois de escolher o tipo de amplificador, a próxima etapa é garantir que o amplificador possa fornecer a corrente contínua necessária e a tensão de saída nos níveis necessários para a velocidade máxima de rotação do motor (ou velocidade linear para motores lineares) da aplicação.

Para motores lineares sem escova, você pode fazer outra distinção entre amplificadores. Dois tipos de comutação motora são em uso geral: trapezoidal e sinusoidal. A comutação trapezoidal é um tipo digital de comutação, pois a corrente para cada uma das três fases é ligada ou desativada. Os sensores de efeito salão implantados no motor geralmente fazem isso. Ímãs externos acionam os sensores. No entanto, a relação entre os sensores de efeito salão, os enrolamentos e os ímãs é crítica e sempre envolve uma pequena tolerância à posição. O tempo de resposta dos sensores, portanto, sempre ocorre um pouco fora de fase com posições verdadeiras de bobina e ímã. Isso leva a uma ligeira variação na aplicação de corrente às bobinas, levando a vibração inevitável.

A comutação trapezoidal é menos adequada para aplicações muito precisas de varredura e velocidade constante. No entanto, é mais barato que a comutação sinusoidal, por isso é usada extensivamente para sistemas de alta velocidade e ponto a ponto ou em sistemas em que a suavidade de movimento não afetará o processamento.

Com a comutação sinusoidal, a troca on-off não ocorre. Em vez disso, por meio de comutação eletrônica, a mudança de fase de corrente de 360 ​​graus das três fases é modulada em um padrão sinusoidal. Isso resulta em força lisa e constante do motor. Portanto, a comutação de forma sinusoidal é adequada para fazer contornos de precisão e para aplicações que pedem velocidade constante precisa, como varredura e uso da visão.

Controladores
Existem mais classes de controladores do que podemos discutir adequadamente aqui. Basicamente, os controladores podem ser divididos em várias categorias, dependendo da linguagem de programação e da lógica de controle.

Os controladores lógicos programáveis ​​(PLCs) usam um esquema de lógica "escada". Eles são usados ​​principalmente para controlar várias funções discretas de entrada/saída (E/S), embora alguns ofereçam recursos limitados de controle de movimento.

Os sistemas de controle numérico (NC) são programados por meio de uma linguagem padrão da indústria, RS274D ou uma variante. Eles podem realizar movimentos complexos, como formas esféricas e helicoidais com controle de eixos múltiplos.

Os sistemas não-NC usam uma variedade de sistemas operacionais proprietários, incluindo programas de interface fáceis de usar para perfis básicos de movimento. A maioria desses controladores consiste em um módulo de controlador básico sem monitor ou teclado. O controlador se comunica com um host através de uma porta RS-232. O host pode ser um computador pessoal (PC), um terminal idiota ou uma unidade de comunicação portátil.

Quase todos os controladores atualizados são controladores digitais. Eles fornecem um nível de confiabilidade e facilidade de uso que era inédito nos controladores analógicos. As informações de feedback de velocidade geralmente são derivadas do sinal de posição do eixo. Todos os parâmetros do servo são ajustados através do software, em vez de ajustar laboriosamente o amplificador de acionamento "Pots", que tendem a desviar após o uso e com as mudanças de temperatura. A maioria dos controladores modernos também oferece autotutação de todos os parâmetros do servo do eixo.

Os controladores mais avançados também incluem controle de eixo de processamento distribuído e processador de sinal digital (DSP). Um DSP é, em essência, um processador projetado especialmente para fazer cálculos matemáticos muito rapidamente (pelo menos dez vezes mais rápido que um microprocessador). Isso pode fornecer tempos de amostra de servo na ordem de 125 ms. A vantagem é o controle preciso do eixo para controle de velocidade constante e contorno suave.

Um algoritmo de filtro de derivação integral proporcional (PID) e velocidade de velocidade e aceleração aumentam o controle do servo do eixo. Além disso, a programação da curva S dos perfis de aceleração e desaceleração controla o idiota que geralmente acompanha o movimento da mesa de partida e parada. Isso oferece operação mais suave e controlada, levando a tempos de acomodação mais rápidos para a posição e a velocidade.

Os controladores também incluem extensos recursos de entrada/saída digital ou analógico. O programa ou sub -rotina do usuário pode ser alterado, dependendo da posição, tempo ou informações de status, valores de variáveis, operações matemáticas, eventos de E/S externos ou internos ou interrupções de erro. O processo do usuário pode ser facilmente automatizado.

Além disso, a maioria dos controladores pode aumentar a resolução de feedback da posição através da multiplicação eletrônica. Embora a multiplicação 4 × seja comum, alguns controladores avançados podem se multiplicar em até 256 ×. Embora isso não dê uma melhoria na precisão, ele tem um aumento real na estabilidade da posição do eixo e - mais importante em muitos usos - a repetibilidade.

Em sua abordagem geral, além dos fatores mencionados acima, você deve considerar outros fatores que podem modificar decisões de componentes, como orçamento, meio ambiente, expectativa de vida, facilidade de manutenção, MTBF e preferências do usuário final. A abordagem modular permite a montagem do sistema de componentes padrão e prontamente disponíveis que atendam até aos requisitos de aplicativos mais exigentes se um sistema for analisado a partir da base para a compatibilidade geral do componente.