Sahne, sürücü ve kodlayıcı tasarımı.

Yüksek doğruluklu konumlandırma sisteminizi oluşturan bileşenler — yataklar, konum ölçüm sistemi, motor ve tahrik sistemi ve kontrolör — mümkün olduğunca birlikte çalışmalıdır. 1. Bölümde sistem tabanı ve yataklar ele alınmıştır. 2. Bölümde konum ölçümü ele alınmıştır. Burada, aşama, tahrik ve kodlayıcı tasarımını; tahrik amplifikatörünü; ve kontrolörleri ele alıyoruz.

Doğrusal kodlayıcılar kullanıldığında doğrusal aşamaları birleştirmenin yaygın olarak kullanılan üç yöntemi:
• Sürücü ve kodlayıcı, kızak kütle merkezine veya mümkün olduğunca yakın bir yere yerleştirilir.
• Sürücü kütle merkezinde yer alır; kodlayıcı bir tarafa bağlanır.
• Sürücü bir tarafta, kodlayıcı ise diğer tarafta yer alır.

İdeal sistemde sürücü, kodlayıcı ile kızak kütlesinin merkezindedir. Ancak, bu genellikle pratik değildir. Genel uzlaşma, sürücüyü hafifçe bir tarafa; kodlayıcıyı ise hafifçe diğer tarafa yerleştirir. Bu, hareket geri bildiriminin sürücü sisteminin yanında olduğu merkezi bir sürücüye iyi bir yaklaşım sağlar. Merkezi sürücüler tercih edilir çünkü sürücü kuvveti, kızakta bükülmeye veya çekilmeye neden olacak istenmeyen kuvvet vektörleri oluşturmaz. Yatak sistemi kızağı sıkıca kısıtladığı için çekilme, artan sürtünme, aşınma ve yük konumu yanlışlığına neden olur.

Alternatif bir yöntem, kızağın her iki tarafında bir tane olmak üzere iki tahrikli bir gantry tarzı sistem kullanır. Ortaya çıkan tahrik kuvveti, merkezi bir tahriki taklit eder. Bu yöntemle, konum geri bildirimini merkezde bulabilirsiniz. Bu mümkün değilse, her iki tarafa kodlayıcılar yerleştirebilir ve masayı özel gantry tahrik yazılımıyla kontrol edebilirsiniz.

Sürücü amplifikatörü
Servo sürücü amplifikatörleri, genellikle ±10 Vdc olan kontrol sinyallerini denetleyiciden alır ve motora çalışma voltajı ve akım çıkışı sağlar. Genel olarak, iki tip güç amplifikatörü vardır: doğrusal amplifikatör ve Darbe Genişliği Modülasyonlu (PWM) amplifikatör.

Doğrusal amplifikatörler verimsizdir ve bu nedenle çoğunlukla düşük güç sürücülerinde kullanılır. Doğrusal bir amplifikatörün çıkış güç işleme kapasitesindeki birincil sınırlamalar, çıkış aşamasının termal özellikleri ve çıkış transistörlerinin bozulma özellikleridir. Çıkış aşamasının güç dağılımı, çıkış transistörleri boyunca akım ve voltajın çarpımıdır. Buna karşılık, PWM amplifikatörleri verimlidir ve genellikle 100 W'ın üzerindeki güç kapasiteleri için kullanılır. Bu amplifikatörler, çıkış voltajını 50 MHz'e kadar olan frekanslarda değiştirir. Çıkış voltajının ortalama değeri, komut voltajıyla orantılıdır. Bu türün avantajı, voltajın Açık ve Kapalı olarak değiştirilmesi ve bu sayede güç dağılım kapasitesinin büyük ölçüde artmasıdır.

Amplifikatör tipini seçtikten sonraki adım, amplifikatörün uygulamanın maksimum motor dönüş hızı (veya doğrusal motorlar için doğrusal hız) için gerekli sürekli akımı ve çıkış voltajını gerekli seviyelerde sağlayabilmesini sağlamaktır.

Fırçasız doğrusal motorlar için, amplifikatörler arasında başka bir ayrım yapabilirsiniz. Genel olarak iki tip motor komütasyonu kullanılır: trapezoidal ve sinüzoidal. Trapezoidal komütasyon, üç fazın her biri için akımın Açık veya Kapalı olarak anahtarlandığı dijital bir komütasyon türüdür. Motora yerleştirilen Hall Etkisi sensörleri genellikle bunu yapar. Harici mıknatıslar sensörleri tetikler. Ancak, Hall Etkisi sensörleri, bobin sargıları ve mıknatıslar arasındaki ilişki kritiktir ve her zaman küçük bir konum toleransı içerir. Bu nedenle, sensörlerin tepki zamanlaması her zaman gerçek bobin ve mıknatıs konumlarıyla biraz faz dışı gerçekleşir. Bu, bobinlere akım uygulanmasında hafif bir değişikliğe yol açarak kaçınılmaz titreşime neden olur.

Trapezoidal komütasyon çok hassas tarama ve sabit hız uygulamaları için daha az uygundur. Ancak, sinüzoidal komütasyondan daha ucuzdur, bu nedenle yüksek hızlı, noktadan noktaya sistemlerde veya hareket düzgünlüğünün işlemeyi etkilemeyeceği sistemlerde yaygın olarak kullanılır.

Sinüzoidal komütasyonda, Açık-Kapalı anahtarlama gerçekleşmez. Bunun yerine, elektronik anahtarlama yoluyla, üç fazın 360 derecelik akım faz kayması sinüzoidal bir desende modüle edilir. Bu, motordan düzgün, sabit bir kuvvet elde edilmesiyle sonuçlanır. Bu nedenle, sinüzoidal şekilli komütasyon hassas konturlar oluşturmak ve tarama ve görüş kullanımları gibi hassas sabit hız gerektiren uygulamalar için oldukça uygundur.

Kontrolörler
Burada yeterince tartışabileceğimizden daha fazla denetleyici sınıfı var. Temel olarak, denetleyiciler programlama diline ve kontrol mantığına bağlı olarak birkaç kategoriye ayrılabilir.

Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC'ler) bir "merdiven" mantık şeması kullanır. Bunlar esas olarak birden fazla ayrı Giriş/Çıkış (G/Ç) işlevini kontrol etmek için kullanılır, ancak birkaçı sınırlı hareket kontrol yetenekleri sunar.

Sayısal kontrol (NC) sistemleri, endüstri standardı bir dil olan RS274D veya bir varyantı aracılığıyla programlanır. Çok eksenli kontrolle küresel ve sarmal şekiller gibi karmaşık hareketleri gerçekleştirebilirler.

NC olmayan sistemler, temel hareket profilleri için kullanımı kolay arayüz programları da dahil olmak üzere çeşitli tescilli işletim sistemleri kullanır. Bu denetleyicilerin çoğu, monitör veya klavyesi olmayan temel bir denetleyici modülünden oluşur. Denetleyici, bir ana bilgisayarla bir RS-232 portu aracılığıyla iletişim kurar. Ana bilgisayar bir Kişisel Bilgisayar (PC), bir aptal terminal veya bir el tipi iletişim ünitesi olabilir.

Güncel kontrolörlerin hemen hemen hepsi dijital kontrolörlerdir. Analog kontrolörlerde duyulmamış bir güvenilirlik ve kullanım kolaylığı seviyesi sağlarlar. Hız geri bildirim bilgisi genellikle eksen konum sinyalinden türetilir. Tüm servo parametreleri, kullanımdan sonra ve sıcaklık değişiklikleriyle kayma eğiliminde olan sürücü amplifikatörü "potlarını" zahmetli bir şekilde ayarlamak yerine yazılım aracılığıyla ayarlanır. Çoğu modern kontrolör ayrıca tüm eksen servo parametrelerinin otomatik ayarını sunar.

Daha gelişmiş kontrolörler ayrıca dağıtılmış işleme ve Dijital Sinyal İşlemcisi (DSP) eksen kontrolünü de içerir. Bir DSP özünde matematiksel hesaplamaları çok hızlı (bir mikroişlemciden en az on kat daha hızlı) yapmak için özel olarak tasarlanmış bir işlemcidir. Bu, 125 ms mertebesinde servo örnekleme süreleri sağlayabilir. Avantajı, sabit hız kontrolü ve düzgün konturlama için eksenin hassas kontrolüdür.

Orantılı-İntegral-Türev (PID) filtre algoritması ve hız ve ivme ileri beslemesi eksenin servo kontrolünü geliştirir. Ek olarak, ivme ve yavaşlama profillerinin S-eğrisi programlaması genellikle tabla hareketini başlatma ve durdurma ile birlikte gelen sarsıntıyı kontrol eder. Bu, daha düzgün, daha kontrollü bir çalışma sağlar ve hem konum hem de hız için daha hızlı yerleşme sürelerine yol açar.

Denetleyiciler ayrıca kapsamlı dijital veya analog giriş/çıkış yetenekleri içerir. Kullanıcı programı veya alt rutin, konum, zaman veya durum bilgilerine, değişkenlerin değerlerine, matematiksel işlemlere, harici veya dahili G/Ç olaylarına veya hata kesintilerine bağlı olarak değiştirilebilir. Kullanıcının süreci kolayca otomatikleştirilebilir.

Ek olarak, çoğu denetleyici elektronik çarpma yoluyla konum geri bildirim çözünürlüğünü artırabilir. 4x çarpma yaygın olsa da, bazı gelişmiş denetleyiciler 256x kadar çarpabilir. Bu, doğrulukta hiçbir iyileştirme sağlamasa da, eksen konum kararlılığında ve — daha da önemlisi birçok kullanımda — tekrarlanabilirlikte gerçek bir artış sağlar.

Genel yaklaşımınızda, yukarıda belirtilen faktörlerin yanı sıra, bütçe, çevre, kullanım ömrü, bakım kolaylığı, MTBF ve son kullanıcı tercihleri ​​gibi bileşen kararlarını değiştirebilecek diğer faktörleri de göz önünde bulundurmalısınız. Modüler yaklaşım, bir sistem genel bileşen uyumluluğu açısından temelden analiz edilirse en zorlu uygulama gereksinimlerini bile karşılayacak standart, kolayca bulunabilen bileşenlerden sistem montajına olanak tanır.