Aşama, sürücü ve kodlayıcı tasarımı.

Yüksek hassasiyetli konumlandırma sisteminizi oluşturan bileşenler (rulmanlar, konum ölçüm sistemi, motor ve tahrik sistemi ve kontrolör) mümkün olduğunca birlikte çalışmalıdır. Bölüm 1'de sistem tabanı ve yatakları anlatılmaktadır. Bölüm 2 kapsamındaki konum ölçümü. Burada sahne alanı, sürücü ve kodlayıcı tasarımını tartışıyoruz; sürücü amplifikatörü; ve kontrolörler.

Doğrusal kodlayıcılar kullanılırken doğrusal aşamaları birleştirmenin yaygın olarak kullanılan üç yöntemi:
• Tahrik ve kodlayıcı, kızağın kütle merkezine mümkün olduğunca yakın veya içine konumlandırılır.
• Sürücü kütle merkezinde bulunur; kodlayıcı bir tarafa takılır.
• Sürücü bir tarafta bulunur; diğer tarafta kodlayıcı.

İdeal sistem, enkoder ile birlikte kayan kütlenin merkezinde bulunan tahrik sistemine sahiptir. Ancak bu genellikle pratik değildir. Her zamanki uzlaşma, sürücüyü hafifçe bir tarafa yerleştirir; kodlayıcı biraz diğerine doğru. Bu, tahrik sisteminin yanında hareket geri bildirimi bulunan merkezi bir tahrikin iyi bir yaklaşımını sağlar. Merkezi tahrikler tercih edilir çünkü tahrik kuvveti, bükülmeye veya bükülmeye neden olacak istenmeyen kuvvet vektörlerini kızağa sokmaz. Yatak sistemi kızağı sıkı bir şekilde sınırladığından, kurma işlemi sürtünmenin, aşınmanın ve yük konumu yanlışlığının artmasına neden olacaktır.

Alternatif bir yöntem, kızağın her iki tarafında birer tane olmak üzere iki tahrikli portal tarzı bir sistem kullanır. Ortaya çıkan tahrik kuvveti merkezi bir tahriki taklit eder. Bu yöntemle konum geri bildirimini merkeze yerleştirebilirsiniz. Bu mümkün değilse, her iki taraftaki enkoderleri konumlandırabilir ve özel gantry sürücü yazılımıyla tablayı kontrol edebilirsiniz.

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

Doğrusal amplifikatörler verimsizdir ve bu nedenle çoğunlukla düşük güçlü sürücülerde kullanılır. Doğrusal bir amplifikatörün çıkış gücü işleme kapasitesindeki birincil sınırlamalar, çıkış katının termal özellikleri ve çıkış transistörlerinin arıza özellikleridir. Çıkış katının güç kaybı, çıkış transistörlerindeki akım ve voltajın çarpımıdır. Bunun aksine, PWM amplifikatörleri verimlidir ve genellikle 100 W'ın üzerindeki güç kapasiteleri için kullanılır. Bu amplifikatörler, çıkış voltajını 50 MHz'e kadar frekanslarda değiştirir. Çıkış voltajının ortalama değeri komut voltajıyla orantılıdır. Bu tipin avantajı, voltajın Açılıp Kapatılmasıdır, bu da büyük ölçüde artan güç dağıtım kapasitesine neden olur.

Amplifikatör tipini seçtikten sonra bir sonraki adım, amplifikatörün uygulamanın maksimum motor dönüş hızı (veya lineer motorlar için lineer hız) için gereken seviyelerde gerekli sürekli akımı ve çıkış voltajını sağlayabildiğinden emin olmaktır.

Fırçasız lineer motorlar için amplifikatörler arasında başka bir ayrım yapabilirsiniz. Genel kullanımda iki tip motor komütasyon vardır: trapezoidal ve sinüzoidal. Trapezoidal komütasyon, üç fazın her biri için akımın Açık veya Kapalı olarak ayarlandığı dijital bir komütasyon türüdür. Motora yerleştirilen Hall-Effect 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 farklı fazda gerçekleşir. Bu, bobinlere akım uygulanmasında hafif bir değişikliğe yol açarak kaçınılmaz titreşime yol açar.

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

Sinüzoidal komütasyonda Açma-Kapama geçişi gerçekleşmez. Bunun yerine, elektronik anahtarlama yoluyla, üç fazın 360 derecelik akım faz kayması sinüzoidal bir düzende modüle edilir. Bu, motordan düzgün ve sabit bir kuvvet elde edilmesini sağlar. Bu nedenle sinüzoidal şekilli komütasyon, hassas konturlar oluşturmak ve tarama ve görüntü kullanımları gibi hassas sabit hız gerektiren uygulamalar için çok uygundur.

Kontrolörler
Burada yeterince tartışabileceğimizden daha fazla kontrolör sınıfı vardır. Temel olarak kontrolörler programlama diline ve kontrol mantığına bağlı olarak çeşitli kategorilere ayrılabilir.

Programlanabilir Lojik Denetleyiciler (PLC'ler) bir "merdiven" mantık şeması kullanır. Birkaçı sınırlı hareket kontrolü yetenekleri sunsa da, esas olarak birden fazla ayrı Giriş/Çıkış (G/Ç) işlevini kontrol etmek için kullanılırlar.

Sayısal kontrol (NC) sistemleri endüstri standardı bir dil, RS274D veya bunun bir çeşidi aracılığıyla programlanır. Çoklu eksen kontrolü ile küresel ve sarmal şekiller gibi karmaşık hareketleri gerçekleştirebilirler.

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

Hemen hemen tüm güncel denetleyiciler dijital denetleyicilerdir. Analog kontrolörlerde duyulmamış düzeyde güvenilirlik ve kullanım kolaylığı sağlarlar. Hız geri besleme bilgisi genellikle eksen konum sinyalinden elde edilir. Tüm servo parametreleri, kullanımdan sonra ve sıcaklık değişimleriyle birlikte kayma eğiliminde olan sürücü amplifikatörü "potlarını" zahmetli bir şekilde ayarlamak yerine yazılım aracılığıyla ayarlanır. Çoğu modern kontrol cihazı aynı zamanda tüm eksen servo parametrelerinin otomatik ayarlanmasını da sağlar.

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

Orantılı-İntegral-Türev (PID) filtre algoritması ve hız ve hızlanma ileri beslemesi eksenin servo kontrolünü geliştirir. Ek olarak, hızlanma ve yavaşlama profillerinin S-eğrisi programlaması, genellikle tabla hareketinin başlatılması ve durdurulmasıyla birlikte ortaya çıkan sarsıntıyı kontrol eder. Bu, daha düzgün, daha kontrollü bir çalışma sağlayarak hem konum hem de hız için daha hızlı yerleşme sürelerine yol açar.

Kontrolörler ayrıca kapsamlı dijital veya analog giriş/çıkış yetenekleri içerir. Kullanıcı programı veya alt program, pozisyona, zamana veya durum bilgisine, değişkenlerin değerlerine, matematiksel işlemlere, harici veya dahili I/O olaylarına veya hata kesintilerine bağlı olarak değiştirilebilir. Kullanıcının işlemi kolayca otomatikleştirilebilir.

Ek olarak çoğu kontrol cihazı, elektronik çarpma yoluyla konum geri besleme çözünürlüğünü artırabilir. 4x çarpma yaygın olmasına rağmen bazı gelişmiş kontrolörler 256x'e kadar çarpma yapabilir. Bu, doğrulukta bir gelişme sağlamasa da, eksen konumu kararlılığında ve daha da önemlisi birçok kullanımda tekrarlanabilirlikte gerçek bir artışa sahiptir.

Genel yaklaşımınızda, yukarıda bahsedilen faktörlerin yanı sıra bütçe, çevre, beklenen yaşam süresi, bakım kolaylığı, MTBF ve son kullanıcı tercihleri ​​gibi bileşen kararlarını değiştirebilecek diğer faktörleri de dikkate almalısınız. Modüler yaklaşım, bir sistemin genel bileşen uyumluluğu açısından temelden analiz edilmesi durumunda, en zorlu uygulama gereksinimlerini bile karşılayacak standart, hazır bileşenlerden sistem montajına olanak tanır.