Bir makine tasarımı için bir servo motor sistemi seçmek, servo motoru veya servo sürücü sistemini oluşturan bileşenleri anlamakla başlar. Servo sistemler, istenilen belirli hareketleri kontrol etmek için kullanılan kapalı devre sistemlerdir. Tahrik edilen mekanizmanın konumunu, hızını ve torkunu tam olarak kontrol etmek için motor ve sürücü arasında sürekli bilgi sağlayan bir geri bildirim cihazı içerirler.
QXR Yüksek performanslı DDR motorlu servo sürücü
Tipik olarak, servo tasarımları, hızla hızlanmak ve yavaşlamak için bir yükü sürmeyi içeren oldukça dinamik sistemlerdir. Dört kadranda çalışırlar, yani hem pozitif hem de negatif olarak tork ve hızı kontrol edebilirler.
Servo güdümlü seçim, sistematik bir çözüm gerektirir. Başka bir deyişle, genel mekanik, elektrik ve programlama parametrelerini hesaba katan bütünsel bir yaklaşım. Sistem, mekanik yüklerin, hareket eğrilerinin (konumlandırma gereksinimleri dahil), servo motor özelliklerinin ve motor ile diğer bileşenlerin bulunduğu ortamın belirlenmesini içerir; Özellikle, motor neredeyse sabit bir hızda çalışırken, bitmiş ürünler, malzemeler ve/veya sürecin kendisi üzerinde bir etkiye sahiptir.
Mekanik yük ve hareket eğrisi parametreleri
Mekanik yük ve hareket gereksinimlerinin ne anlama geldiğini anlayarak başlayalım. Temel Newton fiziği, kuvvetin (veya dönme yönündeki torkun), ivmenin pozitif veya negatif olmasına bakılmaksızın, kütle (dönme atalet) çarpı ivme ile orantılı olduğunu iddia eder. Hareket tasarımı bağlamında makine konstrüksiyonunun kendine has kalitesi ve taşıdığı yükün kalitesi vardır.
Bu nedenle, mekanik parçaların - özellikle hareketin kalitesinin ve istenen hareket eğrisinin - belirlenmesi önemlidir. Dönme hareketini doğrusal harekete dönüştürme yöntemleri çok çeşitlidir ve doğruluk, yük, hareket dinamikleri ve çevre gibi faktörlerden etkilenir.
Kullanılan mekanizma anlaşıldıktan sonra, en iyi servo motor çözümünü belirlemek için hareket dinamiklerini anlamak önemlidir. Hareket eğrisi yalnızca bir noktadan diğerine hareketi değil, aynı zamanda parçaların işlenmesiyle ilişkili itme kuvveti gibi bu harekette kullanılabilecek fonksiyonları da içerir. Hızlanma, üniform ve yavaşlama ile kalma ve duraklama sürelerinin tümü, sistemin genel hareket eğrisine dahildir. İndeksleme hareketleri basit üçgen hareket, değişken yamuk veya 1/3-1/3-1/3 (RMS torkuyla ilişkili en verimli hareket) olabilir.
Servo sistem seçimi ve seçim aracı
Birçok satıcı, kullanıcıların uygulamalarının hareket gereksinimlerine göre hareket profilleri oluşturmasına yardımcı olmak için seçme ve seçme araçları sunar. Kollmorgen'in Motioneering platformu gibi çoğu yazılım aracı, ivmeyi, hareket süresini, mesafeyi, hızı ve kalma süresini hesaplamanıza yardımcı olacak çeşitli hareket açıklamaları sağlar. Şekil 1, ivmeyi yumuşatmak için uygulanan yüzde 50 ivme ile temel 1/3-1/3-1/3 eğrisini göstermektedir. Bu örnekte, 1 saniyede 8 inç hareket etmeyi ve yüzde 50 hızlanma ve 2 saniye bekleme süresi kullanmayı seçtik. Sistem hareketi 1/3 hızlanma süresi, 1/3 sabit hız ve 1/3 yavaşlama cinsinden hesaplar. Alet tarafından hesaplanan maksimum hız 720 inç/dak'dır. "S" eğrisinin dış hatlarını görebilirsiniz (yüzde 50 hızlanmaya dayalı). Ek olarak, bu hareket için, hareketin enine kısmına bir itme yükü (kırmızı çizgi) uygulandığı görülebilir -- bu hareket eğrisi muhtemelen işleniyor. Bekleme süresi 3 saniye olarak da görülebilir. Bekleme kısmı önemlidir çünkü bu eğriyle ilişkili tüm parametreler, doğru motoru seçmek için kullanacağımız bir ölçü olacak olan RMS torkunu hesaplamak için kullanılacaktır. Hareket eğrilerine ek olarak, çözünürlük, doğruluk ve tekrarlanabilirlik açısından yüklerin gerçek konumlandırma gereksinimlerini anlamak da önemlidir. Bu, geri besleme cihazlarının seçiminden ve (daha da önemlisi) boşluk ve esneklik şeklindeki mekanik bağlantı parçalarının boş momentumundan doğrudan etkilenecektir.
Tasarım doğrudan tahrikli bir motor çözümü kullanamıyorsa, bir tür mekanik şanzıman içerecektir. Dönen lineer güç aktarımı (dönen bir motorun çıkışını mil hareketine dönüştürmek), kasnak tahriki veya vidalı miller gibi vida tabanlı mekanizmalar tarafından gerçekleştirilebilir. Döner tahrik, bir dişli kutusu veya kayışlı tahrik düzeneği içerir, böylece çeşitli boyutlardaki kasnaklar geciktirici olarak kullanılabilir. Bazı uygulamalarda, hareket ettirilen parçalar toplam hareket kütlesine önemli ölçüde katkıda bulunur. Özel bir durum, bir robotik sistemin dağıtılması veya işlenmesi gibi -- değiştirmek için hareket ettirilmesi gereken bir makine milinin kütlesidir. Toplam yük değişimi, servo sürücünün ayarlanmasında bir faktör olabilir.
Hareket halindeki bileşenler ataletlerini toplamalı ve motor miline geri yansıtmalıdır. Atalete ek olarak, dış kuvvetler, sürtünme ve verimsizlik de dikkate alınmalıdır.
Servo tasarımında çevresel hususlar
Daha bitmedi. Servo tasarımı belirlenirken, yalnızca belirli mevcut mekanizmalar gerekli hareketi, taşıma kapasitesini ve doğruluğu ekonomik ve verimli bir şekilde sağlayabilir. Genellikle göz ardı edilen bir husus, servo sistemin çalıştığı ortamdır. Çoğu servo motor, çok sıcak bir ortam olan 40C'de çalışacak şekilde derecelendirilmiştir, ancak çoğu fabrika ve endüstriyel Ortamda tipiktir.
Sürüş elektroniğinin ısı direnci çok yüksek değildir ve ayrıca 40 derece C olarak derecelendirildiklerinden, çalıştıkları ortam sıcaklığını yönetmek zordur. Genellikle, uygun çevre koşullarını (sıcaklık ve nem) korumak için kontrol kabininde cebri soğutma gerekir. Bu nedenle, motorun ve sürücünün konumu dikkate alınmalıdır. Tabii ki, yük taşıma mekanizmasını çalıştırmak için motor doğrudan cihaza monte edilebilir veya entegre edilebilir. Bunun aksine, merkezi bir çözümdeki sürücü, genellikle soğutulması gereken bir kontrol kabininde bulunur --.
Üreticiler kısmi motor performansını motorun çalıştığı ortam koşullarına göre tanımlar. Yukarıda belirtildiği gibi, birçok tasarımcı motorun 40 derece C'lik bir ortam sıcaklığı için derecelendirildiğini varsayar, ancak bazen 25 derece C'lik bir motor özelliği sağlanır. Bu nedenle, spesifikasyonlar incelenirken yayınlanan referans değerlerine dikkat edilmelidir. Makinenin ortam sıcaklığı, anma ortam sıcaklığını aşarsa, motor anma gücüne ulaşamayacaktır.
Diğer çevresel koşullar, motor boyalarını ve contalarını ve diğer mekanik alt bileşenleri etkileyebilir. Toz, kir, nem, spreyle durulama, hijyen gereksinimleri, patlayıcı ortamlar, vakumlu ortamlar ve radyasyonun tümü, mevcut zorlu ortama uygun fiziksel özelliklere sahip özel servo motor gerektirir.
Seçim süreci
Gerekli motor/tahrik sistemi bileşiminin belirlenmesinde, erken seçim çabasının büyük bir kısmı mekanik ve çevreseldir. Artık kullanıcı nihai ürünü seçtiğinde, sistemin içerdiği kalan sistem bileşenlerinin de dikkate alınması gerekiyor. Mekanik ve çevresel faktörler, geri besleme öğelerini, kablolamayı ve nihai kontrol mimarisi seçimini etkilemeye devam edecektir.
Geri bildirim hususları ve servo motor özellikleri
Tanım olarak, servo sistemler çalışma sırasında hızı, konumu ve diğer sistem parametrelerini ölçen geri besleme cihazlarına sahiptir. Üreticilerin sınırlı seçenekleri olabilir, ancak darbe yükü ve konumlandırma doğruluğu ile tekrarlanabilirlik dahil olmak üzere belirli uygulama parametrelerini dikkatlice değerlendirmek önemlidir. Döner transformatörler, özellikle daha yüksek darbe yükleri için zorlu ortamlarda genellikle mükemmel performansa sahiptir. Dönen bir transformatör, çekirdeğin etrafında stator ve rotor parçaları bulunan bir sargı bobininden oluşan dönen bir transformatördür. Bu yapı, cam disk elemanları içerebilen kodlayıcılardan daha yüksek sıcaklıkta çalışmaya ve yüksek darbe yüklerine karşı daha fazla toleransa olanak tanır.
Sinüzoidal kodlayıcılar, optimum konumlandırma doğruluğu için 24 bit ve ötesine kadar yüksek çözünürlük sağlayabilir. Bazı hibrit kodlayıcılar, dönen bir transformatörün sağlamlığını daha iyi çözünürlükle sağlayabilir. Bu akıllı kodlayıcılar, sinüs ve kosinüs sinyallerini yorumlayan ve bunları hız ve konum geri bildiriminde kullanılmak üzere bir servo sürücüye iletilecek yüksek çözünürlüklü bir dijital sinyale dönüştüren elektronik bileşenlere sahip dönen transformatörlere dayanmaktadır.
Şu anda en yeni kodlayıcılar, çeşitli iletişim protokolleri (EnDAT, BiSS ve DSL) sunmakta ve servo sürücülere ve denetleyicilere en uygun geri besleme sinyallerini elde etmeye yardımcı olmak için yüksek çözünürlük ve düşük gürültü yetenekleri sağlamaktadır.
Uygulama gereksinimlerine bağlı olan başka bir geri bildirim seçeneği, mutlak veya artımlı geri bildirim isteyip istemediğinizdir. Dönen bir sistemde, ekipmanın tek turunu kullanarak 360 derecelik bir dönüşü tamamladığınızda 0'den itibaren sayabilirsiniz. Çok dönüşlü mutlak kodlayıcı, sistemin yalnızca 360 derecelik bir dönüşte motorun konumunu değil, aynı zamanda her yönde tamamladığı dönüş sayısını da bilmesini sağlar. Yani tam olarak nerede olduğunu biliyor. Bunu ve aletlerin ve diğer eksenlerin nerede bulunduğunu bilmek önemlidir. Öte yandan, basit artımlı kodlayıcılar, konumu tek bir dönüşte belirleyebilir, ancak bunu ancak güç açma döngüsünde sıfırı bulduktan sonra yapabilir. Sonuç olarak, kullanıcı kaç döngünün tamamlandığını ve hatta mutlak konumu bilmeyecektir.
açıldığında 360 derecelik bir dönüşte.
Servo motor ve servo sürücünün kendisine ek olarak, ikisi arasındaki gerçek bağlantı da önemlidir. Kablo esnekliği (izin verilen bükülme yarıçapı ile tanımlanır), özellikle kablo şaftla birlikte hareket ederken önemli bir husustur.
Kablo uzunluğu, söz konusu kodlayıcı tipine göre sınırlandırılabilir. Kodlayıcının sinyal gücü ile birlikte empedans ve voltaj düşüşü gibi kablo parametreleri, uzunluğun dikkate alınmasında temel faktörlerdir. Piyasada sunulan yeni cihazlardan bazıları, özellikle empedans ve sinyal-gürültü oranı olmak üzere uzunluktan etkilenecek olan çok yüksek aktarım hızlarında seri bilgileri sürücülere (DSL, EnDat ve BiSS gibi) iletir. Konektörün bu cihazlardan üretilen çeşitli sinyalleri işlemesi gerektiğinden, konektör bile "geri bildirim" döngüsünde rol oynar. Motor gücüyle ilgili bir başka kablo uzunluğu faktörü, günümüzün PWM sürücülerinde yer alan yüksek anahtarlama frekanslarıyla ilgilidir. Motorun güç kablosunda ses var. Kablo uzadığında ve kablodaki frekans dalga boyunun yarısına yaklaştığında bir anten oluşacaktır. Anten, yüksek performanslı bir sistemde bulunmaması gereken bilgileri (bu durumda gürültü üreten) gönderecek veya alacaktır.
Son parametre: hareket kontrolü ve ağ -- merkezileştirilmiş ve merkezi olmayan
Genel tasarım sürecinin tekrarlanmasına (ve tasarımın diğer belirtilen bileşenlerini değiştirmesine) neden olabilecek son bir husus, sistem mimarisidir. Mühendis şunu sormalıdır: Merkezi bir kabinde paketlenmiş sürücüler, kontrolörler ve destekleyici elektronikler içeren merkezi bir kontrol sistemine mi odaklanmalıyım yoksa sürücüleri makine genelinde dağıtmak daha karlı ve uygun maliyetli mi (dağıtılmış sistem yaklaşımı)? Makine boyunca dağılmış olabilen çok eksenli bir makine, dağıtılmış bir çözüm için ideal bir aday olacaktır. Bu yöntem, kablo gereksinimlerini önemli ölçüde azaltabilir ve uzun kabloların ve bu kablolarla birlikte gelen kablo yuvaları ve desteklerinin kablolanmasıyla ilişkili maliyetlerden tasarruf sağlayabilir. Ek olarak, sürücünün makineden çıkarılması, kontrol ve destek elektronik bileşenlerini barındırmak için gereken kabin boyutunu azaltır ve yine kabin içindeki maliyetleri ve soğutma gereksinimlerini azaltır. Öte yandan, kompakt ve daha az dingile sahip makineler, geleneksel bir
merkezi yaklaşım.
çözüm
Bir uygulama için bir servo sistemi seçerken dikkate alınması gereken birçok şey vardır ve bunların çoğu bu makalede açıklanmıştır. Bileşenlerin seçimini etkileyen bir diğer seçim ise sistemi kontrol eder. Kontrol tipi genellikle makine tasarımı tartışmalarının erken bir aşamasında belirlenir ve çeşitli faktörlere bağlıdır, oysa kontrol seçimi genellikle fieldbus iletişim standartları seçiminde kilitlenir.