يتم تنفيذ كل من التحكم في السرعة والتحكم في عزم الدوران للمحركات المؤازرة باستخدام الإشارات التناظرية، في حين يتم التحكم في الموضع عن طريق توليد نبضات. يتم تحديد وضع التحكم المحدد الذي سيتم اعتماده بناءً على متطلبات العميل ووظائف الحركة المحددة التي يجب الوفاء بها.
أوضاع التحكم الثلاثة للمحركات المؤازرة
- إذا لم تكن لديك متطلبات محددة فيما يتعلق بسرعة المحرك أو موضعه-وتحتاج ببساطة إلى إخراج عزم دوران ثابت-فإن وضع عزم الدوران هو الاختيار الواضح.
- إذا كنت تحتاج إلى مستوى معين من الدقة فيما يتعلق بالموضع والسرعة، ولكنك لا تهتم بشكل خاص بقيم عزم الدوران في الوقت الفعلي-، فمن الأفضل عمومًا استخدام إما وضع السرعة أو وضع الموضع.
- إذا كانت وحدة التحكم المضيفة تمتلك إمكانات قوية للتحكم في الحلقة المغلقة-، فإن استخدام التحكم في السرعة سيؤدي عادةً إلى نتائج فائقة. على العكس من ذلك، إذا لم تكن متطلباتك صارمة بشكل خاص-أو إذا لم تكن هناك أي متطلبات تقريبًا للاستجابة للوقت الحقيقي-فإن استخدام التحكم في الموضع يضع متطلبات أقل على وحدة التحكم المضيفة.
فيما يتعلق بسرعة استجابة محرك المؤازرة: يتضمن وضع عزم الدوران أقل حمل حسابي، مما يؤدي إلى أسرع استجابة من المحرك لإشارات التحكم؛ على العكس من ذلك، يتضمن وضع الموضع أعلى حمل حسابي، مما يؤدي إلى أبطأ استجابة من محرك الأقراص لإشارات التحكم.
عندما يكون الأداء الديناميكي العالي مطلوبًا أثناء الحركة،-تصبح تعديلات المحرك في الوقت الفعلي أمرًا ضروريًا.
- إذا كانت وحدة التحكم نفسها ذات سرعة معالجة بطيئة نسبيًا (على سبيل المثال، PLC أو وحدة تحكم حركة نهاية منخفضة-)، فيجب استخدام التحكم في الموضع.
- إذا كانت وحدة التحكم تمتلك سرعة معالجة سريعة نسبيًا، فيمكن الاستفادة من التحكم في السرعة؛ يتضمن ذلك تحويل حلقة الموضع من محرك الأقراص إلى وحدة التحكم، وبالتالي تقليل عبء عمل محرك الأقراص وتعزيز الكفاءة الإجمالية.
- إذا توفرت وحدة تحكم مضيفة أكثر تقدمًا، فيمكن استخدام التحكم في عزم الدوران؛ يتضمن ذلك نقل حلقة السرعة-بالإضافة إلى حلقة الموضع-بعيدًا عن محرك الأقراص. عادةً ما يكون هذا الأسلوب ممكنًا فقط مع وحدات التحكم المتخصصة والمتطورة-.
بشكل عام، يُعرف المقياس البديهي للغاية لتقييم جودة التحكم في القيادة باسم "نطاق الاستجابة".
عند التشغيل في أوضاع التحكم في عزم الدوران أو التحكم في السرعة، يتم استخدام مولد نبض لإدخال إشارة موجة مربعة-، مما يتسبب في تبديل المحرك بشكل مستمر بين الدوران الأمامي والخلفي. مع زيادة تردد الإشارة تدريجيًا، يعرض راسم الذبذبات إشارة تردد مكتسح-. عندما تنخفض ذروة غلاف الإشارة إلى 70.7% من قيمتها القصوى، فهذا يشير إلى أن النظام فقد التزامن (أي "خرج"). يعد التردد الذي يحدث به هذا بمثابة مؤشر مباشر لجودة نظام التحكم؛ عادةً، يمكن للحلقة الحالية تحقيق عروض نطاق تتجاوز 1000 هرتز، في حين تقتصر حلقة السرعة عمومًا على بضع عشرات من الهرتز.
التحكم في عزم الدوران
التحكم في عزم الدوران هو طريقة تستخدم لضبط حجم عزم الدوران الناتج الخارجي لعمود المحرك، ويتم تحقيقه إما من خلال إشارة دخل تناظرية خارجية أو عن طريق تعيين قيمة مباشرة لعنوان محدد. من الناحية التشغيلية، يعني هذا-على سبيل المثال-أنه إذا كان دخل 10 فولت يتوافق مع 5 نيوتن متر من عزم الدوران، فإن ضبط الإدخال التناظري الخارجي على 5 فولت سيؤدي إلى خرج عمود المحرك بمقدار 2.5 نيوتن متر. في ظل هذه الظروف: إذا كان الحمل على عمود المحرك أقل من 2.5 نيوتن متر، يدور المحرك في الاتجاه الأمامي؛ إذا كان الحمل الخارجي يساوي 2.5 نيوتن متر، يظل المحرك ثابتًا؛ وإذا تجاوز الحمل 2.5 نيوتن متر، يدور المحرك في الاتجاه المعاكس (وهو السيناريو الذي يتم مواجهته عادةً في التطبيقات التي تتضمن أحمال الجاذبية). يمكن ضبط قيمة عزم الدوران المحددة في الوقت الفعلي-إما عن طريق تغيير إشارة الإدخال التناظرية أو عن طريق تعديل القيمة الرقمية للعنوان المقابل عبر واجهة الاتصال.
يتم استخدام وضع التحكم هذا بشكل أساسي في أنظمة اللف والفك حيث توجد متطلبات صارمة فيما يتعلق بالشد المطبق على المادة-كما هو الحال في آلات لف الأسلاك-أو معدات سحب الألياف الضوئية-. في مثل هذه التطبيقات، يجب ضبط إعداد عزم الدوران ديناميكيًا في الوقت الفعلي-للتعويض عن التغييرات في نصف قطر الملف، وبالتالي ضمان بقاء التوتر المطبق على المادة ثابتًا بغض النظر عن الاختلافات في قطر الملف.
التحكم في الموقف
في وضع التحكم في الموضع، يتم تحديد سرعة الدوران عادةً من خلال تردد نبضات الإدخال الخارجية، بينما يتم تحديد زاوية الدوران من خلال عدد النبضات. بالإضافة إلى ذلك، تسمح بعض أنظمة المؤازرة بالتعيين المباشر لقيم السرعة والإزاحة عبر واجهات الاتصال. نظرًا لأن وضع الموضع يتيح تحكمًا صارمًا في كل من السرعة والموضع، فإنه يُستخدم بشكل شائع في آليات تحديد الموضع.
تشمل مجالات التطبيق أدوات آلة CNC وآلات الطباعة والمعدات المماثلة.
وضع التحكم في السرعة
يمكن التحكم في سرعة الدوران إما من خلال المدخلات التناظرية أو عن طريق ضبط تردد النبض. عند دمجه في نظام التحكم PID للحلقة- الخارجي والذي تتم إدارته بواسطة وحدة تحكم ذات مستوى أعلى -، يمكن أيضًا استخدام وضع السرعة لمهام تحديد المواقع؛ ومع ذلك، فمن الضروري تغذية إشارة موضع المحرك-أو إشارة الموضع مباشرةً من الحمل-إلى وحدة التحكم ذات المستوى الأعلى-للمعالجة الحسابية. يدعم وضع الموضع أيضًا اكتشاف إشارات الموضع مباشرةً من الحلقة الخارجية للحمل؛ في هذا التكوين، يقوم جهاز التشفير المثبت على عمود المحرك بمراقبة سرعة دوران المحرك فقط، بينما يتم توفير إشارة الموضع الفعلي بواسطة جهاز كشف موجود في نهاية الحمل النهائي. والميزة الأساسية لهذا النهج هو أنه يقلل من الأخطاء التي تحدث خلال مراحل الإرسال المتوسطة، وبالتالي تعزيز دقة تحديد المواقع الشاملة للنظام بأكمله.
ثلاثة-تحكم في الحلقة
تستخدم المحركات المؤازرة عادةً -بنية تحكم ثلاثية الحلقات-على وجه التحديد، نظام يشتمل على ثلاثة أنظمة تحكم PID ذات تغذية راجعة مغلقة-سلبية-. حلقة PID الأعمق هي "الحلقة الحالية". تعمل هذه الحلقة بالكامل داخل محرك المؤازرة نفسه؛ فهو يستخدم مستشعرات تأثير Hall- لاكتشاف تيار الخرج المتدفق من محرك الأقراص إلى كل مرحلة من مراحل المحرك، ثم يطبق ردود فعل سلبية على نقطة الضبط الحالية لإجراء تنظيم PID. الهدف هو التأكد من أن تيار الإخراج الفعلي يتطابق بشكل وثيق مع نقطة الضبط المطلوبة. بشكل أساسي، تتحكم الحلقة الحالية في عزم دوران المحرك؛ وبالتالي، عندما يعمل المحرك في وضع عزم الدوران، يكون الحمل الحسابي في حده الأدنى، مما يؤدي إلى أسرع استجابة ديناميكية.
الحلقة الثانية هي "حلقة السرعة". فهو ينفذ تنظيم PID للتعليقات السلبية- بناءً على الإشارات التي اكتشفها برنامج تشفير المحرك. يعمل مخرج PID الذي تم إنشاؤه داخل هذه الحلقة مباشرة كنقطة ضبط للحلقة الحالية. لذلك، عند التشغيل في وضع التحكم في السرعة، يقوم النظام بشكل فعال بإشراك كل من حلقة السرعة والحلقة الحالية. بمعنى آخر، لا غنى عن الحلقة الحالية في أي وضع تشغيل؛ فهو يشكل الأساس الأساسي للسيطرة. حتى أثناء عمليات التحكم في السرعة والموضع، يقوم النظام في نفس الوقت بتنفيذ التحكم في التيار (عزم الدوران) لتحقيق التنظيم الدقيق للسرعة والموضع.
الحلقة الثالثة هي "حلقة الموضع". وباعتبارها الحلقة الخارجية، يمكن تكوينها إما بين المحرك ومشفر المحرك، أو بين وحدة تحكم خارجية ومشفر المحرك (أو الحمل النهائي)، اعتمادًا على متطلبات التطبيق المحددة. نظرًا لأن الإخراج الداخلي لحلقة التحكم في الموضع يعمل كنقطة ضبط لحلقة السرعة، فإن التشغيل في وضع التحكم في الموضع يتطلب التنفيذ المتزامن لجميع الحلقات الثلاث. وبالتالي، يضع هذا الوضع العبء الحسابي الأكبر على النظام وينتج عنه أبطأ سرعة استجابة ديناميكية.