"אנו מתכננים ובונים כונני סרוו עבור מערכות בקרת תנועה."
זו תשובה שאנו עשויים לתת כשמישהו ישאל "מה עושה ADVANCED Motion Controls?"
עבור אנשים מסוימים, זה כל מה שהם צריכים לדעת. עבור אחרים, זה עשוי לעורר יותר שאלות מאשר תשובות. עלינו לזכור שלא לכולם יש רקע בבקרת תנועה, או אלקטרוניקה, או אפילו מדע והנדסה לצורך העניין.
אז אנחנו נעבור על היסודות של כונני הסרוו ברמות טכניות שונות כדי שכל אחד וכולם יוכלו להבין קצת מה אנחנו עושים. אתה יכול להפסיק מתי שאתה מרגיש בנוח.
יסודות כונן סרוו מוסברים לילד בן 5
כונני סרוו הם כמו מחשבים קטנים ששולחים חשמל למנועים וגורמים להם להסתובב סחור סחור.
יסודות כונן סרוו מוסברים לילד בן 12
עוקב עד כה? הייתי מקווה שכן. בואו ניכנס קצת יותר לפרטים.
כונני סרוו הם מכשירים אלקטרוניים העשויים ממעגלים, שבבים, חוטים ומחברים. הם מחוברים למנועים חשמליים כדי לשלוט בסיבוב המנוע. הם יכולים לגרום למנוע להאיץ, להאט, לעצור או אפילו ללכת אחורה בכל עת.
הם משיגים זאת על ידי שליטה והכוונה של זרימת החשמל דרך חוטי המנוע. ללא כונן סרוו, מנוע עלול פשוט להסתובב ללא שליטה או לא להסתובב כלל.
כונני סרוו מסוימים שולטים במנועים קטנים, כמו במפרק המרפק של זרוע רובוט. כונני סרוו אחרים שולטים במנועים גדולים, כמו במכונות כבדות או בגלגל של רכב חשמלי. מנועים חזקים יותר צריכים כונני סרוו חזקים יותר.
היסודות של כונן סרוו מוסבר לתלמיד פיזיקה בתיכון
אני מקווה שכולכם עדיין איתנו, אבל כאן זה מתחיל להיות קצת יותר טכני.
כיצד פועלים כונני סרוו ומה הופך את המנוע לסחרור?
נהיגה במנוע
איך מנוע מסתובב?
למנוע חשמלי שני חלקים עיקריים: רוטור שמסתובב ומוצמד לציר, וסטטור שנשאר דומם ומוצמד למסגרת. לאחד מהרכיבים הללו יהיו מגנטים רגילים, ולשני יש פיתולי תיל או "אלקטרומגנטים" שניתן להפעיל באמצעות הזרמת זרם חשמלי דרכם.
על ידי הפעלה וכיבוי של הפיתולים השונים ברצף, אתה יכול לקבל אפקט מגנטי מסתובב. זה דוחף את המגנטים הרגילים וגורם לרוטור להסתובב.
למנועים מוברשים יש פיתולים ברוטור ומגנטים בסטטור, בעוד למנועים ללא מברשות יש פיתולים בסטטור ומגנטים ברוטור.
כך או כך, כמות הזרם דרך הפיתולים שולטת בכמות המומנט (כמה חזק הוא מסתובב), בעוד המתח שולט במהירות המנוע (כמה מהר הוא מסתובב). על ידי ויסות הזרם והמתח המסופקים, כונן הסרוו שולט במומנט, המהירות והמיקום של גל המנוע.
במנוע ללא מברשות, אלקטרומגנטים בסטטור מופעלים ומכבים כדי לסובב את הרוטור המגנטי.
פיקוד ובקרה
בקר גדול
אבל איך אומרים לכונן הסרוו לאיזה מומנט, מהירות ומיקום לשאוף? קַל. אתה פשוט משתמש בבקר, שיכול להיות משהו פשוט כמו חוגה או מסובך כמו מחשב.
הבקר שולח אות (פולס קטן אך ספציפי של מתח) לכניסת הפקודה של כונן הסרוו. כונן הסרוו למעשה מגביר את האות לזרם או למתח הרצויים עבור המנוע.
דוגמה לספק כוח שמתחבר לשקע בקיר.
כמובן, חוק שימור האנרגיה אומר לנו שאנרגיה לא יכולה להיווצר משום מקום.
אז מאיפה מגיע הכוח המוגבר הזה?
כונן הסרוו מחובר למעין יחידת אספקת חשמל (סוללה או מכשיר שמתחבר לחשמל) המספקת מתח קבוע. לאחר מכן כונן הסרוו לוקח את מתח האספקה הזה ושולח כוח למנוע לפי הצורך בהתבסס על אות הפקודה.
מָשׁוֹב
אם אתם עוקבים, עד כה דיברנו על 3 רכיבים עיקריים אליהם מחוברים כונני סרוו: פיתולי המנוע, הבקר וספק הכוח. אבל יש אלמנט רביעי שאליו מחוברים כונני הסרוו שהופך אותם ליעילים כל כך: התקן המשוב המנוע.
נהגים משתמשים במד המהירות למשוב בזמן שהם על הכביש... או לפחות נהגים אחראיים עושים זאת.
כבני אדם, אנו משתמשים במכשירי משוב כל הזמן. מד המהירות במכונית שלנו אומר לנו כמה מהר אנחנו נוסעים כדי שנדע אם להאיץ או להאט. מדחום לבישול מודיע לנו מתי הבשר שלנו קרוב לסיום. מד לחץ מאפשר לנו לדעת מתי הצמיג על אופניים צריך יותר אוויר או פחות. סקר משוב מלקוחות אומר לחברה היכן היא צריכה לבצע התאמות. משוב מקל בהרבה על נקיטת פעולות מתקנות.
רוב מנועי הסרוו מצוידים בסוג כלשהו של התקן משוב, כגון מקודד, שיכול להתחבר ישירות לכונן סרוו.
בעל לולאת משוב מאפשר לכונן הסרוו לבצע תיקונים בזמן אמת לזרם ולמתח שהוא שולח למנוע. זה מבטיח שהמנוע מסתובב עם המומנט הרצוי, במהירות הרצויה, ולמצב הרצוי ללא קשר להפרעות.
מקודד אינקרמנטלי הוא התקן משוב נפוץ המשמש במנועים למעקב אחר תנועת הסיבוב.
לדוגמה, נניח שכוח חיצוני מתחיל לפעול על ציר המנוע, וגורם לו להאט מהמהירות הרצויה. אות המשוב מהמנוע מציין את מהירות המנוע האמיתית. לאחר מכן, כונן הסרוו ישווה את המהירות האמיתית למהירות היעד ויגביר את הכוח המסופק למנוע כדי לפצות עד שיגיע למהירות המתאימה.
זה מקביל למצב שבו אתה משתמש בבקרת שיוט במכונית ואתה מתחיל לעלות על גבעה. מבלי לגעת בכלום, מחשב המכונית שלך מבצע את כל השינויים הדרושים כדי לשמור על המכונית שלך באותה מהירות למרות השיפוע. בכונן סרוו, כל זה קורה מהר יותר ממה שבני אדם יכולים לתפוס, עם אלפי התאמות בשנייה.
נהנים מהקריאה?
האם אתה מהסוג שלא מפסיק ללמוד?
הגדל את הידע שלך בקרת תנועה בכל חודש בחינם!
יסודות כונן סרוו מוסברים לסטודנט להנדסה ברמת מכללה
בסדר מכנסיים חכמים, אתה רוצה את הדברים הטובים? הנה לך.
עד עכשיו, הסתכלנו על כונני סרוו כקופסאות קסם קטנות עם חשמל וחוטים שנכנסים ויוצאים מהם. אנחנו יודעים מה הם עושים, אבל לא איך הם עושים את זה. בואו נסתכל מה באמת קורה בפנים.
לולאות משוב שלילי
כונני סרוו ידועים לעתים קרובות כמגברי סרוו מכיוון שבבסיסם, זה מה שהם עושים. הם מגבירים אות פקודה. אבל הפיתוח של בקרה מבוססת משוב הוא שהופך אותם למכשירים מתוחכמים ושימושיים יותר.
כפי שציינו, כונני סרוו משתמשים בלולאות משוב כדי לתקן שגיאות.
בבקרת תנועה וברוב תהליכי הבקרה האחרים, שגיאות מתוקנות באמצעות לולאות משוב שליליות.
בלולאת משוב שלילי, אות הפלט של המערכת (מהערך הנמדד) מופחת מכניסת הייחוס של המערכת (ערך היעד) כדי ליצור את ערך הקלט החדש (אות השגיאה).
תסתכל על תרשים בלוקים פשוט זה.
לולאת משוב שלילי פשוטה.
נניח למשל שהיעד שלך הוא 5 והערך הנמדד שלך הוא 3. אות השגיאה יהיה בסופו של דבר +2. אם היעד שלך הוא 5 והערך הנמדד שלך הוא 7, אזי אות השגיאה הוא -2.
אז אם הפלט של מערכת גבוה מדי, אות השגיאה יהיה שלילי, והמערכת תגיב בכיוון השלילי כדי להוריד את הפלט. אם הפלט של המערכת נמוך מדי, השגיאה תהיה חיובית, והמערכת תגיב בכיוון החיובי כדי להעלות את הפלט.
תהליך זה עובר במחזוריות ברציפות, תוך שמירה על השגיאה קרובה ככל האפשר לאפס.
המשוב השלילי הזה הוא חיוני. אם המשוב היה חיובי (במילים אחרות, אם תוסיפו את הערך הנמדד למטרה במקום להחסיר אותו), מערכת שהולכת מהר מדי הייתה מפצה על ידי נסיעה מהירה עוד יותר או שמערכת שהולכת לאט מדי הייתה נעצרת או בסופו של דבר רצה. בכיוון הפוך.
כמעט כל כונני הסרוו מסוגלים לסגור את הלולאה הנוכחית, אבל אחרים יכולים גם לסגור את לולאת המהירות ואפילו את לולאת המיקום. אם למערכת יש כונן סרוו שיכול רק לסגור את הלולאה הנוכחית, אבל המכונה צריכה לסגור גם את לולאות המהירות והמיקום אז הלולאות הנוספות האלה יצטרכו להיסגר על ידי הבקר.
רווחים
אות השגיאה עובר דרך "הרווחים" של המערכת, הלא היא שלב ההגברה שלוקח את קלט המערכת כדי להפיק את פלט המערכת. במערכות מסוימות, זהו רווח פרופורציונלי פשוט.
בואו נחשוב על זה כמו הגדרת מיקרופון ורמקול. אתה מדבר לתוך המיקרופון, הקול שלך מוגבר. אם אתה מדבר בפני קהל של 20 אנשים באודיטוריום של בית ספר, אז אולי יש לך רווח קטן שגורם לך להישמע חזק פי שניים או שלוש ממה שאתה באמת. אבל אם אתה מדבר עם קהל של מאות אנשים באירוע חוצות, אז תצטרך רווח הרבה יותר גדול כדי שכולם יוכלו לשמוע אותך, אז אולי תגרום למערכת להשמיע את הקול שלך יותר פי עשרה . בכל מקרה, ככל שתדבר חזק יותר לתוך המיקרופון, כך הצליל שייצא יהיה חזק יותר.
לולאת משוב בסיסית במערכת בקרת תנועה עם כונן סרוו. כונן הסרוו מרכיב את אות השגיאה ולאחר מכן "מגביר" אותו כדי לקבל את פלט כונן הסרוו.
אז בכונן סרוו של אפליקציה אחת, ייתכן שיהיה לך קבוע רווח פרופורציונלי של 5 A/V כאשר כניסת 1V מניבה פלט של 5A, כניסת 2V מניבה פלט של 10A וכו'.
ביישום אחר, ייתכן שיהיה לך קבוע רווח פרופורציונלי של 10 A/V כאשר כניסת 1V מניבה פלט של 10A, כניסת 2V מניבה פלט של 20A וכו'.
בקרת PID
עבור תהליכים מסוימים, רווח פרופורציונלי מספיק טוב לשליטה. אבל עבור רוב התהליכים, כמו רובוטיקה, יש צורך בשליטה מדויקת יותר. אחת מתכניות הבקרה הנפוצות ביותר היא שליטה (פרופורציונלית, אינטגרלית, נגזרת).
ב-PID, יש לך רווח פרופורציונלי מוכפל בערך השגיאה הנוכחי, אבל יש גם את הרווח האינטגרלי מוכפל בהצטברות השגיאה לאורך זמן (אינטגרל) ואת הרווח הנגזר כפול בשינוי השגיאה לאורך זמן (נגזרת). זה כמעט תמיד מביא לתיקון הרבה יותר מדויק של שגיאות, ומפחית בעיות כמו חריגה ותנודה.
לולאת משוב בסיסית במערכת בקרת תנועה עם כונן סרוו הכולל בקרת PID.
יסודות כונן סרוו מוסברים למעצב המערכת
מזל טוב, אם הגעתם עד הלום. כעת בואו נסתכל מעבר לשילוב פשוט של בקר-הנעה-מנוע ונראה כיצד כונני סרוו משתלבים במערכת בקרת תנועה מלאה.
רמות כוח
לא כל כונני הסרוו נוצרים שווים. לכל כונן סרוו יש מתח הפעלה נומינלי ודירוגי שיא וזרם רציף מקסימליים. בעוד שבוצעו התקדמויות רבות להגדלת צפיפות ההספק (במיוחד בשנים האחרונות עם משפחת הכוננים FlexPro שלנו), כונני סרוו גדולים יותר בדרך כלל יהיו חזקים יותר ובעלי רזולוציה נמוכה יותר של בקרת זרם.
אולי ילד בן 5 יכול להבין את זה, אבל ליתר ביטחון, אל תנסה להפעיל מנוע זעיר של 5 אמפר עם כונן סרוו מגושם של 80 אמפר ואל תנסה להפעיל מנוע כבד של 80 אמפר עם סרוו זעיר של 5 אמפר. נהיגה.
כונן סרוו לפאנל
גורם צורה
כונני סרוו מגיעים בצורות ובגדלים שונים, חלקם מתאימים יותר ליישומים שונים.
מתקן לוח
לכונני סרוו להרכבה ללוח יש לוח בסיס מתכתי ומכסה פלסטיק או מתכת דק שסוגרים את ה-PCB.
חורים או חריצים בלוח הבסיס משמשים להרכבת הכוננים על משטח שטוח באמצעות ברגים או ברגים.
אלה הם הצורה המסורתית של כונני סרוו, המשמשים בדרך כלל במכונות.
הר PCB
PCB Mount Servo Drive
כונני סרוו תושבת PCB מיוצרים ללא כל מארז או כיסויים. הם מתוכננים להרכבה ישירות ללוח מעגל אחר באמצעות פינים או הלחמה, בדומה לאופן שבו ניתן לחבר תת-רכיב.
אלה הם מאוד קומפקטיים ומציעים קישוריות אמינה, אבל פחות מוגנים מפני פגעי מזג האוויר. אלה משמשים לעתים קרובות ברובוטיקה קבועה וניידת.
כונני תושבת PCB מחוברים לפעמים לכרטיס הרכבה כדי להציע חיבורים מסורתיים יותר עם חוטים וכבלים תוך שמירה על האופי הקומפקטי שלהם. זה יכול לחסוך למעצב המכונה את הטרחה של עיצוב PCB עם מחברי הפינים המדויקים שיתאימו לכונן.
רכב הר סרוו דרייב
תושבת לרכב
כונני סרוו להרכבה לרכב סגורים היטב במעטפת פלסטיק עבה ובלוח בסיס כבד. זיזי מסוף בורג משמשים כדי לאפשר זרם גבוה. כפי שהשם מרמז, אלה משמשים ביישומים ניידים.
ללא קשר לגורם הצורה, מבחינת ביצועים כולם עובדים אותו הדבר. ההבדל נוגע יותר לקלות ההתקנה עבור תעשיות שונות ויישומים שונים.
רשתות
ברובוטים, כלי רכב ניידים, מכונות ומערכות בקרת תנועה אחרות, רוב הסיכויים שיהיו יותר מציר תנועה אחד. זה אומר יותר ממנוע אחד, שפירושו בדרך כלל יותר מכונן סרוו אחד. הבקר צריך לשלוח את הפקודות לכל כונני הסרוו הללו.
ישנן שתי דרכים עבור הבקר לטפל בזה. עם כונני סרוו אנלוגיים, יש צורך בתכנית בקרה מרכזית כאשר הבקר מחובר בנפרד לכל כונן סרוו.
הפעלת כונני הסרוו ברשת מפשטת את החיווט. נתונים ופקודות יכולים לזרום לאורך אפיק רשת בודד לכל צומת, כך שהבקר אינו זקוק לחיבור ישיר לכל אחד מהם.
עם זאת, עם כונני סרוו דיגיטליים, ערכת בקרה מבוזרת מתאפשרת באמצעות שימוש ברשת. רשת משרשרת את כונני הסרוו יחד. ניתן לשלוח הודעות או מנות נתונים דרך הרשת וכונני הסרוו יגיבו לנתונים הממוענים אליהם.
יש מגוון של פרוטוקולי רשת שונים. רשתות בזמן אמת כגון EtherCAT או EtherNet/IP מאפשרות זמני תגובה מהירים להפליא, ושולחות עדכונים תוך פחות מאלפית שנייה. רשתות אחרות כמו CANopen או ModBus אינן מהירות, אך קלות יותר ופחות יקרות ליישום.
כֹּל ADVANCED דגם כונן סרוו דיגיטלי של Motion Controls מיועד לפרוטוקול רשת ספציפי, עם אפשרויות רבות זמינות, כולל מכס.
סוגים אחרים של מנועים
כמו טלפונים סלולריים התפתחו הרבה מעבר לביצוע שיחות טלפון, כונני סרוו יכולים לעשות הרבה יותר בימינו מאשר רק להפעיל מנועי סרוו.
מלבד מנועי סרוו סטנדרטיים מוברשים וללא מברשות, כונני סרוו יכולים לשמש גם לשליטה במנועים ליניאריים, מנועי צעד דו-פאזיים ותלת-פאזיים, מנועי אינדוקציה AC, סלילי קול ועוד.
מנוע ליניארי הוא אנלוגי חשמלית למנוע סרוו ללא מברשות "מגולגל", כך שהוא נשלט בקלות על ידי כונני סרוו דיגיטליים.
גם אם למערכת שלך יש מספר סוגי מנועים, יתכן מאוד שתוכל לשלוט בכולם באמצעות אותם דגמים או דגמים דומים של כונן סרוו, מה שמפשט את העיצוב שלך.
I/O
פונקציונליות I/O (Input/Output) משמשת בכונני סרוו דיגיטליים כדי לאפשר להם להחליף אותות גבוהים/נמוכים עם התקנים אחרים במערכת. התקנים אלה יכולים להיות חיישני טמפרטורה, מתגי גבול, חיישני לחץ, או אפילו כונני סרוו אחרים.
שימוש ב-I/O יכול להיות נהדר כדי לאפשר לכונן הסרוו לשלוט בפונקציות פשוטות במכונה ולהוריד את העומס מהבקר ו/או מהרשת.
בידוד
או כונני הסרוו שלך או ספק הכוח שלך יצטרכו בידוד חשמלי. אחרת, אתה עלול להסתיים עם אדמה צפה שבסופו של דבר תטגן את כונני הסרוו שלך ורכיבים אחרים במערכת. אתה צריך כונני סרוו עם בידוד אופטי מובנה או ספק כוח עם שנאי בידוד. היוצאים מן הכלל לכלל זה הם מערכות המונעות על ידי סוללות ומערכות עם כונני סרוו המיועדים לקבל כוח AC ישירות.
בונוס: יסודות כונן סרוו לפילוסופים
אם כונן סרוו הוא מכשיר שדוחף זרם ומתח למנוע, אז אם מנתקים אותו מהמערכת, האם זה עדיין כונן סרוו?
מאת ג'קסון מקיי, מהנדס שיווק
נהנים מהקריאה?
האם אתה מהסוג שלא מפסיק ללמוד?
הגדל את הידע שלך בקרת תנועה בכל חודש בחינם!
