מהי בקרת מיקום כפולה והיכן היא נחוצה?

רוב מערכות בקרת המנוע משתמשות בחיבורים כגון גלגלי שיניים, ברגים כדוריים, חגורות ושיטות אחרות כדי להעביר את הכוחות מהמנוע לעומס. הם משמשים מסיבות שונות, כמו להגדיל את המומנט באמצעות יחסי העברה, לשנות תנועה סיבובית לתנועה ליניארית או לשנות את זווית המומנט המופעל. לצד היתרונות שלהן יש למערכות ההילוכים הללו גם עלויות הקשורות אליהן, למשל הן יכולות להגביר את החיכוך במערכת ולהפחית את הקשיחות בין המנוע לעומס. ניתן להתפשר על קשיחות באמצעות כיפוף של רכיבי ההילוכים, כמו גם השפעות נגד המוכנסות על ידי גלגלי שיניים. לדוגמה, ברגים כדוריים אינם קשיחים לחלוטין, הם יכולים להתכופף ולהימתח מעט תחת עומס. גם גלגלי השיניים אינם מושלמים, הם יכולים להיות בעלי תגובה נגדית שיכולה להוסיף כמות קטנה של "משחק" בין הקלט והפלט.

הנושא שלנו היום יהיה כיצד ניתן לטפל בבעיות שמוצגות על ידי כפיפה ותגובה באמצעות בקרת מיקום כפולה.

הבעיה עם לולאה יחידה

בשל גורמי עלות ונוחות, התקני משוב כגון מקודדים משולבים לעתים קרובות עם המנוע. המקודד ברוב מנועי הסרוו מותקן בדרך כלל ישירות לציר המנוע, בדרך כלל בגב המנוע. בתצורה זו המקודד מחובר ישירות לציר המנוע ולכן הפלט שלו מהווה אינדיקציה למיקום המנוע האמיתי.

אם גלגל שיניים, בורג כדורי או התקן העברה אחר היה מחובר לציר המנוע, מיקום העומס יחושב לאחר מכן תוך התחשבות ביחסי ההילוכים של המכשירים שבהם נעשה שימוש. במקרים רבים תצורה זו מדויקת מספיק עבור היישום. עם זאת, במקרים מסוימים, הגמישות הנוספת ותגובת הנגד מהתמסורת יכולה להציג מספיק שגיאות כדי שהיא תהפוך לבעיה.

לדוגמה, נניח שיש מכונת כרסום שמשתמשת במנוע סיבובי שמסובב בורג כדורי כדי להזיז את העומס. טחנות יכולות להפעיל כוחות גדולים כדי לדחוף חלקים דרך החותך וכוחות אלו יכולים לגרום לחלקים במכונת הכרסום להתגמש. כמות הכיפוף מושפעת ממספר משתנים כולל עד כמה הבורג הכדורי מורחב וכמה כוח מופעל על העומס. אם המשוב היחיד היה על המנוע אז היינו בבעיה. הסיבה לכך היא שיש שרשרת ארוכה של חלקים שיכולה להתכופף ולהתגמש בין המנוע לעומס. למרבה המזל יש פתרון קל וזה לשים סולם (או מקודד) על העומס. כך נוכל למדוד ישירות את מיקום העומס ללא קשר לכמה חלקי ההילוכים מתכופפים.

עם זאת, רק העברת המקודד מהמנוע לעומס אינו הפתרון כולו. הצבת המשוב על המנוע מביאה לשליטה מנוע יציבה ומדויקת, אולם הדיוק של מיקום העומס מוקרב. לחילופין הצבת המשוב על העומס מגדילה את דיוק המיקום הסופי, אולם ללא משוב על המנוע, המערכת עלולה להפוך לבלתי יציבה מכיוון שהנגיף עלול להשאיר את המנוע ללא עומס לרגע בדרכים שאינן ניתנות לחיזוי.

הוספת בקרת לולאה כפולה

כדי להשיג גם דיוק וגם יציבות הפתרון הוא להשתמש בשני התקני משוב. אחד על המנוע ואחד על העומס. תצורה זו נקראת בקרת לולאה כפולה והיא פועלת כך:

החל מהמנוע, מערכת הבקרה סוגרת את לולאת המהירות סביב המנוע. סגירת לולאת המהירות כאן מייצבת את המערכת על ידי שליטה על מהירות המנוע ללא קשר לאופן שבו ההשפעה האחורית גורמת להעמסה או פריקה של המנוע. לולאה זו תהיה הלולאה הפנימית בתכנית בקרה כפולה.

הלולאה השנייה במערכת זו היא הלולאה החיצונית. כאן הכונן סוגר את לולאת המיקום באמצעות משוב שמודד ישירות את מיקום העומס. הצבת המשוב על העומס מאפשרת לבקר למדוד במדויק את המיקום ולסגור כראוי את לולאת המיקום.

יחד שתי הלולאות במערכת כפולה פועלות יחד ליצירת בקרת תנועה יציבה ומדויקת. מדידה ישירה של המיקום מספקת למערכת הבקרה מידע מדויק עבור לולאת המיקום. התאמות קטנות במיקום, וחשוב מכך שינויים בכיוון מטופלים על ידי פקודות מהירות לתוך לולאת המהירות. פקודות המהירות מגיעות מלולאת המיקום שבה גודל הפקודה הוא פרופורציונלי לכמות שגיאת המיקום. מכיוון שלולאת המהירות נסגרת סביב המנוע, זה לא יוצר את אפקט ה'סטירה' שבו המנוע יאיץ לפתע כשהוא נפרק עקב רעש הפוך. לולאת המהירות משפרת את בקרת המנוע ומאפשרת למנוע להסתובב בקצב מבוקר ללא קשר לאופן הטעינה שלו.

כוננים חכמים יותר לשליטה טובה יותר

למערכות לולאה כפולה בכוננים חכמים יכולות להיות תצורות שונות כגון סיבוב לסיבוב או סיבובי לליניארי. דוגמה למערכת סיבובית לסיבוב תהיה מנוע סיבובי המחובר לתיבת הילוכים סיבובית. המשוב עבור המנוע והעומס ישתמש במקודדים סיבוביים. דוגמה למערכת סיבובית ללינארית תהיה מנוע סיבובי המחובר לבורג כדורי כמו בדוגמה הקודמת של מכונת כרסום. משוב המנוע ישתמש במקודד סיבובי ואילו משוב העומס ישתמש במקודד ליניארי.

כונני סרוו חכמים רבים מסוג ADVANCED Motion Controls כוללים יכולות מובנות בלולאה כפולה. מיקום כוננים שמפרטים "משוב עזר" כתכונה הם בעלי שליטה בלולאה כפולה. ניתן למצוא אותם באתר האינטרנט שלנו על ידי סינון עבור "משוב עזר" בחיפוש המוצר שלנו.

מאת רנה ימזון, מנהלת שיווק