Mi az a kettős hurok pozíciószabályozás és hol van rá szükség?

A legtöbb motorvezérlő rendszer a motorból a terhelésre ható erők átvitelére olyan csatlakozókat használ, mint a fogaskerekek, golyóscsavarok, szíjak és egyéb módszerek. Ezeket különböző okokból használják, például a nyomaték növelésére a fogaskerék áttételeken keresztül, a forgó mozgás lineáris mozgásra való átváltására vagy az alkalmazott nyomaték szögének megváltoztatására. Előnyeik mellett ezek az átviteli rendszerek költségekkel is járnak, például növelhetik a rendszerben a súrlódást, és csökkenthetik a merevséget a motor és a terhelés között. A merevséget veszélyeztetheti az erőátviteli alkatrészek hajlítása, valamint a fogaskerekek által okozott holtjáték. Például a golyóscsavarok nem tökéletesen merevek, terhelés alatt kissé meghajolhatnak és megnyúlhatnak. A fogaskerekek sem tökéletesek, lehet bennük holtjáték, ami egy kis "játékot" adhat a bemenet és a kimenet között.

Mai témánk az lesz, hogy a hajlítás és a holtjáték által okozott problémák hogyan kezelhetők a két hurokból álló pozíciószabályozással.

A probléma az egyhurkos megoldással

A költség- és kényelmi tényezők miatt a visszajelző eszközöket, például a kódolókat gyakran a motorba integrálják. A legtöbb szervomotoron a kódolót általában közvetlenül a motortengelyre szerelik, jellemzően a motor hátuljára. Ebben a konfigurációban a kódoló közvetlenül a motortengelyhez van kapcsolva, ezért a kimenete a motor valódi helyzetét jelzi.

Ha ezután egy fogaskerék, golyóscsavar vagy más átviteli eszköz csatlakozik a motortengelyhez, akkor a terhelés helyzetét a használt eszközök áttételének figyelembevételével kell kiszámítani. Sok esetben ez a konfiguráció elég pontos az alkalmazáshoz. Néhány esetben azonban a hozzáadott rugalmasság és az áttételből eredő holtjáték olyan mértékű hibát okozhat, hogy az problémává válik.

Tegyük fel például, hogy van egy marógép, amely egy forgó motort használ, amely egy golyóscsavart forgat a terhelés mozgatásához. A marók nagy erőket képesek kifejteni, hogy az alkatrészeket a marógépen keresztül tolják, és ezek az erők a marógépben lévő alkatrészek elhajlását okozhatják. A hajlítás mértékét számos változó befolyásolja, többek között az, hogy a golyóscsavar mennyire van kihúzva, és mekkora erő hat a terhelésre. Ha az egyetlen visszajelzés a motorra vonatkozna, akkor bajban lehetnénk. Ez azért van, mert a motor és a terhelés között hosszú alkatrészlánc van, amely elhajolhat és hajlítható. Szerencsére van egy egyszerű megoldás, és ez az, hogy egy skálát (vagy kódolót) helyezünk a terhelésre. Így közvetlenül mérhetjük a terhelés helyzetét, függetlenül attól, hogy mennyire hajlítanak az erőátviteli alkatrészek.

Azonban a kódolónak a motortól a terheléshez való áthelyezése nem a teljes megoldás. Ha a visszajelzést a motorra helyezzük, az stabil és pontos motorvezérlést eredményez, azonban a terhelés pozíciójának pontossága feláldozódik. A visszacsatolásnak a terhelésre történő elhelyezése alternatívaként növeli a végső pozíció pontosságát, azonban a motoron történő visszacsatolás nélkül a rendszer instabillá válhat, mivel a holtjáték kiszámíthatatlan módon hagyhatja a motort pillanatnyilag terheletlenül.

Kettős hurokszabályozás hozzáadása

A pontosság és a stabilitás elérése érdekében a megoldás két visszacsatoló eszköz használata. Egyet a motoron és egyet a terhelésen. Ezt a konfigurációt kettős hurokszabályozásnak nevezik, és így működik:

A motorral kezdve a vezérlőrendszer lezárja a motor körüli sebességhurkot. A sebességhurok bezárása itt stabilizálja a rendszert a motor sebességének szabályozásával, függetlenül attól, hogy a holtjáték miatt a motor hogyan terhelődik vagy tehermentesül. Ez a hurok lenne a belső hurok egy kettős hurokszabályozási rendszerben.

A második hurok ebben a rendszerben a külső hurok. Itt a meghajtó a terhelés helyzetét közvetlenül mérő visszacsatolással zárja a pozícióhurkot. A visszajelzésnek a terhelésre történő elhelyezése lehetővé teszi a vezérlő számára a pozíció pontos mérését és a pozícióhurok megfelelő lezárását.

A kettős hurokrendszerben mindkét hurok együttesen működik a stabil és pontos mozgásszabályozás érdekében. A pozíció közvetlen mérése pontos információt szolgáltat a vezérlőrendszer számára a pozícióhurokhoz. A pozíció kis módosításait, és ami még fontosabb, az irányváltozásokat a sebességhurokba adott sebességparancsok kezelik. A sebességparancsok a pozícióhurokból érkeznek, ahol a parancs nagysága arányos a pozícióhiba összegével. Mivel a sebességhurok a motor körül van lezárva, nem alakul ki a "pofozkodó" hatás, amikor a motor hirtelen felgyorsul, amikor a holtjáték miatt tehermentesítve van. A sebességhurok javítja a motorvezérlést, és lehetővé teszi, hogy a motor szabályozott sebességgel pörögjön, függetlenül attól, hogy hogyan van terhelve.

Okosabb meghajtók a jobb vezérlésért

Az intelligens meghajtók két hurokrendszerei különböző konfigurációkkal rendelkezhetnek, mint például forgás-forgás vagy forgás-lineáris. A forgó-rotációs rendszerre példa egy forgó motor, amely egy forgó sebességváltóhoz van csatlakoztatva. A motor és a terhelés visszacsatolása is forgó kódolókkal történne. A forgó-lineáris rendszerre példa egy golyóscsavarhoz csatlakoztatott forgó motor, mint az előző marógépes példában. A motor visszajelzése forgó kódolót, míg a terhelés visszajelzése lineáris kódolót használna.

Sok ADVANCED Motion Controls intelligens szervohajtás beépített kéthurkos képességgel rendelkezik. Azok a pozicionáló meghajtók, amelyek a "Auxiliary Feedback" (kiegészítő visszajelzés) funkciót sorolják fel, két hurokvezérléssel rendelkeznek. Ezek megtalálhatók weboldalunkon, ha a termékkeresőben a "Auxiliary Feedback" kifejezésre szűr.

Rene Ymzon, marketing menedzser