Hareket Kontrolüne Genel Bakış

Otomasyonun bir alt alanı olan hareket kontrolü, mekanik sistemlerin hareketinin hassas bir şekilde manipüle edilmesinin gerekli olduğu endüstrilerde giderek daha yaygın hale gelmiştir.

Küresel hareket kontrol pazarının 2031 yılına kadar 21,95 milyar ABD dolarına ulaşacağı öngörüldüğünden, daha fazla işletmenin servo motorlar ve sürücüler gibi çeşitli hareket kontrol sistemlerini uygulamaya koyması şaşırtıcı değildir.

Hareket Kontrolü Nedir?

"Robotik" olarak da adlandırılan hareket kontrolü, endüstriyel süreçlerde belirli bir yükü kontrollü bir şekilde hareket ettirmek için kullanılır. Hareket kontrol sistemleri pnömatik, hidrolik veya elektromekanik çalıştırma teknolojisini kullanabilir.

Aktüatör tipinin (yani yükü hareket ettirmek için enerji sağlayan cihazın) seçimi güç, hız, hassasiyet ve maliyet gereksinimlerine dayanmaktadır. Elektromekanik sistemler tipik olarak yüksek hassasiyetli, düşük ila orta güçte ve yüksek hızlı uygulamalarda kullanılır. Bu sistemler esnek, verimli ve uygun maliyetlidir. Motorlar elektromekanik sistemlerde kullanılan aktüatörlerdir.

Elektromanyetik alanların etkileşimi sayesinde güç üretirler. Bu motorlar ya döner ya da doğrusal hareket sağlar. Burada tipik bir servo sistemin grafiksel gösterimi yer almaktadır:

Bu tür bir sistem pozisyon, hız ve/veya ivmeyi kontrol etmek için kullanılan bir geri besleme sistemidir. Kontrolör, istenen döngüyü (tipik olarak konum veya hız) kapatmak için algoritmalar içerir ve ayrıca girişler / çıkışlar, terminaller vb. ile makine arayüzünü idare eder.

Sürücü veya amplifikatör iç döngü(ler)i (tipik olarak hız veya akım) kapatır ve kontrolör referans sinyallerine göre motoru tahrik eden elektrik güç dönüştürücüsünü temsil eder. Motor fırçalı veya fırçasız tipte, döner veya doğrusal olabilir.

Motor, yükü hareket ettirmek için gereken kuvvetleri üreten gerçek elektromanyetik aktüatördür. Takometreler, lvdt'ler, enkoderler ve resolverler gibi geri besleme elemanları, çeşitli servo döngülerini kapatmak için motora ve/veya yüke monte edilir.

ADVANCED Hareket Kontrolleri tasarımları ve üreticileri servo sürücüler ve servo sistemlerde kullanım için amplifikatörler. Servo sürücüler ve amplifikatörler, konum ve/veya hızın hassas kontrolünün gerekli olduğu hareket kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.

Sürücü/amplifikatör, motor voltajı ve akımı sağlamak için kontrolörden gelen düşük enerjili referans sinyallerini yüksek enerjili sinyallere çevirir. Bazı durumlarda dijital sürücü kullanımı kontrolör/sürücü veya kontrolör/amplifikatör kontrol sisteminin yerini alır.

Komut sinyalleri bir motor torkunu, hızını veya konumunu temsil eder ve doğası gereği analog veya dijital olabilir. Analog +/-10 VDC komutu hala en yaygın referans sinyalidir ancak yerini hızla dijital ağ komutlarına bırakmaktadır.

Hareket kontrolünün tarihçesi nedir?

Bu hareket kontrol teknoloji̇si̇ni̇n tari̇hçesi̇ yaklaşık 1760 yılında başlayan Sanayi Devrimi'ne kadar uzanmaktadır. Bu dönem, makine teknolojisinde bugün gördüğümüz sofistike hareket kontrol sistemlerine zemin hazırlayan önemli gelişmelere tanıklık etti. 1700'ler ve 1800'ler boyunca endüstriler genişledikçe rafine hareket kontrolüne duyulan ihtiyaç da katlanarak arttı.

• 1700s: Hareket kontrol sistemlerinin temelini oluşturacak olan makine teknolojisindeki ilk gelişmeleri işaret eden Sanayi Devrimi başladı.
• 1800s: Fabrika otomasyonuna kayış ve kasnak sistemleriyle çalışan ham motorlar hakimdi. Su çarkları ve buhar makineleri gibi büyük güç kaynakları, mekanik gücü dikey tahrik trenleri aracılığıyla iletiyordu.
• 1900s: Thomas Edison'un 1870'lerde DC jeneratörü tanıtması ve Nikola Tesla'nın 1880'lerde AC motora öncülük etmesiyle elektriksel yenilikler arttı. 20. yüzyılın başlarındaki gelişmeler arasında Henry Ford'un mobil üretim hatları ve standartlaştırılmış parçalar sayesinde elektrikle çalışan aletler de yer aldı. 1927'de Harold Black, amplifikatörlerde negatif geri beslemede devrim yaratarak 1930'larda pnömatik hareket kontrol sistemlerinin gelişimini etkiledi. 20. yüzyılın ortalarında oransal-integral-türevsel (PID) kontrol benimsenmiş ve 1970'lerin sonlarında darbe genişlik modülasyonu (PWM) ve fırçasız sabit mıknatıslı motorlar ortaya çıkmıştır.
• 20. yüzyılın sonlarından günümüze: Dijital sinyal işleme (DSP) ve PWM anahtarlama teknolojileri, hareket kontrol sistemlerinin kompaktlığını ve verimliliğini artırdı. Profibus (1989) ve DeviceNet (1994) gibi ağ protokolleri otomasyon iletişimini standartlaştırmayı amaçlamıştır. CANopen ve Ethernet Power Link (EPL) gibi açık standartların benimsenmesi, sistem güvenilirliğini ve bağlanabilirliğini artırmıştır.

Hareket kontrol sisteminin ana bileşenleri nelerdir?

Kontrolör

Kontrolör bir servo sistemin "beynidir". Hareket yollarının oluşturulmasından ve dış ortamdaki değişikliklere tepki verilmesinden sorumludur. Kontrolörler bir AÇMA/KAPAMA anahtarı veya bir operatör tarafından kontrol edilen bir kadran kadar basit bir şey olabilir.

Ayrıca, birden fazla servo ekseni aktif olarak kontrol etme, G/Ç'yi izleme ve makine için tüm programlamayı sürdürme yeteneğine sahip bir bilgisayar kadar karmaşık olabilirler.

Tipik olarak, kontrolör sürücüye bir sinyal gönderir; sürücü motora güç sağlar; ve motordan gelen geri bildirim kontrolöre ve sürücüye geri gönderilir. Yükten gelen geri bildirim de kontrolöre yönlendirilir. Kontrolör geri beslemeyi analiz eder ve amplifikatöre giden sinyali güncelleyerek hataları düzeltir. Kontrolör servonun akıllı parçası olarak kabul edilir, amplifikatör akım döngüsünü kapatırken hız ve/veya pozisyon döngülerini kapatır.

Bununla birlikte, birçok amplifikatör hız ve/veya konum döngülerini kapatarak kontrolörden gelen hesaplama taleplerini azaltır.

Kontrolörlerin Fiziksel Formları

Kontrolörler, insanların maliyet, performans, rahatlık ve kullanım kolaylığına göre seçtikleri çeşitli formlarda gelir. Çoğu kontrolör Mikrodenetleyiciler, PLC'ler ve Hareket Kontrolörleri kategorisine girer. Her biri aşağıda açıklanmıştır.

Mikrodenetleyiciler

Bu, uçucu olmayan bellekte saklanan bir programı çalıştıran küçük ve düşük maliyetli bir bilgisayar türüdür. Bir mikrodenetleyiciyi bir sistem için yapılandırmak genellikle deneyimli bir programcı gerektirir ve konum ve hız gibi döngüleri kapatmak oldukça zor olabilir. Genellikle, bir mikrodenetleyici kullanarak bir servo sistemi tasarlandığında, mikrodenetleyici sadece belirli komutları amplifikatöre geri gönderirken, amplifikatörün / sürücünün istenen döngüleri kapatması sağlanır. Bu komutlar mikrodenetleyiciye gelen girdilere (sensörler, anahtarlar, vb.) bağlı olabilir.

PLC'ler

1960'ların sonlarında, Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC'ler) ilk olarak kablo karmaşasını ve sıralı röle devreleriyle ilişkili sorun giderme kabuslarını ortadan kaldırmak için kullanıldı. PLC'ler, sınırlı ömürleri olan mekanik rölelerin yerini alabilir. Bu kontrolörler mikrodenetleyicilerden daha pahalıdır, ancak bunun iyi bir nedeni vardır.

PLC'ler, komutların programlanmasına, kaydedilmesine ve yürütülmesine olanak tanıyan bir işlemciye ve belleğe sahiptir. Ayrıca, gerektiğinde PLC'ye I/O modüllerinin eklenebilmesi için bir raf ve I/O yuvalarına sahiptir. Modüller, yüksek hızlı sayaçlar, gerçek zamanlı saatler veya servo kontrol yetenekleri gibi özellikler ekleyebilir.

PLC'lerin avantajları arasında genişletilebilirlik ve zorlu ortamlara dayanıklılık yer alır. Fiyat genellikle hareket kontrolörlerinden daha düşüktür.

Hareket Kontrolörleri

Hareket kontrolörleri özellikle hareketin kontrolü için üretilmiştir (adı da buradan gelir). Bu nedenle komutlar ve I/O, hareket endüstrisindekilerin ihtiyaçlarına özeldir. Diğerlerinden farklı olarak, hareket kontrolörleri genellikle PC tabanlıdır ve grafiksel bir kullanıcı arayüzüne izin verir. Genellikle, ayarlama kolaylığı, komutasyon algılama ve diğer işlevleri sağlayan gelişmiş özellikler vardır. Bir hareket kontrolörü, genel olarak, hayatınızı bir PLC veya mikrodenetleyiciden daha kolay hale getirecektir. Eklenen özellikler nedeniyle, genellikle daha pahalıdırlar.

Komuta

Komut, kontrolörden servo sürücüye gönderilen sinyaldir.

Dijital servo sürücüler CANopen, Ethernet, EtherCAT, Ethernet Powerlink, Synqnet, USB, RS232 ve amplifikatörü doğrudan (veya neredeyse doğrudan) bir bilgisayara bağlayarak motoru kontrol etmenizi sağlayan daha birçok ağ üzerinden kontrol edilebilir. Ağ sinyalleri, I/O durumu, sürücü durumu, konum bilgileri ve daha fazlası dahil olmak üzere çıkış komutundan daha fazlasını iletebilme avantajına sahiptir.

Analog servo sürücüler +/-10V analog sinyaller ve PWM & Yön sinyalleri ile kontrol edilir.

Servo Sürücü

Bu servo sürücü kontrolör ve motor arasındaki bağlantıdır. Servo amplifikatörler olarak da adlandırılan bu cihazların görevi, kontrolörden gelen düşük enerjili referans sinyallerini motora giden yüksek enerjili güç sinyallerine çevirmektir. Başlangıçta, sürücüler sadece bir kontrolörün bir motoru sürmesini sağlayan güç katıydı. Fırçalı motorlara güç veren tek kadranlı modeller olarak başladılar. Daha sonra dört kadran özelliğine ve fırçasız motorlara güç sağlama yeteneğine sahip oldular. Dört kadran, bir motoru her iki yönde hem sürme hem de yeniden üretme yeteneği anlamına gelir.

Mevcut eğilim, sürücülere daha fazla özellik ve yetenek eklemektir. Günümüzde sürücülerden enkoderler, çözücüler ve takometrelerin yanı sıra limit anahtarları ve diğer sensörler de dahil olmak üzere tüm sistem geri bildirimlerini işlemesi beklenebilir. Sürücülerden ayrıca tork döngüsünü, hız döngüsünü ve konum döngüsünü kapatmaları istenmekte ve yol oluşturma sorumluluğu verilmektedir. Kontrolör ve sürücü arasındaki çizgi bulanıklaştıkça, sürücü eskiden yalnızca kontrolörün alanı olan daha karmaşık kontrol işlevlerinin çoğunu üstlenecektir.

Tahrik teknolojisinin geleceği, hareket kontrol endüstrisinin talepleri üzerine inşa edilmeye devam edecektir. Bu talepler şunları içermektedir:

• Üretim verimini artırmak için daha yüksek bant genişliği
• Daha karmaşık ve minyatürleştirilmiş üretime olanak sağlamak için artırılmış hız ve konum kontrolü
• Bir makine içindeki eksenleri yakından koordine etmek ve bir fabrika içindeki makineleri koordine etmek için artırılmış ağ kapasitesi
• Basitleştirilmiş, kullanıcı dostu ve evrensel kullanım

Motor

Bu servo motor Sürücüden gelen akım ve gerilimi mekanik harekete dönüştürür. Çoğu motor döner tiptedir ancak doğrusal motorlar da mevcuttur. Servo uygulamalarında kullanılabilecek birçok motor türü vardır.

Aşağıdaki motor tipleri listesi servo uygulamalarında yaygın olarak bulunur.

Tek Fazlı

Tek fazlı motorların iki güç kablosu vardır ve kurulumu çok kolaydır. Bu kategorideki motorlar fırçalı motorları, endüktif yükleri ve ses bobinlerini içerebilir. Fırçalı motorlar için tasarlanmış amplifikatörler tipik olarak tek fazlı yükleri sürmek için kullanılır, ancak AMC'nin çoğu üç fazlı sürücüsü de bu motorları çalıştırabilir.

Fırça

En yaygın tek fazlı motor. Fırçalar, akımı doğru zamanda doğru bobinlere yönlendiren bir mekanik komütasyon biçimidir.

Lineer Aktüatör

Lineer aktüatörler, lineer bir mili içeri ve dışarı hareket ettirmek için bir dişli kutusuna bağlı bir döner motor kullanır. Aktüatördeki motor genellikle fırçalı bir motordur.

Ses Bobini

Bir ses bobini kavramsal olarak bir ses hoparlörüne benzer. Hareket doğrusaldır ve genellikle 0,5 inçten (13 mm) daha az hareketle sınırlıdır. Birçok ses bobini uygulaması yüksek performanslı bir servo sürücü gerektirir ve ADVANCED Hareket Kontrolleri genellikle ilk tercihtir.

Manyetik Rulman

Manyetik rulmanlar, servolarla kontrol edilen manyetik bir yastık üzerinde dönen bir mili yüzdürür. Düşük sürtünme gerektiğinde veya şaft hızları geleneksel rulmanlar için çok yüksek olduğunda kullanılırlar. Manyetik rulmanlar, dönen şaftı havaya kaldırmak için elektromıknatıslar kullanır, böylece fiziksel olarak hiçbir şey ona dokunmaz. Tipik bir manyetik yatak sistemi 4 veya 5 sürücü gerektirir - dönen şaftın her iki tarafında bir x ve y ve şaftın içeri ve dışarı kaymasını önlemek için isteğe bağlı bir baskı yatağı. Sistemin dinamik yapısı nedeniyle sürücüler için performans gereksinimleri son derece yüksek olabilir.

Endüktif Yük

Endüktif yükler genellikle üniversiteler ve bilim insanları tarafından deneyleri için manyetik alanlar oluşturmak amacıyla kullanılır. ADVANCED Motion Controls sürücüleri 80uH'den daha az endüktansa sahip endüktif yükleri 1H (1.000.000uH) endüktansa kadar başarıyla kontrol etmiştir. Büyük bir indüktörde depolanan enerji için özel hususlar vardır ve teknik destek departmanımız bunları projenizle ilgili olarak tartışmaktan mutluluk duyacaktır.

Üç Fazlı

Fırçasız Döner

Sabit mıknatıslı fırçasız servo motorlar daha yüksek güç yoğunluğuna, daha iyi ısı dağılımına sahiptir ve fırçalı motorlara göre daha az bakım gerektirir. Fırçasız motorların kurulumu artan kablolama nedeniyle biraz daha zor olabilir, bu nedenle dijital hattımız komütasyon sürecini otomatikleştirerek işleri kolaylaştırır.

Doğrusal

Bir lineer motorun yapısı döner motorla aynıdır ancak açılmış ve düzleştirilmiştir. Doğrusal bir motor için bir sürücünün yapılandırılması, döner bir motor için bir sürücünün yapılandırılmasıyla aynıdır. Lineer motorlar, hız ve hassasiyet gereksinimlerinin bir döner motor ve vidalı milin sağlayabileceğinden daha fazla olduğu doğrudan tahrik uygulamalarında kullanılır.

Yükle İlgili Hususlar

Yük değerlendirmeleri, hareket ettirilen nesneyi, makinedeki hareketli parçaları ve kaplinler ve boşluk gibi istenmeyen dengesizliklere neden olabilecek her şeyi içermelidir. Makinedeki hareketli parçaların toplam kütlesi, motora yansıyacak olan ataletlere sahiptir. Lineer kademeler ve rulmanlar gibi sürtünme noktaları motor yüküne katkıda bulunacaktır. Esnek kaplinler, dikkate alınması gereken rezonanslar ekleyecektir.

Geri bildirim

Modern kontrol sistemlerinde, motorun veya yükün komut verilen konuma veya hıza ulaşmasını sağlamak için geri besleme cihazları kullanılır. Servo amplifikatörler ve kontrolörler bu geri beslemeyi kullanarak motora herhangi bir zamanda ne kadar akım verileceğini, mevcut konumuna ve hızına ve olması gereken yere göre belirler. Mutlak ve bağıl ('artımlı' olarak da bilinir) olmak üzere iki ana geri besleme türü vardır.

Mutlak Geri Bildirim

Mutlak cihazlar, güç verildiğinde belirli bir aralıkta kesin konum sağlar (yani bir hedef arama rutini olmadan).

Göreceli Geri Bildirim (artımlı)

Bu cihazlar yalnızca artımlı konum güncellemeleri sağlar. Motorun veya yükün konumunu bilmek için, ilk konumu belirlemek üzere bir tür mutlak geri besleme (örneğin bir limit anahtarı) ile birlikte artımlı geri beslemenin kullanılması gerekir. İlk konum bilindiğinde, bağıl geri bildirim hareket aralığı boyunca konum bilgisi sağlayabilir.

Bu iki genel geri bildirim türü içinde birçok farklı geri bildirim cihazı bulunmaktadır. İşte hareket kontrolünde en yaygın olarak kullanılan cihazlardan bazıları.

Geri Bildirim Türleri

Dörtlü Kodlayıcı

Enkoderler, hareket kontrolünde en yaygın konum geri bildirim cihazıdır. Doğrusal enkoderler mikron altı çözünürlüklere kadar çıkabilir ve döner enkoderler devir başına 100.000 sayımı aşan çözünürlüklere sahip olabilir. Bunlar göreceli geri besleme cihazlarıdır.

Sinüzoidal Kodlayıcı

Sinüzoidal kodlayıcılar, dörtlü kodlayıcılarda görülen kare dalgalar yerine sinüs dalgaları kullanır. Bu, ara kodlayıcı sayılarının 1024 katın üzerinde enterpole edilmesini sağlar. Çözünürlük başına 4 milyon sayımın üzerinde çözünürlükler mümkündür. Bunlar göreceli geri besleme cihazlarıdır.

Mutlak Sinüzoidal Kodlayıcı

Bunlar, binlerce devir boyunca mutlak konum bilgisini koruyabilen mekanik bir cihaz veya elektrik devresine ek olarak yukarıdaki gibi aynı sinüzoidal kodlayıcıları kullanır. Bu cihazlar konum bilgisini aşağıdaki gibi bir seri protokol üzerinden aktarır: Hiperface^®, EnDat^® ve BiSS.

Hall Sensörleri

Bu, genellikle komütasyon kontrolü için gerekli olan düşük çözünürlüklü bir geri bildirimdir. Bu, daha yüksek hızlarda hız geri beslemesi için de kullanılabilir. Bunlar her bir elektrik çevriminde 6 birim mutlak geri besleme sağlar.

Resolver

Bir çözümleyici esasen bir döner transformatördür. Bu geri besleme 16bit'in üzerinde çözünürlüklere sahiptir. Çözücüler, yüksek sıcaklık ve yüksek titreşimli ortamlar için tercih edilen geri bildirimdir. Bunlar bir devir içinde mutlak geri bildirim sağlar.

Ana Hareket Kontrol Fonksiyonları Nelerdir?

Hareket kontrolünün yedi ana işlevi vardır. Bunları aşağıda ayrıntılı olarak tartışacağız.

Hız Kontrolü

Hız kontrolü, hareket kontrol sistemlerinde temel bir işlevdir ve makinelerin hareket hızını hassas bir şekilde yönetmesine olanak tanır.

Bu kontrol, konveyör bantları veya HVAC sistemlerindeki fan hızı düzenlemesi gibi tutarlı ve kontrollü hızın gerekli olduğu uygulamalarda çok önemlidir.

Hızı sorunsuz ve doğru bir şekilde ayarlama yeteneği, otomatik süreçlerde optimum performans ve verimlilik sağlar.

Konum (Noktadan Noktaya) Kontrolü

Genellikle noktadan noktaya kontrol olarak adlandırılan konum kontrolü, bir cihazın veya bileşenin önceden tanımlanmış bir alan içinde belirli bir konumdan diğerine taşınmasını içerir. Bu işlev, robotik ve CNC işleme gibi hassasiyetin çok önemli olduğu sektörlerde kritik öneme sahiptir.

Konum kontrol sistemleri, hareket yörüngelerini hesaplamak için üçgen, trapez ve S-eğrisi profilleri dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanır. Bu profillerin her biri farklı özellikler sunar:

• Üçgen profiller tipik olarak basit, doğrudan hareketler için kullanılır.
• Trapezoidal profiller hızlanma ve yavaşlama aşamaları sunarak daha karmaşık operasyonlar için uygun hale gelir.
• S-Eğrisi profilleri, hareketin başında ve sonunda hızda kademeli artışlar ve düşüşler ekleyerek pürüzsüzlüğü artırır ve sistem üzerindeki mekanik gerilimi azaltır.

Basınç/Kuvvet Kontrolü

Basınç veya kuvvet kontrolü, makinelerin değişen yükler ve direnç seviyeleriyle hassas bir şekilde etkileşime girmesi gereken uygulamalarda çok önemlidir. Bu işlev, sistemlerin uygulanan kuvveti dinamik olarak ayarlamasını sağlayarak ürünlere veya makinelere zarar vermeden optimum performans sağlar.

Bu tür bir kontrol, montaj hatlarının parçaları hatasız bir şekilde birleştirmek için tam kuvvet gerektirdiği imalat gibi sektörlerde çok önemlidir. Gelişmiş servo motorlar ve geri besleme sensörleri kuvveti sürekli olarak izler ve ayarlar, böylece verimlilik ve hassasiyet arasındaki dengeyi korur.

Empedans Kontrolü

Empedans kontrolü, makinelerin dinamik ortamlarla etkileşime girdiği robotikte özellikle hayati önem taşır. Bu kontrol tipi, robotun mekanik empedansını, yani sertlik ve sönümlemeyi gerçek zamanlı olarak ayarlamak için tasarlanmıştır.

Robotlar bu faktörleri modüle ederek etkileşime girdikleri nesnelerin fiziksel özelliklerine etkili bir şekilde uyum sağlayabilir ve montaj, paketleme ve hatta hassas ameliyatlar gibi karmaşık görevleri yerine getirme becerilerini artırabilir. Empedans kontrolü yalnızca doğrudan kuvvet uygulamasıyla ilgili değildir, aynı zamanda robotlar ve operasyonel ortamları arasında sorunsuz ve güvenli etkileşimler sağlamak için incelikli ayarlamaları da içerir.

Yol Kontrolü

Yol kontrolü, bir hareket sisteminin önceden tanımlanmış bir rotayı veya yörüngeyi doğru bir şekilde takip edebilmesini sağlamanın ayrılmaz bir parçasıdır. Bu işlev, kesme makineleri veya montaj hatlarında kullanılan robot kollar gibi birden fazla nokta arasındaki hareketin hassas bir şekilde kontrol edilmesi gereken uygulamalarda hayati önem taşır.

Yol kontrolü, yalnızca yörüngeyi belirlemekle kalmayıp aynı zamanda hız ve verimlilik için hareketi optimize ederek mekanik bileşenlerdeki aşınma ve yıpranmayı azaltan ve genel sistem güvenilirliğini artıran sofistike algoritmalar kullanır.

Sarsıntı Kontrolü

Sarsıntı kontrolü, makinelerin sorunsuz çalışmasında kritik bir faktör olan ivme değişim oranını ele alır. Sarsıntıyı en aza indirmek, mekanik gerilimi azaltmak ve hem ürüne hem de makineye zarar gelmesini önlemek için çok önemlidir.

Bu kontrol işlevi özellikle ekipmanın yüksek hızlarda hareket ettiği veya hassas bileşenler taşıdığı sistemlerde önemlidir. Sarsıntı kontrolü, hızlanma ve yavaşlamadaki geçişleri yumuşatarak mekanik parçaların daha uzun ömürlü olmasını sağlar ve otomatik süreçlerde güvenliği artırır.

Elektronik Dişli / Kam Profili Oluşturma

Elektronik dişli ve kam profili oluşturma, bir makinenin farklı parçalarının hareketini senkronize etmek için kullanılan gelişmiş tekniklerdir. Bu işlevler, makine dinamikleri üzerinde hassas kontrol sağlayarak senkronize montaj hatlarında veya çok eksenli makine takımlarında gerekli olan karmaşık hareketleri mümkün kılar.

Elektronik dişliler geleneksel mekanik dişlileri taklit eder, ancak daha fazla esneklikle ve fiziksel temasa gerek kalmadan mekanik aşınmayı azaltır. Bu arada kam profili oluşturma, hareket kontrolörünün bir kam profilini takip edecek şekilde programlanmasını içerir ve özellikle tekrarlayan, hassas hareketler gerektiren uygulamalarda faydalıdır.

Hareket Profilleri

Tüm servo sistemlerin amacı bir tür yükü hareket ettirmektir. Yükün hareket ettirilme şekli hareket profili olarak bilinir. Bir hareket profili, tek bir eksende A noktasından B noktasına bir hareket kadar basit olabilir veya birden fazla eksenin koordinasyon içinde hassas bir şekilde hareket etmesi gereken karmaşık bir hareket olabilir.

Örnek bir profil Şekil 1'de gösterilmektedir. Kat edilen toplam mesafe, D, eğrinin altındaki alan hesaplanarak bulunur. T, hareket için gereken toplam süredir. Hız eğrisinin eğimi, o andaki hızlanma veya yavaşlamayı temsil eder. Servo kontrol sistemlerinde kullanılan çeşitli hareket profilleri vardır. En sık kullanılanlar şunlardır Sabit Hız, Trapezoidalve S-Eğrisi hareket profilleri.

Unutulmaması gereken şeyler:

• 1/T ile orantılı hız
• 1/T ile orantılı ivme²
• 1/T ile orantılı güç (tepe noktası)³

Son madde başlığının anlamı çok büyüktür. Örneğin, mevcut bir sisteminiz varsa ve hamlelerin iki kat daha hızlı tamamlanmasını istiyorsanız, sistem 8 kat daha fazla güce ihtiyaç duyacaktır!

Sabit Hız

Bu hareket profili, noktalar arasında sabit bir hız sağlar (bkz. Şekil 2a). Bu en temel hareket profilidir çünkü sadece bir hız komutu kullanılır.

Sabit hız, konveyör veya fan gibi bir şeyde kullanılır.

Hassas konumlandırma makineleri sabit hız profilini kullanmaz çünkü gerçek dünyadaki bir makine hızı anında değiştiremez. Yük ve sistemdeki değişikliklerle dalgalanacak bir zaman gecikmesi olacaktır. Şekil 2B'de noktalı çizgi yükün alacağı gerçek hız yolunu temsil eder. Ta ve Td hızlanmak ve yavaşlamak için gereken süreyi temsil eder. Bu süreler yükteki dalgalanmalara göre değişebilir.

Trapezoidal

Trapezoidal hareket profili, öngörülebilir hızlanma ve yavaşlama oranları oluşturmak için hız eğrisini eğimlendirir. Şekil 3'te bir trapezoidal hareket profili gösterilmektedir. Hızlanma ve yavaşlama süresi hassas ve tekrarlanabilirdir. Ta ve Td hala mevcuttur, ancak artık rastgele değerler yerine belirlenmiş değerlerdir.

• Trapezoidal bir hareket profili için ta = td = T/3 ise, kullanılan toplam güç minimumdur
• Trapezoidal bir hareket için aşım hatası hala mevcuttur, ancak bu hata birçok sistem için ihmal edilebilir düzeydedir.
• Daha yüksek hassasiyetli makineler farklı bir hareket profili gerektirir.

S-Eğrisi

S-eğrisi hareket profili, hızlanmada kademeli bir değişim sağlar. Bu, aşımdan kaynaklanan sorunların azaltılmasına veya ortadan kaldırılmasına yardımcı olur ve sonuç olarak sistem tarafından çok daha az mekanik titreşim görülür. Minimum hızlanma noktaları hızlanma periyodunun başında ve sonunda meydana gelirken, maksimum hızlanma bu iki nokta arasında gerçekleşir. Bu da hızlı, doğru ve pürüzsüz bir hareket profili sağlar.

Tork ve Güç Hesaplamaları

Hız profilinden başlayarak, tork profili hızın türevi alınarak türetilebilir. Hız profilindeki pozitif eğim pozitif tork, negatif eğim ise negatif tork olacaktır. Eğimin dikliği torkun büyüklüğüne karşılık gelir.

Daha sonra güç eğrisi, Hız eğrisi ile Tork eğrisinin çarpılmasıyla elde edilebilir (tork x hız = güç).

Bir Sistem Tasarlamak

Bu üç profil içindeki bilgiler sistem tasarımının temelini oluşturur.

• Hız ve tork profillerinden motor seçiminizi gereken tork ve hızı sağlayabilecek modellerle daraltabilirsiniz
  • Motor verilerine dayanarak (Kt - tork sabiti, Kv - gerilim sabiti, Rm motor direnci) sistem akım ve gerilim gereksinimlerini belirleyebilirsiniz
    • Tepe torkundan tepe akımını (I) hesaplayabilirsiniz. I = T / Kt
    • Tepe hızından tepe gerilimini (V) hesaplayabilirsiniz. V = Hız * Kv + I * Rm
• Akım ve gerilim gereksinimleri bilindiğinde bir servo sürücü seçebilirsiniz

 

Daha fazla denklem

• Tork, akım ile orantılıdır.
• Tork*Hız = Güç
• KT =Tork sabiti (lb-in/A)
• RMS torku, besleme ve termal hususlar için önemlidir.

Hareket Kontrolü Uygulamaları Nelerdir?

Hareket kontrolünü kullanan sekiz ana sektör ve bunların uygulamaları şunlardır:

• Üretim: Hareket kontrol sistemleri üretim hatlarını düzene sokar, montaj süreçlerindeki hassasiyeti artırır ve mekanik hatalardan kaynaklanan duruş sürelerini azaltır.
• Robotik: Robotikte hareket kontrolü, endüstriyel otomasyondan sağlık alanındaki hizmet robotlarına kadar çeşitli uygulamalarda hassas hareketler sağlamak için gereklidir.
• Havacılık ve Uzay: Konumlandırma ve navigasyon sistemleri için kullanılan hareket kontrolü, uzay aracı ve hava taşıtlarındaki bileşenlerin doğru şekilde taşınmasını ve yerleştirilmesini sağlar.
• Otomotiv: Otomatik montaj hatlarında hareket kontrolü uygulayarak parçaların yüksek hassasiyetle monte edilmesini sağlar ve bu da genel araç kalitesini artırır.
• Eğlence: Hareket kontrol teknolojileri, filmlerde ve tema parklarında gerçekçi hareketler yaratmak için animatroniklerde ve özel efektlerde kullanılır.
• Sağlık Hizmetleri: Cerrahi robotlar ve teşhis ekipmanları için kritik öneme sahiptir ve tıbbi prosedürlerin sonuçlarını iyileştiren hassas kontrol sağlar.
• Paketleme: Ürünlerin yüksek hızda ve hassas bir şekilde taşınmasını sağlayarak paketleme verimliliğini artırır ve malzeme israfını azaltır.
• Baskı: Hareket kontrol sistemleri, yüksek kaliteli baskılar elde etmek için gerekli olan baskı kafalarının hassas hareketlerini kontrol ederek yüksek çözünürlüklü çıktılar sağlar.

Alt satır

Hareket kontrolü çok geniştir ve sürekli gelişmektedir. Advanced Motion Controls gibi şirketler, aşağıdaki gibi hareket kontrol bileşenlerinin geliştirilmesine öncülük etmektedir servo sürücüler ve servo kontrolörlersektör, çeşitli uygulamalarda hassasiyeti, verimliliği ve çok yönlülüğü artırarak yenilikler yapmaya devam ediyor.

Bu ilerleme, otomasyon, robotik ve üretim alanlarında daha fazla gelişmeye yol açarak çok sayıda sektörün geleceğini şekillendirmeyi vaat ediyor.

Bu kadar teori yeter, bunları gerçek makinelerde görelim!