Modern Hareket Kontrolünün Tarihçesi

Hareket kontrolünün başlangıç tarihini belirlemek büyük ölçüde sizin tanımınıza bağlıdır hareket kontrolü. Mekanik kamın icadıyla başladığına dair bir iddia ortaya atılabilir. Diğerleri ise PID kontrolü ortaya çıkana kadar başlamadığını söyleyebilir.

Kesin bir başlangıç yok, ancak 150 yıl kadar önce elektrik motorlarıyla başlayacağız. Hareket kontrolünün daha geniş bir tarihçesini okuyabilirsiniz Burada. Bu makalede, modern hareket kontrolünü mümkün kılan teknolojilerin gelişimini inceleyeceğiz.

Tüm Doğru Araçlar

Elektrik motoru 1837'den beri icat edilmiş olsa da, Zenobe Gramme 1873'te DC motor tasarımını açıklayana kadar ticari olarak uygulanabilir değildi. Yıllar sonra, AC akımının şampiyonu Tesla, kendi AC endüksiyon motorunu ortaya çıkardı. O zamandan beri elektrik motorları giderek daha fazla cihazda kullanılmaya başlandı.

1914 yılına gelindiğinde, değiştirilebilir parçaların kullanımı çok daha yaygın hale gelmişti ve Henry Ford ilk mekanize montaj hattını henüz kurmuştu. Verimli üretim yükselişteydi. Bu iyi bir şeydi çünkü dünya Birinci Dünya Savaşı'na doğru sürükleniyordu.

Montaj hattı, elektrik motorları ve savaş kaynaklı yeniliklerle otomasyon çağı hızla yaklaşıyordu, ancak hareket kontrolü için eksik olan önemli bir bileşen vardı...

Geri bildirim: Kayıp parça

Bir anlamda, kontrol geri beslemesinin kendisi 1900'lerde zaten uygulanmıştı. Termostatlar ve santrifüj regülatörler önceki yüzyıllarda sırasıyla fırınlar ve buhar makineleri için kullanılmıştı. Ancak kontrolü sıkılaştırmak için negatif bir geri besleme döngüsü kullanma fikri, Birinci Dünya Savaşı sona erip Caz Çağı'na girdiğimizde bile tam olarak haritalanmamıştı.

Sonra bir gün, 1927'deki feribot yolculuğunda Harold Black, bir güç amplifikatörünün çıkışının bir kısmını, özellikle uzun menzilli iletişim için girişin bir kısmını reddetmek ve sinyal bozulmasını azaltmak için kullanma konusunda bazı notlar aldı. Negatif geri beslemeli amplifikatörü icat etmesi, ilerleyen amplifikatörler için zemin hazırladı. Kısa süre içinde negatif geri besleme döngüleri hem pnömatik hem de iletişim cihazlarının her yerinde kullanılmaya başlandı.

Harold Black'in negatif geri beslemeli amplifikatör üzerine makalesini yayınladığı yıl, Harold Hazen da benzer şekilde negatif geri beslemenin bir servomekanizmanın tepki eğrisini ayarlamak için kullanılabileceğini fark etti. İleride, her iki Harold'un çalışmaları motor kontrol tekniklerinin geliştirilmesinde çok önemli olacaktır. Elektrikli hareket kontrolü doğdu.

Bununla birlikte, negatif geri besleme döngüsü olsa bile, kontrol sistemleri hala rafine edilmemişti. Tamamen oransal kontrol kullanmak, başlangıçta hedef çıktıyı aşmaya çok yatkındı ve dengelenmek ve kararlılığı bulmak için zaman gerektiriyordu. Ayrıca ani bozulmalara da iyi yanıt vermiyordu. Servo amplifikatör teknolojisinin bugünkü gibi görünmeye başlaması için hala yapılması gereken çok iş vardı.

PID: Oyunu Değiştiren Bir Unsur

PID kontrolünün uygulanması her şeyi değiştirdi. PID, Oransal, İntegral ve Türev anlamına gelir ve kapalı döngü bir sistemdeki hatayı düzeltmek için bir amplifikatörde uygulanan farklı kazançları ifade eder. PID ile güçlendirilmiş bir sinyal, yalnızca oransal kontrol ile güçlendirilmiş bir sinyalden çok daha düzgün bir yanıt üretir. İntegral kontrol bileşeni kararlı durum hatasını ortadan kaldırır ve türev bileşeni yanıt aşımını azaltır. PID fikri, J.C. Maxwell'in 1886'da yazdığından beri matematiksel bir teori olarak mevcuttu. Ancak, en azından bilinçli olarak teknolojiye entegre edilmesi için yaklaşık yarım yüzyıl geçmesi gerekecekti.

İkinci Dünya Savaşı sona ererken, elektrik sistemli kontrolörler daha yaygın hale gelmeye başladı. Bunlar önümüzdeki birkaç on yıl boyunca büyük gelişme gösterecekti. Soğuk Savaş'la birlikte ülkeler teknolojik yenilikleri zorladılar, çünkü kimse açık bir savaş çıkarsa dezavantajlı duruma düşmek istemiyordu. Sonunda, PID kontrol teknolojisi ve servo amplifikatörler Amerika Birleşik Devletleri'nin aya insan gönderme misyonuna yardımcı olacaktı.

Analog Çağı

60'lı ve 70'li yıllardaki teknolojik gelişmeler, yarı iletken transistörler de dahil olmak üzere katı hal elektroniğini ortaya çıkarmış ve yüksek frekanslı anahtarlamayı mümkün kılmıştır. Aynı dönemde, elektrik sinyallerini çok daha verimli bir şekilde göndermenin bir yolu olarak darbe genişlik modülasyonu (PWM) geliştirildi. Bu gelişmeler, birden fazla motor fazının kontrollü bir şekilde etkinleştirilmesini ve devre dışı bırakılmasını mümkün kılmıştır. DC fırçasız motor kontrolü çağına girmiştik.

Analog servo amplifikatörler aynı anda hem daha kompakt hem de daha gelişmiş hale geliyordu. Durum göstergeleri, çoklu çalışma modları ve birden fazla geri besleme cihazı desteği gibi özellikler panel montajlı ve PCB montajlı servo amplifikatör paketler.

Sandor Barta ve Daniel Schoenwald 1987 yılında Van Nuys'ta bir mutfak masasında analog servo amplifikatörleri inşa ederek ADVANCED Motion Controls'ü kurduklarında hareket kontrol endüstrisinin (bize göre) sonsuza dek değişeceğini belirtmek gerekir.

Dijitalin Yükselişi

Dijital elektronikler 1970'lerde yaygınlaşmaya başladı. Entegre devreler, mikroişlemciler, uçucu olmayan bellek ve ağlar arası bağlantı, bugün bildiğimiz elektronik teknolojisinin manzarasını şekillendirmeye başladı. Giderek daha fazla endüstri analogdan dijitale geçmeye başladı.

Dijital, 1990'larda hareket kontrol endüstrisinde ilerleme kaydetti. Dijital servo amplifikatörlerin ya da artık daha yaygın olarak bilinen adıyla dijital servo sürücülerin icadıyla birlikte hareket kontrolündeki olanaklar büyük ölçüde genişledi. Dijital servo sürücüler artık bir motorun rotorunu sadece tork ve hızlar yerine belirli konumlara hareket ettirmek için konum geri beslemesini kullanabiliyordu. Dijital servo sürücüler ayrıca bir ağ üzerinden çalıştırılabilir ve kendi aralarında ve diğer cihazlarla i/o (giriş/çıkış) sinyalleriyle iletişim kurabilir.

Son yıllarda, motor kontrolörü ve amplifikatör arasındaki çizgi çok bulanık hale geldi. Servo sürücüler artık kendi işlem gücüne sahiptir ve normalde harici bir kontrolör tarafından yapılması gereken işlerin daha fazlasını yapmalarına olanak tanır. Dahili bellekleri hareket profillerini saklamalarına olanak tanıyarak kontrolörün iş yükünü azaltıyor ve bazen kontrolöre olan ihtiyacı tamamen ortadan kaldırıyor.

Hareket kontrol işinin önemli bir kısmı analog olarak kalmaya devam ediyor, ancak sektör her geçen yıl daha dijital hale geliyor. Bu konuda daha fazla bilgi edinebilirsiniz di̇ji̇tal ve analog servo sürücüler arasindaki̇ farklar Burada.

Sırada ne var?

Hareket kontrolünün temel teknolojisi artık çok iyi kurulmuş olsa da, sektör büyümeye ve gelişmeye devam ediyor. Hareket kontrol endüstrisinin nereye doğru gittiğini merak ediyorsanız, okuyun 2020 için Servo Sürücü Trendleri Burada.

Jackson McKay tarafından, Pazarlama Mühendisi