Ievads
Lineārā servopiedziņa{0}}pazīstama arī kā "lineārais servopastiprinātājs"-ir sprieguma-uz-pārveides ierīce, ko izmanto servomotoru vadīšanai. Tā funkcija ir līdzīga audio jaudas pastiprinātājam, kas vada skaļruni; tā ir neatņemama servosistēmas sastāvdaļa un galvenokārt tiek izmantota augstas-precizitātes pozicionēšanas sistēmās. Parasti tas kontrolē servomotoru trīs režīmos -pozīcija, ātrums un griezes moments-, lai transmisijas sistēmā panāktu augstu-pozicionēšanas precizitāti; pašlaik tas ir augstas klases produkts{10}}pārraides tehnoloģiju jomā.
Lineāro servopiedziņu darbības principi
Lineārās servopiedziņas darbības princips ir balstīts uz analogo ķēžu lineāro pastiprināšanu apvienojumā ar slēgtas-cilpas negatīvās atgriezeniskās saites vadību. Tas darbojas, pārveidojot vājus vadības signālus lielas-jaudas piedziņas strāvās un pielāgojot izvadi reāllaikā-, lai panāktu augstu-precizitātes motora kustības vadību. Konkrēts process ir šāds:
Signāla uztveršana un sākotnējā apstrāde
Lineārā servo piedziņa saņem vājus komandu signālus, -piemēram, analogā sprieguma signālus (piem., ±10 V)-no vadības sistēmas. Šie signāli satur vēlamās motora ātruma, pozīcijas vai griezes momenta vērtības. Iekšēji diskdzinis vispirms filtrē un kondicionē šos signālus, lai novērstu trokšņa traucējumus, tādējādi nodrošinot signālu precizitāti un stabilitāti. Piemēram, CNC darbgaldos kontrollera izvadītais sprieguma signāls var būt tikai daži volti; šis signāls ir jāapstrādā piedziņai, lai tas varētu efektīvi darbināt motoru.
Kļūdu aprēķins un negatīvās atsauksmes korekcija
Piedziņa salīdzina saņemto komandas signālu ar{0}}reāllaika atgriezeniskās saites signāliem, kas iegūti no motora atgriezeniskās saites ierīces (piemēram, kodētāja). Šie atgriezeniskās saites signāli precīzi atspoguļo motora pašreizējo faktisko darbības stāvokli, tostarp tā ātrumu, pozīciju un citus parametrus. Aprēķinot atšķirību starp komandas signālu un atgriezeniskās saites signālu, diskdzinis iegūst "kļūdas signālu". Pamatojoties uz negatīvās atgriezeniskās saites vadības principiem, diskdzinis automātiski pielāgo savu izvadi, reaģējot uz šo kļūdas signālu, cenšoties virzīt kļūdas signālu uz nulli. Piemēram, ja komanda pieprasa motoram pagriezties noteiktā leņķī, bet faktiskajā leņķī ir novirze, piedziņa palielinās izejas strāvu, lai darbinātu motoru, lai labotu šo neatbilstību.
Jaudas pastiprināšana un signāla pārveidošana
Lineārās servopiedziņas galvenā funkcija ir vadības signālu jaudas pastiprināšana. Tajā tiek izmantota lineāra analogās shēmas konstrukcija, izmantojot tādus komponentus kā darbības pastiprinātāji, lai vājus vadības signālus pārveidotu lielas-jaudas strāvas vai sprieguma signālos. Šis process tiek veikts, izmantojot barošanas ierīces-piemēram, jaudas tranzistorus-, kas nodrošina, ka pastiprinātajam signālam ir pietiekami daudz enerģijas, lai darbinātu servomotoru. Piemēram, rūpniecisko robotu -kuriem nepieciešams ievērojams griezes moments-piedziņai jāpiegādā pietiekams strāvas daudzums, lai motors varētu radīt atbilstošo griezes momentu.
Braukšana ar dzinēju un dinamiska reakcija
Pastiprinātais jaudas signāls tieši iedarbina servomotoru. Pateicoties lineāro piedziņu lielajam joslas platumam (parasti sasniedzot vairākus tūkstošus hercu), tie spēj ātri reaģēt uz izmaiņām komandu signālos, tādējādi ļaujot precīzi regulēt motora ātrumu, pozīciju vai griezes momentu. Ātrgaitas kustības vadības scenārijos-, piemēram, tajos, kuros iesaistītas pusvadītāju plāksnīšu apstrādes iekārtas, motora piedziņām ir jānodrošina, ka motors pabeidz pozīcijas pāreju ārkārtīgi īsā laika posmā, vienlaikus izpildot nanometru{5}}līmeņa pozicionēšanas precizitātes prasības. Šo ātrās reaģēšanas spēju veicina nepārtrauktas modulācijas raksturlielumi, kas raksturīgi analogajām shēmām, tādējādi izvairoties no aizkaves un pulsācijas efektiem, kas var rasties PWM{7}}bāzētos komutācijas piedziņās.
Nepārtraukta uzraudzība un slēgta{0}}cikla optimizācija
Motora darbības laikā piedziņa nepārtraukti saņem atgriezeniskās saites signālus un salīdzina tos reāllaikā{0}}ar komandu signāliem. Pastāvīgi pielāgojot izejas signālus, tiek izveidota slēgta cilpa vadības sistēma, kas nodrošina, ka motors konsekventi seko tai paredzētajai trajektorijai. Piemēram, automatizētā montāžas līnijā, ja pēkšņas slodzes izmaiņas izraisa motora griešanās ātruma svārstības, piedziņa nekavējoties noteiks kļūdu un pielāgos izejas strāvu, ļaujot motoram ātri atgriezties pie stabila ātruma. Šis dinamiskais regulēšanas mehānisms ievērojami uzlabo sistēmas traucējumu noraidīšanas iespējas un vispārējo stabilitāti.
Lineāro servopiedziņu raksturojums
Lineāro servopiedziņu īpašības galvenokārt izpaužas šādos aspektos:
Griezes momenta kontrole
Griezes momenta vadības režīms ietver motora vārpstas ārējā izejas griezes momenta lieluma iestatīšanu, izmantojot ārēju analogo ieejas signālu. Konkrēti, ja 10 V atbilst 5 Nm, tad, kad ārējā analogā ieeja ir iestatīta uz 5 V, motora vārpsta izvada 2,5 Nm. Ja slodze uz motora vārpstu ir mazāka par 2,5 Nm, motors griežas uz priekšu; ja ārējā slodze ir vienāda ar 2,5 Nm, motors paliek nekustīgs; un, ja slodze pārsniedz 2,5 Nm, motors griežas atpakaļgaitā (scenārijs, kas parasti sastopams gravitācijas slodzēs).
Slēgta -cilpas pašreizējā vadība
Slēgtā-cilpas strāvas vadība ir definēta pretstatā atvērtā-cilpas strāvas kontrolei.
Vispirms sapratīsim slēgtā-cilpas strāvas kontroli: tā izmanto strāvas noteikšanas ierīci, lai sniegtu atgriezenisko saiti par izejas strāvas lielumu. Šis atgriezeniskās saites signāls mijiedarbojas ar vadības signālu, lai modulētu izejas strāvu, tādējādi izveidojot slēgtas -cilpas strāvas vadības sistēmu.
Jaudas izkliede salīdzinājumā ar izejas jaudu
Darbības laikā lineārās piedziņas tranzistori darbojas savā lineārajā apgabalā, izraisot ievērojamus jaudas zudumus. Pieņemot, ka izejas jauda ir nemainīga, jo augstāks ir piedziņai pievadīts spriegums, jo lielāka jaudas izkliede ir diskdzinim.Servo motora aizsardzība
Lineārajām servo piedziņām ir visaptverošs aizsardzības funkciju komplekts,{0}}tostarp aizsardzības līdzekļi pret pārslodzi, pārslodzi un pārspriegumu. Neņemot vērā iespējamo harmoniku ietekmi, kas rodas lineārās piedziņas invertora pusē, šīs funkcijas nodrošina visaptverošu servomotora aizsardzību.
Risinājumi harmonisko traucējumu novēršanai lineārajos servo piedziņās
Servo sistēmu darbības un nodošanas ekspluatācijā laikā ik pa laikam var rasties dažādi negaidīti traucējumu veidi,{0}}īpaši lietojumprogrammās, kas saistītas ar impulsu{1}} darbināmiem servomotoriem. Nākamajā sadaļā ir analizēti šādu traucējumu veidi un mehānismi no vairākām perspektīvām, lai veicinātu mērķtiecīgas traucējumu novēršanas stratēģijas.
Barošanas avota traucējumi
Lauka ekspluatācijas apstākļi bieži ir pakļauti dažādiem ierobežojumiem, kas izraisa biežas sastapšanās ar sarežģītiem scenārijiem. Ir svarīgi pieņemt proaktīvu un pastāvīgu pieeju, lai izvairītos no šīm problēmām, tādējādi novēršot problēmu rašanos, kad vien iespējams. Daudzos gadījumos mēs iestrādājam filtrus rotējošo kodētāju un kustības kontrolieru barošanas moduļos; turklāt mēs aprīkojam lineāros servo piedziņas ar tādām ierīcēm kā sprieguma regulatori un izolācijas transformatori. Turklāt mēs pielāgojam parametrus-, piemēram, zemfrekvences filtrēšanas laiku-pozīcijas atgriezeniskajai saitei un nesēja frekvenci-, lai mazinātu traucējumus, ko rada barošanas avots, un novērstu kļūmes servo vadības sistēmā.
Servo sistēmas barošanas kabeļi ir jānovieto atsevišķi, lai samazinātu piedziņas un motora barošanas līniju tuvumu, tādējādi novēršot vadības signālu traucējumus, kas varētu izraisīt piedziņas darbības traucējumus.
Traucējumi no neorganizētām zemējuma sistēmām
Zemējums ir efektīva metode elektronisko iekārtu trokšņu noturības uzlabošanai; tas kalpo, lai nomāktu ārējus traucējumus un pasargātu sistēmu no tās nelabvēlīgās ietekmes. Tomēr nepareiza zemēšana var radīt nopietnus traucējumu signālus, padarot sistēmu nespējīgu pareizi darboties. Vadības sistēmas zemējuma infrastruktūra parasti ietver dažādas kategorijas, tostarp sistēmas zemējumu, vairoga zemējumu, maiņstrāvas zemējumu un aizsargzemējumu.
Ja zemējuma sistēma ir neorganizēta, radītie traucējumi servo sistēmā galvenokārt rodas no nevienmērīga potenciāla sadalījuma dažādos zemējuma punktos. Potenciālas atšķirības rodas starp dažādiem zemējuma punktiem,{1}}piemēram, tiem, kas atrodas abos ekranēta kabeļa sekcijas galos, gar zemējuma vadiem vai iekārtas šasijas zemējumiem, -radajot zemējuma cilpas strāvu, kas traucē sistēmas normālu darbību.
Šāda veida traucējumu novēršanas atslēga ir skaidri nošķirt dažādas zemējuma shēmas un nodrošināt, ka sistēma ir nodrošināta ar stabilu un efektīvu zemējuma infrastruktūru.
Īpaša uzmanība jāpievērš vides elektromagnētiskajai saderībai (EMC), tostarp augstas{0}}frekvences elektromagnētisko viļņu un radio{1}}frekvences (RF) komponentu ekranēšanai. Strāvas padeves trokšņu un traucējumu avoti ir jānovērš un jānovērš. Piemēram, augstas-frekvences, vidējas- vai augstas-jaudas taisnošanas un invertora blokiem nevajadzētu koplietot to pašu jaudas transformatoru vai strāvas sadales kopni ar citām jutīgām iekārtām.
Mēs arī ieviešam netradicionālu pieeju zemēšanai: ņemot vērā neizbēgamo būtisku traucējumu avotu klātbūtni strāvas sadales ķēdēs, var būt izdevīgi uzstādīt servo piedziņu tam paredzētā skapī. Šajā konfigurācijā tiek izmantota nemetāla montāžas plāksne, un ar lineāro servo piedziņu saistītie zemējuma savienojumi tiek atstāti "peldošā stāvoklī" (bez zemējuma), bet pārējās mērīšanas un vadības sistēmas ir droši iezemētas.
Iekšējie sistēmas traucējumi
- Tas galvenokārt rodas no savstarpēja elektromagnētiskā starojuma starp komponentiem un shēmām sistēmā,{0}}piemēram, savstarpēja starojuma starp loģiskajām shēmām, savstarpējas ietekmes starp analogo un digitālo zemējumu vai nesaskaņotu komponentu izmantošanu.
- Signāla vai vadības līnijām jāizvēlas ekranēti kabeļi, lai palīdzētu novērst traucējumus.
- Ja kabeļi ir gari,{0}}pārsniedzot 100 metrus,{2}}vadītāju šķērsgriezuma laukums ir jāpalielina.
- Signāla vai vadības līnijas jāvirza caur cauruļvadiem, lai izvairītos no savstarpējas iejaukšanās strāvas padeves līnijās.
- Primārajiem pārraidītajiem signāliem ideālā gadījumā vajadzētu būt strāvas signāliem, jo tiem ir labākas vājināšanās īpašības un trokšņu noturība. Tomēr praktiskos lietojumos sensoru izejas galvenokārt ir sprieguma signāli; tos var pārvērst strāvas signālos, izmantojot atbilstošus pārveidotājus.
- Lai filtrētu līdzstrāvas barošanas avotu jutīgām analogajām shēmām, var pievienot divus 0,01 µF (630 V) kondensatorus: pievienojiet katra kondensatora vienu spaili attiecīgi barošanas avota pozitīvajiem un negatīvajiem spailēm un katra kondensatora otru spaili pievienojiet šasijas zemei. Šī metode ir ļoti efektīva.
- Termināla -puses vadības kabeļa ekranēšanas slānis ir jāpievieno shēmas plates 0 V atsaucei; tomēr vadītāja galā vairogu *nedrīkst* savienot-vienkārši noņemiet daļu no ekranēšanas pinuma, savijiet to pavedienā un atstājiet atklātu.
- izmantot elektromagnētisko traucējumu (EMI) filtrus; alternatīvi lodējiet pret{0}}traucējumu rezistorus vadības līnijās vai uzstādiet ferīta gredzenus uz motora barošanas līnijām.