شرح 3 أوضاع للتحكم في المحرك المؤازر

1. وضع التحكم في نبض المحرك المؤازر

تُستخدم المحركات المؤازرة على نطاق واسع في مختلف التطبيقات نظرًا لدقتها وموثوقيتها. إحدى الطرق الأكثر شيوعًا للتحكم في المحركات المؤازرة، خاصة في المعدات الصغيرة المستقلة، هي من خلال التحكم النبضي. هذه الطريقة واضحة ومباشرة وسهلة الفهم، مما يجعلها خيارًا شائعًا لتحديد مواقع المحركات.

مفهوم التحكم الأساسي

يعمل وضع التحكم النبضي على مبدأين أساسيين:

1. إجمالي عدد النبضات: يحدد هذا إزاحة المحرك. يتوافق عدد النبضات المرسلة إلى محرك سيرفو مباشرةً مع المسافة التي سيتحركها المحرك. على سبيل المثال، إذا كان المحرك المؤازر يتطلب 2000 نبضة لإكمال دورة كاملة واحدة، فإن إرسال 1000 نبضة سينتج عنه نصف دورة.
2. تردد النبض: يحدد هذا سرعة المحرك. يحدد التردد الذي يتم إرسال النبضات إلى المحرك سرعة حركة المحرك. ينتج عن تردد النبضات الأعلى سرعة أسرع للمحرك، بينما ينتج عن التردد الأقل حركة أبطأ.

تنفيذ التحكم في النبض

لتنفيذ التحكم النبضي لمحرك مؤازر، اتبع الخطوات التالية:

1. حدد وضع التحكم في النبض: تأكد من ضبط المحرك المؤازر ووحدة التحكم الخاصة به للعمل في وضع التحكم النبضي. يمكن القيام بذلك عادةً من خلال إعدادات تكوين المحرك أو عن طريق تحديد الوضع المناسب في برنامج وحدة التحكم.
2. تحديد متطلبات النبض: ارجع إلى دليل المحرك المؤازر لفهم العلاقة بين النبضات وحركة المحرك. سيوفر الدليل جدولاً أو معادلة تشير إلى عدد النبضات المطلوبة لحركات محددة.
3. توليد النبضات: استخدم مولد نبضات أو متحكم دقيق لتوليد النبضات المطلوبة. يجب أن يكون مولد النبضات قادراً على إنتاج نبضات بالتردد والعد المطلوبين.
4. إرسال نبضات إلى المحرك: قم بتوصيل مولد النبضات بمدخل المحرك المؤازر. سوف يستقبل المحرك النبضات ويتحرك وفقًا لذلك. تأكد من أن التوصيلات آمنة وأن مولد النبضات مهيأ بشكل صحيح.

جدول أمثلة من دليل المحرك المؤازر

فيما يلي مثال لما قد يبدو عليه جدول نموذجي من دليل محرك سيرفو:

نموذج نبض الأمر	اسم الإشارة	أمر الاتجاه الإيجابي	أمر الاتجاه السالب
فرق الطور 90 بت   نبض 2 مرحلة A + مرحلة B	علامة PULS	ب 90 درجة أسرع من المرحلة أ	ب 90 درجة أبطأ من المرحلة أ
قطار النبض الموجب + قطار النبض السالب	علامة PULS
النبض + الرمز	علامة PULS

مزايا التحكم في النبض

• البساطة: التحكم بالنبض سهل التنفيذ والفهم، مما يجعله مناسبًا لمختلف التطبيقات.
• الدقة: من خلال التحكم في عدد النبضات وتواترها، يمكن تحقيق التحكم الدقيق في التموضع والسرعة.
• المرونة: يمكن استخدام التحكم النبضي مع أنواع مختلفة من المحركات المؤازرة ووحدات التحكم، مما يوفر مرونة في تصميم النظام.

طرق تنفيذ برنامج تشغيل المحرك المتحكم به النبضي

في مجال التحكم في المحركات، وخاصة للتطبيقات عالية السرعة، تعتبر طرق التحكم بالنبضات ضرورية لتحديد اتجاه دوران المحرك وسرعته. فيما يلي، نستكشف ثلاث طرق متميزة للتحكم بالنبضات، ولكل منها خصائصها ومزاياها وقيودها الفريدة.

الطريقة 1: التحكم التفاضلي

التنفيذ:

• يستقبل المحرك نبضتين عاليتي السرعة، تحملان الرمز أa و بb.
• يتم تحديد اتجاه دوران المحرك من خلال فرق الطور بين هاتين النبضتين.
  • إذا كانت النبضة 𝑏b يؤدي النبض 𝑎a بزاوية 90 درجة، يدور المحرك في الاتجاه الموجب.
  • إذا كانت النبضة 𝑏b يتأخر النبض أa بزاوية 90 درجة، يدور المحرك في الاتجاه العكسي.

الخصائص:

• النبضات المتناوبة: تتناوب النبضات على مرحلتين، مما يؤدي إلى مصطلح "التحكم التفاضلي".
• مضاد للتدخل: تُظهر هذه الطريقة قدرات أعلى لمكافحة التداخل، مما يجعلها مناسبة للبيئات ذات التداخل الكهرومغناطيسي القوي.

القيود:

• كثيفة الموارد: يتطلب منفذين للنبضات عالية السرعة لعمود محرك واحد، وهو ما يمكن أن يكون قيدًا في الأنظمة ذات المنافذ النبضية عالية السرعة المحدودة.

الطريقة 2: التحكم في النبض المتسلسل

التنفيذ:

• لا يزال السائق يتلقى نبضتين عاليتي السرعة، لكنهما غير موجودتين في وقت واحد.
• عندما تكون إحدى النبضتين نشطة، يجب أن تكون الأخرى غير نشطة.
• تتحكم إحدى النبضتين في الاتجاه الموجب، بينما تتحكم الأخرى في الاتجاه السالب.

الخصائص:

• نبضات متتابعة: يضمن إخراج نبضة واحدة فقط في أي وقت، مما يمنع تعارض النبضات المتزامنة.

القيود:

• كثيفة الموارد: وعلى غرار التحكم التفاضلي، تتطلب هذه الطريقة أيضًا منفذين نبضيين عاليي السرعة لعمود محرك واحد.

الطريقة 3: نبضة واحدة بإشارة IO الاتجاهية

التنفيذ:

• يستقبل برنامج التشغيل إشارة نبضية واحدة عالية السرعة.
• يتم التحكم في اتجاه دوران المحرك عن طريق إشارة IO اتجاهية إضافية.

الخصائص:

• تحكم أبسط: تعمل هذه الطريقة على تبسيط منطق التحكم عن طريق تقليل عدد إشارات النبض المطلوبة.
• كفاءة الموارد: تشغل عدداً أقل من منافذ النبضات عالية السرعة، مما يجعلها مثالية للأنظمة الأصغر ذات الموارد المحدودة.

القيود:

• مضاد للتداخل السفلي: على الرغم من بساطة هذه الطريقة، إلا أنها قد لا توفر نفس مستوى القدرة على منع التداخل مثل التحكم التفاضلي.

الملخص

تقدم كل طريقة من طرق التحكم في النبض مزايا متميزة ومناسبة لسيناريوهات التطبيق المختلفة:

• التحكم التفاضلي: الأفضل للبيئات عالية التداخل نظراً لقدراتها الفائقة في مكافحة التداخل، ولكنها تتطلب المزيد من الموارد.
• التحكم في النبض المتسلسل: يوفر توازناً بين تعقيد التحكم واستخدام الموارد ولكنه لا يزال يتطلب منفذي نبض عالي السرعة.
• نبضة واحدة مع إشارة IO الاتجاهية: مثالية للأنظمة الصغيرة ذات الموارد المحدودة، حيث توفر البساطة والكفاءة على حساب انخفاض محتمل في قدرات مكافحة التداخل.

عند اختيار طريقة التحكم، ضع في اعتبارك المتطلبات المحددة للتطبيق الخاص بك، بما في ذلك مستوى التداخل وتوافر الموارد وتعقيد التحكم.

2. وضع التحكم التناظري في المحرك المؤازر

في التطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في سرعة محرك سيرفو، يمكن أن يكون التحكم التناظري طريقة فعالة. يستخدم هذا الوضع إشارة تناظرية لتنظيم سرعة المحرك، مما يوفر طريقة مباشرة ومرنة.

اختيار الكمية التناظرية

يمكن أن تكون إشارة التحكم التناظرية إما جهدًا أو تيارًا. ولكل طريقة مزايا واعتبارات خاصة بها:

وضع الجهد

في وضع الجهد، تكون إشارة التحكم عبارة عن جهد محدد يتم تطبيقه على مدخلات التحكم في المحرك المؤازر. هذه الطريقة سهلة التنفيذ نسبيًا ويمكن تحقيقها باستخدام مقياس الجهد لإجراء تعديلات يدوية. فيما يلي النقاط الرئيسية:

• التنفيذ: تطبيق جهد محدد على طرف إشارة التحكم.
• سهولة الاستخدام: إعداد بسيط، غالبًا باستخدام مقياس الجهد.
• الملاءمة: مثالية للتطبيقات المباشرة مع الحد الأدنى من التداخل البيئي.

ومع ذلك، فإن إشارات الجهد عرضة للضوضاء والتداخل، خاصة في البيئات المعقدة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى عدم استقرار التحكم في المحرك، مما يجعله أقل موثوقية في مثل هذه السيناريوهات.

الوضع الحالي

يتطلب التحكم في الوضع الحالي وحدة خرج تيار مقابلة لتوليد إشارة التحكم. وعلى الرغم من متطلبات الأجهزة الإضافية، توفر إشارات التيار مزايا كبيرة من حيث الاستقرار والموثوقية:

• التنفيذ: يتطلب وحدة إخراج التيار.
• مضاد للتدخل: مقاومة قوية للضوضاء والتداخل البيئي.
• الملاءمة: مثالية للبيئات المعقدة حيث يكون التحكم المستقر أمرًا بالغ الأهمية.

إن الطبيعة القوية للإشارات الحالية تجعلها مفضلة في البيئات الصناعية أو التطبيقات الأخرى التي قد تؤثر فيها الظروف البيئية على سلامة الإشارة.

3. وضع التحكم في اتصال المحرك المؤازر

تعد المحركات المؤازرة من المكونات الهامة في مختلف التطبيقات الصناعية، حيث توفر تحكمًا دقيقًا في الحركة. يعد وضع التحكم في الاتصالات للمحركات المؤازرة أمرًا ضروريًا لتحقيق التشغيل الفعال والدقيق، خاصةً في الأنظمة المعقدة والواسعة النطاق. نستكشف هنا بروتوكولات الاتصال الشائعة المستخدمة للتحكم في المحركات المؤازرة وفوائدها.

بروتوكولات الاتصال الشائعة

1. CAN (شبكة منطقة التحكم)
   • لمحة عامة: CAN هو معيار ناقل مركبات قوي مصمم للسماح لوحدات التحكم الدقيقة والأجهزة بالتواصل مع بعضها البعض دون الحاجة إلى كمبيوتر مضيف.
   • المزايا: موثوقية عالية، وقدرات في الوقت الحقيقي، وآليات اكتشاف الأخطاء.
   • التطبيقات: تستخدم على نطاق واسع في أنظمة التشغيل الآلي للسيارات والصناعية.
2. EtherCAT (إيثرنت لتقنية أتمتة التحكم في الأتمتة)
   • لمحة عامة: EtherCAT هو نظام ناقل مجال قائم على الإيثرنت مصمم لتطبيقات التحكم في الوقت الحقيقي.
   • المزايا: اتصالات عالية السرعة، وزمن انتقال منخفض، وقدرات مزامنة عالية السرعة.
   • التطبيقات: مثالية للتطبيقات عالية الأداء مثل الروبوتات، وماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب، وأنظمة التحكم في الحركة.
3. مودبوس
   • لمحة عامة: MODBUS هو بروتوكول اتصال تسلسلي تم نشره في الأصل من قبل Modicon لاستخدامه مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs).
   • المزايا: البساطة وسهولة التنفيذ والاعتماد الواسع النطاق.
   • التطبيقات: يشيع استخدامها في البيئات الصناعية لتوصيل الأجهزة الإلكترونية.
4. بروفيبوس (ناقل حقل العملية)
   • لمحة عامة: PROFIBUS هو معيار لاتصالات ناقل المجال في تكنولوجيا الأتمتة.
   • المزايا: سرعة نقل بيانات عالية وموثوقية وقدرات تشخيصية واسعة النطاق.
   • التطبيقات: تُستخدم في أتمتة المصانع وأتمتة العمليات.

فوائد التحكم في الاتصالات في المحركات المؤازرة

يوفر استخدام بروتوكولات الاتصال للتحكم في المحركات المؤازرة العديد من المزايا، خاصةً في تطبيقات الأنظمة المعقدة والواسعة النطاق:

• قابلية التوسع: يمكن تعديل حجم النظام وعدد أعمدة المحرك بسهولة دون تغييرات كبيرة في البنية التحتية.
• تقليل تعقيد الأسلاك: يقلل التحكم في الاتصالات من الحاجة إلى أسلاك تحكم واسعة النطاق، مما يسهل التركيب والصيانة.
• المرونة: يتسم النظام المدمج بمرونة عالية، مما يتيح سهولة التكامل وإعادة تشكيل المكونات.
• التشخيص المحسّن: غالبًا ما تتضمن بروتوكولات الاتصال ميزات تشخيصية تساعد في مراقبة النظام واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
• التحكم في الوقت الحقيقي: توفر بروتوكولات مثل EtherCAT إمكانيات تحكم في الوقت الحقيقي، وهي ضرورية للتطبيقات التي تتطلب توقيتًا ومزامنة دقيقة.

4. التوسع في أوضاع التحكم في المحرك المؤازر

1. التحكم في عزم دوران المحرك المؤازر

يسمح وضع التحكم في عزم الدوران بالإعداد الدقيق لعزم الخرج الخارجي لعمود المحرك من خلال إدخال إشارة تناظرية خارجية أو تعيين عنوان مباشر. يعد هذا الوضع مفيدًا بشكل خاص في التطبيقات التي يكون فيها الحفاظ على إجهاد مادي ثابت أمرًا بالغ الأهمية.مثال على ذلك:

• إذا كان الدخل 10 فولت يتوافق مع 5 نيوتن متر من عزم الدوران، فإن الدخل 5 فولت سينتج عنه 2.5 نيوتن متر من عزم الدوران الناتج.
• عندما يكون حمل عمود المحرك أقل من 2.5 نيوتن متر، يدور المحرك للأمام.
• عندما يساوي الحمل الخارجي 2.5 نيوتن متر، يظل المحرك ثابتاً.
• عندما يتجاوز الحمل 2.5 نيوتن متر، يعكس المحرك اتجاهه (شائع في الأنظمة المحملة بالجاذبية).

التطبيقات:

• أجهزة اللف والفك، مثل تلك المستخدمة في تصنيع المنسوجات أو معدات سحب الألياف الضوئية، حيث يجب أن يظل ضغط المواد ثابتًا.
• يمكن إجراء تعديلات في الوقت الحقيقي على إعدادات عزم الدوران عن طريق تغيير المدخلات التناظرية أو تغيير القيمة من خلال بروتوكولات الاتصال، مما يضمن ثبات إجهاد المواد على الرغم من التغيرات في نصف قطر اللف.

2. التحكم في موضع المحرك المؤازر

في وضع التحكم في الموضع، عادةً ما يتم تحديد سرعة دوران المحرك من خلال تردد نبضات الإدخال الخارجية، بينما يتم التحكم في زاوية الدوران من خلال عدد النبضات.الميزات:

• تسمح بعض أنظمة المؤازرة بالتعيين المباشر لقيم السرعة والإزاحة من خلال الاتصال.
• يوفر هذا الوضع تحكمًا دقيقًا في السرعة والموضع، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية.

التطبيقات:

• أجهزة تحديد المواقع
• أدوات ماكينات CNC
• ماكينات الطباعة

3. وضع سرعة المحرك المؤازر

يسمح وضع السرعة بالتحكم في سرعة دوران المحرك عبر المدخلات التناظرية أو تردد النبض.الميزات:

• مع تحكم PID للحلقة الخارجية من جهاز تحكم علوي، يمكن أيضًا استخدام وضع السرعة لتحديد المواقع.
• يجب إعادة تغذية إشارة الموضع من المحرك أو الحمل المباشر إلى الكمبيوتر العلوي للمعالجة.
• يدعم الكشف المباشر عن موضع الحلقة الخارجية للحمولة، حيث يقيس مشفر عمود المحرك السرعة فقط، ويوفر جهاز منفصل في طرف الحمولة إشارة الموضع.

المزايا:

• يقلل من الأخطاء في الإرسال الوسيط
• يعزز دقة تحديد موقع النظام بشكل عام

4. فهم الحلقات الثلاث

تعمل أنظمة المؤازرة عادةً باستخدام ثلاثة أنظمة تنظيم PID ذات التغذية الراجعة السلبية ذات الحلقة المغلقة: حلقة التيار، وحلقة السرعة، وحلقة الموضع.الحلقة الحالية:

• الحلقة الداخلية، يتم التعامل معها بالكامل داخل مشغل المؤازرة.
• يكتشف ويضبط تيار الخرج لكل مرحلة من مراحل المحرك باستخدام جهاز قاعة.
• يتحكم في عزم دوران المحرك بأقل حمل حسابي واستجابة ديناميكية سريعة.

حلقة السرعة:

• الحلقة الثانية، باستخدام التغذية الراجعة من مشفر المحرك.
• يضبط خرج PID لحلقة السرعة حلقة السرعة، مما يعني أن التحكم في السرعة يتضمن بطبيعته التحكم في التيار.
• ضروري لأي وضع تحكم، حيث تشكل حلقة التيار أساس التحكم.

حلقة الموضع:

• الحلقة الخارجية، والتي يمكن تكوينها بين المشغِّل ومُشَفِّر المحرك أو بين وحدة تحكم خارجية ومُشَفِّر المحرك/الحمل النهائي للمحرك.
• يقوم الخرج الداخلي لحلقة التحكم في الموضع بتعيين حلقة السرعة، مما يستلزم تشغيل الحلقات الثلاث في وضع التحكم في الموضع.
• ينطوي هذا الوضع على أكبر قدر من الجهد الحسابي ولديه أبطأ استجابة ديناميكية.

الخاتمة

يعد فهم أوضاع التحكم المختلفة ونظام الحلقات الثلاث للمحركات المؤازرة أمرًا ضروريًا لتحسين أدائها في مختلف التطبيقات الصناعية. يوفر كل وضع مزايا فريدة من نوعها ويناسب مهام محددة، مما يضمن التحكم الدقيق في عزم الدوران والموضع والسرعة.