Uvod
Linearni servo pogon-također poznat kao "linearno servo pojačalo"-je uređaj za konverziju-u-struju koji se koristi za kontrolu servo motora. Njegova funkcija je analogna funkciji audio pojačala koji pokreće zvučnik; čini sastavni dio servo sistema i prvenstveno je raspoređen u visoko{5}}sistemima za pozicioniranje visoke preciznosti. Obično kontroliše servo motor kroz tri načina-pozicije, brzine i obrtnog momenta-kako bi se postigla visoka-preciznost pozicioniranja unutar sistema prijenosa; trenutno predstavlja vrhunski-proizvod u oblasti tehnologije prijenosa.
Principi rada linearnih servo pogona
Princip rada linearnog servo pogona zasniva se na linearnom pojačavanju analognih kola u kombinaciji sa zatvorenom-upravljanjem negativnom povratnom spregom. Funkcioniše pretvaranjem slabih kontrolnih signala u velike-struje pogona i podešavanjem izlaza u realnom-vremenu kako bi se postigla visoka-precizna kontrola pokreta motora. Konkretan proces je sljedeći:
Prijem signala i prethodna obrada
Linearni servo pogon prima slabe komandne signale-kao što su analogni naponski signali (npr. ±10V)-od kontrolnog sistema. Ovi signali nose željene vrijednosti za brzinu, položaj ili moment motora. Interno, pogon prvo filtrira i uslovljava ove signale kako bi eliminisao smetnje šuma, čime se osigurava tačnost i stabilnost signala. Na primjer, u CNC alatnim mašinama, naponski signal koji izlazi iz kontrolera može biti samo nekoliko volti; ovaj signal mora biti obrađen od strane pogona prije nego što može efikasno napajati motor.
Izračun greške i podešavanje negativne povratne informacije
Pogon upoređuje primljeni komandni signal sa-povratnim signalima u stvarnom vremenu dobijenim od uređaja za povratnu informaciju motora (kao što je koder). Ovi povratni signali precizno odražavaju trenutni stvarni radni status motora, uključujući njegovu brzinu, položaj i druge parametre. Izračunavanjem razlike između komandnog signala i povratnog signala, pogon izvodi "signal greške". Na osnovu principa kontrole negativne povratne sprege, pogon automatski prilagođava svoj izlaz kao odgovor na ovaj signal greške, nastojeći da signal greške dovede do nule. Na primjer, ako naredba zahtijeva da se motor rotira do određenog kuta, ali postoji odstupanje u stvarnom kutu, pogon će povećati svoju izlaznu struju kako bi pokrenuo motor kako bi ispravio ovo odstupanje.
Pojačavanje snage i konverzija signala
Osnovna funkcija linearnog servo pogona je pojačavanje snage kontrolnih signala. Koristi linearni analogni dizajn kola, koristeći komponente kao što su operativna pojačala za pretvaranje slabih kontrolnih signala u strujne ili naponske signale velike{1}} Ovaj proces se izvodi preko energetskih uređaja-kao što su tranzistori snage-koji osiguravaju da pojačani signal posjeduje dovoljnu energiju za pokretanje servo motora. Na primjer, za zglobne motore industrijskih robota-koji zahtijevaju značajan obrtni moment-pogon mora osigurati dovoljnu količinu struje da omogući motoru da generiše odgovarajući obrtni moment.
Motorna vožnja i dinamički odgovor
Pojačani signal snage direktno pokreće servo motor u rad. Zbog velike širine opsega linearnih pogona (obično dostižući nekoliko hiljada herca), oni su u stanju da brzo reaguju na promene komandnih signala, čime omogućavaju preciznu regulaciju brzine, položaja ili obrtnog momenta motora. U-scenarijima kontrole kretanja velike brzine-kao što su oni koji uključuju opremu za obradu poluvodičkih pločica-motorni pogoni moraju osigurati da motor završi tranzicije položaja u ekstremno kratkim vremenskim okvirima dok ispunjava zahtjeve za preciznost pozicioniranja na nivou nanometara{5}}. Ova sposobnost brzog odgovora je olakšana karakteristikama kontinuirane modulacije svojstvene analognim kolima, čime se izbjegavaju kašnjenja i efekti talasanja koji se mogu pojaviti u PWM{7}}baziranim prekidačima.
Kontinuirano praćenje i zatvorena{0}}optimizacija
Tokom rada motora, pogon kontinuirano prima povratne signale i upoređuje ih u stvarnom-vremenu sa komandnim signalima. Konstantnim podešavanjem izlaznih signala uspostavlja se sistem upravljanja zatvorenom{2}}petljom, osiguravajući da motor dosljedno slijedi svoju predviđenu putanju. Na primjer, na automatiziranoj montažnoj liniji, ako iznenadna promjena opterećenja izazove fluktuacije u brzini rotacije motora, pogon će odmah otkriti grešku i prilagoditi izlaznu struju, omogućavajući motoru da se brzo vrati na stabilnu brzinu. Ovaj mehanizam dinamičkog prilagođavanja značajno poboljšava sposobnost odbijanja smetnji i ukupnu stabilnost sistema.
Karakteristike linearnih servo pogona
Karakteristike linearnih servo pogona prvenstveno se manifestuju u sljedećim aspektima:
Kontrola momenta
Način kontrole momenta uključuje podešavanje veličine vanjskog izlaznog momenta osovine motora putem eksternog analognog ulaznog signala. Konkretno, ako 10V odgovara 5 Nm, onda kada je eksterni analogni ulaz postavljen na 5V, osovina motora proizvodi 2,5 Nm. Ako je opterećenje na osovini motora manje od 2,5 Nm, motor se rotira naprijed; ako je vanjsko opterećenje jednako 2,5 Nm, motor ostaje nepokretan; i ako opterećenje prelazi 2,5 Nm, motor se okreće u obrnutom smjeru (scenarij koji se obično susreće pod gravitacijskim opterećenjima).
Zatvorena-Kontrola struje petlje
Kontrola struje zatvorene{0}}konstrukcije je definirana za razliku od kontrole struje otvorene petlje.
Prvo, shvatimo kontrolu struje zatvorene{0}}petlje: ona koristi uređaj za detekciju struje da pruži povratnu informaciju o veličini izlazne struje. Ovaj povratni signal stupa u interakciju sa kontrolnim signalom kako bi modulirao izlaznu struju, čime se uspostavlja sistem kontrole struje zatvorene{2}}petlje.
Disipacija snage u odnosu na izlaznu snagu
Tokom rada, tranzistori unutar linearnog pogona funkcionišu unutar svog linearnog područja, što rezultira značajnim gubitkom snage. Pod pretpostavkom da je izlazna snaga konstantna, što je veći napon primijenjen na pogon, to je veća disipacija snage koju pogon mora podnijeti.Zaštita servo motora
Linearni servo pogoni imaju sveobuhvatan skup funkcija zaštite-uključujući zaštitu od prekomjerne struje, preopterećenja i prenapona. Ostavljajući po strani potencijalni uticaj harmonika generisanih na strani pretvarača linearnog pogona, ove karakteristike omogućavaju sveobuhvatnu-zaštitu za servo motor.
Rješenja za suzbijanje harmoničnih smetnji u linearnim servo pogonima
Tokom rada i puštanja u rad servo sistema, s vremena na vrijeme mogu se pojaviti različiti neočekivani oblici smetnji-posebno u aplikacijama koje uključuju impulsne{1}}servo motore. Sljedeći odjeljak analizira tipove i mehanizme takvih smetnji iz nekoliko perspektiva, sa ciljem da se olakša ciljana strategija suzbijanja smetnji.
Smetnje napajanja
Radni uslovi na terenu često su podložni različitim ograničenjima, što dovodi do čestih susreta sa složenim scenarijima. Neophodno je usvojiti proaktivan i uobičajen pristup izbjegavanju ovih problema, čime se sprječava nastanak problema kad god je to moguće. U mnogim slučajevima, ugrađujemo filtere u module napajanja rotacijskih enkodera i kontrolera pokreta; nadalje, opremamo linearne servo pogone uređajima kao što su regulatori napona i izolacijski transformatori. Dodatno, prilagođavamo parametre-kao što je vrijeme-filtriranja niskog prolaza za povratnu informaciju o poziciji i frekvenciju nosioca-da bismo ublažili smetnje koje se unose putem napajanja i spriječili kvarove unutar servo kontrolnog sistema.
Kablovi za napajanje za servo sistem trebaju biti odvojeni kako bi se minimizirala blizina između pogona i vodova za napajanje motora, čime bi se spriječilo ometanje kontrolnih signala koji bi mogli dovesti do kvarova pogona.
Smetnje od neorganizovanih sistema uzemljenja
Uzemljenje je efikasan metod za povećanje otpornosti elektronske opreme na buku; služi za suzbijanje spoljašnjih smetnji i zaštitu sistema od njegovih štetnih efekata. Međutim, nepravilno uzemljenje može dovesti do ozbiljnih signala smetnji, čineći sistem nesposobnim za ispravno funkcionisanje. Infrastruktura uzemljenja kontrolnog sistema obično se sastoji od različitih kategorija, uključujući uzemljenje sistema, uzemljenje štita, uzemljenje naizmenične struje i zaštitno uzemljenje.
Ako je sistem uzemljenja neorganizovan, rezultirajuće smetnje unutar servo sistema prvenstveno proizlaze iz neravnomjerne raspodjele potencijala na različitim tačkama uzemljenja. Potencijalne razlike nastaju između različitih tačaka uzemljenja-kao što su one na dva kraja zaštićenog kabla, duž žica za uzemljenje ili na uzemljenju šasije opreme-stvarajući struje uzemljenja koje ometaju normalan rad sistema.
Ključ za rješavanje ove vrste smetnji leži u jasnom razlikovanju između različitih shema uzemljenja i osiguravanju da sistem ima robusnu i efikasnu infrastrukturu za uzemljenje.
Posebna pažnja se mora obratiti na elektromagnetnu kompatibilnost okoline (EMC), uključujući zaštitu visoko{0}}elektromagnetnih talasa i radio-komponenti (RF). Izvori buke i smetnji napajanja moraju biti potisnuti i eliminisani. Na primjer, ispravljačke i inverterske jedinice visoke{4}}, srednje{5}} ili visoke{6}}ispravljačke snage ne bi trebale dijeliti isti energetski transformator ili sabirnicu za distribuciju električne energije sa drugom osjetljivom opremom.
Uvodimo i nekonvencionalan pristup uzemljivanju: s obzirom na neizbježno prisustvo značajnih izvora smetnji u krugovima za distribuciju energije, može biti korisno instalirati servo pogon u posebnom ormariću. U ovoj konfiguraciji se koristi ne-metalna montažna ploča, a veze uzemljenja povezane sa linearnim servo pogonom ostaju "plutajuće" (neuzemljene), dok su preostali mjerni i kontrolni sistemi pouzdano uzemljeni.
Interne smetnje sistema
- Ovo prvenstveno proizilazi iz međusobnog elektromagnetnog zračenja između komponenti i kola unutar sistema-na primjer, međusobnog zračenja između logičkih kola, uzajamnog utjecaja između analognog i digitalnog uzemljenja ili upotrebe neusklađenih komponenti.
- Za signalne ili kontrolne vodove treba odabrati zaštićene kablove kako bi se spriječile smetnje.
- Kada su kablovi dugački-na primjer, preko 100 metara-treba povećati površinu poprečnog-poprečnog presjeka provodnika.
- Signalne ili kontrolne vodove treba provući kroz vodove kako bi se izbjegle međusobne smetnje s vodovima napajanja.
- Primarni signali koji se prenose bi u idealnom slučaju trebali biti strujni signali, jer pokazuju superiorne karakteristike slabljenja i otpornost na buku. U praktičnim primjenama, međutim, izlazi senzora su pretežno naponski signali; oni se mogu konvertovati u strujne signale korišćenjem odgovarajućih pretvarača.
- Za filtriranje DC napajanja za osjetljiva analogna kola, mogu se dodati dva kondenzatora od 0,01µF (630V): spojite jedan terminal svakog kondenzatora na pozitivne i negativne terminale napajanja, i povežite drugi terminal svakog kondenzatora na masu šasije. Ova metoda je veoma efikasna.
- Zaštitni sloj kontrolnog kabla sa{0}} strane terminala treba da bude povezan na 0V referencu na ploči; na kraju vozača, međutim, štit *ne bi trebao* biti povezan-jednostavno skinite dio zaštitne pletenice, uvijte ga u pramen i ostavite ga otvorenim.
- Koristite filtere za elektromagnetne smetnje (EMI); alternativno, zalemite otpornike protiv smetnji u kontrolne vodove ili instalirajte feritne prstenove na vodove napajanja motora.