בקרת תנועה היא אחת הליבות בתחום הבקרה התעשייתית, הממלאת תפקיד עצום בהדפסה, אריזה, הרכבה ועוד תרחישים תעשייתיים. בקרת תנועה מקורה בקרת מנוע, המשימה של בקרת מנוע היא לשלוט במומנט מנוע בודד, מהירות, מיקום ופרמטרים אחרים, כך שהמנוע ישלים את הפעולה שצוינה. בקרת התנועה מבוססת על בקרת המנוע למימוש השליטה במספר מנועים, מערכת הבקרה מתאמת אוטומטית מספר מנועים להשלמת התנועה שצוינה. היישום של מערכת בקרת תנועה מורכבת ומדויקת מפחית מאוד את עלות הייצור וגם מפחית את התרחשותם של פעולות שגויות בעיבוד, ומשפר את איכות המוצרים. כיום, עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית אוטומציה של ייצור תעשייתי, מגוון מערכות בקרת תנועה נמצאות בשימוש נרחב בתעשיית הלוגיסטיקה ובפסי הייצור הגדולים.
הזרוע המכנית המופיעה לעתים קרובות בחזון שלנו היא הקישור הקריטי ביותר של מערכת בקרת תנועה כדי לסייע לייצור תעשייתי. כיום, לזרוע המכנית המתקדמת בעולם יש 7 מפרקים ללא הילוכים, וכל מנוע מניע מפרק. כאשר המניפולטור נמצא בפעולה רגילה, מערכת בקרת התנועה מתאמת שבעה מנועים בו-זמנית, כך שהמניפולטור יכול לתפוס בקלות חפץ בכל מיקום בחלל. לא רק זה, זה יכול לבצע פונקציות מורכבות אחרות, זה יכול אפילו לעזור לאנשים לנקות או לנגן בכלי.
לפני כמה שנים, רובוטים סוחפים התפוצצו באינטרנט כמיקרוקוסמוס של בקרת תנועה. כאשר הרובוט הסוחף גיבש את מסלול התנועה, מערכת בקרת התנועה תניע את המנוע לביצוע פעולות שונות, כך שהרובוט המטאטא יוכל להשלים את המשימה ביעילות. במפעל, זרוע הרובוט נמצאת בשימוש נרחב בפס הייצור, בפס הייצור של ייצור הרכב, זרוע הרובוט יכולה להרים בקלות עשרות קילוגרמים ואפילו מאות קילוגרמים של חלקים כדי להשלים את הריתוך וההרכבה. כפי שאנו יכולים לראות, מערכות בקרת תנועה משמשות לא רק בתעשייה, אלא גם נמצאות בקרב הקרובים ביותר לחיינו.
על מנת להבין את מערכת בקרת התנועה, חשוב להבין את המבצעים של פקודת התנועה – המנועים. רוב המנועים המשמשים במערכת בקרת התנועה הם מנועי צעד ומנועי סרוו. Xiaobian הבא יציג בקצרה שני סוגים של מנועים.
מנוע 1 צעד
מנוע הצעד יכול להפוך את אות הדופק המבוא לתזוזה זוויתית. בפעולה רגילה של מנוע הצעד, המהירות, המיקום, המהירות וההאטה של המנוע תלויים רק בתדירות ובמספר אותות הדופק, ואינם מושפעים משינוי העומס. כאשר נהג מנוע הצעד מקבל אות דופק, הוא מניע את מנוע הצעד כדי לסובב זווית קבועה בכיוון שנקבע. זה נקרא "זווית צעד", והוא מסתובב צעד אחר צעד, צעד אחד בכל פעם, ומכאן קיבל מנוע ההחדרה את שמו.
2 מנוע סרוו
מנוע הסרוו ממיר את האות החשמלי המתקבל לפלט תזוזה זוויתית על ציר המנוע, והנהג של מנוע הסרוו שולט בחשמל התלת פאזי ליצירת שדה אלקטרומגנטי, והרוטור מסתובב תחת פעולת השדה המגנטי. המקודד של מנוע הסרוו מחזיר את האות לנהג, והנהג מתאים את זווית סיבוב הרוטור בהתאם להשוואה בין ערך המשוב לערך היעד.
השוואה בין שני מנועים
1. שיטות בקרה שונות
מנוע הצעד מאמץ בקרת לולאה פתוחה, ומנוע הסרוו מאמץ שליטה בלולאה סגורה. ההבדל בין שתי שיטות הבקרה הוא שהבקרה בלולאה סגורה תשווה את ערך היעד לערך בפועל ותתאים את מיקום המנוע. לעומת זאת, דיוק הבקרה של מנוע הסרוו טוב יותר מזה של מנוע הצעד.
2 דיוק שליטה שונה
ככל שלמנוע הצעד יש יותר שלבים, כך הדיוק שלו יהיה גבוה יותר. עלות מנוע השלב {{0}} נמוכה, אך הרטט גדול במהירות נמוכה, והמומנט יורד מהר במהירות גבוהה. למנוע הפאזה 5-יש רטט קטן וביצועים טובים במהירות גבוהה, שהם גבוהים ב-30~50 אחוז מהמהירות של מנוע השלב 2-ויכול אפילו להחליף את מנוע הסרוו במקרים מסוימים. מנוע הסרוו מגיע עם מקודד, וככל שיש למקודד יותר קשקשים, כך הדיוק גבוה יותר. באופן כללי, הדיוק של מנוע הסרוו שווה ערך למנוע הצעד עם זווית צעד של 0.036 מעלות, כמובן, אין זווית צעד קטן כל כך של מנוע הצעד, זווית הצעד של מנוע הצעד הכללי היא 1.8, האמור לעיל הוא רק אנלוגיה, ניתן לראות כי ביישום בקרת תנועה ברמת דיוק גבוהה, הביצועים של מנוע הסרוו הם הרבה מעבר למנוע הצעד.
3 מאפיינים שונים בתדר נמוך
בניגוד למנועי סרוו, מנועי צעד משתמשים בטכנולוגיית שיכוך או טכנולוגיית חלוקה כדי להתגבר על תופעת הרטט במהירות נמוכה במהירויות נמוכות. מנוע צעד במהירות נמוכה עדיין נוטה לרטט, ומנוע סרוו לא משנה במהירות גבוהה או מהירות נמוכה לא יופיע תופעת רטט.
4. ביצועי תנועה שונים
מנוע צעד הוא בקרת לולאה פתוחה, תדירות התחלה גבוהה מדי או עומס קל לגרום לתופעה של איבוד צעד, מהירות גבוהה מדי בעת עצירה קלה לגרום לתופעת חריגה, מנוע סרוו הוא בקרת לולאה סגורה, מנהל הסרוו יכול לדגום ישירות את אות המשוב של מקודד מנוע, לולאת מהירות פנימית ולולאת מיקום, בדרך כלל לא יופיעו תופעת צעד או חריגה שאבדו.
5 מהירות משתנה בהתאם
נדרשות מאות אלפיות שניות עד למנועי צעד להאיץ ממהירות סטטית לעבודה, בעוד שמנועי סרוו זקוקים בדרך כלל למספר אלפיות שניות בלבד, שניתן להשתמש בהן במצבי בקרה הדורשים התנעה ועצירה מהירה.
מההשוואה לעיל, מנועי סרוו טובים יותר ממנועי צעד בהיבטים רבים של ביצועים. האם זה בסדר לבחור מנועי סרוו כשאנחנו בוחרים בדגמי מנועים? לא, המחיר של מנוע סרוו יהיה הרבה יותר גבוה מזה של מנוע צעד, מנוע צעד יהיה מבחינת ביצועי עלות מאשר מנוע סרוו, לאחר שליטה במאפיינים של שני המנועים, לפי צרכים שונים, חשוב במיוחד לבחור סוג המנוע הנכון.
מערכות בקרת תנועה אינן מורכבות רק ממנועים ומפעילים, אלא חשובות יותר מאלה הן תוכניות בקרה או אלגוריתמים שמתאמים את התנועה של מספר מנועים. לדוגמה, קיימת מערכת תנועה שבה הסרט כרוך סביב פטיפון המונע על ידי שני מנועים, כך שניתן לפרוש את הסרט מפטיפון אחד למשנהו מבלי להישבר, במהירות מוגדרת של סלילה של הסרט. בתהליך סלילה של הסרט, קוטר הפיתול של שני הפטיפון ישתנה ללא הרף. על מנת להבטיח שהסרט לא יישבר ויעמוד במהירות סלילה של הסרט שצוינה, יש להתאים את מהירות שני המנועים כל הזמן, מה שמצריך שימוש באלגוריתם PID כדי לבצע בקרה בלולאה סגורה, כך שהאובייקט הנשלט: ערך משוב המתח משפיע על מהירות המנוע. בדרך זו, בהסתמך על ביצועי התגובה המהירה של מנוע הסרוו, המהירות מופחתת כאשר המתח גדול מדי, והמהירות מואצת כאשר המתח קטן מדי. בהתאמה מתמדת, המתח ומהירות הסלילה של הסרט מגיעים לדרישות.
בנוסף לאלגוריתם PID, אלגוריתם הפרש התנועה משמש גם במערכת בקרת מניפולטור 6 דרגות חופש או אפילו 7 דרגות חופש כדי להבטיח שהמניפולטור רץ למיקום שצוין. איכות מערכת בקרת התנועה קובעת האם המערכת בטוחה ואמינה, והאם היעילות גבוהה. יכולת עיצוב תוכנית מעולה תהפוך אותנו לתחרותיים יותר.