Johdanto
Lineaarinen servokäyttö-tunnetaan myös nimellä "lineaarinen servovahvistin"-on jännitteen{2}}virraksi muuntava laite, jota käytetään ohjaamaan servomoottoreita. Sen toiminta on analoginen kaiutinta ohjaavan audiotehovahvistimen toiminnan kanssa; se on olennainen osa servojärjestelmää ja sitä käytetään ensisijaisesti -tarkkuuspaikannusjärjestelmissä. Tyypillisesti se ohjaa servomoottoria kolmella tavalla-asentoa, nopeutta ja vääntömomenttia-, jotta saavutetaan korkea-tarkka paikannus voimansiirtojärjestelmässä; tällä hetkellä se on korkealaatuinen{10}}tuote siirtotekniikan alalla.
Lineaaristen servokäyttöjen toimintaperiaatteet
Lineaarisen servokäytön toimintaperiaate perustuu analogisten piirien lineaariseen vahvistukseen yhdistettynä suljetun -silmukan negatiiviseen takaisinkytkentään. Se toimii muuntamalla heikot ohjaussignaalit suuriksi-tehokäyttövirroiksi ja säätämällä lähtöä reaaliajassa-, jotta saavutetaan moottorin korkea-tarkka liikkeenohjaus. Erityinen prosessi on seuraava:
Signaalin vastaanotto ja esikäsittely
Lineaarinen servokäyttö vastaanottaa heikkoja komentosignaaleja, -kuten analogisia jännitesignaaleja (esim. ±10 V)-ohjausjärjestelmästä. Näillä signaaleilla on halutut arvot moottorin nopeudelle, asemalle tai vääntömomentille. Taajuusmuuttaja ensin suodattaa ja muokkaa nämä signaalit sisäisesti häiriöhäiriöiden eliminoimiseksi, mikä varmistaa signaalien tarkkuuden ja vakauden. Esimerkiksi CNC-työstökoneissa ohjaimen antama jännitesignaali voi olla vain muutama voltti; Taajuusmuuttajan on käsiteltävä tämä signaali, ennen kuin se voi tehokkaasti syöttää moottoria.
Virhelaskenta ja negatiivisen palautteen oikaisu
Taajuusmuuttaja vertaa vastaanotettua komentosignaalia reaaliaikaisiin{0}}palautesignaaleihin, jotka on saatu moottorin palautelaitteesta (kuten kooderista). Nämä takaisinkytkentäsignaalit heijastavat tarkasti moottorin nykyisen todellisen käyttötilan, mukaan lukien sen nopeuden, asennon ja muut parametrit. Laskemalla komentosignaalin ja palautesignaalin välisen eron taajuusmuuttaja johtaa "virhesignaalin". Negatiivisen takaisinkytkennän ohjauksen periaatteiden perusteella taajuusmuuttaja säätää automaattisesti lähtöään vastauksena tähän virhesignaaliin ja pyrkii ohjaamaan virhesignaalia kohti nollaa. Jos esimerkiksi komento vaatii moottorin pyörimään tiettyyn kulmaan, mutta todellisessa kulmassa on poikkeama, taajuusmuuttaja lisää lähtövirtaansa käyttääkseen moottoria tämän poikkeaman korjaamiseksi.
Tehon vahvistus ja signaalin muuntaminen
Lineaarisen servokäytön ydintoiminto on ohjaussignaalien tehonvahvistus. Siinä käytetään lineaarista analogista piirirakennetta, jossa käytetään komponentteja, kuten operaatiovahvistimia, muuntaakseen heikot ohjaussignaalit korkean-tehon virta- tai jännitesignaaleiksi. Tämä prosessi suoritetaan teholaitteiden-kuten tehotransistoreiden- avulla varmistaen, että vahvistetussa signaalissa on riittävästi energiaa servomoottorin käyttämiseen. Esimerkiksi teollisuusrobottien -yhteismoottoreissa, jotka vaativat huomattavan vääntömomentin-käytön on syötettävä riittävästi virtaa, jotta moottori voi tuottaa vastaavan vääntömomentin.
Moottoriajo ja dynaaminen vaste
Vahvistettu tehosignaali ohjaa servomoottorin suoraan toimintaan. Lineaaristen taajuusmuuttajien suuren kaistanleveyden (yleensä useiden tuhansien hertsien) ansiosta ne pystyvät reagoimaan nopeasti komentosignaalien muutoksiin, mikä mahdollistaa moottorin nopeuden, asennon tai vääntömomentin tarkan säätelyn. Nopeissa -liikkeenohjausskenaarioissa,-kuten puolijohdekiekkojen käsittelylaitteita-moottoreiden on varmistettava, että moottori suorittaa paikanvaihdot erittäin lyhyessä ajassa ja täyttää nanometrin{5}}tason paikannustarkkuusvaatimukset. Tätä nopeaa vastekykyä helpottavat analogisille piireille ominaiset jatkuvat modulaatio-ominaisuudet, jolloin vältetään viiveet ja aaltoiluvaikutukset, joita voi syntyä PWM{7}}-pohjaisissa kytkentäasemissa.
Jatkuva seuranta ja suljetun{0}}silmukan optimointi
Moottorin käytön aikana taajuusmuuttaja vastaanottaa jatkuvasti palautesignaaleja ja vertaa niitä reaaliajassa{0}}komentosignaaleihin. Säätämällä jatkuvasti lähtösignaaleja luodaan suljetun -silmukan ohjausjärjestelmä, joka varmistaa, että moottori noudattaa johdonmukaisesti suunniteltua liikerataa. Esimerkiksi automaattisella kokoonpanolinjalla, jos äkillinen kuormituksen muutos aiheuttaa vaihteluita moottorin pyörimisnopeudessa, taajuusmuuttaja havaitsee välittömästi virheen ja säätää lähtövirtaa, jolloin moottori voi palata nopeasti vakaalle nopeudelle. Tämä dynaaminen säätömekanismi parantaa merkittävästi järjestelmän häiriönpoistokykyä ja yleistä vakautta.
Lineaaristen servokäyttöjen ominaisuudet
Lineaaristen servokäyttöjen ominaisuudet ilmenevät ensisijaisesti seuraavista näkökohdista:
Vääntömomentin ohjaus
Vääntömomentin ohjaustilassa moottorin akselin ulkoisen ulostulomomentin suuruus asetetaan ulkoisen analogisen tulosignaalin kautta. Tarkemmin sanottuna, jos 10 V vastaa 5 Nm, niin kun ulkoinen analoginen tulo on asetettu arvoon 5 V, moottorin akseli tuottaa 2,5 Nm. Jos moottorin akselin kuormitus on alle 2,5 Nm, moottori pyörii eteenpäin; jos ulkoinen kuorma on 2,5 Nm, moottori pysyy paikallaan; ja jos kuorma ylittää 2,5 Nm, moottori pyörii taaksepäin (skenaario, joka tyypillisesti kohdataan gravitaatiokuormituksessa).
Suljettu-silmukan virranhallinta
Suljetun-silmukan virransäätö on määritelty toisin kuin avoimen-silmukan virransäätö.
Ensinnäkin on ymmärrettävä suljetun{0}silmukan virransäätö: se käyttää virrantunnistuslaitetta antamaan palautetta lähtövirran suuruudesta. Tämä takaisinkytkentäsignaali on vuorovaikutuksessa ohjaussignaalin kanssa ja moduloi lähtövirtaa ja muodostaa näin suljetun -silmukan virranohjausjärjestelmän.
Tehonhäviö vs. lähtöteho
Käytön aikana lineaarisen taajuusmuuttajan transistorit toimivat lineaarisella alueellaan, mikä johtaa merkittävään tehohäviöön. Olettaen, että lähtöteho on vakio, mitä suurempi taajuusmuuttajaan kohdistettu jännite, sitä suurempi tehohäviö taajuusmuuttajan on käsiteltävä.Servomoottorin suojaus
Lineaarisissa servokäytöissä on kattava valikoima suojatoimintoja,{0}}mukaan lukien suojat ylivirtaa, ylikuormitusta ja ylijännitettä vastaan. Lineaarikäytön invertteripuolella syntyvien harmonisten mahdollisten vaikutusten huomioimatta nämä ominaisuudet mahdollistavat kaiken kattavan suojan servomoottorille.
Ratkaisut harmonisten häiriöiden vaimentamiseen lineaarisissa servokäytöissä
Servojärjestelmien käytön ja käyttöönoton aikana voi ajoittain ilmaantua erilaisia odottamattomia häiriöitä,{0}}erityisesti sovelluksissa, joissa käytetään pulssiohjattuja servomoottoreita. Seuraavassa osiossa analysoidaan tällaisten häiriöiden tyyppejä ja mekanismeja useista näkökulmista tavoitteenaan helpottaa kohdennettuja häiriönvaimennusstrategioita.
Virtalähteen häiriöt
Kentän käyttöolosuhteisiin kohdistuu usein erilaisia rajoituksia, mikä johtaa usein monimutkaisten skenaarioiden kohtaamiseen. On olennaista omaksua ennakoiva ja tavanomainen lähestymistapa näiden ongelmien välttämiseksi, mikä estää ongelmien syntymisen aina kun mahdollista. Monissa tapauksissa sisällytämme suodattimia pyörivien kooderien ja liikeohjainten virtalähdemoduuleihin; Lisäksi varustamme lineaariservokäytöt laitteilla, kuten jännitteensäätimillä ja erotusmuuntajilla. Lisäksi säädämme parametreja,-kuten alipäästösuodatusaikaa-sijaintipalautteen ja kantoaallon taajuuden-vähentämiseksi virtalähteen aiheuttamista häiriöistä ja servo-ohjausjärjestelmän vikojen estämiseksi.
Servojärjestelmän virtakaapelit tulee reitittää erikseen, jotta taajuusmuuttajan ja moottorin voimalinjojen välinen etäisyys voidaan minimoida. Näin estetään ohjaussignaalien häiriöt, jotka voivat johtaa taajuusmuuttajan toimintahäiriöihin.
Häiriöt epäjärjestyneistä maadoitusjärjestelmistä
Maadoitus on tehokas menetelmä elektronisten laitteiden melunsietokyvyn parantamiseksi; se estää ulkoiset häiriöt ja suojaa järjestelmää sen haittavaikutuksilta. Väärä maadoitus voi kuitenkin aiheuttaa vakavia häiriösignaaleja, jolloin järjestelmä ei voi toimia oikein. Ohjausjärjestelmän maadoitusinfrastruktuuri käsittää tyypillisesti useita luokkia, mukaan lukien järjestelmän maadoitus, suojamaa, vaihtovirtamaa ja suojamaa.
Jos maadoitusjärjestelmä on epäjärjestynyt, servojärjestelmän häiriöt johtuvat ensisijaisesti epätasaisesta potentiaalin jakautumisesta eri maadoituspisteiden välillä. Potentiaaliset erot syntyvät eri maadoituspisteiden välillä,-kuten suojatun kaapeliosuuden kahdessa päässä, maadoitusjohtojen varrella tai laitteiden rungon maadoituksissa, -joten muodostavat maadoitussilmukan virrat, jotka häiritsevät järjestelmän normaalia toimintaa.
Avain tämäntyyppisten häiriöiden ratkaisemiseen on erilaisten maadoitusjärjestelmien selkeä erottaminen ja sen varmistaminen, että järjestelmässä on vankka ja tehokas maadoitusinfrastruktuuri.
Erityistä huomiota on kiinnitettävä ympäristön sähkömagneettiseen yhteensopivuuteen (EMC), mukaan lukien korkeataajuisten sähkömagneettisten aaltojen ja radio-taajuisten (RF) komponenttien suojaus. Virtalähteen melu- ja häiriölähteet on tukahdutettava ja eliminoitava. Esimerkiksi korkea---, keskitaajuiset-- tai korkea-tehotasasuuntaus- ja invertteriyksiköt eivät saa jakaa samaa tehomuuntajaa tai virranjakelukiskoa muiden herkkien laitteiden kanssa.
Esittelemme myös epätavanomaisen lähestymistavan maadoitukseen: koska virranjakelupiireissä on väistämättä merkittäviä häiriölähteitä, voi olla edullista asentaa servokäyttö erilliseen kaappiin. Tässä kokoonpanossa käytetään ei--metallista asennuslevyä, ja lineaariseen servokäyttöön liittyvät maadoitusliitännät jätetään "kelluiksi" (maadoittamattomiksi), kun taas muut mittaus- ja ohjausjärjestelmät on maadoitettu luotettavasti.
Sisäinen järjestelmähäiriö
- Tämä johtuu ensisijaisesti järjestelmän komponenttien ja piirien välisestä keskinäisestä sähkömagneettisesta säteilystä-esimerkiksi logiikkapiirien keskinäisestä säteilystä, analogisten ja digitaalisten maadoitusten keskinäisestä vaikutuksesta tai yhteensopimattomien komponenttien käytöstä.
- Suojatut kaapelit tulee valita signaali- tai ohjauslinjoille häiriöiden estämiseksi.
- Kun kaapelit ovat pitkiä-esimerkiksi yli 100 metriä-johtimien poikki-pinta-alaa tulee suurentaa.
- Signaali- tai ohjausjohdot tulee reitittää putkien läpi, jotta vältetään keskinäiset häiriöt virransyöttölinjojen kanssa.
- Ensisijaisten lähetettyjen signaalien tulisi ihanteellisesti olla virtasignaaleja, koska niillä on erinomaiset vaimennusominaisuudet ja häiriönkestävyys. Käytännön sovelluksissa anturilähdöt ovat kuitenkin pääasiassa jännitesignaaleja; ne voidaan muuntaa virtasignaaleiksi sopivilla muuntimilla.
- Tasavirtalähteen suodattamiseksi herkille analogisille piireille voidaan lisätä kaksi 0,01 µF (630 V) kondensaattoria: liitä kunkin kondensaattorin yksi napa virtalähteen positiiviseen ja negatiiviseen napaan ja liitä kunkin kondensaattorin toinen napa kotelon maahan. Tämä menetelmä on erittäin tehokas.
- Liitäntäpuolen{0}}ohjauskaapelin suojakerros tulee liittää piirilevyn 0V-ohjeeseen; ohjainpäässä suojusta ei kuitenkaan saa *ei* yhdistää-vain irrota osa suojapunoksesta, kierrä se säikeeksi ja jätä se näkyviin.
- Käytä sähkömagneettisia häiriösuotimia (EMI); vaihtoehtoisesti juota -häiriövastukset ohjauslinjoihin tai asenna ferriittirenkaita moottorin virransyöttölinjoihin.