انتخاب تجهیزات فیدبک مناسب برای موتور

مقدمه

در سراسر جهان برای کاربردهای مختلف از فیدبک سرعت یا موقعیت استفاده می شود. فیدبک نقش بسیار مهمی در اطمینان از عملکرد دقیق و صحیح ماشین دارد. اما سوال اینجاست؛ راهکار انتخاب تجهیزات فیدبک مناسب در کاربردهای مختلف چیست؟ شما پس از مطالعه این مقاله به این راهکارها دست خواهید یافت.

یک سنسور فیدبک بایستی قادر باشد به درستی متغیرهای کنترلی نظیر سرعت، جهت گردش و موقعیت را با تفکیک پذیری کافی اندازه گیری کند. به طور کلی، رهنمودها پیشنهاد تامین تفکیک پذیری 10 برابر بالاتر از دقت تعیین شده برای متغیر مورد نظر را دارند. فیدبک معمولا بر روی الکتروموتور نصب می شود؛ با وجود این در برخی از کاربردها از فیدبک بر روی بار استفاده می شود. که این کار باعث ورود به مسائل مکانیکی و ایجاد زمان مرده می شود. یک کنترل کننده با کیفیت ، بایستی برای جبران سازی این پتانسیل خطاها به کار گرفته شود.

فیدبک سرعت

برای کاربری هایی که فقط به کنترل سرعت نیاز دارند یکی از ارزان ترین، متداولترین، و پذیرفته شده ترین تجهیزات فیدبک تاکومتر است. تاکو طراحی مغناطیس دائم دارد. که در آن ولتاژ خروجی مستقیما متناسب با سرعت خروجی است. و پلاریته ولتاژ جهت گردش را مشخص می کند. ولتاژ خروجی تاکو DC مطابق رابطه زیر است؛

V=S * Ke

که در اینجا

V = ولتاژ خروجی تولید شده (ولت)

S = سرعت گردش تاکو (Krpm)

Ke = ثابت ولتاژ تاکو (Volts/Krpm)

تاکو DC قابلیت خوبی دارد و در رنج سرعت نامی خود که رفتار خطی دارد به کار می رود. بالاتر از سرعت نامی (معمولا بیش از 6000rpm)، بلند شدن آئرودینامیکی، بیرون پریدن جاروبکها و از کار افتادن کموتاتور باعث از دست رفتن مشخصه خطی می شود. با این وجود برای اغلب کاربردهای کنترلی این رنج سرعت قابل قبول است. ثابت ولتاژ تاکو در کاربردهای مختلف با توجه به سرعت عملیاتی انتخاب می شود. برای مثال اگر انتخاب ها یکی 2.0V/Krpm و دیگری 19.5V/Krpm باشد. و سرعت کاربرد مورد نظر 100rpm باشد آن گاه ولتاژ خروجی در حالت اول 0.2 ولت (یعنی 2.0*0.100) و در حالت دوم 1.95 ولت خواهد بود.

بدیهی است که در سرعت های پایین تر، ثابت ولتاژ بزرگتر ترجیح دارد چونکه تنظیم و کنترل دقیق سرعت را ممکن و آسان می کند. و در کاربردهای با سرعت بالاتر ثابت ولتاژ تاکو کوچک ترجیح دارد چونکه از اشباع شدن مدارهای خروجی جلوگیری می کند. سیگنالهای آنالوگ ایجاد شده بوسیله تاکو DC بیشتر در کنترل کننده های آنالوگ استفاده می شوند. و چون کنترل کننده های مدرن دیجیتال هستند، در حال حاضر برای فیدبک سرعت، تاکو DC کمتر رایج است.

برای کنترل سرعت دقیق ، به خصوص در سرعتهای پایین، یک انکدر پالس شمار همراه با یک کنترل کننده دیجیتال می تواند مورد استفاده قرار گیرد. برای سنجش سرعت در هر میلی ثانیه و دقت در سرعت بر حسب rpm تفکیک پذیری مورد نیاز انکدر می تواند از رابطه زیر تعیین شود.

(R = (1/rpm) * (60,000/4

در اینجا R = تفکیک پذیری ، تعداد پالسهای انکدر در هر دور(cpr) rpm = دقت دوران بر حسب دور بر دقیقه 60,000 = میلی ثانیه در دقیقه 4 = تعداد زوایای قائم در هر پالس مربع برای مثال، اگر دقت مطلوب 5rpm باشد، نتیجه می شود: R = (1/5) * (60,000/4) = 3000 و یک انکدر با تفکیک پذیری 3000 پالس در هر دور برای رسیدن به دقت 5 دور در دقیقه نیاز خواهد بود.

فیدبک موقعیت

در انتخاب ابزار مناسب فیدبک در کاربردهای تثبیت موقعیت، نیاز است که استراتژی HOMING و دقت مورد نیاز مشخص شود.

استراتژی HOMING

گام اول تعیین این است که کاربری/ماشین می تواند بار/موتور را حرکت داده و در نقطه تعیین شده به عنوان مرجع یا شروع قرار دهد. اگر اینطور نباشد، آنگاه یک تجهیز فیدبک مطلق نیاز است. بسته به کاربرد کنترل کننده و توانایی آن یکی از دو فیدبک مطلق موازی یا واسط سنکرون سریال (SSI) انتخاب خواهد شد. برای کاربردهایی که می توان برای تعیین موقعیت شروع، به یک نقطه مرجع حرکت کرد. می توان از یک وسیله فیدبک افزایشی مثل رزولور یا انکودر استفاده کرد.

دقت مورد نیاز

گام بعدی این است که تعیین کنیم دقت مورد نیاز بار چقدر است؟ و چگونه با دقت و تفکیک پذیری که تجهیزات فیدبک می توانند فراهم کنند تامین می شود. انواع مختلف تجهیزات فیدبک همراه با قدرت تفکیک پذیری آنها که در این مثال استفاده خواهند شد در جدول شکل 1 آورده شده اند. برای این مثال، انکودرها دارای تعداد 1000 و 2500 پالس در هر دور گردش (PPR) با دو کانال A و B هستند و از آنجاییکه کنترل کننده تغییرات مثبت و منفی آنها را می تواند بخواند. از اینرو تفکیک پذیری یا تعداد شمارش در هر دور (CPR) چهار برابر تعداد پالسهای انکودر می باشد.

شکل 1 : پالس ها و تعداد شمارش در هر دور برای تجهیزات مختلف فیدبک

برای مثال در یک کاربری اگر به دقت 0.0008-/+ نیاز باشد و از بال اسکرو (گام = 5 دوراینچ) استفاده شود تفکیک پذیری مورد نیاز از روابط زیر تبعیت می کند.

Ø_M= 2 πP­X

در اینجا Ø_M = تغییر مکان در شفت موتور (رادیان) P = گام بال اسکرو (دور اینچ) X = دقت جابجایی خطی دقت دوران به صورت زیر محاسبه می شود.

Ø_M= 2 π(5)*( +/-0.0008) = +/- 0.02512 radians

با تبدیل رادیان به درجه

X = 0.02512 x 360 deg/2π = +/- 1.4 degrees

حداقل تعداد شمارش در هر دور (cpr) که بایستی تجهیز فیدبک قادر به ایجاد آن باشد عبارت است از:

cpr) = 360 / 1.4 = 250) شمارش/دور

با یک قانون کلی که قدرت تفکیک پذیری بایستی 10 برابر عدد فوق باشد برای تفکیک پذیری مورد نظر، بایستی تعداد شمارش مطلوب 2500cpr یا بیشتر باشد. با توجه به تجهیزات فیدبک که در جدول شکل 1 آورده شده است. نتیجه می گیریم:

1. انکودر 500ppr تفکیک پذیری 2000cpr را تامین می کند – که نیاز مشخص شده را تامین نمی کند.
2. انکودر 1000ppr تفکیک پذیری 4000cpr را می دهد که دقت مورد نظر را تامین می کند.
3. رزولور و SSI تفکیک پذیری 16,384cpr دارند که هر دو نیاز ما را تامین می کنند.

ملاحظات دیگر

پارامتر دیگری وجود دارد که بایستی به ویژه هنگامی که با سرعت های بالا یا تعداد زیاد شمارش زمان مواجهیم مورد نظر قرار گیرد. پهنای باند حداکثر نرخی است که سیستم الکتریکی می تواند تغییر حالت دهد. واکنش نشان دادن به پالس ها نیاز به مقدار خاصی زمان دارد برای اینکه مدارات از حالت “high” به “low” سوئیچ کنند. به عبارت دیگر، در نرخ ورودی بالا، یا فرکانسهای بالا، انکودر دیگر به درستی بین دو وضعیت سوئیچ نمی کند. هر انکودر حداکثر فرکانسی دارد که تا آن فرکانس می تواند یک سیگنال خروجی تولید کند. این حد “حداکثر فرکانس کاری” انکودر نامیده می شود.

یک انکودر با 2000ppr با حداکثر پهنای باند 100,000هرتز (Hz) را در نظر بگیرید. پهنای باند را بر ppr تقسیم کنید حاصل آن حداکثر سرعتی است که انکودر از لحاظ الکتریکی می تواند عملکرد درست داشته باشد. برای این مثال 50 دور در ثانیه یا 3000 دور در دقیقه است. ملاحظه دیگر پهنای باند کنترل کننده ای است که سیگنال انکودر را دریافت می کند. همان طور که انکودر محدودیت دارد سیستمهای کنترل (شمارنده ها، کنترلهای موتور و PLC ها) نیز محدودیت دارند. اما بسیاری از کنترل های مدرن مداراتی با پهنای باند بالا را به انکودرها اختصاص داده اند.

جدول شکل 2 انواع تجهیزات فیدبک را از لحاظ خروجی، پالسدور و دقت، به صورت خلاصه مقایسه کرده است. نظر به اینکه دقت +- تعداد شمارش است. ppr بالاتر به معنای دقت بیشتر در هنگام استفاده است. در این حالت مساله تعیین کننده می تواند قیمت باشد.

شکل 2: خلاصه دقت و توانایی تجهیزات فیدبک

به طور کلی الزام دیگر که باید برای استفاده و انتخاب تجهیزات فیدبک مورد توجه قرار گیرد. شرایط محیطی است. ممیزی کنید که آیا تجهیز فیدبک می تواند تاثیرات شوک، لرزش و حرارت که در کاربری به آن اعمال می شود را تحمل کند. برای مثال درجه حرارتهای محیط بالا یا پایین. شرایط حاد معمولا در صنایع اتوموبیل،فضا،برودتی، هوانوردی و برخی کاربردهای دیگر وجود دارد.

در پایان

در سراسر جهان برای کاربردهای مختلف از فیدبک سرعت یا موقعیت استفاده می شود. برای کاربری هایی که فقط به کنترل سرعت نیاز دارند یکی از ارزان ترین، متداولترین، و پذیرفته شده ترین تجهیزات فیدبک تاکومتر است. در انتخاب ابزار مناسب فیدبک در کاربردهای تثبیت موقعیت، نیاز است که استراتژی HOMING و دقت مورد نیاز مشخص شود.

.اگر شما نیز تجربه و نظریاتی در این باره دارید، با ما به اشتراک بگذارید

مرجع؛ Selecting Feedback Devices by MICROMO -White Paper