ไดรฟ์เซอร์โวเชิงเส้นที่เลือกไว้ใช้ทำอะไร?

การแนะนำ

เซอร์โวไดรฟ์เชิงเส้น-หรือเรียกอีกอย่างว่า "เครื่องขยายเสียงเซอร์โวเชิงเส้น"-เป็นอุปกรณ์แปลงแรงดันไฟฟ้า-เป็น-ปัจจุบันที่ใช้ในการควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ ฟังก์ชั่นของมันคล้ายคลึงกับเครื่องขยายสัญญาณเสียงที่ขับเคลื่อนลำโพง โดยถือเป็นส่วนสำคัญของระบบเซอร์โวและใช้งานในระบบกำหนดตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง-เป็นหลัก โดยทั่วไปแล้วจะควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ผ่านสามโหมด-ตำแหน่ง ความเร็ว และแรงบิด- เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง-ภายในระบบส่งกำลัง ปัจจุบันถือเป็นผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์-ในด้านเทคโนโลยีการส่งผ่าน

หลักการทำงานของไดรฟ์เซอร์โวเชิงเส้น

หลักการทำงานของเซอร์โวไดรฟ์เชิงเส้นนั้นขึ้นอยู่กับการขยายเชิงเส้นของวงจรแอนะล็อกรวมกับการควบคุมป้อนกลับเชิงลบของวง- มันทำงานโดยการแปลงสัญญาณควบคุมที่อ่อนให้เป็นกระแสขับเคลื่อนกำลังสูง- และปรับเอาต์พุตแบบเรียลไทม์- เพื่อให้ได้รับการควบคุมการเคลื่อนที่ของมอเตอร์ที่มีความแม่นยำสูง- กระบวนการเฉพาะมีดังนี้:

การรับสัญญาณและการประมวลผลเบื้องต้น

เซอร์โวไดรฟ์เชิงเส้นรับสัญญาณคำสั่งที่อ่อนแอ-เช่น สัญญาณแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อก (เช่น ±10V)- จากระบบควบคุม สัญญาณเหล่านี้มีค่าความเร็ว ตำแหน่ง หรือแรงบิดของมอเตอร์ที่ต้องการ ภายใน ไดรฟ์จะกรองและกำหนดเงื่อนไขสัญญาณเหล่านี้ก่อนเพื่อกำจัดสัญญาณรบกวน จึงรับประกันความแม่นยำและความเสถียรของสัญญาณ ตัวอย่างเช่น ในเครื่องมือกล CNC สัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตโดยตัวควบคุมอาจมีค่าเพียงไม่กี่โวลต์ สัญญาณนี้จะต้องได้รับการประมวลผลโดยไดรฟ์ก่อนจึงจะสามารถจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การคำนวณข้อผิดพลาดและการปรับผลตอบรับเชิงลบ

ชุดขับเคลื่อนจะเปรียบเทียบสัญญาณคำสั่งที่ได้รับกับสัญญาณป้อนกลับแบบเรียลไทม์-ที่ได้รับจากอุปกรณ์ป้อนกลับของมอเตอร์ (เช่น ตัวเข้ารหัส) สัญญาณตอบรับเหล่านี้สะท้อนสถานะการทำงานจริงในปัจจุบันของมอเตอร์อย่างแม่นยำ รวมถึงความเร็ว ตำแหน่ง และพารามิเตอร์อื่นๆ โดยการคำนวณความแตกต่างระหว่างสัญญาณคำสั่งและสัญญาณป้อนกลับ ไดรฟ์จะได้รับ "สัญญาณข้อผิดพลาด" ตามหลักการของการควบคุมการตอบสนองเชิงลบ ไดรฟ์จะปรับเอาต์พุตโดยอัตโนมัติเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณข้อผิดพลาดนี้ โดยมุ่งมั่นที่จะขับเคลื่อนสัญญาณข้อผิดพลาดไปที่ศูนย์ ตัวอย่างเช่น หากคำสั่งต้องการให้มอเตอร์หมุนไปยังมุมที่กำหนด แต่มุมที่เกิดขึ้นจริงนั้นมีการเบี่ยงเบน ไดรฟ์จะเพิ่มกระแสเอาท์พุตเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์เพื่อแก้ไขความคลาดเคลื่อนนี้

การขยายกำลังและการแปลงสัญญาณ

หน้าที่หลักของไดรฟ์เซอร์โวเชิงเส้นคือการขยายกำลังของสัญญาณควบคุม ใช้การออกแบบวงจรแอนะล็อกเชิงเส้น โดยใช้ส่วนประกอบต่างๆ เช่น เครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงานเพื่อแปลงสัญญาณควบคุมที่อ่อนแอให้เป็นสัญญาณกระแสหรือแรงดันไฟฟ้ากำลังสูง- กระบวนการนี้ดำเนินการผ่านอุปกรณ์ส่งกำลัง-เช่น ทรานซิสเตอร์กำลัง- เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณที่ขยายจะมีพลังงานเพียงพอที่จะขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์ ตัวอย่างเช่น สำหรับมอเตอร์ข้อต่อของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม-ซึ่งต้องการแรงบิดจำนวนมาก- ชุดขับเคลื่อนจะต้องจ่ายกระแสไฟในปริมาณที่เพียงพอเพื่อให้มอเตอร์สามารถสร้างแรงบิดที่สอดคล้องกันได้

การขับขี่มอเตอร์และการตอบสนองแบบไดนามิก

สัญญาณกำลังขยายจะขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์ให้ทำงานโดยตรง เนื่องจากแบนด์วิธสูงของลิเนียร์ไดรฟ์ (โดยทั่วไปจะถึงหลายพันเฮิรตซ์) จึงสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสัญญาณคำสั่งได้อย่างรวดเร็ว จึงทำให้สามารถควบคุมความเร็ว ตำแหน่ง หรือแรงบิดของมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ ใน-สถานการณ์การควบคุมการเคลื่อนไหวความเร็วสูง- เช่น กรณีที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ประมวลผลเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์- มอเตอร์ไดรฟ์ต้องแน่ใจว่ามอเตอร์เปลี่ยนตำแหน่งได้เสร็จสิ้นภายในกรอบเวลาที่สั้นมาก ขณะเดียวกันก็ตรงตามข้อกำหนดความแม่นยำของตำแหน่งระดับนาโนเมตร- ความสามารถในการตอบสนองที่รวดเร็วนี้ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยคุณลักษณะการมอดูเลตอย่างต่อเนื่องซึ่งมีอยู่ในวงจรแอนะล็อก ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงความล่าช้าและผลกระทบจากการกระเพื่อมที่อาจเกิดขึ้นในไดรฟ์สวิตชิ่งที่ใช้ PWM-

การตรวจสอบอย่างต่อเนื่องและ-การเพิ่มประสิทธิภาพลูปแบบปิด

ในระหว่างการทำงานของมอเตอร์ ชุดขับจะรับสัญญาณป้อนกลับอย่างต่อเนื่องและเปรียบเทียบแบบเรียลไทม์กับสัญญาณคำสั่ง ด้วยการปรับสัญญาณเอาท์พุตอย่างต่อเนื่อง ระบบควบคุม-วงปิดจึงถูกสร้างขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่ามอเตอร์จะเคลื่อนที่ไปตามวิถีที่ต้องการอย่างสม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น บนสายการประกอบอัตโนมัติ หากการเปลี่ยนแปลงโหลดกะทันหันทำให้เกิดความผันผวนในความเร็วการหมุนของมอเตอร์ ตัวขับจะตรวจจับข้อผิดพลาดทันทีและปรับกระแสเอาท์พุต ซึ่งช่วยให้มอเตอร์กลับสู่ความเร็วคงที่ได้อย่างรวดเร็ว กลไกการปรับแบบไดนามิกนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการปฏิเสธการรบกวนของระบบและความเสถียรโดยรวมได้อย่างมาก

ลักษณะของไดรฟ์เซอร์โวเชิงเส้น

ลักษณะของไดรฟ์เซอร์โวเชิงเส้นจะแสดงออกเป็นหลักในด้านต่อไปนี้:

การควบคุมแรงบิด

โหมดควบคุมแรงบิดเกี่ยวข้องกับการตั้งค่าขนาดของแรงบิดเอาท์พุตภายนอกของเพลามอเตอร์ผ่านสัญญาณอินพุตอะนาล็อกภายนอก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หาก 10V สอดคล้องกับ 5 Nm ดังนั้น เมื่อตั้งค่าอินพุตอะนาล็อกภายนอกเป็น 5V เพลามอเตอร์จะส่งออก 2.5 Nm ถ้าโหลดบนเพลามอเตอร์น้อยกว่า 2.5 นิวตันเมตร มอเตอร์จะหมุนไปข้างหน้า หากโหลดภายนอกเท่ากับ 2.5 Nm มอเตอร์จะยังคงอยู่กับที่ และหากโหลดเกิน 2.5 Nm มอเตอร์จะหมุนย้อนกลับ (สถานการณ์ที่มักพบภายใต้แรงโน้มถ่วง)

ปิด-การควบคุมกระแสลูป

การควบคุมปัจจุบันของวงปิด-ถูกกำหนดไว้ในทางตรงกันข้ามกับการควบคุมปัจจุบันของวงเปิด-

ขั้นแรก ให้เราเข้าใจการควบคุมกระแสแบบลูปปิด-: โดยจะใช้อุปกรณ์ตรวจจับปัจจุบันเพื่อให้ข้อมูลป้อนกลับเกี่ยวกับขนาดของกระแสเอาต์พุต สัญญาณป้อนกลับนี้จะโต้ตอบกับสัญญาณควบคุมเพื่อปรับกระแสเอาต์พุต ดังนั้นจึงสร้างระบบควบคุมกระแสลูปปิด-

การกระจายพลังงานเทียบกับกำลังเอาท์พุต

ในระหว่างการทำงาน ทรานซิสเตอร์ภายในระบบขับเคลื่อนเชิงเส้นตรงจะทำหน้าที่ภายในขอบเขตเชิงเส้น ส่งผลให้สูญเสียพลังงานอย่างมาก สมมติว่ามีกำลังเอาท์พุตคงที่ ยิ่งแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับไดรฟ์สูงเท่าใด ไดรฟ์จะต้องจัดการการกระจายพลังงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นการป้องกันเซอร์โวมอเตอร์

ลิเนียร์เซอร์โวไดรฟ์มีชุดฟังก์ชันการป้องกันที่ครอบคลุม-รวมถึงการป้องกันกระแสเกิน โอเวอร์โหลด และแรงดันไฟฟ้าเกิน นอกจากผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากฮาร์โมนิคที่เกิดขึ้นที่ด้านอินเวอร์เตอร์ของไดรฟ์เชิงเส้นตรงแล้ว คุณลักษณะเหล่านี้ยังเปิดใช้งาน-การป้องกันที่ครอบคลุมทั้งหมดสำหรับเซอร์โวมอเตอร์

โซลูชั่นสำหรับการระงับสัญญาณรบกวนฮาร์มอนิกในไดรฟ์เซอร์โวเชิงเส้น

ในระหว่างการทำงานและการทดสอบการใช้งานระบบเซอร์โว รูปแบบการรบกวนที่ไม่คาดคิดอาจเกิดขึ้นเป็นครั้งคราว-โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับเซอร์โวมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยพัลส์- ส่วนต่อไปนี้จะวิเคราะห์ประเภทและกลไกของการรบกวนดังกล่าวจากหลายมุมมอง โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่ออำนวยความสะดวกในกลยุทธ์การปราบปรามการรบกวนแบบกำหนดเป้าหมาย

การรบกวนแหล่งจ่ายไฟ

สภาพการปฏิบัติงานภาคสนามมักขึ้นอยู่กับข้อจำกัดต่างๆ ซึ่งนำไปสู่การเผชิญกับสถานการณ์ที่ซับซ้อนบ่อยครั้ง จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้แนวทางเชิงรุกและเป็นนิสัยเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ เพื่อป้องกันไม่ให้ปัญหาเกิดขึ้นทุกครั้งที่เป็นไปได้ ในหลายกรณี เรารวมตัวกรองเข้ากับโมดูลจ่ายไฟของโรตารีเอ็นโค้ดเดอร์และตัวควบคุมการเคลื่อนไหว นอกจากนี้เรายังติดตั้งไดรฟ์เซอร์โวเชิงเส้นด้วยอุปกรณ์ต่างๆ เช่น ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าและหม้อแปลงแยก นอกจากนี้ เรายังปรับพารามิเตอร์-เช่น เวลากรองผ่านต่ำ-สำหรับการป้อนกลับตำแหน่งและความถี่พาหะ- เพื่อลดสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นผ่านแหล่งจ่ายไฟ และป้องกันความล้มเหลวภายในระบบควบคุมเซอร์โว

สายไฟสำหรับระบบเซอร์โวควรเดินแยกกันเพื่อลดระยะห่างระหว่างชุดขับเคลื่อนและสายไฟของมอเตอร์ ซึ่งจะช่วยป้องกันการรบกวนสัญญาณควบคุมที่อาจทำให้ชุดขับเคลื่อนทำงานผิดปกติได้

การรบกวนจากระบบสายดินที่ไม่เป็นระเบียบ

การต่อสายดินเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มภูมิคุ้มกันทางเสียงของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทำหน้าที่ระงับการรบกวนจากภายนอกและป้องกันระบบจากผลกระทบด้านลบ อย่างไรก็ตาม การต่อสายดินที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนที่รุนแรง ส่งผลให้ระบบไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง โดยทั่วไปโครงสร้างพื้นฐานการลงกราวด์ของระบบควบคุมประกอบด้วยหลายประเภท รวมถึงกราวด์ของระบบ, กราวด์กําบัง, กราวด์ AC และกราวด์ป้องกัน

หากระบบสายดินไม่เป็นระเบียบ ผลการรบกวนภายในระบบเซอร์โวส่วนใหญ่เกิดจากการกระจายที่อาจเกิดขึ้นไม่สม่ำเสมอผ่านจุดต่อสายดินต่างๆ ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างจุดต่อสายดินที่แตกต่างกัน-เช่นจุดปลายทั้งสองของส่วนสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม ตามแนวสายกราวด์ หรือที่กราวด์แชสซีอุปกรณ์- ทำให้เกิดกระแสลูปกราวด์ที่รบกวนการทำงานปกติของระบบ

กุญแจสำคัญในการแก้ไขปัญหาสัญญาณรบกวนประเภทนี้อยู่ที่การแยกความแตกต่างอย่างชัดเจนระหว่างรูปแบบการต่อสายดินที่แตกต่างกัน และตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบมีโครงสร้างพื้นฐานการต่อสายดินที่แข็งแกร่งและมีประสิทธิภาพ

ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้านสิ่งแวดล้อม (EMC) รวมถึงการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง- และส่วนประกอบความถี่วิทยุ (RF) แหล่งกำเนิดเสียงรบกวนและการรบกวนของแหล่งจ่ายไฟจะต้องถูกระงับและกำจัด ตัวอย่างเช่น หน่วยเรียงกระแสและอินเวอร์เตอร์กำลังสูง-ความถี่ ปานกลาง- หรือสูง- ไม่ควรแชร์หม้อแปลงไฟฟ้าหรือบัสบาร์กระจายกำลังเดียวกันกับอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนอื่นๆ

นอกจากนี้เรายังแนะนำแนวทางการต่อสายดินที่แหวกแนวอีกด้วย เนื่องจากการมีแหล่งสัญญาณรบกวนที่สำคัญอยู่ภายในวงจรจ่ายไฟอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การติดตั้งเซอร์โวไดรฟ์ในตู้เฉพาะจึงอาจเป็นประโยชน์ ในการกำหนดค่านี้ มีการใช้แผ่นยึดที่ไม่ใช่โลหะ- และการเชื่อมต่อกราวด์ที่เกี่ยวข้องกับเซอร์โวไดรฟ์เชิงเส้นจะ "ลอย" (ไม่มีการต่อกราวด์) ในขณะที่ระบบการวัดและการควบคุมที่เหลือจะต่อสายดินได้อย่างน่าเชื่อถือ

การแทรกแซงระบบภายใน

• สาเหตุหลักนี้เกิดจากการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งกันและกันระหว่างส่วนประกอบและวงจรภายในระบบ-เช่น การแผ่รังสีซึ่งกันและกันระหว่างวงจรลอจิก อิทธิพลร่วมกันระหว่างกราวด์แอนะล็อกและดิจิทัล หรือการใช้ส่วนประกอบที่ไม่ตรงกัน
• ควรเลือกสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้มสำหรับสายสัญญาณหรือสายควบคุมเพื่อช่วยป้องกันสัญญาณรบกวน
• เมื่อสายเคเบิลยาว-เช่น เกิน 100 เมตร-พื้นที่หน้าตัด-ของตัวนำควรเพิ่มขึ้น
• ควรเดินสายสัญญาณหรือสายควบคุมผ่านท่อร้อยสายเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนซึ่งกันและกันกับสายจ่ายไฟ
• สัญญาณหลักที่ส่งควรเป็นสัญญาณปัจจุบัน เนื่องจากมีคุณลักษณะการลดทอนสัญญาณที่เหนือกว่าและภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวน อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง เอาท์พุตของเซนเซอร์ส่วนใหญ่เป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้สามารถแปลงเป็นสัญญาณปัจจุบันได้โดยใช้ตัวแปลงที่เหมาะสม
• หากต้องการกรองแหล่งจ่ายไฟ DC สำหรับวงจรแอนะล็อกที่มีความละเอียดอ่อน คุณสามารถเพิ่มตัวเก็บประจุ 0.01µF (630V) สองตัวได้ โดยเชื่อมต่อขั้วหนึ่งของตัวเก็บประจุแต่ละตัวเข้ากับขั้วบวกและขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟ ตามลำดับ และเชื่อมต่อขั้วอีกขั้วหนึ่งของตัวเก็บประจุแต่ละตัวเข้ากับกราวด์ของแชสซี วิธีนี้มีประสิทธิภาพสูง
• ชั้นป้องกันของสายเคเบิลควบคุมด้านข้างเทอร์มินัล-ควรเชื่อมต่อกับค่าอ้างอิง 0V บนแผงวงจร อย่างไรก็ตาม ที่ด้านคนขับ ควร *ไม่* ต่อชีลด์-เพียงแค่ดึงส่วนหนึ่งของเปียชีลด์กลับ บิดเป็นเกลียวแล้วปล่อยทิ้งไว้
• ใช้ตัวกรองสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ทางเลือกอื่น บัดกรีตัวต้านทานป้องกันการรบกวน-เข้ากับสายควบคุม หรือติดตั้งวงแหวนเฟอร์ไรต์บนสายจ่ายไฟของมอเตอร์