محرك مؤازر

محرك مؤازر صناعي
الأسطوانة الرمادية/الخضراء هي محرك تيار مستمر بنوع فرشاة. الجزء الأسود في الأسفل يحتوي على مخفض الحركة الدوار، والجسم الأسود على أعلى المحرك هو المُشفر البصري الدوار للتغذية الراجعة للموضع. وهو مُحرِّك القيادة والتوجيه لمركبة روبوتية كبيرة.
محركات المؤازرة الصناعية وصناديق التروس، مع تركيبات موحدة للفلانج لتحقيق القابلية للتبديل.

محرك مؤازر (أو محرك السيرڤو) إنگليزية: Servomotor عبارة عن مشغل دوار أو خطي يسمح بالتحكم الدقيق في الموضع الزاوي أو الموضع الخطي والسرعة والتسارع.[1] يتكون من محرك ملائم يتصل بمستشعر للتغذية الراجعة للموضع. كما يتطلب تحكماً نسبياً متطوراً، غالبًا ما يكون وحدة مخصصة مصممة خصيصاً للاستخدام مع محرك مؤازر في نظام ما.

محرك مؤازر نظام ما (السيرڤو) ليس فئة محددة من المحركات، على الرغم من أن مصطلح محرك مؤازر نظام ما يستخدم في كثير من الأحيان للإشارة إلى محرك مناسب للاستخدام في نظام التحكم المغلق.

تُستخدم (محرك مؤازر) محركات السيرڤو في تطبيقات مثل الروبوتات وآلات التحكم الرقمي بالحاسوب والتصنيع الآلي.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الآلية

يعتبر محرك مؤازر لنظام ما (السيرڤو) آلية مؤازرة ذات حلقة مغلقة تستخدم ردود الفعل الموضعية للتحكم في حركتها والوصول إلى الموضع النهائي. المدخل الذي يتم إدخاله إلى نظام التحكم في المحرك هو إشارة (سواء كانت تماثلية أو رقمية) تمثل الموضع المطلوب لعمود الإخراج.

يتم إقران المحرك مع نوع من مُرمِّز الموضع لتوفير تغذية راجعة بالنسبة للموضع والسرعة. في أبسط الحالات، يتم قياس الموضع فقط. يتم مقارنة الموضع المُقاس للإخراج بالموضع المطلوب، وهو إشارة خارجية تدخل للمتحكم. إذا اختلف الموضع الفعلي للإخراج عن الموضع المطلوب، يتم إنتاج إشارة خطأ تتسبب في تدوير المحرك في الاتجاه المناسب، حسب الحاجة لجلب عمود الإخراج إلى الموضع المناسب. بمجرد اقتراب المواضع من بعضها، يتقلص إشارة الخطأ حتى تصبح صفراً، ويتوقف المحرك.

يستخدم أبسط أنواع محرك مؤازرة نظام ما (السيرڤو) الكشف عن الموضع فقط باستخدام مقياس مقياس الجهد الانزلاقي (Potentiometer) ويتم التحكم في المحرك عن طريق تبديل الطاقة (Bang–bang control)؛ حيث يعمل المحرك دائماً بسرعة كاملة (أو يتوقف تماماً). هذا النوع من المحركات المؤازرة ليس مستخدماً على نطاق واسع في التحكم في الحركة الصناعية، ولكنه يشكل أساس أجهزة المؤازرة البسيطة والرخيصة المستخدمة في نماذج التحكم عن بُعد لاسلكياً.

يستخدم محرك مؤازرة (السيرڤو) للنظم المتطورة أكواد الموضع المطلق (Absolute encoder)، وهي نوع من مُرمِّز الدوران، لحساب موضع العمود وتقدير سرعة عمود الإخراج.[2] يتم استخدام محرك تحكم سرعة متغيرة للتحكم في سرعة المحرك.[3] يسمح كل من هذه التحسينات، عادةً بالاستعانة بخوارزمية التحكم PID، بجلب المحرك المؤازر إلى الموضع المطلوب بشكل أسرع وأدق، مع تقليل التجاوز في الحركة الزائدة.[4]


المحرك المؤازر مقابل المحرك الخطوي

عموماً، يُستخدم المحرك المؤازر (السيرڤو) كبديل عالي الأداء للمحركات الخطوية. تحتوي المحركات الخطوية على بعض القدرة الأساسية للتحكم في الموضع، حيث تحتوي على خطوات إخراج مدمجة. وهذا غالباً ما يسمح باستخدامها كنظام تحكم في الموضع بدون استخدام أي مُرمِّز تغذية راجعة، حيث يحدد إشارة التحكم عدد خطوات الحركة المطلوبة للتدوير. ومع ذلك، يحتاج المتحكم إلى "معرفة" موضع المحرك الخطوي عند تشغيل الطاقة. لذلك، عند تشغيل الطاقة لأول مرة، سيقوم المتحكم بتنشيط المحرك الخطوي وتدويره إلى موضع معروف، مثل تنشيط مفتاح الحد النهائي. يمكن ملاحظة ذلك عند تشغيل طابعة الحبر، حيث سيقوم المتحكم بتحريك حامل رأس الحبر إلى اليسار واليمين إلى أقصى الحركة لتحديد المواضع النهائية. يمكن للمحرم المؤازر أن يتحول على الفور إلى الزاوية التي يُوجهها المتحكم، بغض النظر عن الموضع الأولي عند تشغيل الطاقة، إذا تم استخدام مُرمِّز موضع مطلق.

تقيّد قلة ردود الفعل في المحركات الخطوية أدائها، حيث يمكن للمحرك الخطوي أن يقود حمولة تكون جيدة ضمن قدرتها فقط، وإلا فقد تحدث خطوات مفقودة تحت الحمل مما يؤدي إلى أخطاء في التموضع وقد يتعين إعادة تشغيل النظام أو إعادة معايرته. المشفر ووحدة التحكم في محرك مؤازر لنظام ما تمثل تكلفة إضافية، ولكنها تحسن أداء النظام العام (من حيث السرعة والقوة والدقة) بالنسبة لقدرة المحرك الأساسي. في الأنظمة الأكبر حجماً، حيث يمثل المحرك القوي نسبة متزايدة من تكلفة النظام، فإن محركات المؤازرة تحظى بالميزة.

شهدت المحركات الخطوية ذات الحلقة المغلقة انتشاراً متزايداً في السنوات الأخيرة.[بحاجة لمصدر] تعمل هذه المحركات على غرار محركات المؤازرة ولكنها تتميز ببعض الاختلافات في التحكم البرمجي لتحقيق سلسلة حركات. الميزة الرئيسية لمحرك الخطوة ذي الحلقة المغلقة هي تكلفته المنخفضة نسبياً. كما أنه لا حاجة لضبط وحدة تحكم PID في نظام المحرك الخطوي ذي الحلقة المغلقة.[5]

يمكن أن تتوفر العديد من التطبيقات، مثل آلات القطع بالليزر، في نطاقين، النطاق ذو التكلفة المنخفضة باستخدام المحركات الخطوية والنطاق ذو الأداء العالي باستخدام محركات المؤازرة.[6]

المشفّرات

طُوّرت أول محركات المؤازرة (السيرڤو) باستخدام المزامنات كمشفرات لها.[7]أُجريت الكثير من الأعمال باستخدام هذه الأنظمة في تطوير الرادار والمدافع المضادة للطائرات خلال الحرب العالمية الثانية.[8]

يمكن أن يُستخدم محرك مؤازر بسيط لنظام ما مقاومات جهدية انزلاقية كمشفرات لموضعها. يتم استخدامها فقط على المستوى الأبسط والأرخص وتتنافس مع المحركات الخطوية. تعاني هذه المحركات من التآكل وضوضاء كهربائية في مسار المقاومة. على الرغم من أنه سيكون من الممكن تمييز إشارة موقعها كهربائياً للحصول على إشارة سرعة، إلا أن وحدات التحكم PID التي يمكن أن تستفيد من إشارة سرعة من هذا النوع، عموماً تتطلب مشفراً أكثر دقة.

يستخدم محرك مؤازر حديث لنظام ما مشفرات دوارة، سواء كانت مشفرات مطلقة أو تزايدية. تستطيع المشفرات المطلقة تحديد موقعها عند تشغيل الطاقة ولكنها أكثر تعقيداً وتكلفة. تعتبر المشفرات التزايدية أبسط وأرخص وتعمل بسرعات أعلى. يجمع الأنظمة التزايدية، مثل محركات الخطوة، قدرتها الفطرية على قياس فترات الدوران مع مستشعر بسيط لتحديد الموضع الصفري وتحديد موقعها عند بدء التشغيل.

في بعض الأحيان يتم استخدام محرك مزود بمشفر خطي منفصل وخارجي بدلاً من محركات المؤازرة.[9] تساعد هذه الأنظمة المكونة من المحرك والمشفر الخطي على تجنب عدم الدقة في نظام الحركة بين المحرك والعربة الخطية، ولكن تصميمها يصبح أكثر تعقيداً نظراً لأنها لم تعد نظاماً مجهزاً مسبقاً ومصنعياً جاهزاً.

المحركات

نوع المحرك ليس أمراً حاسماً للمحرك المؤازر، ويمكن استخدام أنواع مختلفة.[10]في أبسط الحالات، يتم استخدام محركات مغناطيسية دائمة المزودة بفرشاة، نظراً لبساطتها وتكلفتها المنخفضة. وعادةً ما يستخدم محرك مؤازر صناعي صغير لنظام ما محركات بدون فرشاة معتمدة على التوصيل الإلكتروني.[11] أما فيما يتعلق بـ محرك مؤازر صناعي كبير لنظام ما، فعادةً ما يتم استخدام محركات التيار المتناوب التحريضية، في كثير من الأحيان مع محركات التردد المتغير للسماح بالتحكم في سرعتها. وللحصول على أداء متميز في حزمة مدمجة، يتم استخدام محركات التيار المتردد بدون فرشاة مع حقول مغناطيس دائم، وهي عمومًا إصدارات كبيرة من محركات التيار المستمر بدون فرشاة.[12]

وحدات التحكم في محرك مؤازرة نظام ما هي عنصر صناعي قياسي. تصميمها هو فرع من إلكترونيات القدرة، وعادةً ما تعتمد على مجسات الموسفت أو IGBT ذات ثلاث مراحل (ثلاث مراحل MOSFET أو IGBT جسر-إتش). تقبل هذه الوحدات القياسية اتجاهاً واحداً وعداد نبضات (مسافة الدوران) كإشارة مدخلة. قد تشمل أيضاً مراقبة درجة الحرارة الزائدة والعزم الزائد وميزات كشف التعطل.[13]نظراً لأن نوع المشفر ونسبة رأس التروس وديناميكية النظام العامة تعتمد على التطبيق، فإنه من الصعب إنتاج وحدة التحكم العامة كوحدة جاهزة للاستخدام، ولذلك غالباً ما يتم تنفيذها كجزء من وحدة التحكم الرئيسية.

التحكم

معظم محركات المؤازرة الحديثة مصممة وتزود مع وحدة تحكم مخصصة من نفس الشركة المصنعة. قد يتم أيضاً تطوير وحدات التحكم حول المتحكمات المتكاملة لتقليل التكلفة في حالات التطبيقات ذات الأحجام الكبيرة.[14]

محركات المؤازرة المتكاملة

صُممت محركات المؤازرة لتشمل المحرك والتشغيل والمشفر والإلكترونيات المرتبطة في حزمة واحدة.[15][16]

انظر أيضاً

المراجع

  1. ^ Sawicz, Darren. "Hobby Servo Fundamentals" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2012-09-07. Retrieved 2012-10-12.
  2. ^ Suk-Hwan Suh; Seong Kyoon Kang; Dae-Hyuk Chung; Ian Stroud (22 August 2008). Theory and Design of CNC Systems. Springer Science & Business Media. pp. 11–. ISBN 978-1-84800-336-1. Archived from the original on 21 March 2017.
  3. ^ Jacek F. Gieras (3 June 2011). Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications, Third Edition. CRC Press. pp. 26–. ISBN 978-1-4398-5901-8. Archived from the original on 21 March 2017.
  4. ^ Ralf Der; Georg Martius (11 January 2012). The Playful Machine: Theoretical Foundation and Practical Realization of Self-Organizing Robots. Springer Science & Business Media. pp. 302–. ISBN 978-3-642-20253-7. Archived from the original on 20 March 2017.
  5. ^ "Fastech Closed Loop Stepper Motors". Fastech Korea. Archived from the original on 2015-03-17.
  6. ^ "Legend Elite laser series". Epilog Laser. Archived from the original on 2012-08-25. Servo motors are incorporated in both the X and Y axes of every Legend Elite Series laser. These motors are known for their fast acceleration and deceleration speeds.
  7. ^ Upson, A.R.; Batchelor, J.H. (1978) [1965]. Synchro Engineering Handbook. Beckenham: Muirhead Vactric Components. pp. 7, 67–90.
  8. ^ "Chapter 10". Naval Ordnance and Gunnery. Vol. 1. US Navy. 1957. Archived from the original on 2007-12-02.
  9. ^ "Accupoint™ Linear Encoders". Epilog Laser. Archived from the original on 2012-10-07.
  10. ^ "How to drive a servo motor & its industrial applications". Components CSE. Retrieved 31 January 2023.
  11. ^ "Brushless DC motor cores for servomotors". Maxon Motor. Archived from the original on 2013-12-25.
  12. ^ "Compact Dynamic Brushless Servo Motor". Moog Inc. Archived from the original on 2012-10-13.
  13. ^ "Brushless PWM Servo Amplifiers" (PDF). Advanced Motion Control. Archived from the original (PDF) on 2014-11-27.
  14. ^ Chowdhury, Rasel. "Color detector and separator device" (in الإنجليزية).
  15. ^ Max A. Denket (2006). Frontiers in Robotics Research. Nova Publishers. pp. 44–. ISBN 978-1-60021-097-6. Archived from the original on 2018-05-13.
  16. ^ Jacek F. Gieras (22 January 2002). Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications, Second Edition. CRC Press. pp. 283–. ISBN 978-0-8247-4394-9. Archived from the original on 13 May 2018.

وصلات خارجية

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=محرك_مؤازر&oldid=2938792"