I. مقدمه
به عنوان یک مؤلفه اصلی در زمینه های اتوماسیون صنعتی و کنترل دقیق، اصول عملیاتی و ساختار اصلی کنترلرهای سروو برای درک و بکارگیری سیستم های سروو بسیار مهم است. این مقاله توضیح مفصلی از اصول عملکرد کنترلرهای سروو ارائه می دهد و از طریق تجزیه و تحلیل ساختار اصلی آنها، مکانیسم های عملکرد و ویژگی های عملکرد آنها را بیشتر توضیح می دهد.
II. اصول عملیاتی کنترلرهای سروو
اصل عملکرد یک سروو کنترلر بر اساس اصل کنترل بازخورد است. با مقایسه مداوم سیگنال فرمان با سیگنال بازخورد، سیگنال خطا را محاسبه کرده و سیگنال کنترل را بر اساس آن تنظیم می کند و باعث می شود که حالت حرکت جسم کنترل شده به تدریج به حالت مورد نیاز سیگنال فرمان نزدیک شود. به طور خاص، یک کنترلکننده سرو سیگنالهای فرمان-مانند موقعیت، سرعت، یا گشتاور- را از رایانه میزبان یا کنترلکننده دریافت میکند، در حالی که به طور همزمان سیگنالهای بازخوردی را از سروو موتور یا محرک دریافت میکند، مانند سیگنالهای موقعیت از یک رمزگذار یا سیگنالهای سرعت از یک سنسور سرعت. از طریق پردازش الگوریتمی داخلی، سروو کنترل کننده سیگنال کنترل را محاسبه می کند و موتور سروو یا محرک را برای حرکت در یک مسیر از پیش تعیین شده با سرعت و شتاب مشخص هدایت می کند.
در یک سروو کنترلر، الگوریتم کنترل کلید دستیابی به کنترل دقیق است. الگوریتم های رایج کنترل شامل کنترل موقعیت، کنترل سرعت و کنترل گشتاور است. بسته به سناریوی کاربردی خاص و الزامات کنترل، این الگوریتم ها پارامترهای کنترل را برای دستیابی به کنترل دقیق سروو موتور تنظیم می کنند. به عنوان مثال، در یک الگوریتم کنترل موقعیت، کنترل کننده سروو سیگنال موقعیت فرمان را با سیگنال خروجی موقعیت واقعی توسط رمزگذار مقایسه می کند تا خطای موقعیت را محاسبه کند. سپس سیگنال کنترل را بر این اساس تنظیم می کند تا سروو موتور را به موقعیت مشخص شده حرکت دهد.
III. ساختار اصلی یک سروو کنترلر
ساختار اصلی یک سروو کنترلر از اجزای سخت افزاری و نرم افزاری تشکیل شده است. بخش های زیر ترکیب اصلی و مکانیسم های عملیاتی این دو جزء را شرح می دهد.
قطعات سخت افزاری
بخش سخت افزاری یک سروو کنترل در درجه اول از ماژول های زیر تشکیل شده است:
(1) ماژول منبع تغذیه: منبع تغذیه پایدار را برای اطمینان از عملکرد عادی کنترل کننده سروو فراهم می کند. ماژول منبع تغذیه معمولاً دارای عملکردهایی مانند حفاظت از اضافه بار و حفاظت از اضافه ولتاژ برای افزایش قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم است.
(2) ماژول ورودی سیگنال: سیگنال های کنترل و سیگنال های بازخورد را از منابع خارجی دریافت می کند. ماژول ورودی سیگنال معمولاً شامل دو نوع-ورودی آنالوگ و دیجیتال-برای تطبیق انواع سیگنال و روشهای ورودی مختلف است.
(3) ماژول پردازش سیگنال: این ماژول سیگنال های ورودی را تقویت، فیلتر و دیجیتالی می کند، سپس سیگنال های کنترلی تولید می کند تا به درایور موتور ارسال شود. ماژول پردازش سیگنال معمولاً شامل اجزای الکترونیکی مانند تقویتکنندهها، فیلترها و مبدلهای A/D برای بهبود نسبت سیگنال به-و افزایش ایمنی در برابر تداخل است.
(4) درایور موتور: سیگنال های کنترل را به سیگنال های درایو تبدیل می کند که موتور می تواند تفسیر و اجرا کند. محرک موتور معمولاً شامل اجزایی مانند تقویتکنندههای قدرت، تنظیمکنندههای جریان، و کنترلکنندههای حلقه بسته سرعت/موقعیت برای دستیابی به کنترل دقیق موتور است.
(5) رابط رمزگذار/سنسور: سیگنالهای بازخورد را از رمزگذارها یا حسگرها دریافت میکند و آنها را به سیگنالهای دیجیتالی تبدیل میکند که کنترلکننده سروو میتواند پردازش کند. رابطهای رمزگذار/حسگر معمولاً بر اساس اصولی مانند اثرات فوتوالکتریک، مغناطیسی یا خازنی کار میکنند تا نتایج اندازهگیری با دقت بالا- ارائه شوند.
(6) رابط ارتباطی: با دستگاه های خارجی مانند رایانه ها و PLC ها ارتباط برقرار می کند. رابطهای ارتباطی معمولاً از پروتکلهای ارتباطی استاندارد-مانند RS232، RS485 و EtherCAT-برای تسهیل انتقال دادهها و تبادل فرمانهای کنترلی استفاده میکنند.
اجزای نرم افزار
اجزای نرم افزاری یک سروو کنترلر در درجه اول شامل الگوریتم های کنترل، پردازش داده ها و پروتکل های ارتباطی است. الگوریتم کنترل هسته کنترل کننده سروو است. سیگنال های کنترلی را بر اساس سیگنال های ورودی و بازخورد برای به حرکت درآوردن موتور یا محرک محاسبه می کند. جزء پردازش داده مسئول پیش پردازش و پس پردازش سیگنال های ورودی و بازخورد برای بهبود دقت و قابلیت اطمینان سیگنال است. جزء پروتکل ارتباطی ارتباط با دستگاه های خارجی را برای تسهیل انتقال داده ها و تبادل دستورات کنترلی مدیریت می کند.
IV. خلاصه
به عنوان یک جزء اصلی در زمینه های اتوماسیون صنعتی و کنترل دقیق، اصول کار و ساختار اولیه یک کنترل کننده سروو برای درک و به کارگیری سیستم های سروو بسیار مهم است. با مقایسه مداوم سیگنال های فرمان با سیگنال های بازخورد برای محاسبه سیگنال خطا-و تنظیم سیگنال کنترل بر این اساس-سروی کنترل کننده به کنترل دقیقی بر روی موتور سروو یا محرک دست می یابد. ساختار اصلی آن از اجزای سخت افزاری و نرم افزاری تشکیل شده است. سخت افزار شامل ماژول منبع تغذیه، ماژول ورودی سیگنال، ماژول پردازش سیگنال، درایور موتور، رابط رمزگذار/سنسور و رابط ارتباطی است. این نرم افزار شامل الگوریتم های کنترل، پردازش داده ها و پروتکل های ارتباطی است. این اجزا با هم کار می کنند تا کنترل کننده سروو را به یک جزء کلیدی برای دستیابی به کنترل دقیق- تبدیل کنند.