Basit Mekaniklerden Gelişmiş Kontrol Sistemlerine

Son derece güvenilir step motorlar: hareket kontrolünde güç ve hassasiyet açığa çıkarma

Step motorlar genellikle servo motorlara kıyasla değersizdir, ancak karşılaştırılabilir güvenilirlik sunarlar. Bu motorlar tam olarak kontrolörlerden sürücülere kadar nabız sinyalleri ile senkronize edilir ve doğru konumlandırma ve hız kontrolü sağlar. Yüksek düşük hızlı tork ve minimal titreşim ile kısa mesafeli, hızlı konumlandırma uygulamalarında mükemmeldir.

Stepper Motors: İlkeler, Türler ve Uygulamalar için Tam Bir Kılavuz

"Step Motors? Servo motorları daha iyi performans göstermeli." Bu, step motorları tartışırken yaygın bir yanlış anlamadır. Gerçekte, Stepper Motors, gelişmiş endüstriyel ekipmanlardan günlük otomatik enstrümanlara kadar çeşitli uygulamalarda mükemmeldir. Bu makale neden hassas güdümlü sistemler için en iyi seçim olarak kaldıklarını açıklıyor.

Bazıları step motorları göz ardı edebilse de, yüksek doğruluk kontrolündeki rolleri endüstriler arasında çok önemlidir. Fabrika otomasyonu (FA), yarı iletken/FPD/güneş paneli üretim ekipmanları, tıbbi cihazlar, analitik enstrümanlar, hassas aşamalar, finansal sistemler, gıda ambalaj makineleri ve hatta kamera diyafram ayarlarını-zorlu, hassas-kritik ortamlarda çok yönlülüklerini sağlıyorlar.

Neden bir step motor kullanıyorsunuz?

Kullanımı kolay:% 34
Ucuz:% 17
Basit operasyonlar:% 16
Ayarlamaya gerek yok:% 12
Diğer:% 21
*THREALEYS: 258 (İzin Verilen Çoklu Cevaplar)/ Oriental Motor tarafından araştırıldı

Temel Avantajlar: Kullanıcı dostu, basit işlem ve düşük maliyet

Stepper motor kullanıcılarının bir araştırmasına göre, birçoğu kullanıcı dostu olmaları, basit operasyonları ve düşük maliyetleri için onları tercih ediyor-doğrudan yapısal ve sistem tasarımlarına bağlı. Basamak motorlarının basit mekaniği ve konfigürasyonu doğal olarak bu avantajları açıklar. Ancak, bazı okuyucular doğruluklarını ve tork performanslarını sorgulayabilir. Bu tür şüpheler en iyi şekilde Servos gibi diğer kontrol motorlarıyla doğrudan karşılaştırmalarla ele alınmaktadır. Stepper motor özelliklerini anlayarak ve bunları operasyonel ihtiyaçlarla eşleştirerek, kullanıcılar ekipman maliyetlerini etkili bir şekilde azaltabilir. Aşağıda, temel özelliklerini ve teknik bilgilerini yıkıyoruz:

Hızlı düşük/orta hız performansı ile yüksek durma doğruluğu

Step motorlar olağanüstü durma doğruluğu sunar ve hassas açık döngü kontrolünü sağlar. Örneğin, RK II serisi, dönen bir tabloyu konumlandırırken ± 0.05 ° durdurma doğruluğu (yük yok) elde eder. Kümülatif adım hatası olmadan, tutarlı yüksek hassasiyetli konumlandırma sağlarlar. Kodlayıcı içermeyen tasarımları, sürücü sistemini basitleştirir ve güvenilirliği korurken maliyetleri azaltır.

1. nokta
Fantastik Durdurma Doğruluğu

Örneğin, bir step motorunun ± 0.05 ° ± 0.05 ° 'lik DURDURMAK İÇİN KULLANICI VIDA MEKANİZMASI:

Çalışma Koşulları:
• Motor: RK II serisi

• Top vidasının kurşun: 10mm

Durdurma Doğruluğu: ± 1.4µ-m

Genel olarak, bir öğütülmüş top vidası tipinin doğruluğu ± 10µ m'dir. Haddelenmiş bir bilyalı vida tipi kullanılırken, doğruluğu ± 20µ m'ye düşer, bu da bir step motorunun durdurma doğruluğunun bilyalı vida tiplerinden çok daha yüksek olduğunu gösterir.

Stepper Motors, orta-yüksek hızlarda tutarlı bir tork sağlayan ve uzun zamanlı, yüksek rotasyon görevlerine uyan Servo Motors'tan bir anahtar farklılaştırıcı olan düşük/orta hız torkunda mükemmeldir. Servoların aksine, step motorlar düz olmayan bir tork eğrisine sahiptir: Düşük/orta hızda tepe torku yüksek hızlarda önemli ölçüde düşer. Bu, onları sağladıkları kısa inme uygulamaları (örn. Sınırlı rotasyonlar) için ideal hale getirir:

• Çok rotasyon masaları veya inç gibi görevlerde hızlı konumlandırma için gerekli hızlarda yüksek tork.
• Minimum yüksek hızlı çalışma ihtiyacı olan istikrarlı düşük hızlı performans (servolar için bir meydan okuma)-kısa inişli görevler, tepe devriye ulaşmadan önce yavaşlar ve durur.

Kısacası, stepler en önemli olduğu yerde tork için optimize eder: kısa mesafeli, hassas güdümlü uygulamalar için kritik olan düşük/orta hız aralığı.

Yüksek yanıt verme ve mükemmel senkronizasyon

Stepper Motors'un üçüncü olağanüstü özelliği onların yanıt verebilirliğidir. Motora tek yönlü komutlar gönderen açık döngü kontrolü ile step motorlar komut sinyalleri ile oldukça senkronize edilebilir. Buna karşılık, Servo Motors kodlayıcı geri bildirimine güvenerek genellikle komut gecikmelerine neden olur. Bununla birlikte, step motorlar, gelen darbelerle gerçek zamanlı olarak çalışır, gecikmeyi en aza indirir ve hızlı tepki sağlar.

Bu, step motorları çoklu motor senkronizasyonu gerektiren uygulamalar için ideal hale getirir. Örneğin, her biri ayrı bir motorla yönlendirilen iki konveyörlü kart transfer sistemlerinde, step motorlar hareketleri tam olarak koordine edebilir ve konveyörler arasında kesintisiz kart aktarımı sağlayabilir.

2. nokta
Mükemmel düşük / orta hız aralığı!

Örnek: Motor çerçeve boyutunun torku 85 mm, 1000 r/dk olduğunda 400 W servo motorun nominal torkuna eşdeğerdir.

Daha da düşük hız aralığında tork 5 kat daha yüksek olabilir. Kısa mesafe konumlandırması için, düşük / orta hız aralığında yüksek torklara sahip olmak esastır.

3 nokta
Yüksek yanıt!

Uygun uygulamalar

Sık sık çalıştırma ve durma ile bir inç uygulaması dışında, step motorlar, titreşimleri sevmeyen görüntü kontrol işlemcilerinin, servo motorlarla ayarlanması zor olan CAM sürücülerinin ve kayış sürücüsü gibi düşük sertlik mekanizmalarının konumlandırılması için uygundur. Ayrıca, bir bilyalı vida tahrikini bir kayış sürücüsüne değiştirerek maliyet önemli ölçüde azalır.

Harika özelliklerin avantajı

Maliyet azaltmanın yanı sıra, step motorların performans açısından birçok avantajı vardır. Aşağıdaki grafik, RKII serisi örneğinin tipik servo watt aralıklarının dönüştürücü torkunu göstermektedir. Daha fazla, step motorlar hakkında daha fazla bilgi için temel yapı, sistem ve örnek uygulamalar gibi step motorları hakkında ayrıntılı bilgi tanıtıldı.

Step Motors'un Temelleri

Operasyon ve Yapı

Bir step motor, tıpkı bir saatin ikinci eli gibi sabit adım açısıyla döner. Motordaki mekanik yapı sayesinde açık döngü kontrolü ile oldukça doğru konumlandırma yapılabilir.

Doğru konumlandırma (adım sayısı)

Dönme ve hızın tam kontrolüne sahipken, step motorların basit yapısı, motor içindeki bir kodlayıcı gibi elektrik bileşenleri kullanılmadan elde edilir. Bu nedenle, step motorlar çok sağlamdır ve çok az başarısızlıkla yüksek güvenilirliğe sahiptir. Durdurma doğruluğuna gelince, ± 0.05 ° (kümülatif perde hataları olmadan) çok doğrudur. Step motorların konumlandırılması açık döngü kontrolü ile gerçekleştirildiğinden ve mıknatıslanmış stator ve manyetik rotor tarafından küçük dişlerle çalıştırıldığından, step motorlar, servo motorlardan daha yüksek bir takip mekanizmasına sahiptir. Ayrıca, step motorlarını durdururken avlanma olmaz. Ayrıca düşük sertliğe sahip kemer sürücülerinde de mükemmeldirler.

Hız kontrolü ve konum kontrolü için kullanışlı

Darbeler bir darbe jeneratörü yoluyla bir sürücüye girildiğinde, step motorlar giriş darbelerinin sayısına göre konumlandırılır. 5 fazlı step motorların temel adım açısı, 2 fazlı step motorlar için 0.72 ° ve 1.8 ° 'dir. Step motorun dönen hızı, sürücüye verilen darbe frekansının (Hz) hızı ile belirlenir ve sürücüye giriş darbeleri veya frekanslarının sayısını değiştirerek motor rotasyonunu serbestçe değiştirmek mümkündür. Step Motorlar sadece pozisyon kontrol motorları olarak değil, aynı zamanda yüksek senkronizasyona sahip hız kontrol motorları olarak da hizmet eder.

Stepper Motors kullanır:

• Sabit adım açılarının yüksek frekanslı, tekrarlayan konumlandırılması
• Genişlik ayarı vb. Nedeniyle uzun durma süresi gerektiren konumlandırma.
• Dalgalanan yükler ve değişen sertlik
• 1 döngüyü bölen konumlandırma
• Senkron çalışma gerektiren motor şaftları

İşletim sistemi

Sensör veya geri bildirim olmadan basit kontrol

Komut darbeleri ve hız sayısı ile senkronize ederken doğru konumlandırma ve konum kontrolü gerçekleştirmek mümkün olduğundan, konumlandırma için sensör gibi cihazlara gerek yoktur. Bu nedenle, tüm sistemin oluşturulması kolaydır. Bir enterpolasyon işlemi gibi gelişmiş kontrol gerekmiyorsa, yerleşik kontrolör işlev türü sürücüsü önerilir. Bir darbe jeneratörü ve PLC konumlandırma modülleri gibi kontrolörlerin ortadan kaldırılmasıyla maliyet azalır.

Yerleşik sensör kapalı döngü tipi

Açık döngü kontrolü ile yüksek doğruluk konumlandırma mümkün olsa da, bir sorun oluşursa ne olur? Bu tür tuzaklardan kaçınmak için, bir kodlayıcı tipi veya yerleşik sensör kapalı döngü kontrol tipi motor (AR serisi) kullanılabilir.

Maliyet daha da azaltılabilir mi?

Tasarım mühendisleri arasında ortak sorun maliyet azaltmadır. Maliyeti daha da azaltmanın gerçekten bir yolu yok mu? Spesifikasyon geliştirmeleri olan bir maliyet azaltma testi bulmak için bilyalı vida mekanizmasına dayanılarak yapılmıştır. Aşağıda testin ayrıntıları açıklanmaktadır:

Misyon

Doğrusal hareket mekanizması

1. Hızı daha fazla artırın
2. Maliyeti daha da azaltın
[Original olarak planlanan ekipmanın koşulları] Mekanizması: Sağda gösterilen yük, hız ve kurşun gibi bilyalı vida + servo motor koşulları, bilyalı vidalar ve çelik plaka ile tutturulmuş servo motora göre belirlenir.

Planlamak

Mekanizmayı kemer kasnağına değiştirin
• Hızı arttırmaya çalışıyorsa bilyalı vida => kayış mekanizması daha uygun olabilir => 1000mm/sn ila 1500mm/sn kayış mekanizması ile mümkündür. Konumlandırma doğruluğu ile ilgili bir sorun yoksa kemer değiştirin. • Kayışa geçmek mümkünse maliyeti önemli ölçüde azaltın => kayış ucuzdur, ancak düşük sertliği otomatik ayarla bile servo motor çalışmasının stabilitesini etkileyebilir.

Sorun

1. Vida ve kemer arasındaki doğruluğu durdurmada fark ... Ne kadar durma doğruluğu gereklidir?
2.. Düşük sertliğin etkisi ... Yıkma süresi üzerindeki etkisi, ayarlama probleminden kaçınma
• Vida ile doğruluğu daha iyi durdurur. Kemerde değişmekte sorun yok mu? => Uygulamanın gerekli durdurma doğruluğu ± 0.05 ~ 0.1mm'dir, bu da vida için kadar doğru değildir. Bu nedenle, kemerle değiştirmek uygun olmalıdır.
• Kemere değişiyorsa, mekanizma üzerindeki sertlik azalır, böylece servo motor hareketleri kararsız hale gelir. => Konumlandırma motorları arasında step motorlarında yerleşik bir kodlayıcı yoktur. Bu nedenle, ayarlama gerektirmezler ve düşük sertliğe karşı güçlüdürler. Dalgalanan yüklere bakılmaksızın hareketleri stabildir. Çıktı aynıysa, Stepper Motors'u göz önünde bulundurun.

Tahmin

Mekanizma: Kemer Kasnağı + Motor: Step Motorla Deneyin

Sorun

1. Vida ve kemer arasındaki doğruluğu durdurmada fark ... Ne kadar durma doğruluğu gereklidir?
2.. Düşük sertliğin etkisi ... Yıkma süresi üzerindeki etkisi, ayarlama probleminden kaçınma
• Vida ile doğruluğu daha iyi durdurur. Kemerde değişmekte sorun yok mu? => Uygulamanın gerekli durdurma doğruluğu ± 0.05 ~ 0.1mm'dir, bu da vida için kadar doğru değildir. Bu nedenle, kemerle değiştirmek uygun olmalıdır.
• Kemere değişiyorsa, mekanizma üzerindeki sertlik azalır, böylece servo motor hareketleri kararsız hale gelir. => Konumlandırma motorları arasında step motorlarında yerleşik bir kodlayıcı yoktur. Bu nedenle, ayarlama gerektirmezler ve düşük sertliğe karşı güçlüdürler. Dalgalanan yüklere bakılmaksızın hareketleri stabildir. Çıktı aynıysa, Stepper Motors'u göz önünde bulundurun.

Tahmin

Mekanizma: Kemer Kasnağı + Motor: Step Motorla Deneyin

• Taşınabilir kütle -> maks. İzin verilen yük 7kg • Seyahat hızı -> step motordan servo motora geçerek 800 mm/ sn motor => geliştirildi, maliyeti%50 azalttı! Mekanizma => Top vidasından kayış mekanizmasına geçerek maliyet%7 oranında düşük!

Sonuçlar

Maliyet azaltma için çok yer vardı!
Mekanizmanın sıfır tabanlı bir incelemesi ve özelliklere dayalı motor seçimi yaparak, motor boyutu biraz daha büyük olsa bile spesifikasyonları artırmayı ve maliyeti azaltmayı başardık. Geçmişte, motor seçimi kullanım kolaylığına veya aşinasına göre yapıldı. Bu egzersizden sonra, servo motorlar ve step motorlar arasındaki operasyon farklılıkları netleşti. Step Motors'un beklenenden daha uygun olması şaşırtıcıydı. Bu yöntemi kullanarak diğer cihazların maliyet azaltılması için yer olmalıdır. Bu alıştırma, motor özellikleri ve maliyet arasındaki iyi dengelenmiş seçimin, motor özelliklerini en üst düzeye çıkarırken anahtar olduğunu kabul etti.

Hangisi daha yüksek durma doğruluğuna sahiptir - step motor veya servo motor?

Müşteri Sorgulama: İyi durma doğruluğuna sahip bir motor arıyorum. Stepper Motors ve Servo Motors arasında ne kadar fark var?

Varsayım: AC Servo Motor NX serisi 20 bit bir kodlayıcı ile donatılmıştır, bu nedenle ince bir çözünürlüğe ve iyi durma doğruluğuna sahip olmalıdır.

İlk olarak, çözünürlük ve durdurma doğruluğu arasındaki farkı açıklığa kavuşturmak gerekir: çözünürlük, devrim başına adım sayısıdır ve step motorlar için bir adım açısı olarak da adlandırılır. Gerekli konumlandırmanın ne kadar kesin olması gerektiğini düşünürken gereklidir. Durdurma doğruluğu, gerçek durma pozisyonu ile teorik durma pozisyonu arasındaki farktır.

Bu, yüksek doğruluk kodlayıcı ile donatılmış AC servo motorunun, step motorlardan daha iyi durma doğruluğuna sahip olduğu anlamına mı geliyor?
Tam olarak değil. Geçmişte, "Servo motorlarının ± 1 darbe içinde kodlayıcı çözünürlüğüne eşit olması" kavramı ile ilgili bir sorun yoktu. Bununla birlikte, son Servo motorları çok ince bir çözünürlüğe sahip 20 bit kodlayıcı (1.048.576 adım) ile donatılmıştır. Bu nedenle, kodlayıcı kurulum doğruluğundan kaynaklanan hataların doğruluğun durdurulması üzerinde büyük bir etkisi vardır. Bu nedenle, doğruluğu durdurma kavramı biraz değişmeye başladı.
Karşılaştırma grafiklerine göre, step motorlar ve AC servo motorlar arasındaki doğruluk neredeyse aynıdır (± 0.02º ~ 0.03º). Doğruluk, step motorlar için motorun mekanik hassasiyetine bağlıdır, bu nedenle durdurma pozisyonu 7.2º başına yapılabilirse, konumlandırma motor yapısına göre rotor üzerindeki aynı küçük dişler tarafından yapılır. Bu, durdurma doğruluğunu daha da artırmayı mümkün kılar.
Bununla birlikte, step motorlar yük tork değerine bağlı olarak yer değiştirme açısı oluşturabilir. Ayrıca, mekanizma durumuna bağlı olarak, AC servo motorları ayarlamalar kazanmak için bir yanıt olarak daha geniş av genişliğine sahip olabilir. Bu nedenlerden dolayı, biraz dikkatli olmak gerekir.

Step Motorlar ve AC Servo Motorlar Arasındaki Durdurma Doğruluğunun Karşılaştırılması