Քայլային շարժիչներ. ճշգրտության վերահսկման շարժիչներ արդյունաբերական ավտոմատացման և ռոբոտատեխնիկայի կիրառումների համար

Քայլային շարժիչները հեղափոխական փոփոխություն են մտցնում ճշգրտության վերահսկման մեջ՝ ապահովելով բացառիկ ճշգրտություն՝ առանց այն բարդ հետադարձ կապի համակարգերի, որոնք ավանդական սերվոշարժիչների համար անհրաժեշտ են: Այս հիմնարար առավելությունը բխում է քայլային շարժիչների ներքին կառուցվածքից, որոնք շարժվում են նախապես որոշված անկյունային միջակայքերով՝ կախված ստացված էլեկտրական իմպուլսների քանակից: Յուրաքանչյուր իմպուլս հրաման է տալիս քայլային շարժիչին պտտվել որոշակի անկյունով, որը սովորաբար տատանվում է 0,9–15 աստիճանի սահմաններում մեկ քայլում՝ կախված շարժիչի կառուցվածքից: Իմպուլսի և դիրքի միջև այս կապը ապահովում է քայլային շարժիչների դիրքի ճշգրտությունը աստիճանի մեկ մասի սահմաններում, ինչը դրանք հարմարեցնում է ճշգրիտ անկյունային վերահսկման պահանջներ ունեցող կիրառումների համար: Քայլային շարժիչներում հետադարձ կապի համակարգերի բացակայությունը զգալիորեն պարզեցնում է համակարգի ճարտարապետությունը և նվազեցնում ընդհանուր ծախսերը: Ավանդական սերվոհամակարգերը պահանջում են էնկոդերներ, ռեզոլվերներ կամ այլ հետադարձ կապի սարքեր՝ դիրքը վերահսկելու և փակ օղակի վերահսկում ապահովելու համար: Այս լրացուցիչ բաղադրիչները մեծացնում են համակարգի բարդությունը, հնարավոր ավարտակետերը և սպասարկման պահանջները: Քայլային շարժիչները վերացնում են այս խնդիրները՝ աշխատելով բաց օղակի կառուցվածքներում, որտեղ վերահսկիչը պարզապես ուղարկում է համապատասխան իմպուլսների քանակը՝ ցանկալի դիրքի հասնելու համար: Այս պարզեցումը նվազեցնում է տեղադրման ժամանակը, իջեցնում համակարգի ծախսերը և նվազեցնում շարունակական սպասարկման անհրաժեշտությունը: Ավելին, քայլային շարժիչները պահպանում են իրենց դիրքի ճշգրտությունը նաև մատակարարման ընդհատումներից հետո, քանի որ դրանք բնականաբար ֆիքսվում են առանձին քայլերի դիրքերում՝ իրենց մագնիսական դետենտային մոմենտի շնորհիվ: Այս հատկանիշը ապահովում է, որ քայլային շարժիչները մատակարարման վերականգնումից հետո շարունակում են աշխատել իրենց նախկին ճշգրիտ դիրքից՝ վերատնօրինակման (re-homing) ընթացակարգերի անհրաժեշտությունը վերացնելով, որոնք անհրաժեշտ են շատ սերվոհամակարգերի համար: Քայլային շարժիչների ճշգրտության վերահսկման հնարավորությունները չեն սահմանափակվում պարզ դիրքավորմամբ, այլ ընդգրկում են նաև ճշգրիտ արագության վերահսկում և հարթ արագացման պրոֆիլներ: Քայլային շարժիչներին ուղարկվող իմպուլսների հաճախականությունը փոփոխելով՝ օպերատորները կարող են ստանալ ճշգրիտ արագության վերահսկում՝ սկսած արտակարգ դանդաղ սահող արագություններից մինչև բարձր արագությամբ աշխատանք: Քայլային շարժիչների վերահսկման թվային բնույթը թույլ է տալիս իրականացնել բարդ շարժման պրոֆիլներ, այդ թվում՝ գծային արագացում, S-ական արագացում և կարգավորվող արագության օրինակներ, որոնք օպտիմալացնում են կատարողականությունը կոնկրետ կիրառումների համար:

Քայլային շարժիչները գերազանցում են բոլոր այն կիրառություններում, որտեղ անհրաժեշտ է բարձր պտտման մոմենտ ցածր արագությունների դեպքում, և ապահովում են գերազանց շատ այլ շարժիչների համեմատությամբ ավելի լավ աշխատանքային բնութագրեր: Քայլային շարժիչների յուրահատուկ էլեկտրամագնիսական կառուցվածքը հնարավորություն է տալիս դրանց առաջացնել առավելագույն պտտման մոմենտ զրոյական արագության դեպքում, ինչը դրանք դարձնում է իդեալական այն կիրառությունների համար, որտեղ անհրաժեշտ է ուժեղ պահման ուժ և վերահսկվող սկզբնավորման պտտման մոմենտ: Այս բացառիկ ցածր արագության պտտման մոմենտի հնարավորությունը պայմանավորված է քայլային շարժիչների պտտման ուժի առաջացման եղանակով՝ ստատորի փաթաթումների և ռոտորի մագնիսների միջև էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության միջոցով: Ի տարբերություն ինդուկցիոն շարժիչների, որոնք պտտման մոմենտի ստեղծման համար պահանջում են սահում (slip) և ցածր արագությունների դեպքում կորցնում են իրենց արդյունավետությունը, քայլային շարժիչները պահպանում են իրենց պտտման մոմենտի արտադրությունը հաստատուն մակարդակով ամբողջ արագությունների միջակայքում: Քայլային շարժիչների պահման պտտման մոմենտը ներկայացնում է մեկ այլ կարևոր առավելություն՝ ապահովելով հզոր դիրքի պահում անընդհատ էներգիայի սպառում չպահանջելով: Երբ քայլային շարժիչները չեն պտտվում, դրանք բնականաբար ֆիքսվում են իրենց ընթացիկ քայլի դիրքում՝ ռոտորի և ստատորի միջև մագնիսական ձգողության շնորհիվ: Այս պահման պտտման մոմենտը կարող է լինել բավականին մեծ՝ հաճախ գերազանցելով շարժիչի դինամիկ պտտման մոմենտի գնահատականի 50%-ը, ինչը երաշխավորում է, որ արտաքին ուժերը չեն կարող հեշտությամբ շեղել ռոտորը իր հրամանային դիրքից: Այս հատկանիշը անգնահատելի է դառնում ուղղահայաց առանցքի կիրառություններում, արգելակման մեխանիզմներում և դիրքավորման համակարգերում, որտեղ կարևոր է պահպանել դիրքը գրավիտացիոն կամ արտաքին ուժերի դեմ: Քայլային շարժիչները ցուցաբերում են նաև առատ պտտման մոմենտի թավշյա բնութագրեր, ապահովելով հարթ աշխատանք նույնիսկ շատ ցածր արագությունների դեպքում, որտեղ այլ շարժիչների տեսակները կարող են ցուցաբերել թավշյա կամ անկանոն շարժում: Քայլային շարժիչների բազմափուլ կառուցվածքը ստեղծում է միմյանց համապատասխանող մագնիսական դաշտեր, որոնք նվազեցնում են քայլերի միջև պտտման մոմենտի տատանումները, ինչը հանգեցնում է հարթ պտտման և ճշգրիտ դիրքավորման: Ժամանակակից քայլային շարժիչները օգտագործում են առաջադեմ փաթաթման կառուցվածքներ և մագնիսական շղթաներ, որոնք հետագայում նվազեցնում են պտտման մոմենտի տատանումները և բարելավում շարժման հարթությունը: Քայլային շարժիչների հնարավորությունը անմիջապես սկսել, կանգնեցնել և շարժման ուղղությունը հակառակել՝ առանց սահելու, տրամադրում է լրացուցիչ շահավետ աշխատանքային հնարավորություններ: Այս անմիջական պատասխանման հնարավորությունը թույլ է տալիս քայլային շարժիչներին կատարել արագ դիրքավորման շարժումներ և ճշգրիտ մասնակի ճշգրտումներ, որոնք այլ շարժիչների տեխնոլոգիաների հետ դժվար կամ անհնար է իրականացնել: Բարձր պահման պտտման մոմենտի, հիասքանչ ցածր արագության աշխատանքի և անմիջական պատասխանման համադրությունը քայլային շարժիչները դարձնում է ճշգրիտ դիրքավորման կիրառությունների համար նախընտրելի ընտրություն բազմաթիվ արդյունաբերություններում:

Քայլային շարժիչները առաջարկում են աննախադեպ ինտեգրման հեշտություն ժամանակակից թվային կառավարման համակարգերի հետ՝ ապահովելով պարզեցված ծրագրավորման ինտերֆեյսներ, որոնք կրճատում են մշակման ժամանակը և համակարգի բարդությունը: Քայլային շարժիչների կառավարման թվային բնույթը վերացնում է բարդ անալոգային ազդանշանի կարգավորման անհրաժեշտությունը և հնարավորություն է տալիս անմիջականորեն միանալ թվային կարգավորիչներին, համակարգիչներին և ծրագրավորվող ավտոմատացման համակարգերին: Այս թվային համատեղելիությունը քայլային շարժիչները դարձնում է հատկապես գրավիչ ժամանակակից արտադրական միջավայրերի համար, որոնք մեծապես կախված են համակարգչային կառավարվող սարքավորումներից և Industry 4.0 կապի ստանդարտներից: Քայլային շարժիչների ծրագրավորումը պահանջում է միայն թվային իմպուլսների ստեղծման հիմնական մեթոդ, որը ժամանակակից կարգավորիչների մեծ մասը կարող է ապահովել քայլային շարժիչի դրայվերների կամ պարզ իմպուլսային ելքային մոդուլների միջոցով: Ծրագրավորման ինտերֆեյսը սովորաբար ներառում է դիրքավորման շարժումների իմպուլսների քանակի և արագության կառավարման իմպուլսների հաճախականության նշումը, ինչը քայլային շարժիչները հասանելի է դարձնում տեխնիկների և ինժեներների համար, ովքեր չունեն մասնագիտացված շարժիչի կառավարման փորձ: Այս պարզությունը կտրուկ հակադրվում է սերվո շարժիչների ծրագրավորմանը, որը հաճախ պահանջում է բարդ PID կարգավորում, հետադարձ կապի ազդանշանների մշակում և առաջադեմ կառավարման ալգորիթմներ: Քայլային շարժիչները նաև աջակցում են տարբեր միկրոքայլային տեխնիկաներ, որոնք էլ ավելի են բարելավում դրանց դիրքավորման լուծաչափը և շարժման սահունությունը: Միկրոքայլային մեթոդը յուրաքանչյուր ամբողջական քայլը բաժանում է ավելի փոքր քայլերի, սովորաբար 2, 4, 8, 16 կամ նույնիսկ 256 միկրոքայլ մեկ ամբողջական քայլի համար, զգալիորեն բարելավելով դիրքավորման ճշգրտությունը և նվազեցնելով մեխանիկական թրթռումը: Ժամանակակից քայլային շարժիչների դրայվերները ներառում են բարդ հոսանքի կառավարման ալգորիթմներ, որոնք հնարավորություն են տալիս հարթ միկրոքայլային աշխատանք՝ միաժամանակ պահպանելով պտտող մոմենտի ելքը և արդյունավետությունը: Քայլային շարժիչների ծրագրավորման ճկունությունը տարածվում է շարժման պրոֆիլավորման հնարավորությունների վրա, որտեղ կարգավորիչները կարող են ստեղծել բարդ արագացման և դանդաղեցման կորեր՝ որոշակի կիրառությունների համար կատարողականությունը օպտիմալացնելու համար: Այս շարժման պրոֆիլները օգնում են նվազագույնի հասցնել մեխանիկական լարվածությունը, կրճատել կայունացման ժամանակը և բարելավել համակարգի ընդհանուր արդյունավետությունը: Քայլային շարժիչների շատ կարգավորիչներ առաջարկում են նախապես ծրագրավորված շարժման պրոֆիլներ ընդհանուր կիրառությունների համար, ինչը հետագայում պարզեցնում է համակարգի կարգավորումը և գործարկումը: Բացի այդ, քայլային շարժիչները աջակցում են տարբեր հաղորդակցման արձանագրություններ, ներառյալ RS-232, RS-485, CAN bus և Ethernet, հնարավորություն տալով անխափան ինտեգրվել գործարանային ավտոմատացման ցանցերի և հեռակառավարման մոնիթորինգի համակարգերի հետ: Այս կապը թույլ է տալիս օպերատորներին վերահսկել քայլային շարժիչների աշխատանքը, ստանալ ախտորոշիչ տեղեկատվություն և իրականացնել կանխատեսողական սպասարկման ռազմավարություններ, որոնք մեծացնում են սարքավորումների աշխատունակությունը և գործառնական արդյունավետությունը: