كيف يتم إبطاء محركات الخطوة؟

محركات الخطوةهي أجهزة كهروميكانيكية تحول النبضات الكهربائية مباشرةً إلى حركة ميكانيكية. ومن خلال التحكم في تسلسل النبضات الكهربائية وترددها وعددها المطبقة على ملفات المحرك، يمكن التحكم في محركات الخطوة لتوجيهها وسرعتها وزاوية دورانها. وبدون الحاجة إلى نظام تحكم ذي حلقة مغلقة مع استشعار للموضع، يمكن تحقيق تحكم دقيق في الموضع والسرعة باستخدام نظام تحكم بسيط ومنخفض التكلفة ذي حلقة مفتوحة، يتكون من محرك خطوة ووحدة تشغيله.

يُعدّ المحرك الخطوي، كعنصر تنفيذي، أحد المنتجات الرئيسية في مجال الميكاترونيك، ويُستخدم على نطاق واسع في أنظمة التحكم الآلي المختلفة. ومع تطور تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا التصنيع الدقيق، يتزايد الطلب على المحركات الخطوية يومًا بعد يوم، كما أن دمجها مع علب التروس في تطبيقات متنوعة بات أمرًا شائعًا، حتى بات من السهل على الجميع فهم آلية نقل الحركة هذه.

كيفية تخفيف السرعةمحرك متدرج?

باعتباره محرك قيادة شائع الاستخدام وواسع الانتشار، يُستخدم محرك الخطوة عادةً مع معدات التباطؤ لتحقيق تأثير النقل المثالي؛ وتشمل معدات وطرق التباطؤ الشائعة الاستخدام لمحرك الخطوة صناديق تروس التباطؤ، وأجهزة التشفير، وأجهزة التحكم، وإشارات النبض، وما إلى ذلك.

تباطؤ إشارة النبضة: تعتمد سرعة المحرك المتدرج على تغيرات إشارة النبضة المدخلة. نظريًا، عند إعطاء وحدة التحكم نبضة، فإنمحرك متدرجيدور المحرك بزاوية خطوة (مقسمة لزاوية خطوة مقسمة). عمليًا، إذا تغيرت إشارة النبض بسرعة كبيرة، فلن يتمكن المحرك الخطوي، بسبب تأثير التخميد الناتج عن القوة الدافعة الكهربائية العكسية الداخلية، والتفاعل المغناطيسي بين الدوار والجزء الثابت، من مواكبة التغيرات في الإشارة الكهربائية، مما يؤدي إلى توقف المحرك وفقدان الخطوات.

تباطؤ علبة التروس المخفضة: عند استخدام محرك خطوي مزود بعلبة تروس مخفضة، ينتج المحرك سرعة عالية وعزم دوران منخفض. عند توصيله بعلبة التروس المخفضة، تتشابك تروسها الداخلية لتشكل ناقل حركة بنسبة تخفيض محددة. يؤدي ذلك إلى خفض سرعة المحرك الخطوي عند السرعات العالية، مما يعزز عزم الدوران ويحقق نقلًا مثاليًا للسرعة. يعتمد تأثير التباطؤ على نسبة تخفيض علبة التروس؛ فكلما زادت نسبة التخفيض، قلت سرعة الخرج، والعكس صحيح.

التحكم في سرعة المنحنى الأسي: في برمجة البرمجيات، يتم أولاً حساب الثابت الزمني المخزن في ذاكرة الحاسوب، ثم يتم تحديد نقطة التشغيل. عادةً، يكون زمن التسارع والتباطؤ اللازمين لمحرك الخطوة أكثر من 300 مللي ثانية. إذا تم استخدام زمن تسارع وتباطؤ قصير جدًا، فسيؤدي ذلك إلى مشاكل في الغالبية العظمى من الحالات.محركات الخطوة، سيكون من الصعب تحقيق دوران عالي السرعة للمحرك المتدرج.

التحكم في التباطؤ باستخدام المشفر: يُستخدم التحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID) على نطاق واسع في محركات الخطوة، نظرًا لبساطته وفعاليته. يعتمد هذا التحكم على القيمة المُعطاة r(t) وقيمة الخرج الفعلية c(t)، والتي تُمثل انحراف التحكم e(t). يتم حساب انحراف التحكم من خلال توليفة خطية من متغيرات التحكم التناسبية والتكاملية والتفاضلية، مما يُتيح التحكم في الهدف. يُستخدم مستشعر موضع مُدمج في محرك خطوة هجين ثنائي الطور، ويتم تصميم وحدة تحكم سرعة تناسبية تكاملية (PI) ذاتية الضبط بالاعتماد على كاشف الموضع والتحكم الاتجاهي، مما يُوفر خصائص عابرة مُرضية في ظل ظروف تشغيل مُتغيرة. بناءً على النموذج الرياضي لمحرك الخطوة، يتم تصميم نظام التحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID) الخاص به، وتُستخدم خوارزمية التحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID) للحصول على متغير التحكم، وذلك لتوجيه المحرك إلى الموضع المُحدد.

أخيرًا، تم التحقق من نظام التحكم من خلال المحاكاة، حيث أظهر خصائص استجابة ديناميكية جيدة. يتميز استخدام وحدة التحكم PID ببساطة التركيب، والمتانة، والموثوقية، وغيرها، إلا أنها لا تستطيع التعامل بفعالية مع المعلومات غير المؤكدة في النظام.