Stejnosměrné motory se široce používají jak v průmyslových aplikacích, tak i v domácnostech pro osobní projekty. Jedním z klíčových faktorů při výběru stejnosměrného motoru je, zda k motoru připojit nějakou formu zpětné vazby.
Co je zpětná vazba?
Zpětná vazba označuje jakoukoli informaci, kterou může regulátor použít k monitorování procesu. U stejnosměrných motorů se zpětná vazba obvykle shromažďuje ve formě polohy, počtu otáček a směru otáčení. Tyto informace lze poté předat regulátoru k měření úhlové rychlosti a polohy hřídele motoru, což je běžně známé jako forma „řízení s uzavřenou smyčkou“.
V sofistikovanějších případech použití lze zpětnou vazbu z motoru a dalších zdrojů řídit nejen tak, aby se dosáhlo přesné rychlosti a polohy, ale také požadované dynamické odezvy, synchronizace a stability.
Výhody používání zpětné vazby
Při správném zavedení může zpětná vazba umožnit strojnímu zařízení pracovat efektivněji a s vyšší opakovatelností. Zpětná vazba by mohla vašemu mechanismu umožnit automaticky upravovat výstup tak, aby byla udržena stabilita, sníženy odchylky a minimalizovány chyby bez nutnosti lidského zásahu.
Jednoduchým příkladem dobrého systému zpětné vazby je termostat. Regulátor měří teplotu v místnosti a upravuje výkon topných těles tak, aby udržoval nastavenou teplotu.
Jednou z klíčových výhod zpětné vazby u stejnosměrných motorů je PID regulace. PID označuje mechanismus regulační smyčky široce používaný v průmyslu k automatické kompenzaci chyb v rychlosti nebo poloze stroje.
Zpětnou vazbu lze také využít k implementaci mechanismů zabezpečených proti selhání a řešení problémů s vaší aplikací. Například pokud vaše lineární aktuátory se mají pohybovat synchronně, ale jeden z nich se zpožďuje, znamená to, že je něco v nepořádku. Systém pak může zastavit pohyb obou aktuátorů, aby zabránil poškození nebo naklonění.
Typy zpětnovazebních senzorů pro stejnosměrné motory
Nejběžnějšími typy zpětné vazby pro stejnosměrné motory jsou potenciometry, Hallovy senzory a enkodéry. Pokud jde o přesnost a správnost, všechny 3 typy lze srovnat a jsou velmi účinné s moderní technologií. Rozdíly nastávají při zvážení specifických požadavků na výkon, jako je trvanlivost, faktory prostředí, elektromagnetické rušení a teplotní výkon.
Potenciometr
Největší výhodou tohoto typu zpětné vazby je jeho jednoduchost. Potenciometr efektivně přemění běžný stejnosměrný motor na servomotor, což umožňuje přesné řízení pohybu a/nebo rychlosti. Potenciometry poskytují přímé informace o úhlové poloze hřídele motoru. V důsledku toho, když systém ztratí napájení, potenciometr si může uchovat informace o své poloze bez nutnosti „návratu do výchozí polohy“. Navíc, protože potenciometry jsou v jádru pouze děliče napětí s velkým odporem, dobře se vyrovnávají s elektromagnetickým rušením (EMI).
S používáním potenciometrů souvisí i nevýhody. Potenciometrické senzory vyžadují pro měření kontakt, což znamená, že jsou méně odolné a mají omezenou životnost ve srovnání s jinými formami zpětné vazby. Potenciometry jsou relativně pomalou formou měření, a to jak kvůli nutnosti kontaktu, tak proto, že před zavedením skutečné zpětnovazební regulace mohou vyžadovat analogově-digitální převodník. Potenciometry v motorech nakonec omezují počet otáček hřídele. Aplikace se zpětnou vazbou potenciometrů by musely zajistit, aby existoval způsob, jak zabránit nadměrnému pohybu.
Hallův efekt
Hallovy senzory jsou základem zpětné vazby motoru, protože jsou spolehlivé, přesné a mají dlouhou životnost. Na rozdíl od potenciometru Hallovy senzory nepotřebují žádný kontakt, takže jsou užitečné v náročných podmínkách, vysoce odolné proti opotřebení a spolehlivé v prostředí s vysokými rázy. Hallovy senzory poskytují elektrické impulsy, když je magnet v rovině se snímací elektronikou. Z tohoto důvodu jsou vhodné pro vysokorychlostní aplikace a umožňují předprogramovat určité úhly hřídele motoru.
Jednou z nevýhod Hallových senzorů je, že mohou poskytovat pouze informace o relativní poloze. To znamená, že pokaždé, když systém ztratí napájení, musely by být Hallovy senzory přesunuty na známé místo a resetovány. Kromě toho by vodiče Hallových senzorů přenášející informace mohly být náchylné k elektromagnetickému rušení a šumu. Z tohoto důvodu se signály mohou někdy ztratit nebo mohou být generovány falešné signály, což znamená, že informace o poloze se mohou v průběhu času „ztrácet“.
Kodér
Existují optické a magnetické enkodéry. Magnetické enkodéry jsou pravděpodobně nejlepším senzorem pro generování signály zpětné vazbyJsou bezkontaktní, stejně jako Hallovy senzory, což znamená, že mají velmi dlouhou životnost. Jsou velmi rychlé a obvykle mají velmi vysoké rozlišení. Magnetické enkodéry také nejsou ovlivněny prachem ani jinými částicemi a lze je použít v různých prostředích.
Enkodéry jsou obvykle drahé a vyžadují specializovanou elektroniku, jejíž nastavení a ovládání může být obtížné. Zbytečné zvyšování složitosti konstrukce není vždy dobrý nápad, protože by to také zvýšilo počet potenciálních poruchových režimů.
Návrháři mají k dispozici řadu forem zpětné vazby a s pokrokem v moderních technologiích lze tyto formy zhruba srovnat, pokud jde o přesnost. Při výběru typu zpětné vazby je třeba zvážit výkonnostní požadavky dané aplikace a pochopit výhody technologií, se kterými pracují.