Jednosmerné motory sa široko používajú v priemyselných aplikáciách aj doma pri osobných projektoch. Jedným z kľúčových faktorov pri rozhodovaní o použití jednosmerného motora je, či k motoru pripojiť nejakú formu spätnej väzby.
Čo je spätná väzba?
Spätná väzba označuje akékoľvek informácie, ktoré môže regulátor použiť na monitorovanie procesu. Pri jednosmerných motoroch sa spätná väzba zvyčajne zbiera vo forme polohy, počtu otáčok a smeru otáčania. Tieto informácie možno následne odovzdať regulátoru na meranie uhlovej rýchlosti a polohy hriadeľa motora; to sa bežne označuje ako forma „uzavretej regulačnej slučky“.
V sofistikovanejších prípadoch použitia možno spätnú väzbu z motora a iných zdrojov riadiť tak, aby sa dosiahla nielen presná Rýchlosť a poloha, ale aj požadovaná dynamická odozva, synchronizácia a stabilita.
Výhody používania spätnej väzby
Pri správnej implementácii môže spätná väzba umožniť strojom pracovať efektívnejšie a s vyššou opakovateľnosťou. Spätná väzba môže vášmu mechanizmu umožniť automaticky upravovať výstup, udržiavať stabilitu, znižovať odchýlky a minimalizovať chyby bez potreby zásahu človeka.
Jednoduchým príkladom dobrého systému riadenia so spätnou väzbou je termostat. Regulátor meria teplotu v miestnosti a prispôsobuje výkon vykurovacích prvkov tak, aby udržiaval nastavenú teplotu.
Jednou z kľúčových výhod spätnej väzby pri jednosmerných motoroch je PID regulácia. PID označuje mechanizmus regulačnej slučky široko používaný v priemysle na automatickú kompenzáciu chýb v Rýchlosti alebo polohe stroja.
Spätná väzba sa dá použiť aj na implementáciu bezpečnostných (fail-safe) mechanizmov a diagnostiku vašej aplikácie. Napríklad, ak sa vaše lineárne aktuátory majú pohybovať synchronizovane, ale jeden zaostáva, je niečo zle. Systém potom môže zastaviť pohyb oboch aktuátorov, aby sa predišlo poškodeniu alebo preklopeniu.
Typy senzorov spätnej väzby pre jednosmerné motory
Najbežnejšie typy spätnej väzby pre jednosmerné motory sú potenciometre, senzory Hallovho efektu a enkódery. Pokiaľ ide o presnosť, všetky 3 typy môžu byť porovnateľné a s modernou technológiou veľmi účinné. Rozdiely sa objavia pri zohľadnení konkrétnych požiadaviek na výkon, ako sú odolnosť, vplyvy prostredia, elektromagnetické rušenie a správanie pri rôznych teplotách.
Potenciometer
Najväčšou výhodou tohto typu spätnej väzby je jednoduchosť. Potenciometer účinne premení bežný jednosmerný motor na servomotor, čo umožňuje presný pohyb a/alebo riadenie Rýchlosti. Potenciometre poskytujú priamu informáciu o uhle polohy hriadeľa motora. V dôsledku toho, keď systém stratí napájanie, potenciometer si dokáže zachovať polohovú informáciu bez potreby referencovania. Navyše, keďže potenciometre sú v jadre len deliče napätia s veľkým odporom, dobre odolávajú elektromagnetickému rušeniu (EMI).
Existujú aj nevýhody spojené s používaním potenciometrov. Senzory s potenciometrom vyžadujú na meranie kontakt, čo znamená, že sú menej odolné a majú obmedzenú životnosť v porovnaní s inými formami spätnej väzby. Potenciometre sú relatívne pomalá forma merania, a to jednak kvôli potrebe kontaktu, jednak preto, že môžu potrebovať prevodník A/D skôr, než sa zavedie samotné riadenie so spätnou väzbou. Napokon, potenciometre v motoroch vytvárajú obmedzenie počtu otáčok, ktoré môže hriadeľ vykonať. Aplikácie so spätnou väzbou z potenciometra musia zabezpečiť spôsob, ako zabrániť pretočeniu.
Hallov efekt
Senzory Hallovho efektu sú základom spätnej väzby motorov, pretože sú spoľahlivé, presné a majú dlhú životnosť. Na rozdiel od potenciometra senzory Hallovho efektu nepotrebujú žiadny kontakt, takže sú užitočné v náročných podmienkach, vysoko odolné proti opotrebeniu a spoľahlivé aj pri veľkých nárazoch. Senzory Hallovho efektu generujú elektrické pulzy, keď je magnet zarovnaný so snímacou elektronikou. Z tohto dôvodu sú vhodné pre vysokorýchlostné aplikácie a umožňujú predprogramovať určité uhly hriadeľa motora.
Jednou z nevýhod senzorov Hallovho efektu je, že dokážu poskytnúť iba relatívne informácie o polohe. To znamená, že zakaždým, keď systém stratí napájanie, bude potrebné senzory Hallovho efektu presunúť do známej polohy a resetovať. Ďalej, vodiče senzorov Hallovho efektu prenášajúce informácie môžu byť náchylné na elektromagnetické rušenie a šum. Z tohto dôvodu sa signály môžu niekedy stratiť alebo sa môžu generovať falošné signály, čo znamená, že informácia o polohe môže časom „unikať“.
Enkóder
Existujú optické a magnetické enkódery. Magnetické enkódery sú pravdepodobne celkovo najlepším senzorom na generovanie signálov spätnej väzby. Rovnako ako senzory Hallovho efektu sú bezkontaktné, čo znamená veľmi vysokú životnosť. Sú veľmi rýchle a typicky ponúkajú veľmi vysoké rozlíšenie. Magnetické enkódery neovplyvňuje prach ani iné častice a možno ich použiť v rôznych prostrediach.
Enkódery bývajú nákladné a vyžadujú vyhradenú elektroniku, ktorú môže byť ťažké nastaviť a riadiť. Zbytočné pridávanie komplexnosti do dizajnu nie je vždy dobrý nápad, pretože to zvyšuje aj počet potenciálnych porúch.
Dizajnéri majú k dispozícii rôzne formy spätnej väzby a s pokrokmi modernej technológie môžu byť z hľadiska presnosti približne rovnocenné. Pri výbere typu spätnej väzby je potrebné zvážiť výkonové potreby aplikácie a pochopiť výhody technológií, s ktorými pracujete.