المحركات المتدرجة هي آلات عالية الدقة تستخدم في العديد من التطبيقات المختلفة حيث تكون هناك حاجة إلى التحكم الدقيق في الحركة. ومع ذلك، من المهم فهم استراتيجيات التحكم المختلفة من أجل تعظيم أداء المحرك المتدرج. تختلف تعقيدات وتكاليف وفعالية كل طريقة بناءً على احتياجات التطبيق.

أنواع المحركات المتدرجة

من الضروري فهم الأنواع الرئيسية للمحركات المتدرجة قبل الخوض في تقنيات التحكم، حيث تختلف استراتيجيات التحكم بناءً على نوع المحرك:

• محرك خطوي بمغناطيس دائم (PM): يستخدم مغناطيسات دائمة في الدوار، والتي يتم تشغيلها بواسطة المجالات الكهرومغناطيسية في الجزء الثابت.
• محرك خطوي بتردد متغير (VR): يعتمد على فكرة التردد المتغير، حيث يتبع الدوار المسار بأقل قدر من التردد.
• محرك خطوي هجين: يجمع بين ميزات كل من محركات السائر ذات التردد المتغير (PM) والتردد المتغير (VR)، مما يوفر دقة أعلى وأداء عزم دوران أفضل.
• محرك خطوي خطي: ​​يحول الحركة الدورانية إلى إزاحة خطية، والتي تُستخدم غالبًا في تطبيقات الحركة الخطية.

طرق التحكم الشائعة للمحركات المتدرجة

تُستخدم عدة طرق تحكم لتنظيم حركة المحركات المتدرجة. ويعتمد اختيار طريقة التحكم على عوامل مثل الدقة والسرعة وعزم الدوران واستهلاك الطاقة وتعقيد التطبيق.

محرك الموجة (محرك أحادي الطور)

يعد الدفع الموجي أحد أبسط طرق التحكم في المحركات المتدرجة. فهو يتضمن تنشيط لفافة واحدة فقط من لفات الجزء الثابت في كل مرة، مما يتسبب في محاذاة الدوار مع اللفة النشطة. هذه الطريقة فعالة من حيث التكلفة، وتتطلب طاقة أقل، وتقلل من تسخين المحرك. ومع ذلك، فإنها تنتج أيضًا عزم دوران أقل مقارنة بالطرق الأخرى، حيث يكون عدد اللفات النشطة أقل في أي وقت معين.

محرك الخطوة الكاملة (محرك التشغيل ثنائي الطور)

يعمل الدفع الكامل على تحسين طريقة الدفع الموجي من خلال تنشيط ملفين ثابتين في نفس الوقت. وينتج عن هذا عزم دوران أعلى مقارنة بالدفع الموجي حيث يستفيد المحرك من المجالات المغناطيسية المجمعة للملفين. يتحرك المحرك بخطوات كاملة، مما يعني أن دقته أقل مقارنة بالدفع الدقيق، ولكنه مناسب للعديد من التطبيقات العامة التي لا تتطلب تحديد المواقع بدقة فائقة.

قيادة نصف خطوة

يتم تشغيل ملفين أو ملفين بالتناوب باستخدام تقنية القيادة بنصف خطوة. وهذا يوفر حلاً وسطًا بين عزم القيادة بنصف خطوة ودقة الخطوة الدقيقة. يتحرك المحرك بنصف خطوات، مما يضاعف الدقة بشكل فعال مقارنة بالقيادة بكامل الخطوة. تحقق طريقة التحكم هذه التوازن بين سلاسة الحركة وناتج عزم الدوران.

خطوات صغيرة

تعد تقنية Microstepping أكثر طرق التحكم تقدمًا واستخدامًا على نطاق واسع في محركات السائر، وخاصة في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية وتشغيلًا سلسًا. في تقنية Microstepping، يتم تنشيط كل من الملفين، ولكن التيار عبر كل ملف يتغير بشكل جيبي، مما يسمح للمحرك بالتحرك بزيادات أصغر (خطوات صغيرة). يمكن أن تزيد تقنية Microstepping من دقة المحرك بمئات أو حتى آلاف المرات مقارنة بالتشغيل الكامل.

توفر تقنية Microstepping الحركة الأكثر سلاسة وتقلل من الرنين، وهو أمر شائع في محركات السائر. ومع ذلك، ينخفض ​​عزم الدوران الفعلي عند كل خطوة صغيرة، مما يجعلها أقل ملاءمة للتطبيقات ذات عزم الدوران العالي ما لم يكن المحرك كبيرًا للغاية.

التحكم في الحلقة المغلقة (التحكم في السيرفو)

تستخدم محركات السائر ذات التحكم في الحلقة المغلقة التغذية الراجعة من مستشعر خارجي – عادةً ما يكون مشفرًا – لتتبع الموقع الحقيقي للمحرك وتعديل المدخلات لإصلاح أي أخطاء. تحول هذه الطريقة طبيعة الحلقة المفتوحة لمحركات السائر إلى نظام حلقة مغلقة، مما يحول محرك السائر فعليًا إلى نوع من محركات السيرفو.

يعمل التحكم في الحلقة المغلقة على تحسين الدقة، وتقليل خسائر الخطوات، والسماح بإدارة أفضل لعزم الدوران. وهو مفيد بشكل خاص في التطبيقات حيث يتعرض المحرك لأحمال متفاوتة، والحفاظ على تحديد المواقع بدقة أمر بالغ الأهمية. وعلى الرغم من أن التحكم في الحلقة المغلقة يحسن الأداء، فإن أجهزة الاستشعار الإضافية وآليات التغذية الراجعة المطلوبة تؤدي إلى زيادة تعقيد النظام وتكاليفه.

تقنيات التحكم بالنبضات للمحركات المتدرجة

تعتمد محركات السائر عادةً على النبضات، حيث يحدد عدد النبضات حركة المحرك وسرعته. فيما يلي تقنيات التحكم في النبضات الرئيسية المستخدمة للتحكم في محركات السائر:

تعديل عرض النبضة (PWM)

يتم تشغيل المحرك الخطوي بواسطة نبضات يتم تعديل عرضها باستخدام التحكم PWM. يتم استخدامه للتحكم في الجهد والتيار المقدمين إلى لفائف المحرك، مما يساعد في إدارة عزم الدوران والسرعة. غالبًا ما يتم استخدام PWM في microstepping لتوفير حركة سلسة وتحكم دقيق في المحرك الخطوي.

التحكم في اتجاه النبضة

في التحكم في اتجاه النبضة، يحدد أحد المدخلات عدد النبضات التي سيتم توصيلها إلى المحرك المتدرج، والذي يتحكم في عدد الخطوات التي يتخذها المحرك، بينما يحدد مدخل آخر اتجاه الدوران (في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة). تُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في آلات CNC وأنظمة الروبوتات للتحكم الدقيق في الموضع.

خاتمة

محرك السائر هو جهاز متعدد الاستخدامات مع مجموعة متنوعة من طرق التحكم المناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. من خلال اختيار طريقة التحكم المناسبة بعناية، يمكن تحسين أداء محرك السائر. يمكن لمصنع محرك السائر الإنتاج بدقة لتلبية احتياجاتك المحددة.