تعتبر محركات السيرفو مثالية للأنظمة التي تتطلب أداءً رائعًا نظرًا لقدرتها على التحكم بدقة في الموضع والسرعة وعزم الدوران. ومع ذلك، فإن التحكم في محركات السيرفو عملية معقدة، ويتم استخدام طرق تحكم مختلفة لتحقيق الأداء الأمثل بناءً على متطلبات محددة. في هذه المقالة، سوف نستكشف خمس طرق تحكم شائعة لمحركات السيرفو، ونناقش ميزاتها ومزاياها وأفضل سيناريوهات الاستخدام. سنقوم أيضًا بتضمين بعض المخططات لمساعدتك على فهم الاختلافات بين طرق التحكم هذه بشكل أكثر وضوحًا.

التحكم في الحلقة المفتوحة

التحكم في الحلقة المفتوحة هو أبسط أشكال التحكم في محرك السيرفو. في هذا النظام، يتلقى المحرك أوامر بناءً على قيم محددة مسبقًا، مثل السرعة أو الموضع أو عزم الدوران، دون أي آلية تغذية مرتدة. لتنفيذ مهمة، يرسل المتحكم إشارات إلى محرك السيرفو، الذي يتفاعل وفقًا لهذا الإدخال. في التحكم في الحلقة المفتوحة، لا يوجد مراقبة مستمرة لأداء المحرك. لذلك، إذا كانت هناك تغييرات أو اضطرابات في النظام (مثل الاختلافات في الحمل أو الاحتكاك)، فقد لا يكون المحرك قادرًا على التعديل وفقًا لذلك.

الميزات والفوائد

• البساطة: أنظمة التحكم ذات الحلقة المفتوحة واضحة وسهلة التنفيذ، لأنها لا تتطلب أجهزة استشعار ردود الفعل أو الخوارزميات المعقدة.
• فعالة من حيث التكلفة: نظرًا لعدم وجود حاجة إلى أجهزة استشعار إضافية، فإن تكلفة النظام أقل مقارنة بأنظمة الحلقة المغلقة.
• مناسبة للتطبيقات ذات الطلب المنخفض: تعمل أنظمة التحكم ذات الحلقة المفتوحة بشكل جيد في التطبيقات حيث لا تكون الدقة بالغة الأهمية، وتكون الاضطرابات الخارجية ضئيلة.

القيود

• لا توجد ردود فعل: أكبر عيب في أنظمة التحكم ذات الحلقة المفتوحة هو أنها لا تعوض عن الأخطاء في الموضع أو السرعة أو عزم الدوران.
• الأداء غير المتسق: في الحالات التي تحدث فيها تغييرات في الحمل أو القوى الخارجية، قد يفشل المحرك في الأداء كما هو متوقع.

حالات الاستخدام

• أنظمة الروبوتات أو الأتمتة الصغيرة.
• التطبيقات ذات متطلبات الدقة المنخفضة.
• مشاريع الهوايات أو الإعدادات التعليمية.

نوع التحكم	تعقيد النظام	التكلفة	دقة الموضع	التغذية الراجعة المستخدمة
التحكم المفتوح	منخفض	منخفض	منخفض	لا
التحكم المغلق	مرتفع	مرتفع	مرتفع	نعم

التحكم في الحلقة المغلقة (التحكم في ردود الفعل)

إن التحكم في الحلقة المغلقة، والذي يشار إليه أحيانًا بالتحكم بالتغذية الراجعة، هو تقنية أكثر تطورًا لإدارة محركات المؤازرة. في نظام الحلقة المغلقة، تُستخدم أجهزة التغذية الراجعة مثل أجهزة الترميز أو المحللات أو مقاييس سرعة الدوران لمراقبة موضع المحرك أو سرعته أو عزم الدوران. بناءً على الاختلاف، المسمى إشارة الخطأ، يضبط المتحكم أداء المحرك في الوقت الفعلي لتحقيق الناتج المطلوب. تضمن آلية التغذية الراجعة المستمرة هذه أن يضبط المحرك نفسه للحفاظ على موضع وسرعة وعزم دوران دقيقين.

الميزات والفوائد

• الدقة: توفر أنظمة الحلقة المغلقة دقة عالية ويمكنها التعويض عن الاختلافات في الحمل والاحتكاك والظروف البيئية.
•  القدرة على التكيف: تسمح التغذية الراجعة للنظام بالتكيف مع التغييرات في الحمل أو أي اضطرابات غير متوقعة، مما يجعل النظام أكثر قوة.
• الكفاءة العالية: يقلل التحكم في الحلقة المغلقة من هدر الطاقة، حيث يمكن للمحرك تعديل سلوكه لتتناسب مع احتياجات النظام.

القيود

• التعقيد: تتطلب أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة مكونات إضافية مثل أجهزة الترميز ووحدات التحكم، مما يجعلها أكثر تعقيدًا وتكلفة من أنظمة الحلقة المفتوحة.
• التكلفة الأعلى: نظرًا للحاجة إلى آليات التغذية الراجعة ووحدات التحكم الأكثر تطورًا، فإن أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة أكثر تكلفة.

حالات الاستخدام

• أنظمة الأتمتة الصناعية.
• آلات التحكم الرقمي بالحاسوب والروبوتات.
• تتطلب التطبيقات مثل المعدات الطبية مستوى عالٍ من الدقة.

المعامل	التحكم المفتوح	التحكم المغلق
آلية التغذية الراجعة	لا شيء	تغذية راجعة مستمرة
الدقة	منخفضة	عالية
تعقيد النظام	بسيط	معقد
التكلفة	منخفضة	عالية
مناسب لـ	المهام منخفضة المتطلبات	المهام عالية الدقة

التحكم في الموضع

تركز عملية التحكم في الموضع على التحكم الدقيق في موضع محرك المؤازرة. في هذه الطريقة، ترسل وحدة التحكم إشارة إلى المحرك للتحرك إلى موضع معين، وتضمن آلية التغذية الراجعة وصول المحرك إلى هذا الموضع والاحتفاظ به. تعتمد التطبيقات مثل الروبوتات وآلات التحكم الرقمي بالحاسوب التي تتطلب وضعًا دقيقًا بشكل كبير على هذا النظام. في التحكم في الموضع، تراقب وحدة التحكم باستمرار موضع المحرك وتضبط إشارة الإدخال لتصحيح أي انحراف عن الموضع المستهدف. غالبًا ما يتم تنفيذ هذه الطريقة بالاشتراك مع التحكم في الحلقة المغلقة لتحسين الدقة.

الميزات والفوائد

دقة عالية: توفر تحديد المواقع بدقة عالية، مما يجعلها مثالية للروبوتات والتصنيع الآلي والتطبيقات الطبية.
التعديل في الوقت الفعلي: يمكن للمحرك التعديل باستمرار للوصول إلى الموضع الدقيق حتى في مواجهة تغييرات الحمل أو الاضطرابات.
التنوع: يعمل بشكل جيد في التطبيقات التي تتطلب تحديد المواقع الزاوية أو الخطية المحددة.

القيود

الإعداد المعقد: يتطلب أجهزة ردود فعل دقيقة (مثل أجهزة الترميز) وخوارزميات للتحكم في حركة المحرك بدقة.
تكلفة أعلى: النظام أكثر تكلفة لأنه يتطلب المزيد من أجهزة الاستشعار والضوابط.

حالات الاستخدام

آلات CNC والطابعات ثلاثية الأبعاد.
الأذرع الروبوتية وأنظمة الالتقاط والوضع الآلية.
عمليات التصنيع الدقيقة.

طريقة التحكم	التركيز الأساسي	الدقة	التحكم في السرعة	تعويض الحمل
تحكم الموضع	دقة الموضع	عالية	محدودة	عالية
تحكم السرعة	تنظيم السرعة	معتدلة	عالية	معتدلة

التحكم في السرعة

في التحكم في السرعة، يتم تعديل سرعة المحرك عن طريق تغيير إشارة الإدخال للحفاظ على سرعة ثابتة على الرغم من الاختلافات في الحمل أو الاضطرابات الأخرى. يعد التحكم في السرعة أمرًا بالغ الأهمية للتطبيقات حيث يكون الحفاظ على سرعة ثابتة أكثر أهمية من دقة الموضع.

في كثير من الحالات، يتم دمج التحكم في السرعة مع طرق تحكم أخرى، مثل التحكم في الحلقة المغلقة، لضمان أن يحافظ المحرك على السرعة المطلوبة ويتكيف مع تغيرات الحمل.

الميزات والفوائد

• الاتساق: يضمن التحكم في السرعة أن يعمل المحرك بسرعة ثابتة، حتى عندما يتقلب الحمل.
• الكفاءة: يقلل من استهلاك الطاقة في التطبيقات حيث يكون الحفاظ على السرعة أكثر أهمية من دقة الموضع.
• البساطة: من الأسهل تنفيذه من التحكم في الموضع، مما يجعله أكثر فعالية من حيث التكلفة في تطبيقات معينة.

القيود

• عدم دقة الموضع: يركز التحكم في السرعة على الحفاظ على السرعة، وليس على موضع المحرك، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات الدقيقة.
• أقل قوة: يمكن أن يكافح للحفاظ على الأداء في مواجهة الاضطرابات الخارجية الكبيرة، مثل تغييرات الحمل الثقيل.

حالات الاستخدام

• أحزمة النقل والمراوح والمضخات.
• التطبيقات حيث تكون الحركة المستمرة دون دقة الموضع مطلوبة.
• أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتطبيقات الصناعية منخفضة الأحمال.

طريقة التحكم	التركيز الأساسي	الدقة	الكفاءة	نوع التطبيق
تحكم السرعة	تنظيم السرعة	معتدلة	عالية	الحزام الناقل، المراوح
تحكم العزم	تنظيم العزم	عالية	معتدلة	المهام الحساسة للحمل

التحكم في عزم الدوران

يركز التحكم في عزم الدوران على تنظيم خرج عزم الدوران لمحرك المؤازرة. في هذه الطريقة، يضبط المحرك تياره للحفاظ على عزم دوران محدد، بغض النظر عن السرعة أو الموضع. يعد التحكم في عزم الدوران ضروريًا للتطبيقات حيث تكون القوة أو عزم الدوران الثابت أكثر أهمية من الحفاظ على سرعة أو موضع محدد. يُستخدم التحكم في عزم الدوران عادةً في آلات الاختبار والمكابس والأنظمة التي تتطلب التحكم الدقيق في القوة.

الميزات والفوائد

• التحكم في القوة: مثالي للتطبيقات التي تتطلب التحكم الدقيق في القوة، مثل اختبار المواد أو عمليات التصنيع.
• حساسية الحمل: يمكن للمحرك التكيف مع الأحمال المتغيرة عن طريق ضبط خرج عزم الدوران، مما يضمن الأداء الثابت.
• المرونة: مناسب للتطبيقات حيث لا يكون التحكم في السرعة أو الموضع بنفس أهمية القوة المبذولة.

القيود

• الإعداد المعقد: يتطلب استشعار عزم الدوران الدقيق ووحدات تحكم متطورة لتنظيم عزم الدوران بشكل فعال.
• دقة أقل: على الرغم من تفوقه في التحكم في عزم الدوران، إلا أنه أقل فعالية للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية في الموضع أو السرعة.

حالات الاستخدام

• مقاعد الاختبار وآلات اختبار المواد والمكابس.
• تتطلب الأذرع الآلية ردود فعل القوة.
• خطوط التجميع الآلية التي تحتاج إلى تطبيق قوة دقيق.

طريقة التحكم	التركيز الأساسي	الدقة	التحكم في القوة	مناسب لـ
تحكم العزم	تنظيم العزم	معتدلة	عالية	اختبار المواد
تحكم الموضع	دقة الموضع	عالية	منخفضة	الروبوتات، CNC

تلعب المتطلبات الخاصة بتطبيقك دورًا رئيسيًا في تحديد أفضل استراتيجية تحكم لمحرك المؤازرة. سواء كنت تسعى إلى الدقة في الموضع أو السرعة الثابتة أو التحكم الدقيق في عزم الدوران، فإن كل طريقة تقدم مزايا ومقايضات مميزة. لكي يعمل نظامك بكفاءة وفعالية قدر الإمكان، يحتاج مصنعو محرك المؤازرة إلى فهم الاختلافات بين تقنيات التحكم هذه.