במערכת בקרת הינע מבוססת מנועים, ניתן לבחור בין מערכת בקרת הינע מבוססת מנועי סרוו כנגד מערכת בקרת הינע מבוססת מנועי צעד.
ההבדל המשמעותי ביותר בין שתי המערכות הינו ההיזון החוזר, או בשמו הלועזי Feedback הקיים במערכות סרוו.
כלומר חיישן או מתמר מסוג אנקודר, רזולבר ו/או טכו המוצמד לצידו האחורי של המנוע והמדווח על מצבו האמיתי של ציר המנוע לבקר הסרוו.במידה וישנה סטייה יכול בקר הסרוו לפעול לתיקון הסטייה. בקר מנוע הצעד יכול לשלוח רק פקודת תנועה במבנה של רכבת פולסים ולצפות שהמנוע אכן יעקב בהתאם לפקודה.
בדיאגרמה מס 1, נוכל לראות את ההבדלים בין בקרת חוג פתוח – דיאגרמה עליונה, בקרת חוג סגור – דיאגרמה אמצעית, ובקרת חוג סגור – מהירות דיאגרמה תחתונה.
קיום אות האיזון החוזר במערכת סרוו מתבטא במספר יתרונות מידיים והם:
אין אובדן פולסים
במערכות סרוו מיקום המנוע ידוע בכל רגע ורגע גם פקודות סינגולריות או פקודות STEP ניתנות לביצוע.
הינע בפרופיל תנועה מסובך וכן חזרה על פרופיל זה אפשריים ברמת דיוק גבוהה.
מומנט גבוה במהירויות גבוהות
המומנט במנועי צעד יורד ככל שהמהירות עולה וזאת עקב קבוע הזמן החשמלי וניצולת זרמים נמוכה. במנועי סרוו לא קיים חיסרון זה וניתן להפעיל את המנוע במהירויות גבוהות במומנט גבוה.
בדיאגרמה מס 2, נוכל לראות את עקומת מומנט תדר ההפעלה, כאשר ניתן לראות את אופיין ירידת המומנט בהתאם לעליית התדר.
אחידות ורציפות התנועה
בהתאם לרזולוציה של האנקודר או הרזולבר ניתן לווסת אינקרמנטים קטנים בסך כל מחזור הסיבוב. רזולוציה טיפוסית של אנקודר בעל CPR 1000 או 4 x 4000 CPR, הינה בערך 10 פעמים יותר ממספר הצעדים של מנוע צעד לסיבוב. רעש אקוסטי כמעט ואינו קיים במנועי סרוו ואילו במנועי צעד רעש אקוסטי מאד בולט ככל שמרווח האוויר – AIR GAP – קטן במנוע.
בדיאגרמה מס 3, נוכל לראות את עקומת מומנט מנוע צעד עם אזורי רזוננס פרמטרי ואי יציבות.
חלוקת זרמים
מנוע צעד צורך יחסית יותר זרם וחייב להיות תחת מתח כל הזמן. במנועי סרוו נמדדת כמות הזרם פרופורציונלית לעומס (מומנט פרופורציונלי לזרם).
מיקרו צעדים
במנועי צעד ניתן להגדיל את רוזולוצית הפסיעה על ידי טכניקה המכונה מיקרו צעדים -MICROSTEPPING.
בשיטה זו מווסתים את הזרמים לפאזות בהתאם לפסיעה המכנית המבוקשת בין הפסיעות הנומינליות. במשטר זה קשה להוציא מומנט גבוה וקשה עוד יותר לחזור לאותו מיקום במחזור חדש. במנועי סרוו עם אנקודר ברזולוציה גבוהה ניתן להשיג מחזוריות ומומנטים גבוהים יותר.
בדיאגרמה מס 4, נוכל לראות את ההבדלים בין המומנט המתקבל בצעד מלא מול המומנט המתקבל בחלוקה לשמונה של מיקרו צעדים.
יציבות ותאום אינרציות
השיטה הפשוטה ביותר להבטיח שמנוע צעד לא יאבד פולסים היא על ידי בחירת מנוע צעד עם הספק ומומנט יתר עד כדי יחס של 200%.
הבעיה קשה ביותר לפתרון במערכות צעד הנה בעיית תאימות אינרציה או תאום עומסים בין אינרציית המנוע ואינרציית העומס. ברוב המקרים מנוע צעד פועל על הינע ישיר – DIRCT DRIVE – ללא שימוש בתמסורת.
בדיאגרמות מס 5-7, נוכל לראות שלושה סוגים של בולמי אינרציה – דמפרים.
סיכום
בשמוש במנועי צעד ללא היזון חוזר חייב מתכננן מערכת ההינע לקחת בחשבון את כל הרשום לעיל לקבלת אופטימיזציה ודיוק רצויים.
מקורות:
1. TAKASHI KENGO
Stepping motors and their µ processor
Control Oxford Science publications.
2. ERICSSON Stepper Motor Control Handbook.
3. ELECTRO-CRAFT DC Motors & Servo Systems
