חיים מונהייט, CEO 
Elmo Motion Control
צנטריפוגות (סרכזות) עמידות, כדוגמת הצנטריפוגה המוצגת באיור 1, נדרשות לצורך ביצוע תנועות רציפות ומדוייקות וכן בדיקות שנערכות בתנאים של מעמס G גבוה. צנטריפוגות אלו מתוכננות לשימוש בפתרונות ובמכלולי משנה של מערכות ניווט אינרציאליות משולבות ( – Navigation Systems ) וכן ביישומים מתקדמים נוספים.
האתגר
התקני צנטריפוגות עם זרוע המשמשים ביישומים בעלי דרישות בקרה גבוהות יכולים להגיע למהירויות של עד כ-400 סל”ד כשהם מספקים לעומס התמד של כ-500 ק”ג/מטר2. לצורך השגה של דרגת דיוק ומהירות גבוהה נדרש הינע סרוו במתח הזנה גבוה של 600 וולט מתח ישר וזרם דינמי רציף בטווח שבין 0.05 אמפר לבין 100 אמפר (2000:1).
הדרישות כוללות:
200 מיליון מניות לסיבוב מכאני
שגיאת מיקום קטנה מ-50 מניות (counts), דיוק של 0.000025%
דיוק מיקום גבוה במהירות המשתנה מ-1 גי’גה הרץ עד למצב עמידה במקום
תאוצה של 17 ג’יגה מניות לשנייה2
רזולוציה גבוהה במיוחד של בקרת לולאת הזרם בעל יחס של מ-50 מילי-אמפר ועד ל-100 אמפר 1:2000 (0.005 אחוז)
תקשורת EtherCAT מהירה של מערכת השליטה והבקרה על התנועות השונות
הפתרון
חברת Elmo מספקת את הפתרון לדרישות המערכת כפי שהוצגו ע”י הלקוח. באמצעות מערכת ספק הכוח למתח ישר Tambourine 100 וההינע הרב-תכליתי למתח גבוה Gold Drum HV שהיא מציעה, החברה תכננה פתרון (איור 2) אשר מפיק תוצאות בקרה יוצאות דופן.
הלקוח סיפק מנוע למתח ישר בהספק גבוה בעל 36 קטבים ל-560 וולט מתח ישר (נומינלי), שבו ניתן להזרים זרם רציף של עד כ-40 אמפר, ובעל כוח אלקטרו – מניע נגדי
(Back Electro Motive Force – BEMF) של 941 וולט ל-1000 סל”ד. המנוע מסוגל לייצר מומנט שווה ערך ל-520 ניוטון-מטר בצריכת זרם של 38.3 אמפר.
תצורת המערכת המוצגת ע”י החברה מורכבת מספק הכוח Tambourine 100, אשר מפיק מתח מוצא מיושר ויציב של ±560 וולט מכניסה של 4003 וולט מתח חילופין. יציאה זו של מתח גבוה מפעילה את הינע הסרוו למתח גבוה המיועד ל-100 אמפר ו-800 וולט Gold Drum-HV, אשר מבקר את המנוע באמצעות אותות המשוב ממקודד הסינוס/קוסינוס האנאלוגי, וגם באמצעות כניסה ממערכת השליטה. השימוש באנקודר בעל רזולוציה של 23500 מחזורים לסיבוב, עם מכפל (Interpolator) פנימי ברמת המגבר של 13 סיביות, הפיק רזולוציית מערכת גבוהה ביותר של 200 מליון מניות לסיבוב. הנתונים שנאספו בניתוח הגרפי של Elmo Application Studio
() הציגו שגיאה של כ-50 מניות בלבד במצב מתמיד. מתוצאות אלו אפשר לחשב את הדיוק כדלהלן:
נתונים נוספים מראים שהזרם הדינמי הנמצא בטווח של 0.05 עד 100 אמפר, מאפשר שינוי מדויק של הזרם ומביא לידי דיוק גבוה אף יותר במדידות של גורם (מקדם) המומנט.
תמונה מספר 3 מתארת את מכלול המנוע עצמו המונע במתח הגבוה של
Gold-Drum HV. מנוע המומנט
(Direct Drive Motor – DDR or Torque Motor) הנדרש על מנת לסובב את זרוע הצנטריפוגה למהירות מרבית של 300 סל”ד עם הספקת המומנט הנדרש. לסיבוב הזרוע במהירות זו נדרש מומנט של 800 ניוטון מטר. במהלך ההאטה חוזרת כמות משמעותית של אנרגיית בלימה המפוזרת על מערכת השאנט הפנימי של ספק הכוח.
תמונה 4 מציגה את ההינע של זרוע הצנטריפוגה שנמסר בפועל על ידי המתח הגבוה של Gold-Drum HV.
זרוע הצנטריפוגה מוכנסת לתוך שרוול על מנת להקטין למינימום את הגרר של האוויר ולצורך הגנה.
לוחות הפלדה הצהובים הממוקמים על פלטפורמת זרוע הצנטריפוגה מדמים דוגמה מייצגת של בדיקה ע”י לקוח. המטרה, לבדוק את הפונקציונליות של דוגמת הבדיקה המייצגת בתנאים של תאוצה (G) גבוהה ביותר.
ממצאים
התוצאות של הבדיקה במצב עמידה מוצגות באיורים 6-8.
הינע הסרוו במתח גבוה Gold-Drum HV יכול לספק זרמים פעילים גבוהים עד 100 אמפר. בה בעת, הוא יכול גם לשמור במדויק על זרמים נמוכים עד כדי 100 מילי אמפר.
שימוש בחיישן לייזר חיצוני
אפשר לתקף את התוצאות שהושגו באמצעות ניתוח גרפי בכלי ה-
(Elmo Application Studio) של החברה באמצעות חיישן לייזר חיצוני, כפי שמוצג בתמונה 9.
היתרונות
הפתרון של החברה סיפק תשובה מלאה לכל הדרישות של יישום דורשני זה לרבות 200 מיליון מניות לסיבוב עם שגיאת מיקום מזערית של פחות מ-50 מניות (0.00025 אחוז), הרבה פחות מרמות הטולראנס הסבירות באפליקציות מסוג זה ובשיפור משמעותי של הביצועים (כפי שמוצג באיור 6).
בה בעת, הפתרון הגיע גם לרזולוציה גבוהה ביותר בלולאת בקרת חוג הזרם עם זרם במצב עמידה (IQ) של כ-50 מילי אמפר וזרם דחיפה מוגדר של 100 אמפר (2000:1), כפי שמוצג באיור 7.
הפתרון החכם של החברה מספק אלגוריתם אינטרפולציה שמניב:
קריאות אנלוגיות מדויקות ועיבודן בצורה מהירה ומדוייקת
טווח רחב של יכולות נומריות שמושג באמצעות שילוב שני אוגרים בעלי 32 סיביות
עיבוד סינוס – קוסינוס מתקדם הכולל תיקונים וכוונונים שונים (היסט ופאזה)
התוצאות המרשימות של החברה מספקות בנוסף:
מיקום ברזולוציה גבוהה ובקרה נומרית של המהירות
לולאות בקרה ברוחב פס גדול ואלגוריתמים של מיקום ומהירות
טווח דינמי גדול במיוחד של לולאת הזרם
סיכום
בעזרת מימוש מהיר יכולה הייתה חברת Elmo להשלים את הפתרון עבור הייצור של יישום זה בהינע ישיר בעל הדיוק הגבוה במיוחד והרזולוציה הגבוהה. החדשנות והפתרון המשולב של החברה איפשרו ללקוח לשפר את הדיוק בייצור תוך הפחתת העלויות. משמעות האמינות של הציוד של Elmo היא פעולה בנצילות גבוהה לאורך זמן.
