একটি উচ্চ-গতির ঘূর্ণায়মান চৌম্বক বলয়ের পর্যায় বিচ্যুতি কোথা থেকে আসে? - রোবট ম্যাগনেটিক এনকোডার সেন্সরের জন্য সমস্যা সমাধানের নির্দেশিকা

উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন গতি নিয়ন্ত্রণ অ্যাপ্লিকেশনে যেমন সার্ভো মোটর, রোবট জয়েন্ট এবং বৈদ্যুতিক স্পিন্ডেল, চৌম্বকীয় এনকোডারগুলি তাদের ছোট আকার, তেল প্রতিরোধের, কম্পন সহনশীলতা এবং কম খরচের কারণে জনপ্রিয়তা অর্জন করছে। যাইহোক, অনেক প্রকৌশলী উচ্চ-গতির ঘূর্ণন পরীক্ষার সময় একটি কাঁটাযুক্ত সমস্যার সম্মুখীন হন:  এনকোডার দ্বারা রিপোর্ট করা কোণটি রটারের প্রকৃত অবস্থান থেকে বিচ্যুত হয় - একটি 'ফেজ বিচ্যুতি'  যা ক্রমবর্ধমান গতির সাথে খারাপ হয়। কম গতিতে এটি শুধুমাত্র সামান্য গতির লহর এবং বর্ধিত শব্দের কারণ হতে পারে, তবে উচ্চ গতিতে এটি নিয়ন্ত্রণে অস্থিরতা সৃষ্টি করতে পারে।

I. কিভাবে একটি রোবট ম্যাগনেটিক এনকোডার সেন্সর কোণ 'দেখতে'?

চৌম্বকীয় এনকোডারের মৌলিক গঠন সংক্ষেপে পর্যালোচনা করা যাক।

একটি সাধারণ চৌম্বকীয় এনকোডার তিনটি অংশ নিয়ে গঠিত:

1. চৌম্বক রিং : রটারের প্রান্তে বা শ্যাফ্ট এক্সটেনশনে মাউন্ট করা হয়েছে, এর পরিধির চারপাশে একাধিক মেরু জোড়া (N/S বিকল্প) বিতরণ করা হয়েছে।

2. চৌম্বক সেন্সর : সাধারণত হল, এএমআর, জিএমআর, টিএমআর ইত্যাদি, চৌম্বক ক্ষেত্রের বৈচিত্র্য বোঝার জন্য রিং পৃষ্ঠের কাছাকাছি স্থাপন করা হয়।

3. সিগন্যাল প্রসেসিং সার্কিট : দুর্বল সেন্সর সিগন্যালগুলিকে প্রশস্ত করে, শর্ত দেয় এবং ইন্টারপোলেট করে, শেষ পর্যন্ত কোণ বা চতুর্ভুজ ডালগুলি আউটপুট করে।

চৌম্বকীয় বলয়টি ঘোরার সাথে সাথে সেন্সর পর্যায়ক্রমিক চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিবর্তন সনাক্ত করে এবং আউটপুট কোয়াসি-সাইনুসয়েডাল/কোসিনুসয়েডাল সংকেত দেয়। এই দুটি সংকেতের পর্যায় সমাধান করে, রটার কোণ পাওয়া যায়।

আদর্শভাবে, চৌম্বক ক্ষেত্রের বন্টন পুরোপুরি সাইনোসাইডাল, এবং সেন্সর আউটপুট কঠোরভাবে যান্ত্রিক কোণের সাথে মিলে যায়। যাইহোক, উচ্চ-গতির ঘূর্ণনের অধীনে, এই 'আদর্শ চিঠিপত্র' একাধিক কারণের দ্বারা ব্যাহত হয় এবং পর্যায় বিচ্যুতি দেখা দেয়।

২. ফেজ বিচ্যুতি কী এবং কেন এটি উচ্চ গতিতে আরও স্পষ্ট হয়ে ওঠে?

সহজ কথায়,  ফেজ বিচ্যুতি হল 'এনকোডার দ্বারা অনুভূত কোণ' এবং 'সত্যিকারের রটার কোণের' মধ্যে পার্থক্য।.

উদাহরণস্বরূপ, যদি রটারটি আসলে 30° এ থাকে কিন্তু এনকোডারটি 32° আউটপুট দেয়, তাহলে সেই 2° হল ফেজ বিচ্যুতি। কম গতিতে, এই বিচ্যুতি শুধুমাত্র 0.1° এবং সবেমাত্র লক্ষণীয় হতে পারে; কিন্তু গতি বাড়ার সাথে সাথে বিচ্যুতি কয়েক ডিগ্রি বা এমনকি দশ ডিগ্রিরও বেশি হতে পারে, নিয়ন্ত্রণ কার্যক্ষমতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে অবনমিত করে।

কেন বিচ্যুতি উচ্চ গতিতে প্রসারিত হয়? প্রধান কারণগুলো নিম্নরূপ।

1. যান্ত্রিক ইনস্টলেশন ত্রুটিগুলি 'বড়'

চৌম্বক রিং এবং শ্যাফ্টের মধ্যে নিখুঁত সমাক্ষীয় প্রান্তিককরণ অসম্ভব। ধরুন, রিংটির 0.05 মিমি - কম গতিতে বিকেন্দ্রিকতা আছে, সেন্সর এখনও ফলাফলের ক্ষেত্রের বিকৃতি সহ্য করতে পারে; উচ্চ গতিতে, কেন্দ্রাতিগ বল এবং কম্পন বিকেন্দ্রিকতা বৃদ্ধি করে, চৌম্বকীয় তরঙ্গরূপকে বিকৃত করে এবং পর্যায়ক্রমিক পর্যায় বিচ্যুতি ঘটায়।

একইভাবে, রিং এন্ড ফেস রানআউট, অক্ষীয় খেলা এবং দুর্বল গতিশীল ভারসাম্য উচ্চ গতিতে অতিরিক্ত উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি ব্যাঘাত ঘটায়।

2. সেন্সর প্রতিক্রিয়া গতি অপর্যাপ্ত

বলয়ের গতি বাড়ার সাথে সাথে চৌম্বক ক্ষেত্রের তারতম্যের ফ্রিকোয়েন্সি সেই অনুযায়ী বেড়ে যায়। উদাহরণস্বরূপ, 10,000 rpm-এ 32-মেরু-জোড়া রিং সহ, ক্ষেত্রের ফ্রিকোয়েন্সি প্রায় 5.3 kHz হয়; 30,000 rpm-এ, এটি 16 kHz ছাড়িয়ে যায়।

কমন হল সেন্সরগুলির ব্যান্ডউইথ থাকতে পারে মাত্র দশ kHz বা এমনকি কম - উচ্চ গতিতে, আউটপুট প্রশস্ততা হ্রাস এবং ফেজ ল্যাগ, যার ফলে কোণ ত্রুটি দেখা দেয়। এমনকি যদি সেন্সর নিজেই দ্রুত হয়, পরবর্তী ফিল্টার সার্কিটগুলিতে অত্যধিক বিলম্বও ফেজ ল্যাগ হতে পারে।

3. চৌম্বক বলয়ের ক্ষেত্রের মানের অবনতি

উচ্চ গতিতে, রিংয়ের অভ্যন্তরে এডি কারেন্টের ক্ষতি স্থানীয়ভাবে গরম করার কারণ। তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে স্থায়িত্ব এবং জবরদস্তি পরিবর্তিত হয়, ক্ষেত্রের শক্তি হ্রাস করে এবং তরঙ্গরূপ বিকৃত করে।

উপরন্তু, নন-ইনিফর্ম ম্যাগনেটাইজেশন, খুঁটির মধ্যে অত্যধিক প্রশস্ত ট্রানজিশন জোন এবং মেরু-জোড়া সংখ্যার অনুপযুক্ত নির্বাচন সবই উচ্চ গতিতে চৌম্বক ক্ষেত্রের হারমোনিক বিষয়বস্তু বাড়ায়, ফেজ-গণনার ত্রুটিকে বড় করে।

4. ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক হস্তক্ষেপ এবং সংকেত অখণ্ডতা

উচ্চ গতিতে, মোটর উইন্ডিং, শ্যাফ্ট কারেন্ট এবং কাছাকাছি উচ্চ-শক্তি লাইনে উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি PWM স্রোত হস্তক্ষেপ তৈরি করে। সেন্সরের দুর্বল আউটপুট সংকেত, একবার দূষিত হলে, শূন্য-ক্রসিং সনাক্তকরণ বা ফেজ গণনার ক্ষেত্রে ঝাঁকুনি এবং ত্রুটি সৃষ্টি করে।

III. সমস্যা সমাধানের কৌশল: যান্ত্রিক, বৈদ্যুতিক, এবং অ্যালগরিদমিক পদ্ধতি

উপরের কারণগুলি মোকাবেলা করার জন্য, তিনটি স্তরে সংশোধনমূলক পদক্ষেপ নেওয়া যেতে পারে:  যান্ত্রিক ইনস্টলেশন, সেন্সর এবং সিগন্যাল চেইন এবং অ্যালগরিদম ক্ষতিপূরণ.

1. যান্ত্রিক স্তর - প্রথমে একটি শক্ত ভিত্তি স্থাপন করুন

অনেক ফেজ বিচ্যুতি সমস্যা ইলেকট্রনিক্স থেকে নয় বরং যান্ত্রিক ইনস্টলেশন থেকে উদ্ভূত হয়।

(1) কঠোরভাবে সমাক্ষতা এবং শেষ মুখের রানআউট নিয়ন্ত্রণ করুন

চৌম্বক রিং মাউন্ট করার পরে, সমঅক্ষীয়তা  0.03-0.05 মিমি এবং শেষ মুখের রানআউট  0.02 মিমি মধ্যে রাখা উচিত । পজিশনিং এর জন্য সঙ্কুচিত ফিটিং, আঠালো বন্ধন, বা ডেডিকেটেড ফিক্সচার ব্যবহার করুন এবং রিং কাত করতে পারে এমন হাতুড়ি এড়ান।

(2) গতিশীল ভারসাম্য সঞ্চালন

যদিও রিং হালকা ওজনের, উচ্চ গতিতে কেন্দ্রাতিগ শক্তি উপেক্ষাযোগ্য নয়। ইনস্টলেশনের পরে, কম্পন-প্ররোচিত সংকেত ত্রুটিগুলি কমাতে সামগ্রিক গতিশীল ভারসাম্য পরিচালনা করুন।

(3) চৌম্বক বলয়ের উপর অক্ষীয় বলগুলি এড়িয়ে চলুন

যদি রিংটি মোটর শেষ কভার বা বিয়ারিংয়ের কাছাকাছি থাকে তবে উচ্চ গতিতে তাপীয় প্রসারণ অক্ষীয় স্থানচ্যুতি ঘটাতে পারে। নকশায় উপযুক্ত অক্ষীয় ছাড়পত্র সংরক্ষণ করুন বা একটি ইলাস্টিক প্রিলোড কাঠামো গ্রহণ করুন।

2. বৈদ্যুতিক এবং সংকেত চেইন - সংকেত পরিষ্কার এবং সময়মত রাখুন

(1) সঠিক সেন্সর প্রকার নির্বাচন করুন

উচ্চ-গতির অ্যাপ্লিকেশনের জন্য,  টিএমআর বা জিএমআর সেন্সর পছন্দ করুন , কারণ তাদের ব্যান্ডউইথ সাধারণত শত শত kHz বা এমনকি MHz - সাধারণ হল সেন্সর থেকে অনেক বেশি। এছাড়াও নিশ্চিত করুন সেন্সরের চৌম্বক সংবেদনশীলতা এবং স্যাচুরেশন ফিল্ড রিং এর বৈশিষ্ট্যের সাথে মেলে।

(2) ডিফারেনশিয়াল সিগন্যাল আউটপুট ব্যবহার করুন

ডিফারেনশিয়াল আউটপুট সাধারণ-মোড হস্তক্ষেপ দমন করে এবং সংকেত অখণ্ডতা উন্নত করে। যদি সেন্সর শুধুমাত্র একক-এন্ডেড আউটপুট প্রদান করে, তাহলে সামনের প্রান্তে একটি ডিফারেনশিয়াল এমপ্লিফায়ার স্টেজ যোগ করুন।

(3) ফিল্টার বিলম্ব কমান

আরসি ফিল্টার এবং ডিজিটাল ফিল্টার ফেজ বিলম্ব প্রবর্তন করে। উচ্চ-গতির অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, ফিল্টার কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি যথেষ্ট উচ্চ সেট করুন, বা  কম-বিলম্ব, লিনিয়ার-ফেজ  ফিল্টার ব্যবহার করুন। উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি শব্দের জন্য যা সত্যিই অপসারণ করা প্রয়োজন, কাঁচা সংকেতগুলিকে অতিরিক্ত ফিল্টার করার পরিবর্তে কোণ গণনার পরে মসৃণ করার কথা বিবেচনা করুন।

(4) রিং এবং সেন্সর মধ্যে বায়ু ফাঁক অপ্টিমাইজ করুন

অত্যধিক বায়ু ফাঁক সংকেত প্রশস্ততা হ্রাস; খুব ছোট একটি ফাঁক উচ্চ গতিতে কম্পনের কারণে ঘষা ঝুঁকি. সাধারণত বায়ু ফাঁক নির্বাচন করুন এবং পরীক্ষামূলকভাবে সর্বোত্তম মান নির্ধারণ করুন। 0.3-1.0 মিমি  রিং স্পেসিফিকেশন এবং সেন্সর সংবেদনশীলতার উপর ভিত্তি করে

(5) সঠিক শিল্ডিং এবং গ্রাউন্ডিং প্রয়োগ করুন

সেন্সর ওয়্যারিং এর জন্য ঢালযুক্ত টুইস্টেড-পেয়ার ক্যাবল ব্যবহার করুন, ঢালটিকে একক পয়েন্টে গ্রাউন্ড করুন এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক কাপলিং কমাতে মোটর পাওয়ার লাইন এবং উচ্চ-কারেন্ট ট্রেস থেকে কেবলটি দূরে রাখুন।

3. অ্যালগরিদম স্তর - 'হার্ডওয়্যার' ঘাটতি পূরণ করতে 'সফ্টওয়্যার' ব্যবহার করুন

হার্ডওয়্যার উন্নতির পরে, অবশিষ্ট বিচ্যুতিগুলি আরও অ্যালগরিদম দ্বারা সংশোধন করা যেতে পারে।

(1) অফলাইন ক্রমাঙ্কন এবং লুকআপ-টেবিল ক্ষতিপূরণ

কম-গতি, স্থির অবস্থার অধীনে, চৌম্বকীয় এনকোডারের পূর্ণ-বৃত্ত ক্রমাঙ্কন সঞ্চালনের জন্য একটি উচ্চ-নির্ভুল রেফারেন্স এনকোডার (যেমন, অপটিক্যাল এনকোডার) ব্যবহার করুন, প্রতিটি অবস্থানে বিচ্যুতি রেকর্ড করুন এবং একটি ক্ষতিপূরণ টেবিল তৈরি করুন। প্রকৃত অপারেশন চলাকালীন, বর্তমান অবস্থানের উপর ভিত্তি করে সংশোধনটি দেখুন।

এই পদ্ধতিটি কার্যকরভাবে পর্যায়ক্রমিক পর্যায় বিচ্যুতি দূর করে, কিন্তু উচ্চ গতিতে প্রদর্শিত অতিরিক্ত গতিশীল বিচ্যুতির উপর সীমিত প্রভাব ফেলে।

(2) গতিশীল ফেজ ক্ষতিপূরণ

যদি বিচ্যুতি প্রধানত সংকেত শৃঙ্খলে একটি নির্দিষ্ট বিলম্ব থেকে উদ্ভূত হয়, তাহলে কোণ বিলম্বটি এর দ্বারা গণনা করুন:

যেখানে  w  হল কৌণিক বেগ এবং t _d হল মোট সিস্টেম বিলম্ব। এই ক্ষতিপূরণকে আউটপুট কোণে এগিয়ে দিন, যা একটি নির্দিষ্ট গতি সীমার মধ্যে উচ্চ-গতির নির্ভুলতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে।

(3) অভিযোজিত ফিল্টারিং এবং পর্যবেক্ষক

উচ্চ গতিতে এলোমেলো ঝাঁকুনির জন্য, কালম্যান ফিল্টার, স্লাইডিং-মোড পর্যবেক্ষক বা অনুরূপ পদ্ধতিগুলিকে মোটর মডেলের সাথে এনকোডার অ্যাঙ্গেল ফিউজ করতে ব্যবহার করুন, সত্যিকারের কোণ সংকেত সংরক্ষণ করার সময় উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি শব্দ দমন করুন।

(4) তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণ

remanence তাপমাত্রা-প্ররোচিত পরিবর্তন সংকেত প্রশস্ততা প্রভাবিত. তাপমাত্রা-প্রশস্ততা/ফেজ ক্ষতিপূরণ মডেল স্থাপন করতে এবং রিয়েল-টাইম সংশোধন প্রয়োগ করতে এনকোডারের কাছে একটি তাপমাত্রা সেন্সর রাখুন।

IV সংক্ষিপ্ত ট্রাবলশুটিং কেস স্টাডি

একটি সার্ভো মোটর 15,000 rpm-এ তার চৌম্বকীয় এনকোডার থেকে প্রায় 3.5° পর্যায়ক্রমিক ফেজ বিচ্যুতি প্রদর্শন করে, যার ফলে কারেন্ট-লুপ দোলন ঘটে। দলটি এই পদক্ষেপগুলি অনুসরণ করেছে:

1. যান্ত্রিক পরিদর্শন : রিংটির সমক্ষীয়তা 0.08 মিমি পাওয়া গেছে; পুনরায় ইনস্টলেশনের পরে এটি 0.03 মিমিতে হ্রাস করা হয়েছিল এবং বিচ্যুতি 2.1° এ নেমে গেছে।

2. সেন্সর প্রতিস্থাপন : স্ট্যান্ডার্ড হল সেন্সরটি একটি উচ্চ-ব্যান্ডউইথ TMR ডিফারেনশিয়াল সেন্সর দিয়ে প্রতিস্থাপিত হয়েছিল, এবং ফিল্টার কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি 20 kHz থেকে 100 kHz-এ উন্নীত হয়েছিল - বিচ্যুতি আরও কমিয়ে 0.9°-এ নেমে এসেছে।

3. অ্যালগরিদম ক্ষতিপূরণ : ফিক্সড-ডিলে ফিডফরওয়ার্ড ক্ষতিপূরণ যোগ করা হয়েছে, তারপরে টেস্ট বেঞ্চে পূর্ণ-বৃত্ত অফলাইন ক্রমাঙ্কন করা হয়েছে। চূড়ান্ত উচ্চ-গতির ফেজ বিচ্যুতি এর মধ্যে নিয়ন্ত্রিত হয়েছিল  0.3° , নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।

এই কেসটি ব্যাখ্যা করে যে  একটি একক পরিমাপ প্রায়শই সমস্যার শুধুমাত্র অংশ সমাধান করে - যান্ত্রিক, বৈদ্যুতিক এবং অ্যালগরিদমিক উন্নতির সমন্বয় সর্বোত্তম ফলাফল দেয়.

উপসংহার

উচ্চ গতিতে একটি রোবট চৌম্বকীয় এনকোডার সেন্সরে চৌম্বকীয় বলয়ের ফেজ বিচ্যুতি সহজাতভাবে একটি বহুমুখী সমস্যা। যান্ত্রিক ইনস্টলেশন ত্রুটি, অপর্যাপ্ত সেন্সর ব্যান্ডউইথ, সংকেত বিলম্ব, অবনমিত চৌম্বক ক্ষেত্রের গুণমান, এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক হস্তক্ষেপ সব উচ্চ গতিতে প্রসারিত হয়।

সমস্যা সমাধানের সময়, ক্রম অনুসরণ করুন:  প্রথমে যান্ত্রিক, তারপর বৈদ্যুতিক, তারপর অ্যালগরিদম :

·  প্রথমত, নিশ্চিত করুন যে সমঅক্ষীয়তা, গতিশীল ভারসাম্য এবং বায়ুর ফাঁক দৃঢ়ভাবে প্রতিষ্ঠিত হয়েছে;

·  তারপর পরিষ্কার, কম বিলম্বের সংকেত গ্যারান্টি দিতে সেন্সর নির্বাচন এবং সিগন্যাল চেইন অপ্টিমাইজ করুন;

·  অবশেষে, অবশিষ্ট ত্রুটিগুলিকে 'সূক্ষ্ম সুর' করতে ক্রমাঙ্কন এবং ক্ষতিপূরণ অ্যালগরিদম ব্যবহার করুন।

বেশিরভাগ উচ্চ-গতির অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, এই ধরনের পদ্ধতিগত প্রতিকারের পরে, চৌম্বকীয় এনকোডারের ফেজ বিচ্যুতি একটি গ্রহণযোগ্য সীমার মধ্যে রাখা যেতে পারে, যা উচ্চ গতিতেও সার্ভো সিস্টেমকে স্থিতিশীল এবং নির্ভুল থাকতে দেয়।