Mkengeuko wa Awamu wa Pete ya Sumaku Inayozunguka Kasi ya Juu Hutoka wapi? - Mwongozo wa utatuzi wa Kihisi cha Kusimba Magnetic cha Robot

Katika programu za udhibiti wa mwendo wa utendaji wa juu kama vile injini za servo, viungo vya roboti, na spindle za umeme, sumaku. visimbaji vinapata umaarufu kutokana na ukubwa wao mdogo, upinzani wa mafuta, uvumilivu wa vibration, na gharama ya chini. Hata hivyo, wahandisi wengi hukumbana na tatizo la miiba wakati wa majaribio ya mzunguko wa kasi ya juu:  pembe iliyoripotiwa na kisimbaji inapotoka kwenye nafasi halisi ya rota -a 'mkengeuko wa awamu'  unaozidi kuongezeka kwa kasi. Kwa kasi ya chini inaweza kusababisha ripple kidogo tu ya kasi na kelele kuongezeka, lakini kwa kasi ya juu inaweza kusababisha kukosekana kwa utulivu.

I. Je, Sensorer ya Kusimba Sumaku ya Roboti 'Kuona' Huwezaje 'Kuona' Pembe?

Hebu tuangalie kwa ufupi muundo wa msingi wa encoder magnetic.

Kisimbaji cha kawaida cha sumaku kina sehemu tatu:

1. Pete ya sumaku : imewekwa kwenye mwisho wa rotor au ugani wa shimoni, na jozi nyingi za pole (N/S zinazobadilishana) zinazosambazwa karibu na mduara wake.

2. Kihisi cha sumaku : kwa kawaida Hall, AMR, GMR, TMR, n.k., huwekwa karibu na uso wa pete ili kuhisi tofauti za uga wa sumaku.

3. Mzunguko wa uchakataji wa mawimbi : hukuza, kuwekea masharti, na kuingiliana na ishara dhaifu za kihisi, hatimaye kutoa pembe au mipigo ya quadrature.

Kadiri pete ya sumaku inavyozunguka, kitambuzi hutambua mabadiliko ya mara kwa mara ya uga wa sumaku na kutoa mawimbi ya quasi-sinusoidal/cosinusoidal. Kwa kutatua awamu ya ishara hizi mbili, angle ya rotor inapatikana.

Kwa kweli, usambazaji wa shamba la sumaku ni sinusoidal kabisa, na pato la sensor linalingana kabisa na pembe ya mitambo. Hata hivyo, chini ya mzunguko wa kasi ya juu, 'mawasiliano bora' haya yanatatizwa na mambo mengi, na mkengeuko wa awamu hutokea.

II. Kupotoka kwa Awamu ni nini na kwa nini Hutamkwa Zaidi kwa Kasi ya Juu?

Kwa ufupi,  kupotoka kwa awamu ni tofauti kati ya 'pembe inayotambuliwa na kisimbaji' na 'pembe ya kweli ya rota'.

Kwa mfano, ikiwa rota iko kwenye 30° lakini kisimbaji kikitoa 32°, hiyo 2° ni kupotoka kwa awamu. Kwa kasi ya chini, mkengeuko huu unaweza kuwa 0.1 ° tu na hauonekani kwa urahisi; lakini kadiri kasi inavyoongezeka, kupotoka kunaweza kuongezeka hadi digrii kadhaa au hata zaidi ya digrii kumi, kudhoofisha utendaji wa udhibiti.

Kwa nini kupotoka kunakua kwa kasi ya juu? Sababu kuu ni kama ifuatavyo.

1. Hitilafu za usakinishaji wa mitambo 'hukuzwa'

Upatanisho kamili wa coaxial kati ya pete ya magnetic na shimoni haiwezekani. Tuseme pete ina eccentricity ya 0.05 mm -kwa kasi ya chini, sensor bado inaweza kuvumilia uharibifu wa shamba unaosababishwa; kwa kasi ya juu, nguvu ya katikati na mtetemo huongeza usawa, kupotosha mawimbi ya sumaku na kusababisha kupotoka kwa awamu mara kwa mara.

Vile vile, kumalizika kwa uso wa mwisho wa pete, uchezaji wa axial, na usawa duni wa mabadiliko huleta usumbufu wa ziada wa masafa ya juu kwa kasi ya juu.

2. Kasi ya majibu ya kihisi haitoshi

Kadiri kasi ya pete inavyoongezeka, mzunguko wa utofauti wa uwanja wa sumaku huongezeka ipasavyo. Kwa mfano, na pete ya 32-pole-jozi saa 10,000 rpm, mzunguko wa shamba ni kuhusu 5.3 kHz; kwa 30,000 rpm, inazidi 16 kHz.

Sensorer za Hall za kawaida zinaweza kuwa na bandwidths za makumi ya kHz tu au hata chini - kwa kasi ya juu, amplitude ya pato hupunguza na lags ya awamu, na kusababisha makosa ya angle. Hata kama sensor yenyewe ni ya haraka, kuchelewesha kupita kiasi katika mizunguko ya vichungi vifuatavyo kunaweza kusababisha kuchelewa kwa awamu.

3. Uharibifu wa ubora wa shamba la pete ya magnetic

Kwa kasi ya juu, upotevu wa mkondo wa eddy ndani ya pete husababisha joto la ndani. Kadiri halijoto inavyoongezeka, ustahimilivu na ulazimishaji hubadilika, kupunguza nguvu ya uwanja na kupotosha muundo wa mawimbi.

Kwa kuongezea, usumaku usio sare, maeneo ya mpito kwa upana kupita kiasi kati ya nguzo, na uteuzi usiofaa wa nambari za jozi-nguzo zote huongeza maudhui ya usawa katika uga wa sumaku kwa kasi ya juu, na hivyo kuongeza makosa ya kukokotoa awamu.

4. Uingilivu wa sumakuumeme na uadilifu wa ishara

Kwa kasi ya juu, mikondo ya PWM ya masafa ya juu katika vilima vya injini, mikondo ya shimoni, na mistari ya nguvu ya juu iliyo karibu huleta mwingiliano. Mawimbi hafifu ya kitambuzi, yakichafuliwa, husababisha mshtuko na hitilafu katika ugunduzi wa kuvuka sifuri au ukokotoaji wa awamu.

III. Mkakati wa Utatuzi: Mbinu za Mitambo, Umeme na Algorithmic

Ili kushughulikia sababu zilizo hapo juu, hatua za kurekebisha zinaweza kuchukuliwa katika viwango vitatu:  usakinishaji wa mitambo, kihisia na mnyororo wa mawimbi, na fidia ya algorithm..

1. Kiwango cha mitambo -weka msingi imara kwanza

Matatizo mengi ya kupotoka kwa awamu hayatokani na vifaa vya elektroniki lakini kutoka kwa usakinishaji wa mitambo.

(1) Dhibiti kwa uthabiti ushirikiano na kukimbia kwa uso wa mwisho

Baada ya kupachika pete ya sumaku, mshikamano unapaswa kuwekwa ndani ya  0.03-0.05 mm , na kukimbia kwa uso wa mwisho ndani ya  0.02 mm . Tumia uwekaji wa kupunguka, uunganishaji wa wambiso, au viunga maalum kwa ajili ya kuweka, na epuka kupiga nyundo ambayo inaweza kuinamisha pete.

(2) Fanya kusawazisha kwa nguvu

Ingawa pete ni nyepesi, nguvu ya centrifugal kwa kasi ya juu haiwezi kupuuzwa. Baada ya usakinishaji, fanya kusawazisha kwa jumla kwa nguvu ili kupunguza hitilafu za mawimbi zinazotokana na mtetemo.

(3) Epuka nguvu za axial kwenye pete ya sumaku

Ikiwa pete iko karibu na kifuniko cha mwisho cha motor au fani, upanuzi wa joto kwa kasi ya juu unaweza kusababisha kuhama kwa axial. Hifadhi kibali cha axial kinachofaa katika muundo, au upitishe muundo wa upakiaji wa awali wa elastic.

2. Mnyororo wa umeme na ishara -weka ishara safi na kwa wakati

(1) Chagua aina sahihi ya kihisi

Kwa programu za kasi ya juu, pendelea  vitambuzi vya TMR au GMR , kwani kipimo data chao kwa kawaida hufikia mamia ya kHz au hata MHz -juu zaidi kuliko vitambuzi vya kawaida vya Ukumbi. Pia hakikisha unyeti wa sumaku wa kitambuzi na uga wa kueneza unalingana na sifa za pete.

(2) Tumia pato la mawimbi tofauti

Toleo tofauti hukandamiza uingiliaji wa hali ya kawaida na kuboresha uadilifu wa mawimbi. Ikiwa sensor hutoa pato la mwisho mmoja tu, ongeza hatua ya amplifier ya kutofautisha kwenye mwisho wa mbele.

(3) Punguza ucheleweshaji wa chujio

Vichungi vya RC na vichungi vya dijiti vinaanzisha ucheleweshaji wa awamu. Katika programu za kasi ya juu, weka kasi ya kukatika kwa kichujio juu ya kutosha, au tumia vichujio vya  kuchelewa kwa chini, awamu ya mstari  . Kwa kelele ya masafa ya juu ambayo kwa kweli inahitaji kuondolewa, zingatia kulainisha baada ya kukokotoa pembe badala ya kuchuja kupita kiasi mawimbi ghafi.

(4) Boresha pengo la hewa kati ya pete na kihisi

Pengo la hewa nyingi hupunguza amplitude ya ishara; pengo dogo sana huhatarisha kusugua kutokana na mtetemo kwa kasi kubwa. Kwa kawaida chagua pengo la hewa la  mm 0.3–1.0  kulingana na vipimo vya pete na unyeti wa kihisi, na ubaini thamani ifaayo kwa majaribio.

(5) Tekeleza ulinzi sahihi na uwekaji ardhi

Tumia nyaya za jozi zilizosokotwa zenye ngao kwa ajili ya kuunganisha kihisi, chini ngao katika sehemu moja, na uweke kebo mbali na nyaya za umeme na ufuatiliaji wa kasi ya juu ili kupunguza muunganisho wa sumakuumeme.

3. Kiwango cha algorithm -tumia 'programu' kufidia upungufu wa 'vifaa'

Baada ya uboreshaji wa maunzi, mikengeuko iliyobaki inaweza kusahihishwa zaidi na algorithms.

(1) Urekebishaji wa nje ya mtandao na fidia ya jedwali la kuangalia

Chini ya hali ya kasi ya chini, tulivu, tumia kisimbaji cha marejeleo cha usahihi wa hali ya juu (kwa mfano, kisimbaji cha macho) ili kufanya urekebishaji wa mduara kamili wa kisimbaji cha sumaku, kurekodi mkengeuko katika kila nafasi, na kuunda jedwali la fidia. Wakati wa operesheni halisi, angalia marekebisho kulingana na msimamo wa sasa.

Njia hii kwa ufanisi huondoa kupotoka kwa awamu ya mara kwa mara, lakini ina athari ndogo kwa upungufu wa ziada wa nguvu unaoonekana kwa kasi ya juu.

(2) Fidia ya awamu inayobadilika

Ikiwa mikengeuko itatokea hasa kutokana na kucheleweshwa kwa kudumu katika msururu wa mawimbi, hesabu kuchelewa kwa pembe kwa:

ambapo  w  ni kasi ya angular na t _d ni ucheleweshaji wa jumla wa mfumo. Lisha fidia hii mbele kwa pembe ya matokeo, ambayo inaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa usahihi wa kasi ya juu ndani ya masafa fulani ya kasi.

(3) Uchujaji unaobadilika na waangalizi

Kwa jita nasibu kwa kasi ya juu, tumia vichujio vya Kalman, vichunguzi vya hali ya kuteleza, au mbinu sawa na hizo ili kuunganisha pembe ya kisimbaji na muundo wa gari, kukandamiza kelele ya masafa ya juu huku ukihifadhi mawimbi ya pembe halisi.

(4) Fidia ya joto

Mabadiliko yanayotokana na hali ya joto katika urekebishaji huathiri amplitude ya ishara. Weka kitambuzi cha halijoto karibu na kisimbaji ili kubaini muundo wa fidia ya amplitude/awamu na utumie masahihisho ya wakati halisi.

IV. Kifani Kifupi cha Kutatua Matatizo

Mota ya servo ilionyesha mkengeuko wa awamu wa takriban 3.5° kutoka kwa kisimbaji chake cha sumaku saa 15,000 rpm, na kusababisha msongamano wa kitanzi cha sasa. Timu ilifuata hatua hizi:

1. Ukaguzi wa mitambo : Ushikamano wa pete ulipatikana kuwa 0.08 mm; baada ya kuwekwa upya ilipungua hadi 0.03 mm, na kupotoka imeshuka hadi 2.1 °.

2. Ubadilishaji wa kitambuzi : Kihisi cha kawaida cha Ukumbi kilibadilishwa na kitambuzi cha tofauti cha TMR chenye kipimo data cha juu zaidi, na masafa ya kukatika kwa kichujio kilipandishwa kutoka kHz 20 hadi 100 kHz -mkengeuko ulipungua zaidi hadi 0.9°.

3. Fidia ya kanuni : Fidia ya uwasilishaji wa ucheleweshaji-kuchelewa iliongezwa, ikifuatiwa na urekebishaji wa mduara kamili wa nje ya mtandao kwenye benchi ya majaribio. Mkengeuko wa mwisho wa awamu ya kasi ya juu ulidhibitiwa hadi ndani ya  0.3° , kukidhi mahitaji ya udhibiti.

Kesi hii inaonyesha kwamba  kipimo kimoja mara nyingi hutatua sehemu tu ya tatizo -mchanganyiko wa uboreshaji wa mitambo, umeme, na algorithmic hutoa matokeo bora zaidi..

Hitimisho

Mkengeuko wa awamu ya pete ya sumaku katika kihisishi cha kusimba sumaku cha roboti kwa kasi ya juu ni tatizo asilia lenye vipengele vingi. Hitilafu za usakinishaji wa mitambo, kipimo data cha kihisi kisichotosha, ucheleweshaji wa mawimbi, ubora duni wa uga wa sumaku, na uingiliaji wa sumakuumeme zote hukuzwa kwa kasi ya juu.

Wakati wa kutatua shida, fuata mlolongo:  mechanics kwanza, kisha umeme, kisha algorithms :

·  Kwanza, hakikisha mshikamano, kusawazisha kwa nguvu, na pengo la hewa ni imara;

·  Kisha uboreshe uteuzi wa vitambuzi na mnyororo wa mawimbi ili kuhakikisha mawimbi safi, yenye kucheleweshwa kidogo;

·  Hatimaye, tumia kanuni za urekebishaji na fidia ili 'rekebisha vizuri' makosa ya masalio.

Kwa programu nyingi za kasi ya juu, baada ya urekebishaji huo wa kimfumo, kupotoka kwa awamu ya kisimbaji cha sumaku kunaweza kuwekwa ndani ya anuwai inayokubalika, na kuruhusu mfumo wa servo kubaki thabiti na sahihi hata kwa kasi ya juu.