info@zanustechnology.com
+381 11 454 10 51

Izbor enkodera za preciznu kontrolu brzine

Izbor enkodera za preciznu kontrolu brzine

Jednostavna analiza pokazuje da su za vrlo preciznu kontrolu brzine potrebne najviše rezolucije enkodera. Rezolucija enkodera se povećava s kvadratom zahtevane tačnosti brzine. Pored toga, potrebna je kvalitetna i dobro parametrizovana kontrolna petlja za upravljanje brzinom. Visoka inercija povoljno utiče na stabilnost brzine.

Treba imati na umu: Nije samo rezolucija enkodera ta koja utiče na tačnu i dinamičnu kontrolu brzine. To je reakcija sistema u celini. Vreme odziva može biti limitirano ograničenjima struje i napona napajanja, brzinom uzorkovanja kontrolne petlje, inercijom, promenom trenja i mrtvim hodom (zazorom).

Kako funkcioniše procena brzine pomoću inkrementalnih enkodera?

Brzina se u regulatoru procenjuje brojenjem promena stanja u datom vremenskom intervalu. EPOS2, na primer, ima brzinu uzorkovanja regulatora brzine od 1 kHz. Zbog toga se interna brzina meri u celobrojnim kvadkauntima po milisekundi (qc/ms) koji odgovaraju rezoluciji brzine od 30 obrtaja/min na enkoderu od 500 cpt (2000 qc po obrtaju). Što je niža rezolucija enkodera, to je veća ova kvantizacija brzine.

Mora se naglasiti da je ovo metrološki problem zbog prelaska u digitalno okruženje. Ono što merite nije ono kako se sistem ponaša. Stvarna brzina motora poprimiće zadatu vrednost i održavaće je zbog mehaničke inercije (efekat zamajca). To su samo izmerene vrednosti koje fluktuiraju oko prosečne brzine.

Signali brzine zabeleženi na motoru sa maxonMR enkoderom (snimak ekrana sa EPOS2Studio Data Recorder-a). Crna linija predstavlja očitavanje brzine senzora. Skače u koracima od 30 o/min što odgovara rezoluciji 1 qc/ms. Pored toga, signal pokazuje period od 30 ms koji potiče od vremena za 1 obrtaj motora. Zelena uprosečena brzina jasnije pokazuje ovu periodičnost. Ovaj signal prosečne brzine je bliži stvarnoj brzini motora. Međutim, u ovom slučaju to pre pokazuje nedostatke enkodera. Inače, tačnost brzine uprosečenog signala je odstupanje oko 3 o/min pri brzini od 2000 o/min – i to je prilično dobro!

Kontrola brzine pri velikim brzinama

Elektronske komponente enkodera ograničavaju maksimalnu frekvenciju impulsa kojom se može rukovati i, prema tome, ograničavaju maksimalnu brzinu enkodera. U nekim slučajevima ovo ograničenje proizlazi iz mehaničkih razloga kao što su neuravnoteženost i tolerancije pri montiranju.

Takođe treba uzeti u obzir ograničenja frekvencije na ulazu enkodera na strani kontrolora. Ako su potrebne vrlo velike brzine, mora se odabrati odgovarajuće niska rezolucija enkodera.

Relativna varijacija brzine od nekoliko procenata pri velikim brzinama od nekoliko hiljada obrtaja/min odgovara apsolutnoj tačnosti od 10 oobrtaja/min i prilično ju je lako postići.

Enkoder za kontrolu velike brzine (> 500 obrtaja/min)

Izaberite enkoder sa umerenim ili malim brojem stanja i dovoljno visokom maksimalnom brzinom. U mnogim slučajevima maxon EASY enkoder je savršeno rešenje. Obično nije potreban optički enkoder visoke preciznosti. Praktično pravilo: (brzina u obrtaja/min) × (rezolucija enkodera u cpt) > 100 000 obrtaja/min cpt je sasvim dovoljna za većinu primena.

Kontrola brzine pri malim brzinama

Iako vrsta procene brzine brojanjem stanja rezultira dobrom kontrolom brzine pri velikim brzinama, to postaje teško pri vrlo maloj brzini. Zamislite brzinu od 60 obrtaja/min, to je 1 obrt u sekundi koji treba održavati sa tačnošću od 5 % ili 3 obrtaja/min. Sa istim enkoderom od 500 cpt i vremenom ciklusa kontrole od 1 ms kao gore, nikada nećete moći da postignete stabilnu i ujednačenu kontrolu brzine.

Da biste smanjili apsolutnu varijaciju brzine, potrebna vam je veća rezolucija enkodera i brži kontroler. Zamislite samo enkoder sa 5000 cpt u gore opisanoj situaciji; dobijate 10 puta više povratnih informacija. Međutim, pri malim brzinama i upravljačka petlja treba da bude u stanju da brže reaguje kako bi apsolutno odstupanje brzine bilo malo. Oba zahteva povećavaju zahteve enkodera. Rezolucija enkodera se povećava s kvadratom apsolutne stabilnosti brzine: Pola dozvoljene varijacije brzine zahteva 4 puta veću rezoluciju enkodera.

Na vrlo malim brzinama, neki kontroleri omogućavaju alternativni način procene brzine. Mere vreme koje protekne između dva stanja. Vrednosti povratnih informacija o brzini biće homogenije, omogućavajući rigidniju i dinamičniju kontrolu.

EPOS4 kontroler omogućava upotrebu druge metode pri malim brzinama, koja se naziva observer brzine. Obzerver brzine je element u kontrolnoj petlji. Izračunava brzinu u dva koraka. Prvo se predviđaju brzina, položaj i spoljni obrtni momenat na osnovu parametara koji definišu mehaničku prenosnu funkciju sistema. Zatim se predviđena vrednosti koriguju na osnovu novo izmerenog položaja rotora.

Ipak, prednost imaju enkoder visoke rezolucije i brzi kontroleri.

Enkoder za kontrolu male brzine (< 100 o/min)

Izaberite enkoder sa velikim ili vrlo velikim brojem stanja u kombinaciji sa brzim kontrolerom.

Ukoliko imate bilo kakav zahtev na polju drajvera, senzora, aktuatora ili elektromotora, pišite nam na info@zanustechnology.com .

Tags: