Kontrol gerak adalah salah satu inti di bidang kontrol industri, yang memainkan peran besar dalam pencetakan, pengemasan, perakitan, dan skenario industri lainnya. Kontrol gerak berasal dari kontrol motor, tugas kontrol motor adalah mengontrol torsi motor tunggal, kecepatan, posisi, dan parameter lainnya, sehingga motor menyelesaikan tindakan yang ditentukan. Kontrol gerak didasarkan pada kontrol motor untuk mencapai kontrol beberapa motor, sistem kontrol gerak secara otomatis mengoordinasikan beberapa motor untuk menyelesaikan gerakan yang ditentukan. Penerapan sistem kontrol gerak yang kompleks dan presisi tidak hanya sangat mengurangi biaya produksi, tetapi juga mengurangi terjadinya kesalahan operasi dalam pemrosesan dan meningkatkan kualitas produk. Saat ini, dengan pesatnya perkembangan teknologi otomasi produksi industri, berbagai sistem kontrol gerak banyak digunakan di industri logistik dan jalur perakitan besar.
Lengan robot yang sering muncul dalam penglihatan kami adalah mata rantai paling penting dari sistem kendali gerak untuk membantu produksi industri. Saat ini, lengan robot tercanggih di dunia memiliki 7 sambungan tanpa roda gigi, masing-masing motor menggerakkan gerakan sambungan. Saat manipulator beroperasi normal, sistem kontrol gerak mengoordinasikan tujuh motor pada saat yang sama, sehingga manipulator dapat dengan mudah menangkap objek pada posisi mana pun di ruang. Tidak hanya itu, ia dapat melakukan fungsi kompleks lainnya, bahkan dapat membantu orang membersihkan atau memainkan alat musik.
Beberapa tahun yang lalu, robot penyapu meledak di Internet sebagai lambang kontrol gerak. Sistem kendali gerak akan menggerakkan motor untuk melakukan berbagai aksi, sehingga robot dapat menyelesaikan tugas secara efisien. Di pabrik, lengan robot banyak digunakan di jalur perakitan, di jalur perakitan manufaktur mobil, lengan robot dapat dengan mudah mengangkat puluhan kilogram atau bahkan ratusan kilogram suku cadang untuk menyelesaikan pengelasan dan perakitan. Kita dapat melihat bahwa sistem kendali gerak tidak hanya digunakan dalam industri, tetapi juga dalam kehidupan kita.
Untuk memahami sistem kendali gerak, perlu difokuskan pada pelaksana perintah gerak - motor. Sebagian besar motor yang digunakan dalam sistem kendali gerak adalah motor stepper dan motor servo. Xiaobian berikut akan secara singkat memperkenalkan kedua jenis motor tersebut.
Motor 1 Langkah
Stepping motor dapat mengubah sinyal pulsa input menjadi perpindahan sudut, dalam operasi normal motor stepping, kecepatan motor, posisi, kecepatan plus atau minus hanya bergantung pada frekuensi dan jumlah sinyal pulsa, dan tidak terpengaruh oleh perubahan beban . Ketika driver motor stepper menerima sinyal pulsa, ia menggerakkan motor stepper untuk berputar pada sudut tetap dalam arah yang ditentukan. Ini disebut "sudut langkah", dan putarannya dilakukan selangkah demi selangkah, selangkah demi selangkah, dan dari situlah motor anak tiri mendapatkan namanya.
2 Motor servo
Motor servo mengubah sinyal listrik yang diterima menjadi output perpindahan sudut pada poros motor. Driver motor servo mengontrol listrik tiga fase untuk membentuk medan elektromagnetik, dan rotor berputar di bawah aksi medan magnet. Encoder motor servo mengumpan balik sinyal ke pengemudi, dan pengemudi menyesuaikan sudut rotasi rotor sesuai dengan perbandingan antara nilai umpan balik dan nilai target.
Perbandingan dua jenis motor
1. Metode pengendalian yang berbeda
Motor stepper mengadopsi kontrol loop terbuka, motor servo mengadopsi kontrol loop tertutup, perbedaan antara dua metode kontrol adalah kontrol loop tertutup akan membandingkan nilai target dan nilai aktual, menyesuaikan posisi motor, dibandingkan dengan akurasi kontrol motor servo lebih baik dari motor stepper.
2. Akurasi kontrol yang berbeda
Semakin banyak fase yang dimiliki motor stepper, semakin tinggi akurasinya. Motor fase {{0}}berbiaya rendah, tetapi getarannya besar pada kecepatan rendah, dan torsi turun dengan cepat pada kecepatan tinggi. Motor fase 5-memiliki getaran kecil dan kinerja kecepatan tinggi yang baik, yaitu 30~50 persen lebih tinggi dari kecepatan motor fase 2-, dan bahkan dapat menggantikan motor servo dalam beberapa kesempatan. Motor servo memiliki enkoder sendiri, semakin besar skala enkoder, semakin tinggi akurasinya. Secara umum, akurasi motor servo setara dengan sudut langkah motor stepper 0,036 derajat, tentu saja, tidak ada sudut langkah kecil dari motor stepper, sudut langkah motor stepper umum adalah 1,8, di atas hanyalah sebuah metafora, dengan demikian, dalam penerapan kontrol gerak presisi tinggi, kinerja motor servo jauh melampaui motor stepper.
3. Karakteristik frekuensi rendah yang berbeda
Tidak seperti motor servo, motor stepper menggunakan teknologi redaman atau teknologi subdivisi untuk mengatasi fenomena getaran kecepatan rendah pada kecepatan rendah. Motor stepper pada kecepatan rendah masih rentan terhadap fenomena getaran, dan motor servo tidak peduli pada kecepatan tinggi atau kecepatan rendah tidak akan muncul fenomena getaran.
4. Performa olahraga yang berbeda
Motor stepper untuk kontrol loop terbuka, frekuensi start terlalu tinggi atau beban terlalu besar mudah menyebabkan fenomena kehilangan langkah, kecepatan berhenti terlalu tinggi fenomena mudah overshoot, motor servo untuk kontrol loop tertutup, drive servo dapat langsung mencicipi umpan balik sinyal dari loop kecepatan internal dan loop posisi yang dibentuk oleh encoder motor, umumnya tidak akan muncul fenomena step loss atau overshoot.
5. Kecepatan berbeda-beda
Dibutuhkan ratusan milidetik untuk motor stepper untuk berakselerasi dari statis ke kecepatan kerja, sedangkan motor servo umumnya hanya membutuhkan beberapa milidetik, yang dapat digunakan untuk acara kontrol yang membutuhkan start dan stop cepat.
Dari perbandingan di atas, motor servo lebih baik dari motor stepper dalam banyak aspek kinerja, bukankah kita dalam pemilihan model motor ketika semua motor servo di telepon? Tidak demikian, harga motor servo akan jauh lebih tinggi daripada motor stepper, motor stepper akan mengalahkan motor servo dalam hal kinerja biaya, setelah menguasai karakteristik kedua motor tersebut, sesuai dengan kebutuhan yang berbeda, sangat penting untuk memilih jenis motor yang tepat.
Sistem kontrol gerak tidak hanya terdiri dari motor dan penggerak, tetapi yang lebih penting dari keduanya adalah kontrol, skema kontrol, atau algoritme yang mengoordinasikan pergerakan beberapa motor. Misalnya, ada sistem gerak di mana meja putar yang digerakkan oleh dua motor diisi dengan film, sehingga film dapat dilepas dari satu meja putar ke meja putar lainnya dengan kecepatan yang ditentukan tanpa putus. Dalam proses belitan film, diameter belitan dari dua meja putar akan terus berubah. Untuk memastikan bahwa film tidak pecah dan memenuhi kecepatan belitan film yang ditentukan, perlu untuk secara konstan menyesuaikan kecepatan kedua motor. Dalam hal ini diperlukan algoritma PID untuk melakukan kontrol loop tertutup, sehingga nilai umpan balik dari objek yang dikontrol: tegangan mempengaruhi kecepatan motor. Dengan cara ini, mengandalkan kinerja respon cepat motor servo, kecepatan berkurang saat tegangan terlalu besar, dan kecepatan dipercepat saat tegangan terlalu kecil. Di bawah penyesuaian konstan, ketegangan dan kecepatan belitan film memenuhi persyaratan.
Selain algoritma PID, algoritma komplemen perbedaan gerak juga digunakan pada sistem kontrol manipulator dengan 6 derajat kebebasan atau bahkan 7 derajat kebebasan untuk memastikan manipulator berjalan pada posisi yang ditentukan. Kualitas skema sistem kontrol gerak menentukan apakah sistem tersebut aman dan andal, dan apakah efisiensinya tinggi. Memiliki kemampuan desain program yang sangat baik akan membuat kita lebih kompetitif.