موتور پله ای Stepper motor و سرو موتور Servo Motors

موتور پله اي stepper motor یا "استپ موتور" که از کلمه "استپ" یا پله می آید يک موتور الکتريکي است که حرکت آن کاملا دقيق و از پيش تعريف شده است . این موتور ورودي الکتريکي ديجيتال را به يک حرکت مکانيکي تبديل مي کند و با ارسال بيتهاي 0 و1 به سيم پيچهاي آن مي توان آنرا حرکت داد و از همین روش برای کنترل آن نیز استفاده می گردد.

واژه پله به معني چرخش به اندازه درجه تعريف شده موتور است. مثلا استپ موتوري با درجه 1.8 بايد 200 پالس دریافت کند تا 360 درجه يا يک دور کامل بچرخد (1.8×200 = 360) و يک استپ با درجه 15 فقط بايد 24 پالس دریافت کند تا يک دور کامل انجام بچرخد (15×24=360). اين ويژگي فوائد بسيار زيادي دارد از جمله امکان کنترل سرعت دقت بالا و هزینه پایین.

طرز کار استپ موتور

طرز کار این دستگاه بسیار ساده است و در مقایسه با موتورهای سرو ارزانتر و کاربرد بالایی هم دارد.

این موتور به صورت 1 بیتی یا دو بیتی حرکت می کند در حالت یک بیتی در هر لحظه تنها یک سیم پیچ پالس 1 را دریافت می کند ودر حالت دو بیتی دو سیم پیچ در هر لحظه پالس 1 را دریافت می کنند اگر این دریافت پالس به صورت منظم و پشت سر هم انجام شود موتور نیز به صورت صحیح به سمت جهت حرکت عقربه های ساعت یا خلاف جهت آن حرکت خواهد کرد.

موتور پله اي ترکيبي از يک موتور الکتريکي DC و يک سلونوييد است. موتورهاي پله اي ساده توسط بخشي از يک سيستم دنده اي در حالت هاي موقعيتي معين قرار مي گيرند، اما موتورهاي پله اي نسبتا کنترل شده مي توانند بسيار آرام بچرخند. موتورهاي پله اي کنترل شده با کامپيوتر يکي از فرمهاي سيستم هاي تنظيم موقعيت هستند، بويژه وقتي که بخشي از يک سيستم ديجيتال داراي کنترل فرمان بار باشند. اين موتورها به صورت درجه اي دوران مي کنند و با درجه هاي مختلف در بازار موجودند.

مزایای استپ موتور

-.زاویه چرخش موتور متناسب با پالس ورودی است

- موتور حتی در حالت بدون حرکت گشتاور کامل خود را دارد ( به شرط عبور جریان از سیم پیج)

- موقعیت دقیق و تکرار پذیری حرکت با دقت حدود 3 تا 5 درصد یک استپ

- .پاسخ عالی به شروع حرکت ، توقف و حرکت در جهت عکس

- قابلیت اطمینان و عمر بالا بخاطر نداشتن بالشتک زغالی

- عدم نیاز به مدار بسته و ارزان بودن کنترل

- امکان پذیر بودن رسیدن به سرعت بسیار پائین با باری که مستقیم به شافت کوپل شده است

- با توجه به تناسب پالس ورودی و فرکانس رنج قابل توجهی از سرعت موتور قابل دسترسی است

معایب استپ موتور

- امکان بوجود آمدن رزونانس در صورت عدم کنترل صحیح

- در سرعتهای بسیار بالا عملکرد خوبی ندارد

موتور سرو Servo motor

سرو موتور چيست و چه كاربردي دارد؟

در کاربردهاي مـدرن، واژه سرو يا مکانيــسم سرو به يک سيستم کنـترلي فيدبک که متغير کنترل شونده "موقعيت يا مشتق موقعيت مکانيکي به عنوان سرعت و شتاب است" محدود مي شود. يک سيستم کنترلي فيدبک، سيـستم کنـترلي است که به نگهـداشتن يک رابطه مفروض بين يک کميت کنـترل شده و يک کميـت مرجع، با مقايسه توابع آنها و اسـتفاده از اختلاف به عنوان وسيله کنترل منجر مي شود. سيستم کنـترلي فيدبک الکتريکي، عموما براي کار به انرژي الکتـريکي تکيه مي کند. مشخصـات مهمي که معمولا براي چنين کنترلي مورد نياز است، عبارتند از :

- پاسخ سريع

- دقت بالا

- کنترل بدون مراقبت

- کارکرد از راه دور

نياز هاي چنين کنترلي عبارتست از :

- وسيله آشکار سازي خطا

- تقويت کننده

- وسيله تصحيح خطا

هر عنـصر هدف ويژه اي در هماهنگ کردن کميت مرجع با کميت کنترل شده ايفا مي کند:

وسيله آشکـــارسازي خـطا، هنــگامي که کميـت تنظيم شده متفاوت از کميت مرجع است، خطا را آشکار مي کند . سپـس يک سيگنـال خطا به تقويت کنـنده اي که قــدرت وسيله تصـحيح خطا را فراهم مي کند مي فرسـتد. با اين تـوان وسيـله تصـحيح خطا ، کمـيت کـنترل شـده را آنـچنـــان تغيير مي دهد که با ورودي مرجع هماهنگ گردد .

به موتورهـايي که به سرعـت به سيگنال خطا پاسخ مي دهنـد و سريعا به بار شتاب مي دهنـد سرو موتور گفته مي شود . نسبت گشتاور به اينرسي (T/J) يک جنبه بسيار مهم يک سرو مـوتور است، زيرا موتور با اين فاکتور شتاب مي گيرد.

سرو موتور به دو دسته کلي سرو موتورهاي AC و سرو موتورهاي DC تقسيم مي گردد

سروموتورهاي AC :

سروموتورهاي AC همانطـور که قبلا ذکر شد انتخاب مناسبي براي کاربـــردهاي با توان پايين هستند و به همين دليل است که موتورهاي AC هميشه به موتورهاي DC ترجيح داده ميشوند. مزاياي سروموتورهاي AC به سروموتورهايDC شامل موارد زير است :

- روتورهاي قفس سنجابي ساده هستند و در مقايسه با سيم پيچي آرميچر ماشينهاي DC از نظر ساختاري، محکمتر هستند.

- سروموتورهاي AC داراي جاروبک براي کموتاسيـون نيستنـد و نياز به تعمير ونگهداري دائم ندارند

- برخلاف موتورهای DC، هيچ عايقي در اطراف هادي آرميچر وجود ندارد،در نتیجه آرميـچر مي تواند بسيار بهتر گرما را پخش کند.

سرو موتورهاي AC، عموما به سرو موتورهاي DC ترجيح داده مي شوند، بجز براي استفاده در سيستمهاي با قدرت خيلي بالا. سرو موتورهايAC به دليل اينکه نسبت به سرو موتورهاي DC داراي بازده بيـشتري هستنـد ترجيـح داده مي شونــد .

سرو موتورهاي DC، در بين سرو موتورهاي DC موتورهاي سـري، موتورهاي سري چــاکدار، موتور کنترل موازي ، و موتور موازي مغناطيس دائم ( تحريک ثابت ) قرار دارند. اين واحدها توان خروجي بالايي نسبت به اندازه آنها دارند و در مورد موتــور موازي با تحريک کنترل شده ، توان کنترلي کمي مورد نياز است .

مقايسه بين سرو موتور و موتور پله اي ( Servo motor و Stepper motor )

سروموتور یک سیستم کنترل بسته (close loop) است در حالی که موتور پله ای stepper motor یک سیستم حلقه باز است (open loop) یعنی سیستم بدون فیدبک، بنابراین احتمال خطا در آن زیاد است .

ولی در سروموتور مدارات فیدبک بکار رفته در آن تشکیل یک سیستم حلقه بسته می دهد. فیدبک سروموتوریک انکودر نوری است که محور آن به سقف موتور کوبل شده است. هر انکودر در ازای دوری مشخص قطار پالس تولید می کند برای مثال یک انکودر 2500 پالس در ازای گردش یک دور محور آن 2500 پالس تولید می کند که درایوسروموتور این پالس ها را دریافت می کند و شمارش تعداد آن موقیعت محوری موتور را تشکیل می دهد.

عدم وجود اینکودر در موتور پله ای (stepper motor) باعث می شود که کنترل خط به سیستم فرمان بدهد و درک عینی از موقعیت محوری موتور نداشته باشد. امروزه در اکثر سیستم های خطی استفاده از سروموتور به جایموتورهای پله ای(stepper motor) رایج تر شده و کاربرد بیشتری دارد.