محرك سيرفو

المحرك المؤازر (أو محرك المؤازرة أو ببساطة المؤازرة ) ^{[ 1 ]} هو مشغل دوار أو خطي يسمح بالتحكم الدقيق في الموضع الزاوي أو الخطي والسرعة والتسارع في نظام ميكانيكي . ^{[ 1 ] [ 2 ]} وهو يشكل جزءًا من آلية المؤازرة ، ويتكون من محرك متصل بمستشعر ( للحصول على تغذية راجعة للموضع ) ووحدة تحكم (غالبًا ما تكون وحدة مخصصة مصممة للمحركات المؤازرة).

لا تُعدّ المحركات المؤازرة فئةً محددةً من المحركات، على الرغم من أن مصطلح "محرك مؤازر" يُستخدم غالبًا لوصف محرك مناسب للاستخدام في نظام تحكم ذي حلقة مغلقة . تُستخدم المحركات المؤازرة في الروبوتات ، وآلات التحكم الرقمي الحاسوبي ، والتصنيع الآلي .

توجد أنماط تثبيت متنوعة. يحدد معيار NEMA ICS 16 عدة أنماط لتثبيت الحواف ودوائر البراغي المقابلة لها ، والتي يتم تحديدها بالملليمترات أو البوصات.

المحرك المؤازر هو آلية مؤازرة ذات حلقة مغلقة تستخدم تغذية راجعة للموضع (سواء كان موضعًا خطيًا أو زاويًا) للتحكم في حركته وموضعه النهائي. المدخل إلى نظام التحكم الخاص به عبارة عن إشارة (سواء كانت تناظرية أو رقمية) تمثل الموضع المطلوب لعمود الإخراج.

يُقترن المحرك بمشفّر موضع لتوفير بيانات الموضع (وربما بيانات السرعة أيضًا). يقارن المتحكم الموضع المقاس بالموضع المطلوب لتوليد إشارة خطأ ، وعند إرسالها، تُحرك المحرك في الاتجاه اللازم لوضع العمود في الموضع المطلوب. تتلاشى إشارة الخطأ تدريجيًا حتى تصل إلى الصفر عند الاقتراب من الموضع المطلوب، مما يؤدي إلى توقف المحرك.

يستخدم المحرك المؤازر البسيط استشعار الموضع فقط عبر مقياس الجهد ، ويتحكم في المحرك بنظام التشغيل الثنائي ( تشغيل/إيقاف) ، حيث يدور المحرك بأقصى سرعة أو يتوقف تمامًا. لا يُستخدم هذا النوع من المحركات المؤازرة على نطاق واسع في أنظمة التحكم الصناعية بالحركة ، ولكنه يشكل أساس المحركات المؤازرة الرخيصة في النماذج التي يتم التحكم فيها لاسلكيًا . ^{[ 3 ]}

تستخدم المحركات المؤازرة الأكثر تطوراً مشفراً مطلقاً (نوع من المشفرات الدورانية ) لحساب موضع العمود واستنتاج سرعة عمود الإخراج. ^{[ 4 ]} ويُستخدم محرك متغير السرعة للتحكم في سرعة المحرك. ^{[ 5 ]} تسمح هاتان الميزتان، عادةً بالاشتراك مع خوارزمية تحكم PID ، بتحريك المحرك المؤازر إلى موضعه المطلوب بسرعة ودقة أكبر، مع تقليل التجاوز . ^{[ 6 ]}

طُوِّرت أولى المحركات المؤازرة باستخدام أجهزة التزامن كمشفرات لها. ^{[ 11 ]} وقد أُنجز الكثير من العمل باستخدام هذه الأنظمة في تطوير الرادار والمدفعية المضادة للطائرات خلال الحرب العالمية الثانية . ^{[ 12 ]}

قد تستخدم المحركات المؤازرة البسيطة مقاومات متغيرة كمشفرات للموضع. تُستخدم هذه المقاومات فقط في أبسط المستويات وأقلها تكلفة، وهي تُنافس المحركات الخطوية بقوة. وتعاني هذه المحركات من التآكل والتشويش الكهربائي في مسار المقاومة المتغيرة. مع أنه من الممكن التفاضل كهربائيًا لإشارة الموضع للحصول على إشارة السرعة، إلا أن وحدات التحكم PID التي تستخدم إشارة السرعة هذه تتطلب عادةً مشفرًا أكثر دقة.

تستخدم المحركات المؤازرة الحديثة مشفرات دورانية ، إما مطلقة أو تزايدية . تستطيع المشفرات المطلقة تحديد موضعها عند التشغيل، لكنها أكثر تعقيدًا وتكلفة. أما المشفرات التزايدية فهي أبسط وأقل تكلفة وتعمل بسرعات أعلى. غالبًا ما تجمع الأنظمة التزايدية، مثل محركات الخطوة، بين قدرتها المتأصلة على قياس فترات الدوران ومستشعر بسيط للموضع الصفري لضبط موضعها عند بدء التشغيل.

بدلاً من المحركات المؤازرة، يُستخدم أحيانًا محرك مزود بمشفّر خطي خارجي منفصل. ^{[ 13 ]} تتجنب أنظمة المحرك المزودة بمشفّر خطي هذه عدم الدقة في نظام نقل الحركة بين المحرك وعربة الحركة الخطية، ولكن تصميمها يصبح أكثر تعقيدًا لأنها لم تعد نظامًا جاهزًا مُصنّعًا في المصنع.

لا يُعدّ نوع المحرك عاملاً حاسماً في عمل المحركات المؤازرة، ويمكن استخدام أنواع مختلفة. ^{[ 14 ]} في أبسط أنواعها، تُستخدم محركات التيار المستمر ذات المغناطيس الدائم والفرش، نظراً لبساطتها وانخفاض تكلفتها. أما المحركات المؤازرة الصناعية الصغيرة، فهي عادةً محركات عديمة الفرش ذات تبديل إلكتروني. ^{[ 15 ]} في المحركات المؤازرة الصناعية الكبيرة، تُستخدم عادةً محركات الحث التيار المتردد ، وغالباً ما تُزوّد ​​بمحركات تردد متغيرة للتحكم في سرعتها. وللحصول على أعلى أداء في تصميم صغير الحجم، تُستخدم محركات التيار المتردد عديمة الفرش ذات المجالات المغناطيسية الدائمة، وهي في الواقع نسخ كبيرة من محركات التيار المستمر عديمة الفرش . ^{[ 16 ]}

تُعدّ وحدات القيادة للمحركات المؤازرة مكونًا صناعيًا قياسيًا. ويُصنّف تصميمها ضمن فرع إلكترونيات الطاقة ، ويعتمد عادةً على جسر H ثلاثي الأطوار من نوع MOSFET أو IGBT . تقبل هذه الوحدات القياسية اتجاهًا واحدًا وعدد نبضات (مسافة الدوران) كمدخلات. وقد تتضمن أيضًا ميزات مراقبة ارتفاع درجة الحرارة، وزيادة عزم الدوران، واكتشاف التوقف. ونظرًا لأن نوع المُشفّر، ونسبة علبة التروس، وديناميكيات النظام الكلية تعتمد على التطبيق، فإنه يصعب إنتاج وحدة التحكم الكاملة كوحدة جاهزة، ولذلك غالبًا ما تُدمج هذه العناصر كجزء من وحدة التحكم الرئيسية. ^{[ 17 ]}

تُصمَّم معظم المحركات المؤازرة الحديثة وتُورَّد حول وحدة تحكم مخصصة من نفس الشركة المصنعة. كما يمكن تطوير وحدات التحكم حول وحدات تحكم دقيقة لتقليل التكلفة في التطبيقات ذات الأحجام الكبيرة. ^{[ 18 ]}

تستخدم أنظمة المحركات المؤازرة الصناعية الحديثة محركات أو مضخمات مؤازرة رقمية لتنظيم التيار والسرعة والموقع باستخدام حلقات التغذية الراجعة. تتواصل هذه المحركات عبر ناقلات بيانات صناعية مثل EtherCAT وCANopen وPOWERLINK، مما يسمح بحركة منسقة بين محاور متعددة. وقد طورت شركات مصنعة، من بينها ADVANCED Motion Controls وBosch Rexroth وYaskawa، عائلات من هذه المحركات المؤازرة المستخدمة في الروبوتات وآلات CNC ومعدات الإنتاج الآلية. ^{[ 19 ]}

صُممت المحركات المؤازرة المتكاملة بحيث تشمل المحرك، ووحدة التحكم، وجهاز التشفير، والإلكترونيات المرتبطة بها في حزمة واحدة. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

• عجلة قيادة محاكاة سباقات ذات محرك مباشر

• الوسائط المتعلقة بالمحركات المؤازرة على ويكيميديا ​​كومنز