Servo Motor ve Servo Sürücüler |
3. Bölüm - Kapalı Döngü Elemanları - Resolver

Resolver, analog çıkış gerilimi üretir ve bu gerilim dijital bilgiye dönüştürülerek sürücüye iletilir. Resolver'i yapı olarak jenaratöre, çalışma prensibi olarak bir primer ve iki sekonder sargısı olan bir trafoya benzetebiliriz. Servo Motor ve Servo Sürücüler yazı dizimizin 3. bölümünde Resolver'i inceledik.

A- A+

23.10.2016 tarihli yazı 24231 kez okunmuştur.

Servo Motor Servo Sürücü Resolver Encoder Kapalı Çevrim Kontrol

Servo Motorlar ve Sürücüler yazı dizimizin 1. Bölümünde "Genel Bilgi ve Tanımları" 2. Bölümünde ise "Kapalı Döngü Elemanları - Encoder" incelemiştik. Bu bölümde ki konumuz ise ise Resolver...

Absolute veya incremental encoder, çıkış olarak dijital sinyaller verirler. Resolver ise bunlardan farklı olarak analog çıkış gerilimi üretir ve bu gerilim dijital bilgiye dönüştürülerek sürücüye iletilir. Resolver'i yapı olarak jenaratöre, çalışma prensibi olarak bir primer ve iki sekonder sargısı olan bir trafoya benzetebiliriz.

Şekil 1: Resolver Bobin Grupları

Resolver rotor ve statordan oluşur. Stator üzerinde iki ayrı sargı vardır ve bu sargılar birbirinden 90 derece faz farklı sinüs ve kosinüs gerilimleri üretir. Sinüs ve kosinüs gerilimleri üretebilmesi için ihtiyaç duyulan manyetik alan mile bağlı rotordaki endüvinin elektromanyetik alanı ile sağlanır. Rotora gerilim vermek için fırça ve kolektör düzeneği kullanılmamıştır. Bu düzenek bozucu gerilim dalgalanmalarına ve mekaniki sorunlara yol açabilir. Aslında rotorda yan yana iki ayrı sargı vardır. Sargılardan biri statordaki sinüs ve kosinüs sargılarında gerilim indükleyen az önce bahsettiğimiz referans sargısıdır. Diğeri ise normal sarımlı bir bobindir ve bu ikinci bobin statorda bulunan bir başka bobin içerisinde döner. Bu iki bobin döner trafo dediğimiz kısmı oluşturur. Statordaki bobine DC gerilim verilerek manyetik alan oluşturulur.

Şekil 2: Resolver Yapısı

Rotor mil ekseninde döndüğü için stator sargısı manyetik alanı, rotor sargılarına göre değişen bir manyetik alandır ve döner transformatör olarak tabir edilen kısımdaki rotor sargısında bir gerilim indükler. Bu indüklenen gerilim aynı mil üzerinde olduğu referans sargılarına iki kablo ile verilir ve referans sargılarında manyetik alan oluşturur. Mil üzerindeki iki sargıda aynı hareketi yapmakta olduğu için ara bağlantı kabloları herhangi bir sorun teşkil etmez. Referans sargılarında oluşan bu manyetik alan sinüs ve kosinüs sargılarını keserek gerilim indükler.

Sinüs sargılarında indüklenen gerilimin değeri: V_S=V_R x sinΘ
Kosinüs sargılarında indüklenen gerilimin değeri ise V_C=V_R x cosΘ

formülleri ile bulunur.

Şekil 3: Resolver Bobin Grupları

Şekil 4 ile 9 arasında, mil konumunun 0 derece, 45 derece ve 67,5 derecede ki durumları için referans geriliminin, sinüs sargı geriliminin ve kosinüs sargı geriliminin dalga şekilleri verilmiştir.

Şekil 4: 0 Derece Konumda Bobin Grupları

Şekil 5: 0 Derece Konumda Referans-Sinüs-Kosinüs Gerilim Formları

Şekil 6: 45 Derece Konumda Bobin Grupları

Şekil 7: 45 Derece Konumda Referans-Sinüs-Kosinüs Gerilim Formları

Şekil 8: 67,5 Derece Konumda Bobin Grupları

Şekil 9: 67,5 Derece Konumda Referans-Sinüs-Kosinüs Gerilim Formları

Resolver arkasına bağlanan analog-dijital çevirici bir elektronik devre referans, sinüs ve kosinüs gerilimlerini karşılaştırarak dönüş yönü ve mil konumu hakkında dijital bir bilgi üretir. Sinüs ve kosinüs şeklinde birbirinden 90 derece faz farklı gerilimlere ihtiyaç duyulmasının nedeni incremental encoderdeki A ve B sinyalleri ile aynıdır. Dönüş yönüne göre bu iki gerilimden biri diğerine göre 90 derece ileride olacaktır. Bu ise devir yönünün bilinmesi açısından gereklidir.

Şekil 10: Resolver Yapısı

Resolver'den elde edilen analog bilginin dijital veriye dönüştürüldüğünü söylemiştik. Aslında bu işlem biraz karışıktır. Çünkü elde edilen çıkış gerilimi sinüsoidal'dir. Gerilim 0 derece -90 derece arasında “+” maksimüm değerine çıkar ve 90 derece -180 derece arasında “0” değerine düşer ve 180 derece -270 derece arasında “-“ maksimüm değerine çıkar ve 270 derece -360 derece arasında tekrar “0” değerine düşer.

Burada sorun gerilimin bir yarım periyot içerisinde iki kez aynı değeri almasıdır. Örneğin 45 derece ve 135 derece lerde gerilim aynı değere sahip olmaktadır. Yine aynı şekilde 225 derece ve 315 derecelerde bu sefer az önceki değerin “-“ polaritesinde aynı değerlere sahip olmaktadır. Eğer polariteyi gözönüne almayacak olursak gerilim bir periyotta dört kez aynı değeri almaktadır. Bu nedenle resolver çıkışında en büyük değere sahip 2 Bit açı aralığı bilgisini vermekte geri kalan bitler ise o açı aralığındaki gerilimin dijital karşılığı olmaktadır. Şekil 11'de, 12 bitlik bir çıkış örnek verilmiştir.

Şekil 11: 12 Bitlik Resolver Çıkış Formatı

En küçük 10 Bit (0-9 adresli) gerilimin “0” ve “+” veya “-“ maksimum arasında aldığı gerilimin dijital karşılığını verirken en büyük 2 Bit (10-11 adresli) milin o anki açı aralığını (Çeyrek daire) vermektedir. 12 Bitlik çıkış bir turu 4096 parçaya bölebilir eğer çıkış 14 Bit yapılacak olursa bu sefer bir turun 16,384 parçaya bölünmesi mümkündür.

Hatırlatma: Analog Gerilimin Dijital Veriye Çevrilmesi

10 Volt'luk bir analog değeri 10 bitlik dijital veriye dönüştürecek olalım. 10 bitin desimal karşılığı 1+2+4+8+16+32+64+128+512=1024'dür. ( 2^0 + 2^1 + 2^2 + 2^3 + 2^4 + 2^5 + 2^6 + 2^7 + 2^8 + 2^9 ) gerilimdeki her 10/1024=0,009765 V'luk artışta dijital sayının değeri bir artacaktır.

Resolverden alınan analog gerilimin resolver arkasında bulunan elektronik devre ile dijital veriye dönüştürüldüğünü gördük. Her ne kadar absolute ve incremental encoderler dijital çıkış verselerde bu dijital değerler bu halleri ile sürücüye verilmezler. Encoderlerin arkalarında bulunan elektronik devreler alınan bu dijital verileri kuvvetlendirip veri iletişimine uygun hale getirdikten sonra sürücüye iletirler.

Şekil 12: Encoder Blok Devre Şeması

Şekil 13: Resolver Blok Devre Şeması

Encoderler'lerin bu elektronik devreleri resolverlere göre daha basittir. Resolverler bir takım karşılaştırıcı katları da içeren daha karışık devrelere sahiptirler. Encoderlerin çözünürlükleri resolverlere oranla daha yüksektir. Fakat encoderler resolverlere göre daha ince bir teknoloji ile imal edildikleri için daha pahalıdır. Resolverler encoderlere oranla daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilir ayrıca darbe ve titreşimlere de daha dayanıklıdır.

► İlginizi Çekebilir: Servo Motor ve Servo Sürücüler | 2. Bölüm | Encoder

Eğer sistemimizde yüksek çözünürlük istenmiyorsa fiyat performans açısından resolverleri tercih edebiliriz. Bunun haricinde seçim sırasında dikkat etmemiz gereken bazı noktalar bulunmaktadır. Örneğin çalışma hızı; Encoder olsun resolver (çıkışında) olsun sürücüye dijital sinyaller gönderirler ve bu sinyalleri oluşturan devrelerin ve elektronik elemanların bir anahtarlama hızı vardır. Kullanacağımız encoder veya resolverin çalışma hızı sistemde bağlayacağımız noktadaki hızdan daha yüksek olmalıdır. Aksi taktirde encoder veya resolver sistemin hızına yetişemez ve hatalı ölçümler yapar.

Şekil 14: Motor Yol Bilgisine Göre Incremental Encoder Palsleri

Bir diğeri, encoderimizin çalışma ve sinyal gerilimidir. Encoderler TTL ve HTL olmak üzere iki çalışma geriliminde üretilirler TTL encoderler 5V +- %10, HTL encoderler ise 10-30V arasında tipik 24 V gerilim değerinde beslenir ve çıkış sinyali verirler. Yine seçim sırasında absolute encoderin grey kodunda mı yoksa binary kodda mı çıkış vereceği göz önüne alınmalıdır. Eğer encoder veya resolverimiz motor üzerinde standart montajlı değil ve sisteme veya motor üzerine sonradan montajı yapılacaksa çeşitli bağlantı veya mil seçenekleri vardır.