التحكم في الحركة

يُعدّ التحكم في الحركة فرعًا من فروع الأتمتة ، ويشمل الأنظمة أو الأنظمة الفرعية المسؤولة عن تحريك أجزاء الآلات بطريقة مُتحكَّم بها. تُستخدم أنظمة التحكم في الحركة على نطاق واسع في مجالات متنوعة لأغراض الأتمتة، بما في ذلك الهندسة الدقيقة ، والتصنيع الدقيق ، والتكنولوجيا الحيوية ، وتكنولوجيا النانو . ^{[ 1 ]} تتضمن المكونات الرئيسية عادةً وحدة تحكم في الحركة ، ومُضخِّم طاقة، ومحركًا رئيسيًا واحدًا أو أكثر . قد يكون التحكم في الحركة مفتوح الحلقة أو مغلق الحلقة . في الأنظمة مفتوحة الحلقة، تُرسل وحدة التحكم أمرًا عبر المُضخِّم إلى المحرك الرئيسي، ولا تعلم ما إذا كانت الحركة المطلوبة قد تحققت بالفعل. تشمل الأنظمة النموذجية التحكم في محرك الخطوة أو المروحة. وللحصول على تحكم أدق وأكثر دقة، يُمكن إضافة جهاز قياس إلى النظام (عادةً بالقرب من نهاية الحركة). عندما يتم تحويل القياس إلى إشارة تُرسل مرة أخرى إلى وحدة التحكم، وتقوم وحدة التحكم بتعويض أي خطأ، يصبح النظام مغلق الحلقة.

عادةً ما يتم التحكم في موضع أو سرعة الآلات باستخدام نوع من الأجهزة، مثل المضخة الهيدروليكية أو المحرك الخطي أو المحرك الكهربائي ، وخاصةً محركات المؤازرة . يُعد التحكم في الحركة جزءًا أساسيًا من الروبوتات وأدوات آلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC )، إلا أنه في هذه الحالات يكون أكثر تعقيدًا منه عند استخدامه مع الآلات المتخصصة، حيث تكون الحركة عادةً أبسط. يُطلق على هذا الأخير غالبًا اسم التحكم العام في الحركة (GMC). يُستخدم التحكم في الحركة على نطاق واسع في صناعات التعبئة والتغليف والطباعة والنسيج وإنتاج أشباه الموصلات والتجميع. يشمل التحكم في الحركة جميع التقنيات المتعلقة بحركة الأجسام، ويغطي جميع أنظمة الحركة، بدءًا من الأنظمة متناهية الصغر، مثل المحركات الحثية الدقيقة من نوع السيليكون، وصولًا إلى الأنظمة متناهية الصغر جدًا، مثل منصات الفضاء. ولكن في الوقت الحاضر، ينصب التركيز في مجال التحكم في الحركة على تقنية التحكم الخاصة بأنظمة الحركة المزودة بمحركات كهربائية، مثل محركات المؤازرة DC/AC. يُعد التحكم في أذرع الروبوت جزءًا من مجال التحكم في الحركة، لأن معظم أذرع الروبوت تعمل بمحركات كهربائية مؤازرة، والهدف الرئيسي هو التحكم في الحركة. ^{[ 2 ]}

تتضمن البنية الأساسية لنظام التحكم في الحركة ما يلي:

• وحدة التحكم في الحركة، التي تحسب وتتحكم في المسارات الميكانيكية (ملف تعريف الحركة) التي يجب أن يتبعها المشغل ( أي تخطيط الحركة )، وفي أنظمة الحلقة المغلقة، تستخدم التغذية الراجعة لإجراء تصحيحات التحكم وبالتالي تنفيذ التحكم في الحلقة المغلقة.
• محرك أو مضخم لتحويل إشارة التحكم من وحدة التحكم بالحركة إلى طاقة تُقدم إلى المشغل. تستطيع المحركات "الذكية" الحديثة إغلاق حلقات الموضع والسرعة داخليًا، مما ينتج عنه تحكم أكثر دقة.
• محرك رئيسي أو مشغل مثل مضخة هيدروليكية أو أسطوانة هوائية أو مشغل خطي أو محرك كهربائي لحركة الإخراج.
• في الأنظمة ذات الحلقة المغلقة، يتم استخدام مستشعر واحد أو أكثر من مستشعرات التغذية الراجعة مثل المشفرات المطلقة والتزايدية ، أو أجهزة التحليل أو أجهزة تأثير هول لإعادة موضع أو سرعة المشغل إلى وحدة التحكم في الحركة من أجل إغلاق حلقات التحكم في الموضع أو السرعة.
• المكونات الميكانيكية لتحويل حركة المشغل إلى الحركة المطلوبة، بما في ذلك: التروس ، والأعمدة، والبراغي الكروية ، والأحزمة ، والوصلات ، والمحامل الخطية والدورانية .

تُعدّ واجهة الربط بين وحدة التحكم بالحركة والمحركات التي تتحكم بها بالغة الأهمية عند الحاجة إلى حركة منسقة، إذ يجب أن توفر تزامنًا دقيقًا . تاريخيًا، كانت واجهة الربط المفتوحة الوحيدة هي الإشارة التناظرية، إلى أن طُوّرت واجهات مفتوحة تلبي متطلبات التحكم المنسق بالحركة، وكانت أولها SERCOS في عام 1991، والتي جرى تطويرها لاحقًا إلى SERCOS III . ومن بين الواجهات اللاحقة القادرة على التحكم بالحركة: Ethernet/IP و Profinet IRT و Ethernet Powerlink و EtherCAT .

تشمل وظائف التحكم الشائعة ما يلي:

• التحكم في السرعة.
• التحكم في الموضع (من نقطة إلى نقطة): توجد عدة طرق لحساب مسار الحركة. وتعتمد هذه الطرق غالباً على منحنيات السرعة للحركة، مثل المنحنى المثلثي أو المنحنى شبه المنحرف أو المنحنى على شكل حرف S.
• التحكم بالضغط أو القوة .
• التحكم في المعاوقة : هذا النوع من التحكم مناسب للتفاعل مع البيئة ومعالجة الأشياء، كما هو الحال في الروبوتات.
• التروس الإلكترونية (أو تحديد شكل الكامة): يرتبط موضع المحور التابع رياضيًا بموضع المحور الرئيسي. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك نظام يدور فيه أسطوانتان بنسبة محددة. أما الكامات الإلكترونية فهي حالة أكثر تطورًا للتروس الإلكترونية، حيث يتبع المحور التابع شكلًا يعتمد على موضع المحور الرئيسي. ولا يشترط أن يكون هذا الشكل ثابتًا، ولكنه يجب أن يكون متحركًا .

• تقنية مطابقة الحركة ، لتتبع الحركة في الصور المولدة بالحاسوب
• الميكاترونيات ، علم أجهزة الحركة الذكية التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر
• نظام التحكم
• وحدة تحكم PID ، وحدة تحكم تناسبية تكاملية تفاضلية
• الدوران
• أنظمة هوائية
• إيثرنت/بروتوكول الإنترنت
• نظام تحديد المواقع عالي الأداء للتحكم بدقة عالية وبسرعة عالية

• تان كيه كيه، تي إتش لي وإس هوانغ، التحكم الدقيق في الحركة: التصميم والتنفيذ ، الطبعة الثانية، لندن، سبرينغر، 2008.
• إليس، جورج، دليل تصميم أنظمة التحكم، الطبعة الرابعة: استخدام جهاز الكمبيوتر لفهم وتشخيص وحدات التحكم في التغذية الراجعة

• ما هو جهاز التحكم بالحركة؟ ملخص فني لمهندسي الحركة