İdeal makine performansı, dayanıklılık, güvenlik ve sürekli makine performansı için güçlü bir servo sistemi kilit öneme sahiptir. Bu da, genel makine çalışmasını güçlendirir. Servo sistemleri farklı kararlılık derecelerinde çalışır ve kararlı olmakla olmamak arasında ince bir çizgide denge kurar. Zaman geçtikçe mekanik sistemdeki değişiklikler veya farklı yüklere sahip makineler, sistemi kararlı bir çalışma durumundan kararsız duruma taşıyabilir. Bu makalede, servo sisteminin kararlılık düzeyini belirleyen dört kilit değer ortaya konulmaktadır.
Bir servo sisteminin kararlılık düzeyini belirleyen önemli bir analiz aracı olarak bilinen Bode diyagramı, frekans ile ilgili mekanizmanın görsel bir tarifini sunar ve sisteme verilen sinyal dizisinin fazını ve genlik tepkisini tanımlar. Bu diyagramdan, dört değer (bant genişliği, genlik kazanç marjı, faz marjı ve rijitlik) hesaplanarak servo kararlılığının makul bir şekilde belirlenmesi amacıyla hesaplanabilir. Faz marjı ve kazanç marjı, özellikle mekanizmanın kararsız hale gelmeye ne kadar yakın olduğunu belirler.
Bir servo sisteminin bant genişliği, servo sisteminin belirli bir komutu takip edebilme ve belli bir performans düzeyini koruma sıklığını tanımlar. Bu parametre bir sistemin hareket komutuna ne kadar hızlı tepki gösterdiğinin ve ardından dengelendiğinin (durduğunun) göstergesidir. Frekans ile ilgili olarak ise bode diyagramı, açık döngü genlik kazancı diyagramı 0 dB değerini geçtiğinde kapalı döngü bant genişliğinin doğrudan ölçümünü sunar. (Bkz. şekil 1)
Şekil 1 - Bant Genişliği Ölçümü
Genlik diyagramı, giriş frekansı arttıkça tepki genliğindeki azalmanın ölçümüdür. Genlik kazanç marjı ise faz diyagramının -180 dereceyi geçtiği noktada 0 dB değerinin altındaki değerdir. Değer ne kadar 0 dB altına düşerse, sistem o kadar kararlı olur. Aşağıda gösterilen şekil 2'de, sistemin genlik kazancı -9,8 dB'dir.
Faz diyagramı, giriş frekansı arttıkça faz tepkisinin derece cinsinden ölçümüdür. Belli bir frekansta, giriş komutunun tepkisi faz dışında 180 derece olur. Faz payını belirlemek için -180 derece ile genlik diyagramının 0 dB değerini geçtiği faz değeri arasındaki farkı hesaplayın. Bu değer ne kadar büyük olursa sistem o kadar kararlı olur. Aşağıdaki çizelgede, faz marjı 48 derecedir. Kararlı bir servo sisteminin olduğu gösteren tipik değer, ~ -8 dB'lik genlik kazanç marjı ve 45 derecelik faz marjıdır.
Şekil 2 - Faz ve Kazanç Marjları
Kararlı bir sistemin son ölçümü, mekanik sistemin rijitliğidir. Mümkün olan en yüksek bant genişliğini elde etmede rijitlik önemlidir. Sistemin rijitliği yükseldikçe bant genişliği o kadar yüksek olur. Bode diyagramı, sistemin rijitliği ile ilgili hızlı bir anlık görüntü sunar. İlk anti-rezonant düğümünün frekansı düşük oldukça sistem o kadar rijit olur. İlk anti-rezonant frekansı şu denklemle gösterilir:
Rijitlik (K) azaldıkça sabit bir yük (Jload) verildiğinde, ilk anti-rezonant frekansı azalır. Bu da, olası bant genişliğini azaltır. Düşük bant genişliği, makinenin ideal performansını azaltabilir veya en iyi ihtimalle verimliliği düşürebilir.
Aşağıdaki şekilde, bir mil üzerindeki makaradaki değişikliğin mekanik rijitliği nasıl etkileyebileceğini ve ilk anti-rezonant frekansını nasıl yükseltip düşürebileceğini göstermektedir.
Servo kararlılığı ile ilgili bu dört kilit eleman, makine performansı optimizasyonu hakkında bir kılavuz sunar. Bode diyagramları ile sunulan faz ve kazanç marjı ölçümleri ve bunun yanında bant genişliği, rijitlik ve genel mekanizma rezonansları, servo teknisyeninin sistemi ayarlamak için farklı filtreleme teknikleri kullanmasına olanak verir. İyi ayarlanmış ve kararlı bir servo sistemi, makine performansı, dayanıklılık ve güvenlik konularında kilit öneme sahiptir.
Bu Konu Hakkında Daha Fazla Bilgi;
Bant Genişliği Nedir?
Genlik Kazanç Marjı Nedir?
Faz Marjı nedir?