Coraz częstsze wykorzystywanie przez wojsko serwonapędów w systemach sprzętu bojowego takiego, jak np. pojazd opancerzony firmy Stryker – świadczy, jak odporne mogą być te układy napędowe.
Największą uwagę zwraca uzbrojenie Stryker’a , jednak ten pojazd bojowy charakteryzuje się również nowoczesnym wizjerem optycznym
z serwonapędem, który umożliwia dowódcy obserwację pola walki.
Armia Stanów Zjednoczonych nie zawsze przoduje, jeśli chodzi o technologię serwonapędów.
Jak podkreśla John Riley, starszy inżynier ds. zastosowań w firmie Galil Motion Control, wojsko pozostaje w tyle za resztą uprzemysłowionego świata pod względem zastosowania serwonapędów, przynajmniej w dziedzinie wyposażenia sprzętowego na polu walki. – Ogólnie rzecz biorąc, wojsko ze zrozumiałych zresztą powodów, jest konserwatywne – stwierdza Riley.
Ta skłonność do konserwatyzmu jest w pełni uzasadniona, biorąc pod uwagę fakt, że w grę wchodzi życie żołnierzy. Wiele zastosowań dla sprzętu wykorzystywanego na polu walki nie wymaga aż takiej precyzji, która niezbędna jest w przemysłowych układach napędowych najwyższej jakości, takich jak tych stosowanych w produkcji półprzewodników. – Zastosowania wojskowe mogą być precyzyjne – twierdzi Riley, – jednak nie oznacza to, że muszą one umożliwiać umieszczenie płytki półprzewodnikowej z dokładnością do części dziesiętnych nanometra.
Jednak gdy wojsko zaczyna już korzystać z serwonapędów, przoduje w solidnym ich wykonaniu. Riley twierdzi, że wojsko określa zazwyczaj wymagania związane z zakresem temperaturowym, obciążeniem uderzeniowym i wibracyjnym oraz obudową, które znacznie przekraczają parametry serwonapędów wykorzystywanych w przemyśle.
Dobrym przykładem możliwości zastosowania serwonapędów w pojazdach wojskowych, może być Stryker armii Stanów Zjednoczonych. Należy on do rodziny opancerzonych, ośmiokołowych pojazdów bojowych z napędem na wszystkie koła, który obecnie wykorzystywany jest w Iraku. Wśród zaawansowanych technologii zastosowanych w Stryker’ze jest optyczny system wizyjny udostępniający dowódcy 360 stopniowe pole widzenia pola walki – bez konieczności wystawiania głowy z pojazdu.
System ten został opracowany przez przez PVP Advenced Elektro-Optical Systems znany jest pod nazwą CPV – Commander’s Pan Viewer (Panoramicznego Wizjera Dowódcy). Ten wysokiej jakości peryskop wyposażony jest w dwa czujniki bezwładnościowe w dwóch osiach oraz mechanizmu żyroskopowego celem zapewnienia dowódcy stabilności obrazu pola widzenia nawet w momencie, gdy pojazd przemierza wyboisty teren lub gdy podlega odrzutowi w wyniku użycia zainstalowanego na nim uzbrojeniu.
Według opinii Geoff’a Miller’a, inżyniera i kierownika ds. programu wojskowego w PVP, CPV gwarantuje pozycjonowanie z dokładnością do kilku sekund. Urządzenie to zapewnia również stabilność obrazu wizjera poniżej 100 mikroradianów w szerokim przedziale warunków pracy urządzenia – do których można zaliczyć prędkość pojazdu, warunki temperaturowe, obciążenie uderzeniowe i wibracyjne, które sięgać może nawet kilkuset „g”, wystawienie na działanie promieni słonecznych i wiele innych. Ponadto, urządzenie to zostało zaprojektowane w taki sposób, aby w ekstremalnych warunkach zapewnić długą żywotność i niskie koszty eksploatacji. – Należy pamiętać, że systemy, które wykonujemy dla celów wojskowych muszą przetrwać co najmniej 20 lat – dodaje Miller.
PVP ma za sobą całe lata doświadczeń tworząc układy optyczne i platformy czujnikowe dla celów wojskowych i zastosowań związanych z bezpieczeństwem wewnętrznym kraju. W przeszłości do napędzania żyroskopowych układów napędowych firma ta wykorzystywała wyłącznie silniki krokowe. – Znamy silniki krokowe bardzo dobrze, bez wątpienia stanowią one konserwatywną metodę napędu – twierdzi Miller. Jednak dla celów projektu CPV, inżynierowie PVP po raz pierwszy zdecydowali się na zastosowanie zamkniętego układu regulacji automatycznej, po upewnieniu się, że układ ten spełni ostre kryteria wojskowe w zakresie środowiska naturalnego i żywotności. Ostatecznie stworzyli oni układ napędowy CPV z zastosowaniem bezpośrednich silników momentowych oraz dwuosiowego kontrolera DMC-1425 firmy Galil. Kontroler ten musiał być odpowiednio przekonstruowany. Galil pomogło również PVP dokonać zmian w oprogramowaniu sprzętowym w celu dostosowania niestandardowego protokołu komunikacyjnego stosowanego w produktach Stryker oraz wsparło pracę nad sygnałami elektronicznego enkodera Netzer.
Miller wspomina, że system sterowania ruchem działa w dwóch uzupełniających się trybach: tryb pozycjonowania reaguje na polecenia dowódcy dotyczące pozycji kątów wzniesienia i kątów w biegunowym układzie współrzędnych, podczas gdy tryb prędkości zamyka pętlę w pozycji zapewniającej funkcję stabilności. Mając na uwadze szybko poruszający się obraz terenu jak również zakłócenia mogące powstać w wyniku posługiwania się bronią system musi działać naprawdę szybko, aby móc dokonać niezbędnych korekt, dlatego jego czas aktualizacji wynosi 2 kHz.
Bezpośrednie silniki momentowe odgrywały również znaczącą rolę, jeśli chodzi o wydajność systemu. Przyczynia się ona nie tylko do oszczędzania miejsca czy podwyższania poziomu niezawodności poprzez eliminację komponentów zębatego mechanizmu napędowego, ale również zapewnienia szybsze działanie systemu dzięki wyeliminowaniu zjawiska histerezy związanego z tymi elementami. – W ten sposób otrzymujemy sprawny i szybciej działający system – dodaje Miller.
System Night Hawk z urządzeniem „skanującym” w poziomie i pionie pozycjonuje czujniki optyczne i czujniki innego rodzaju za pomocą tego samego serwonapędu, który stosowany jest w wizjerze optycznym
firmy Stryker.
Pomimo doświadczenia w zakresie silników krokowych PVP, powody zastosowania technologii serwo były oczywiste. Jak twierdzi John Hayes, starszy inżynier ds. zastosowań, który pracował z PVP nad dostosowywaniem kontrolera DMC-1425 dla aplikacji Stryker, czas odpowiedzi dla systemów krokowych stanowiłby problem. – Jednym z priorytetowych celów była szybkość reakcji. Nawet mikrosilnik krokowy byłby zbyt wolny a jego duże drgania uniemożliwiłyby jego wykorzystanie w tej aplikacji – dodaje. – Wymagania dla tego projektu dotyczące dokładności wymagały zastosowania zastosowania serwonapędów – twierdzi Miller.
Nawet jeśli wymogi te nie wykluczają stosowania silników krokowych, PVP ma jeszcze jeden powód, aby przerzucić się na serwonapędy. Miller twierdzi, że ta sama platforma serwo firmy Galil wykorzystywana w CPV znalazła zastosowanie w innych przedsięwzięciach związanych z rozwojem nowych produktów. – Technologia ta stała się dla nas cennym narzędziem, które zarówno skraca czas procesu rozwojowego jak i redukuje koszty – dodaje.
Na przykład, po sukcesach systemu wizyjnego firmy Stryker, PVP opracowało nowe narzędzie do zastosowań w dziedzinie bezpieczeństwa wewnętrznego kraju. System Night Hawk jest urządzeniem „skanującym” w poziomie i pionie z możliwością pozycjonowania czujników optycznych i czujników innego typu z dokładnością do kilku sekund kątowych. – Dzięki Night Hawk mogliśmy wykorzystać ten sam system regulacji automatycznej, który wykorzystano w CPV. Mogliśmy nawet ponownie wykorzystać 90 procent oprogramowania sprzętowego – wspomina Miller.
Inne nowe produkty również wykorzystują platformę serwo firmy PVP. – Jesteśmy obecnie w punkcie, gdzie nasze produkty muszą być wyposażone w napęd serwo, chyba że klient wyraźnie sprecyzuje, że chce silnik krokowy – nadmienia Miller.
