Как работает сервопривод: Как устроен сервопривод и принцип его работы описаны в блоге Planeta Hobby

Как устроен сервопривод и принцип его работы описаны в блоге Planeta Hobby

Третий компонент аппаратуры управления – сервомашинка. В данной статье мы постараемся объяснить вам, что это за компонент, каково его назначение, устройство и принцип работы сервопривода.

Определение сервопривода

Рулевой сервопривод – устройство с электродвигателем, которое позволяет добиться точного управления форматом движения радиоуправляемой модели путем отрицательной обратной связи. Любой сервопривод в своем устройстве имеет датчик и блок управления, который поддерживает определенные значения на датчике в соответствии с внешним параметром.

Опишем более простым языком, как работает сервопривод:

• Сервопривод получает импульсный сигнал – управляющее значение, которое определяет угол поворота качалки сервы,
• Блок управления начинает сравнение поступившего параметра со значением на своем датчике,
• В зависимости от результата  сравнения БУ возвращает сигнал, который предопределяет, какое действие необходимо выполнить: повернуть, ускориться или замедлиться, чтобы сравниваемые показатели стали одинаковыми.

Устройство сервопривода

Большинство современных рулевых машинок построены по одному принципу и состоят из таких составных частей: выходной вал, шестерни редуктора, двигатель постоянного тока, потенциометр, печатная плата и управляющая электроника.

Редуктор вместе с мотором образуют привод. Чтобы трансформировать поступающее напряжение в механический поворот, нужен электродвигатель. Редуктор же – конструкция из шестеренок – преобразует крутящий момент и служит для понижения скорости вращения двигателя, так как часто она настолько большая, что совсем не годится для практического применения.

Вместе с включением и выключением электродвигателя вращается и выходной вал, к которому закрепляется качалка – ее, в свою очередь, крепят к рулю модели.  Именно качалка будет задавать движение нашей модели, а для этого в устройстве сервопривода предусмотрен потенциометр – датчик, способный превратить угол поворота обратно в электро-сигнал.

Однако, одним из главных элементов является плата управления, которая представляет собой электронную схему. Именно она получает электрический импульс, анализирует полученный сигнал с данными потенциометра и включает/выключает электродвигатель. Вот как устроен сервопривод и работа его элементов.

Кстати, в качестве мотора в устройстве сервопривода могут использоваться коллекторные, коллекторные Coreless и бесколлекторные двигатели.

Управление сервоприводом. Принцип работы.

Сервопривод получает импульсные сигналы, которые проходят по специальному проводу от приемника. Частота таких сигналов составляет 20мс, а их продолжительность может варьироваться в пределах 0,8-2,2мс.  Чтобы у вас появилось четкое представление, как все-таки сигнал трансформируется в перемещение качалки, нужно проанализировать стандартную схему сервы.

где, ГОП – генератор опонного импульса (к нему подсоединен потенциометр), К – компататор, УВХ – устройство выборки-хранения, М – электрический мотор, который охватывается диагональю силового моста.

Теперь разберём более подробно, как работает сервопривод. Итак, импульсный сигнал поступает от ресивера на компататор и в то же время активирует ГОП. Продолжительность опорного импульса связано с положением потенциометра, который соединен с выходным валом физически. Когда качалка находится в средней позиции, длина сигнала составляет 1,5мс, если же положение крайнее – 0,8 или 2,2 мс. Управляющий сигнал и опорный импульс анализируются компататором, который рассчитывает их разностную величину (рассчет ведется по длительности импульсов). Именно длина разностного импульса и определяет насколько «ожидаемое» и «фактическое» состояние руля совпадает. Полученный показатель сохраняется в качестве потенциала в УВХ. Сложно?

Принцип работы сервопривода в разных условиях

Позиция качалки сервы соответствует состоянию стика пульта управления. Продолжительность опорного и управляющего импульсов одинакова. На всех выходах компататоров выставлено значение «0». Двигатель обесточен и качалка удерживает первоначальную позицию.

Пилот меняет положения стика, тем самым увеличивая управляющий импульс. На одном выходе компататора выведется разностный импульс, который будет сохранен в памяти УВХ. В этот момент на двигатель будет подано напряжение, станет вращаться, а вместе с ним и редуктор начнет движение, поворачивая качалку и потенциометр таким образом, чтобы продолжительность опорного импульса увеличивалась. Такие условия продлятся до тех пор, пока длины обоих импульсов не достигну одинаковых значений. Затем двигатель прекратит свое вращение.

Пилот отводит стик пульта в противоположную сторону, уменьшая при этом длину управляющего импульса. Управление сервоприводом на этом этапе схоже с процессом, описанном выше. На нижнем выходе компататора образуется разностный импульс, который запоминается УВХ и подает напряжение на двигатель. Мотор начинает вращаться, но уже в другую сторону, и продолжает работу до того момента, как длины импульсов снова не примут одинаковые значения.

Пилот не взаимодействует с пультом управления. Руль модели начинает поворачивать качалку сервопривода, так как учитывает нагрузку во время хода. Теперь меняется продолжительность опорного импульса, за счет чего разностный импульс посредством компататора и УВХ воздействует на двигатель и осуществляется подача момента на редуктор, что препятствует повороту качалки. Т.е. качалка удерживается в одном положении.

Мы разобрали работу сервопривода в упрощенном варианте. На самом деле существует множество нюансов по настройке и использования девайса, зная которые можно избежать поломок и неприятных ситуаций.

Теперь, зная, как устроен сервопривод, принцип его работы, можно отправляться и выбирать девайс для своей модели. Для этого вам нужно перейти в правильный раздел сайта «Planeta Hobby». Если же у вы не знаете, как правильно подобрать серву для своего самолета или авто, обращайтесь за советом нашего консультанта или читайте эту полезную статью.

подключение, управление, примеры работы [Амперка / Вики]

Познакомимся поближе с сервоприводами. Рассмотрим их разновидности, предназначение, подсказки по подключению и управлению.

Что такое сервопривод?

Сервопривод — это мотор с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. Сервомотором является любой тип механического привода, имеющий в составе датчик положения и плату управления.

Простыми словами, сервопривод — это механизм с электромотором, который может поворачиваться в заданный угол и удерживать текущее положение.

Элементы сервопривода

Рассмотрим составные части сервопривода.

Электромотор с редуктором

За преобразование электричества в механический поворот в сервоприводе отвечает электромотор. В асинхронных сервоприводах установлен коллекторный мотор, а в синхронных — бесколлекторный.

Однако зачастую скорость вращения мотора слишком большая для практического использования, а крутящий момент — наоборот слишком слабый. Для решения двух проблем используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.

Включая и выключая электромотор, вращается выходной вал — конечная шестерня редуктора, к которой можно прикрепить нечто, чем мы хотим управлять.

Позиционер

Для контроля положения вала, на сервоприводе установлен датчик обратной связи, например потенциометр или энкодер. Позиционер преобразует угол поворота вала обратно в электрический сигнал.

Плата управления

За всю обработку данных в сервоприводе отвечает плата управления, которая сравнивает внешнее значения с микроконтроллера со показателем датчика обратной связи, и по результату соответственно включает или выключает мотор.

Выходной вал

Вал — это часть редуктора, которая выведена за пределы корпуса мотора и непосредственно приводиться в движение при подаче управляющих сигналов на сервопривод. В комплектации сервомоторов идут качельки разных формфакторов, которые одеваются на вал сервопривода для дальнейшей коммуникации с вашими задумками.

Не рекомендуем прилагать к валу нагрузки, которые больше крутящего момента сервопривода. Это может привести к разрушению редуктора.

Выходной шлейф

Для работы сервопривода его необходимо подключить к источнику питания и к управляющей плате. Для коммуникации от сервопривода выходит шлейф из трёх проводов:

• Красный — питание сервомотора. Подключите к плюсовому контакту источнику питания. Значения напряжение смотрите в характеристиках конкретно вашего сервопривода.

• Чёрный — земля. Подключите к минусовому контакту источника питания и земле микроконтроллера.

• Жёлтый — управляющий сигнал. Подключите к цифровому пину микроконтроллера.

Если сервопривод питается напряжением от 5 вольт и потребляет ток менее 500 мА, то есть возможность обойтись без внешнего источника питания и подключить провод питания сервомотора непосредственно к питанию микроконтроллера.

Управление сервоприводом

Алгоритм работы

1. Сервопривод получает на вход управляющие импульсы, которые содержат:

   1. Для простых сервоприводов: значение угла поворота.

   2. Для сервоприводов постоянного вращения: значения скорости и направления вращения.

2. Плата управления сравнивает это значение с показанием на датчике обратной связи.

3. На основе результата сравнения привод производит некоторое действие: например, поворот, ускорение или замедление так, чтобы значение с внутреннего датчика стало как можно ближе к значению внешнего управляющего параметра.

Интерфейс управления

Чтобы указать сервоприводу желаемое состояние, по сигнальному проводу необходимо посылать управляющий сигнал — импульсы постоянной частоты и переменной ширины.

То, какое положение должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Когда сигнал от микроконтроллера поступает в управляющую схему сервопривода, имеющийся в нём генератор импульсов производит свой импульс, длительность которого определяется через датчик обратной связи. Далее схема сравнивает длительность двух импульсов:

• Если длительность разная, включается электромотор с направлением вращения определяется тем, какой из импульсов короче.

• Если длины импульсов равны, электромотор останавливается.

Для управления хобби-сервоприводами подают импульсы с частотой 50 Гц, т.е. период равен 20 мс:

• 1540 мкс означает, что сервопривод должен занять среднее положение.

• 544 мкс — для 0°

• 2400 мкс — для 180°.

Обратите внимание, что на вашем конкретном устройстве заводские настройки могут оказаться отличными от стандартных. Некоторые сервоприводы используют ширину импульса 760 мкс. Среднее положение при этом соответствует 760 мкс, аналогично тому, как в обычных сервоприводах среднему положению соответствует 1520 мкс.

Это всего лишь общепринятые длины. Даже в рамках одной и той же модели сервопривода может существовать погрешность, допускаемая при производстве, которая приводит к тому, что рабочий диапазон длин импульсов отличается. Для точной работы каждый конкретный сервопривод должен быть откалиброван: путём экспериментов необходимо подобрать корректный диапазон, характерный именно для него.

Часто способ управления сервоприводами называют PWM (Pulse Width Modulation) или PPM (Pulse Position Modulation). Это не так, и использование этих способов может даже повредить привод. Корректный термин — PDM (Pulse Duration Modulation) в котором важна длина импульсов, а не частота.

Характеристики сервопривода

Рассмотрим основные характеристики сервоприводов.

Крутящий момент

Момент силы или крутящий момент показывает, насколько тяжёлый груз сервопривод способен удержать в покое на рычаге заданной длины. Если крутящий момент сервопривода равен 5 кг×см, то это значит, что сервопривод удержит на весу в горизонтальном положении рычаг длины 1 см, на свободный конец которого подвесили 5 кг. Или, что эквивалентно, рычаг длины 5 см, к которому подвесили 1 кг.

Скорость поворота

Скорость сервопривода — это время, которое требуется выходному валу повернуться на 60°. Характеристика 0,1 с/60° означает, что сервопривод поворачивается на 60° за 0,1 с. Из неё можно вычислить скорость в оборотах в минуту, но так сложилось, что при описании сервоприводов чаще всего используют именно интервал времени за 60°.

Форм-фактор

Сервоприводы различаются по размерам. И хотя официальной классификации не существует, производители давно придерживаются нескольких размеров с общепринятым расположением крепёжных элементов.

Внутренний интерфейс

Сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Так в чём же их отличия, достоинства и недостатки?

Внешне они ничем не отличаются: электромоторы, редукторы, потенциометры у них одинаковые, различаются они лишь внутренней управляющей электроникой. Вместо специальной микросхемы аналогового сервопривода у цифрового собрата можно заметить на плате микропроцессор, который принимает импульсы, анализирует их и управляет мотором. Таким образом, в физическом исполнении отличие лишь в способе обработки импульсов и управлении мотором.

Оба типа сервопривода принимают одинаковые управляющие импульсы. После этого аналоговый сервопривод принимает решение, надо ли изменять положение, и в случае необходимости посылает сигнал на мотор. Происходит это обычно с частотой 50 Гц. Таким образом получаем 20 мс — минимальное время реакции. В это время любое внешнее воздействие способно изменить положение сервопривода. Но это не единственная проблема. В состоянии покоя на электромотор не подаётся напряжение, в случае небольшого отклонения от равновесия на электромотор подаётся короткий сигнал малой мощности. Чем больше отклонение, тем мощнее сигнал. Таким образом, при малых отклонениях сервопривод не сможет быстро вращать мотор или развивать большой момент. Образуются «мёртвые зоны» по времени и расстоянию.

Эти проблемы можно решать за счёт увеличения частоты приёма, обработки сигнала и управления электромотором. Цифровые сервприводы используют специальный процессор, который получает управляющие импульсы, обрабатывает их и посылает сигналы на мотор с частотой 200 Гц и более. Получается, что цифровой сервопривод способен быстрее реагировать на внешние воздействия, быстрее развивать необходимые скорость и крутящий момент, а значит, лучше удерживать заданную позицию, что хорошо. Конечно, при этом он потребляет больше электроэнергии. Также цифровые сервоприводы сложнее в производстве, а потому стоят заметно дороже. Собственно, эти два недостатка — все минусы, которые есть у цифровых сервоприводов. В техническом плане они безоговорочно побеждают аналоговые сервоприводы.

Материалы шестерней

Шестерни для сервоприводов бывают из разных материалов: пластиковые, карбоновые, металлические. Все они широко используются, выбор зависит от конкретной задачи и от того, какие характеристики требуются в установке.

Пластиковые, чаще всего нейлоновые, шестерни очень лёгкие, не подвержены износу, более всего распространены в сервоприводах. Они не выдерживают больших нагрузок, однако если нагрузки предполагаются небольшие, то нейлоновые шестерни — лучший выбор.

Карбоновые шестерни более долговечны, практически не изнашиваются, в несколько раз прочнее нейлоновых. Основной недостатой — дороговизна.

Металлические шестерни являются самыми тяжёлыми, однако они выдерживают максимальные нагрузки. Достаточно быстро изнашиваются, так что придётся менять шестерни практически каждый сезон. Шестерни из титана — фавориты среди металлических шестерней, причём как по техническим характеристикам, так и по цене. К сожалению, они обойдутся вам достаточно дорого.

Коллекторные и бесколлекторные моторы

Существует три типа моторов сервоприводов: обычный мотор с сердечником, мотор без сердечника и бесколлекторный мотор.

Обычный мотор с сердечником (справа) обладает плотным железным ротором с проволочной обмоткой и магнитами вокруг него. Ротор имеет несколько секций, поэтому когда мотор вращается, ротор вызывает небольшие колебания мотора при прохождении секций мимо магнитов, а в результате получается сервопривод, который вибрирует и является менее точным, чем сервопривод с мотором без сердечника. Мотор с полым ротором (слева) обладает единым магнитным сердечником с обмоткой в форме цилиндра или колокола вокруг магнита. Конструкция без сердечника легче по весу и не имеет секций, что приводит к более быстрому отклику и ровной работе без вибраций. Такие моторы дороже, но они обеспечивают более высокий уровень контроля, вращающего момента и скорости по сравнения со стандартными.

Сервоприводы с бесколлекторным мотором появились сравнительно недавно. Преимущества те же что и у остальных бесколлекторных моторов: нет щёток, а значит они не создают сопротивление вращению и не изнашиваются, скорость и момент выше при токопотреблении равном коллекторным моторам. Сервоприводы с бесколлекторным мотором — самые дорогие сервоприводы, однако при этом они обладают лучшими характеристиками по сравнению с сервоприводами с другими типами моторов.

Сервопривод постоянного вращения

Сервоприводы обычно имеют ограниченный угол вращения 180 градусов, их так и называют «сервопривод 180°».

Но существуют сервоприводы с неограниченным углом поворота оси. Это сервоприводы постоянного вращения или «сервоприводы 360°».

Сервопривод постоянного вращения можно управлять с помощью библиотек Servo или Servo2. Отличие заключается в том, что функция Servo.write(angle) задаёт не угол, а скорость вращения привода:

Для иллюстрации работы с сервами постоянного вращения мы собрали двух мобильных ботов — на Arduino Uno и Iskra JS. Инструкции по сборке и примеры скетчей смотрите в статье собираем ИК-бота.

Примеры работы с Arduino

Схема подключения

Многие сервоприводы могут быть подключены к Arduino непосредственно. Для этого от них идёт шлейф из трёх проводов:

• красный — питание; подключается к контакту 5V или напрямую к источнику питания

• коричневый или чёрный — земля

• жёлтый или белый — сигнал; подключается к цифровому выходу Arduino.

Для подключения к Arduino будет удобно воспользоваться платой-расширителем портов, такой как Troyka Shield. Хотя с несколькими дополнительными проводами можно подключить серву и через breadboard или непосредственно к контактам Arduino.

Можно генерировать управляющие импульсы самостоятельно, но это настолько распространённая задача, что для её упрощения существует стандартная библиотека Servo.

Ограничение по питанию

Обычный хобби-сервопривод во время работы потребляет более 100 мА. При этом Arduino способно выдавать до 500 мА. Поэтому, если вам в проекте необходимо использовать мощный сервопривод, есть смысл задуматься о выделении его в контур с дополнительным питанием.

Рассмотрим на примере подключения 12V сервопривода:

Ограничение по количеству подключаемых сервоприводов

На большинстве плат Arduino библиотека Servo поддерживает управление не более 12 сервоприводами, на Arduino Mega это число вырастает до значения 48. При этом есть небольшой побочный эффект использования этой библиотеки: если вы работаете не с Arduino Mega, то становится невозможным использовать функцию analogWrite() на 9 и 10 контактах независимо от того, подключены сервоприводы к этим контактам или нет. На Arduino Mega можно подключить до 12 сервоприводов без нарушения функционирования ШИМ/PWM, при использовании большего количества сервоприводов мы не сможем использовать analogWrite() на 11 и 12 контактах.

Пример использования библиотеки Servo

servo_example.ino

// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
#include <Servo.h> 
// создаём объект для управления сервоприводом
Servo myservo;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервопривод к 9 пину 
  myservo.attach(9);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo.write(180);
  delay(500);
} 

По аналогии подключим 2 сервопривода

2servo_example.ino

// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
#include <Servo.h> 
// создаём объекты для управления сервоприводами
Servo myservo1;
Servo myservo2;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервоприводы к 11 и 12 пину 
  myservo1.attach(11);
  myservo2.attach(12);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo1.write(90);
  myservo2.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo1.write(0);
  myservo2.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo1.write(180);
  myservo2.write(180);
  delay(500);
}

Библиотека Servo не совместима с библиотекой VirtualWire для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц.

Альтернативная библиотека Servo2

Библиотеки для управления сервоприводами (Servo) и для работы с приёмниками / передатчиками на 433 МГц VirtualWire используют одно и то же прерывание. Это означает, что их нельзя использовать в одном проекте одновременно. Существует альтернативная библиотека для управления сервомоторами — Servo2.

Все методы библиотеки Servo2 совпадают с методами Servo.

Пример использования библиотеки Servo

servo2_example.ino

// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
// данная библиотека совместима с библиотекой «VirtualWire»
// для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц
#include <Servo2.h> 
// создаём объект для управления сервоприводом
Servo2 myservo;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервопривод к 9 пину 
  myservo.attach(9);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo.write(180);
  delay(500);
} 

Примеры работы с Espruino

Примеры работы с Raspberry Pi

Вывод

Сервоприводы бывают разные, одни получше — другие подешевле, одни надёжнее — другие точнее. И перед тем, как купить сервопривод, стоит иметь в виду, что он может не обладать лучшими характеристиками, главное, чтобы подходил для вашего проекта. Удачи в ваших начинаниях!

Ресурсы

Сервопривод. Что это и как работает

Сервопривод – это механизм с небольшим мотором и специальным датчиком, по которому отслеживаются определенные значения, блока управления.

Задача устройства – вспомогательная. При помощи него работают второстепенные узлы и агрегаты, например, автомобиля.

Принцип действия

Работа устройства происходит по принципу обратного связи с сигналами, которые идут от систем машины. В тот или иной момент сервопривод Honeywell M7284Q1082 получает входящие параметры регулирующего значения и, в зависимости от сигнала, мотор включается, устанавливается направление его движения.

Сервопривод — вспомогательный привод, к примеру, мотор, открывающий люк или ворота привод стеклоочистителей, стеклоподъемник. Устройство комплектуется датчиками для считывания тех или иных параметров и может работать автономно.

Рано или поздно владельцы автомобилей, как правило, европейских, сталкиваются с необходимостью замены серводвигателя. Находится сервопривод в раздаточной коробке. Причин может быть несколько: износ Холла, неисправности вала или же просто закончился ресурс движка. Наш совет – не тяните с замной.

Конструкция устройства

Механизм данного типа, как правило, достаточно прост и имеет следующие составляющие:

1. Привод — мотор с редуктором. Уменьшает или оптимизирует скорость движения.

2. Датчик обратной связи.

3. Блок. От него идет питание к сервоприводу.

4. Вход или конвертер.

Сервоприводы для ворот

Автоматика для ворот делится на 2 группы:

1. Промышленного предназначения. Такие сервоприводы обеспечивают работу массивных и габаритных ворот.

1. Для частного использования. Приводы помогают открываться и закрываться самым обычным городским воротам.

В зависимости от типа и назначения секционных ворот, привод может быть укомплектован теми или иными элементами. Специалисты могут предложить электроприводы различной мощности, скорости работы, энергоэффективности, пыле- и влагозащищенности,. Чем выше ресурс устройства – тем большее его цена.

Кроме стандартных функций, имеющихся у автоматических сервоприводов, по желанию заказчика автоматические ворота могут быть дополнены множеством аксессуаров, которые облегчат их эксплуатацию и сделают работу максимально комфортной.

Как работают трехходовые клапаны и сервоприводы

Оглавление статьи

Привет всем читателям этого блога! В данной статье будут обсуждаться трехходовые клапаны и сервоприводы. Написана статья на уровне ликбеза, поэтому специалистов попрошу громко не смеяться над обсуждаемыми здесь вопросами. Начнем обсуждение с трехходовых клапанов, а потом перейдем к сервоприводам. Переходим к делу.

Что такое трехходовой клапан и зачем он нужен?

Из названия трехходового клапана понятно, что он имеет три резьбовых или фланцевых соединения. Существуют два вида таких клапанов:

• Термосмесительные — применяются для организации подмеса холодного теплоносителя из «обратки» к горячему теплоносителю «подачи». Используется это в водяных теплых полах, тепловых узлах зданий и для защиты теплообменников котлов. Такие «трехходовики» отличаются по диаметру резьбового соединения и диапазону регулировки температуры.
• Переключатели потока — они изменяют направление течения теплоносителя, а точнее сказать они меняют контур, по которому он протекает. Так, например, переключатели потока широко используются для подключения бойлеров косвенного нагрева к отопительным котлам. В такой схеме трехходовой клапан через сервопривод подключен к термостату бойлера и при достижении пороговой температуры происходит переключение клапана и включение загрузочного насоса. После этого горячий теплоноситель начинает течь через теплообменник бойлера и нагревать воду внутри него.

Если вам интересно, то есть отдельная статья о бойлерах косвенного нагрева и схемах его подключения. Читайте и расширяйте свой кругозор.

Внутреннее устройство трехходовых клапанов.

Теперь давайте рассмотрим техническое устройство трехходовых клапанов. Начнем по порядку с устройства термосмесительного клапана. Для того, чтобы иметь наглядное представление о его внутреннем строении, посмотрите на следующий рисунок:

1.  Маховичок клапана.
2. Вход горячей воды.
3. Термочувствительный элемент.
4. Выход смешанной воды.
5. Вход холодной воды.

Термочувствительный элемент расширяется или сжимается в зависимости от температуры. Это позволяет выдерживать определенную температуру на выходе подмеса (4). Колебания температуры обычно лежат в пределах двух или трех градусов в зависимости от разности давлений горячей и холодной воды. Наличие в термосмесительном клапане накипи также уменьшает точность его регулировки. Температура воды на выходе клапана может быть задана жестко при изготовлении клапана, либо может изменяться в некоторых пределах. Делается это при помощи вращения регулировочного колеса.

Теперь перейдем к рассмотрению другого вида клапанов — переключателей направления потока. Собственно, такие клапаны могут работать и как смесительные, но управляются они при помощи ручной настройки или сервопривода. Для большей наглядности смотрите рисунок ниже:

По сути своей такой клапан — шаровой кран, у которого отверстия в шаре не находятся на одной линии, а сделаны под прямым углом друг к другу. Для полного переключения потока необходим поворот шара на 90°. Давайте посмотрим вид такого клапана сверху:

Угловая шкала указывает на то в каком положении находится шар внутри клапана. Как я уже говорил, чаще всего такие клапана используют для подключения бойлера косвенного нагрева к котлу. Схема подключения будет выглядеть следующим образом:

В этой схеме теплоноситель будет циркулировать либо через теплообменник бойлера, либо через радиаторы отопления. Сервопривод клапана будет управляться термостатом бойлера. Теперь давайте поговорим о наиболее важных технических характеристиках таких клапанов:

• Диаметр подключения — диаметр резьбы в дюймах.
• Рабочая температура — температура теплоносителя, при которой клапан отработает весь срок эксплуатации.
• Материал корпуса и уплотнений — чаще всего, такие клапаны изготавливаются из латуни, а в качестве уплотнений может быть использован эластомер (резина) типа EPDM.
• Номинальный поток — измеряется в кубических метрах за час и определяет предел пропускной способности клапана. Номинальный поток прямо пропорционален диаметру подключения клапана.
• Рабочая среда — этот параметр определяет то, в какой среде может работать данный узел. Например, это может быть только вода, либо растворы гликолей (антифризов для отопления).

Давайте двигаться дальше, следующая остановка — сервопривод!

Что такое сервопривод и как он устроен?

Давайте начнем с определения. Сервопривод — это электродвигаетль, управляемый через отрицательную обратную связь. В данном случае отрицательной обратной связью будет датчик угла поворота вала, который прекращает движение вала при достижении нужного угла. Чтобы наглядно себе представлять сервопривод, смотрите ниже на картинку:

Внутреннее устройство сервопривода.

Как обычно, для наглядности рассмотрим устройство сервопривода по рисунку:

Как видно, внутри сервопривода расположены следующие составные части:

• Электрический мотор.
• Редуктор, состоящий из нескольких шестеренок.
• Выходной вал, которым привод вращает клапан или другое устройство.
• Потенциометр — эта та самая отрицательная обратная связь, с помощью которой осуществляется управление углом поворота вала.
• Управляющая электроника, которая расположена на печатной плате.
• Провод, по которому подводятся напряжение питания (220 или 24 В) и управляющий сигнал.

Управляющий сигнал сервопривода.

Давайте теперь подробно остановимся на управляющем сигнале. Сервопривод управляется импульсным сигналом с изменяемой шириной импульса. Для тех, кто не знает о чем идет речь привожу еще одну картинку:

То есть ширина импульса (по времени) определяет величину угла поворота  вала. Настройка таких управляющих сигналов дело нетривиальное и зависит от конкретного привода. Количество управляющих сигналов зависит от того, сколько положений может занимать выходной вал. Сервопривод может быть двухпозиционным (2 управляющих сигнала), трехпозиционным (3 управляющих сигнала) и так далее.

Заключение статьи.

В этой статье я рассмотрел (очень кратко) трехходовые клапана и сервоприводы. Главное для чего они нужны — автоматизация управления инженерными сетями (водоснабжением, отоплением и так далее). Они стоят дорого и во многих случаях без них можно обойтись, но все же есть случаи когда без них не обойтись, например при описанной выше схеме подключения бойлера. На этом все, пишите свои вопросы в комментариях и нажимайте кнопки социальных сетей.

Принцип работы сервопривода, что такое сервопривод

Автор admin На чтение 5 мин. Просмотров 106

Сервопривод – это привод, предназначенный для осуществления контроля (угол поворота вала, скорость вращения/движения и так далее) над различными объектами, находящимися в постоянном движении. Контроль производится в зависимости от заданных ему параметров извне.

• Устройство
• Виды
• Параметры
• Принцип работы сервопривода
• Управление
• Преимущества и недостатки
• Подключение
• Шаговый сервопривод

Рисунок 1. Сервопривод

Данный механизм получил достаточно широкое применение в различных промышленных сферах. Например, чаще всего его можно увидеть в конструкциях станков/машин для создания таких материалов/предметов и их обработки как:

• Упаковки и бумага;
• Листовой металл;
• Обработка материалов;
• Транспортное оборудование;
• Стройматериалы.

Также они могут использоваться в управляющих элементах механических систем (заслонка/задвижка, багажник автомобиля и тому подобные механизмы). Сервопривод очень полезен, так как позволяет поддерживать необходимый вам параметр.

Устройство

Рисунок 2. Устройство сервопривода

Сервопривод включает в свой состав такие элементы как:

• Приводной механизм – к примеру, это может быть электромотор. Благодаря ему становится возможным управление скоростью нужного диапазона в определённый временной момент;
• Датчики – осуществляют контроль над необходимыми параметрами. Могут быть предназначены для отслеживания положения, усилия, поворота угла или скорости вращения объекта;
• Блок управления – немало важный элемент, так как именно благодаря ему происходит поддержание требуемых параметров в автоматическом режиме;
• Блок питания – питает данный механизм.

Интересно, что самый простой управляющий блок чаще всего создаётся с использованием схемы сравнений значений на датчике и необходимых значений при подаче напряжения определённой полярности на привод.

Виды

Сервоприводы могут быть произведены в самых различных комплектациях. Эти устройства разделяют по принципу движения:

Вращательное

Представлено двумя вариациями: синхронной и асинхронной. Синхронный вариант помогает задать высокоточные параметры скорости вращения, углов поворота и ускорения. По сравнению с асинхронным скорость набирают быстрее, поэтому и стоят больше;

Асинхронный привод отличается способностью поддержания с большой точностью необходимой скорости даже в условиях низких оборотов.

Линейное

Также делится на два варианта: плоские и круглые. Двигатели данного типа развивают достаточно высокое ускорение (70 метров в секунду).

Ещё их выделяют по способу действия:

• Электромеханические механизмы – формирование движений происходит за счёт электродвигателя с редуктором;
• Электрогидромеханические – у них любое движение создаётся с участием системы поршня-цилиндра. В сравнении с электромеханическим приводом они обладают отличительно высоким быстродействием.

Параметры

Абсолютно любой сервопривод классифицируется по следующим параметрам:

Поворотная скорость представляет собой конкретный временной промежуток, необходимый для изменения позиции вала и зависима от определённого напряжения.

Поворотный угол выходного вала. Обычно этот параметр равен 180, 360.

Крутящий момент является самым важным параметром работы механизма и регулируется в зависимости от напряжения.

Управление сервопривода зависит от его типа – цифровой он или аналоговый.

Питание. Чаще всего в моделях используют напряжение, варьирующееся от 4.8 до 7.2 вольт.

Материал. Для изготовления редуктора могут использовать различные материалы. Для шестерней используют металл, карбон, пластик. Металл отличается большой устойчивостью в условиях динамических нагрузок, но не долговечен. Пластик долговечен, но не устойчив в динамических нагрузках.

Размер. По этому параметру приводы делят на микро-, стандартные и большие (существуют и другие размеры, но эти самые распространенные).

Принцип работы сервопривода

Рисунок 3. Принцип работы сервопривода

Движение редукторного выходного вала, который связан сервоприводом с шестернями, происходит за счёт работы электродвигателя. Для регулирования оборотов предназначен редуктор. Для управления необходимыми механизмами вал соединяется непосредственно с ними.

Его положение контролирует специальный датчик (на них основано всё устройство), который преобразует угол поворота в электро-сигналы. Такой датчик носит название энкодера. Во время поворота бегунка сопротивление энкодера изменяется. Это изменение пропорционально зависимо от угла поворота датчика. Благодаря этому принципу работы механизм можно зафиксировать в нужной позиции.

Для поддержания отрицательной обратной связи используется электронная плата, которая обрабатывает сигналы, приходящие от энкодера. Она сравнивает параметры и определяет запускать или остановить электродвигатель.

Управление

Для того чтобы серводвигатель мог функционировать в нём используют специальную систему, основанную на G-кодах. Упомянутые коды представлены набором управляющих команд, которые заложены в программе.

Например, в системе ЧПУ сервопривод контактирует с инверторами, способными изменять напряжение, которое соответствует входному, в обмотке электромотора.

Вся система серводвигателя управляется/контролируется блоком управления, из которого поступают различные команды, например, передвижения по оси Х или У. После подачи команды в инверторе создаётся определённое напряжение, питающее привод. Затем серводвигатель начинает своё круговое движение, связанное с главным исполнительным элементом механизма и энкодером.

Энкодер создаёт множество импульсов, которые подсчитываются блоком, осуществляемыми управление устройством. Для каждой позиции исполнительного элемента в программе установлено определённое количество импульсов. Так под их влиянием либо подаётся напряжение на моторчик, либо прекращается.

Преимущества и недостатки

Приятной особенностью сервоприводов является их достаточно малый размер и вес, что позволяет устанавливать их в различные конструкции с лёгкостью. Также они отличаются своей почти полностью бесшумной работой, что очень важно при использовании данных устройств на определённых участках. Любой сервопривод можно настроить персонально под свои конкретные задачи.

Благодаря сервоприводу можно осуществлять управление с отличительной большой точностью и стабильностью.

Из недостатков выделяется только сложность в их настройке и стоимости.

Подключение

Рисунок 4. Подключение сервопривода к системе Arduino

Подключение сервопривода осуществляется за счёт проводников в количестве трёх штук. Два проводника используются для подачи питания на электромотор, а оставшийся необходим для передачи сигналов от блока управления, которые приводят вал в нужную позицию.

Стоит отметить, что для того чтобы снизить вероятность огромных динамических нагрузок, которым может подвергаться электромотор, необходимо осуществлять как плавный разгон мотора, так и его торможение. Для этой цели создаются и используются более высокие по сложности микроконтроллеры, которые обеспечивают высокую точность в контроле и управлении положением рабочей детали.

Шаговый сервопривод

Сервопривод: виды, управление, принцип работы

В конструкциях оборудования, создаваемого на базе высоких технологий, постоянно развиваются и совершенствуются различные автоматические процессы. Среди них широкое распространение получил сервопривод, устанавливаемый с целью совершения отдельными элементами и деталями постоянных динамических движений. Эти устройства обеспечивают постоянный контроль над углами поворота вала, устанавливают нужную скорость в приборах электромеханического типа.

Составной частью этих систем являются серводвигатели, которые дают возможность управлять скоростями в нужном диапазоне в установленный промежуток времени. Таким образом, все процессы и движения могут периодически повторяться, а частота этих повторов закладывается в системе управления.

Устройство сервопривода

Основные детали, из которых состоит типовой серводвигатель – ротор и статор. Для коммутации применяются специальные комплектующие в виде штекеров и клеммных коробок. Управление, контроль и коррекция процессов осуществляется с помощью отдельного управляющего узла. Для включения и выключения сервопривода используется отдельная система. Все детали, помещаются в общем корпусе.

Практически во всех сервоприводах имеется датчик, работающий и отслеживающий определенные параметры, такие как положение, усилие или скорость вращения. С помощью управляющего блока поддерживается автоматический режим необходимых параметров при работе устройства. Выбор того или иного параметра происходит в зависимости от сигналов, поступающих от датчика в установленные промежутки времени.

Разница между сервоприводом и обычным электродвигателем заключается в возможности установки вала в точно заданное положение, измеряемое в градусах. Установленное положение, так же, как и другие параметры, поддерживаются блоком управления.

Их принцип работы заключается в преобразовании электрической энергии в механическую, с помощью электродвигателя. В качестве привода используется редуктор, позволяющий снизить скорость вращения до требуемого значения. В состав данного устройства входят валы с шестернями, преобразующими и передающими крутящий момент.

Как работает сервопривод

Вращение выходного вала редуктора, связанного шестернями с сервоприводом, осуществляется путем запуска и остановки электродвигателя. Сам редуктор необходим для регулировки числа оборотов. Выходной вал может быть соединен с механизмами или устройствами, которыми необходимо управлять. Положение вала контролируется с помощью датчика обратной связи, способного преобразовывать угол поворота в электрические сигналы и на котором построен принцип работы всего устройства.

Этот датчик известен также, под названием энкодера или потенциометра. При повороте бегунка, его сопротивление будет изменяться. Изменения сопротивления находится в прямой пропорциональной зависимости с углом поворота энкодера. Данный принцип работы позволяет устанавливать и фиксировать механизмы в определенном положении.

Дополнительно каждый серводвигатель имеет электронную плату, обрабатывающую внешние сигналы, поступающие от потенциометра. Далее выполняется сравнение параметров, по результатам которого производится запуск или остановка электродвигателя. Следовательно, с помощью электронной платы поддерживается отрицательная обратная связь.

Подключить серводвигатель можно с помощью трех проводников. По двум из них подается питание к электродвигателю, а третий служит для прохождения сигналов управления, приводящих вал в определенное положение.

Предотвратить чрезмерные динамические нагрузки на электродвигатель возможно с помощью плавного разгона или такого же плавного торможения. Для этого применяются более сложные микроконтроллеры, обеспечивающие более точный контроль и управление позицией рабочего элемента. В качестве примера можно привести жесткий диск компьютера, в котором головки устанавливаются в нужную позицию с помощью точного привода.

Управление серводвигателем

Основное условие, чтобы серводвигатель мог нормально работать, заключается в их функционировании совместно с так называемой системой G-кодов. Эти коды представляют собой набор команд управления, заложенный в специальную программу.

Если в качестве примера взять ЧПУ – числовое программное управление, то в данном случае сервоприводы будут взаимодействовать с преобразователями. В соответствии с уровнем входного напряжения они способны изменить значение напряжения на возбуждающей обмотке или якоре электродвигателя.

Непосредственное управление серводвигателем и всей системой осуществляется из одного места – блока управления. Когда отсюда поступает команда на прохождение определенного расстояния по оси координат Х, в цифровом аналоговом преобразователе возникает напряжение определенной величины, которое и поступает в качестве питания привода этой координаты. В серводвигателе начинается вращательное движение ходового винта, связанного с энкодером и исполнительным органом основного механизма.

В энкодере вырабатываются импульсы, подсчитываемые блоком, выполняющим управление сервоприводом. В программе заложено соответствие определенного количества сигналов с энкодера, установленному расстоянию, которое должен пройти исполняющий механизм. В нужное время аналоговый преобразователь, получив установленное число импульсов, прекращает выдачу выходного напряжения, в результате, серводвигатель останавливается. Точно так же под влиянием импульсов восстанавливается напряжение, и возобновляется работа всей системы.

Виды и характеристики

Серводвигатели выпускаются в самых разных вариантах, позволяющих использовать их во многих областях. Основные конструкции разделяются на коллекторные и бесколлекторные, предназначенные для работы от постоянного и переменного тока.

Кроме того, каждый сервомотор может быть синхронным и асинхронным. Синхронные устройства обладают способностью задавать высокоточную скорость вращения, а также углы поворотов и ускорение. Эти приводы очень быстро набирают номинальную скорость вращения. Сервоприводы в асинхронном исполнении управляются за счет изменения параметров питающего тока, когда его частота меняется с помощью инвертора. Они с высокой точностью выдерживают заданную скорость даже при самых низких оборотах.

В зависимости от принципиальной схемы и конструкции, сервоприводы могут быть электромеханическими и электрогидромеханическими. Первый вариант, включающий редуктор и двигатель, отличается низким быстродействием. Во втором случае действие происходит очень быстро за счет движения поршня в цилиндре.

Каждый сервопривод характеризуется определенными параметрами:

• Крутящий момент или усилие, создаваемое на валу. Считается наиболее важным показателем работы сервопривода. Для каждой величины напряжения существует собственный крутящий момент, отражаемый в паспорте изделия.
• Скорость поворота. Данный параметр представляет собой определенный период времени, который требуется, чтобы изменить позицию выходного вала на 600. Эта характеристика также зависит от конкретного значения напряжения.
• Максимальный угол поворота, на который может развернуться выходной вал. Чаще всего эта величина составляет 180 или 3600.
• Все сервоприводы разделяются на цифровые и аналоговые. В зависимости от этого и осуществляется управление сервоприводом.
• Питание серводвигателей. В большинстве моделей используется напряжение от 4,8 до 7,2В. Питание и управление осуществляется с помощью трех проводников.
• Возможность модернизации в сервопривод постоянного вращения.
• Материалы для редуктора могут использоваться самые разные. Шестерни изготавливаются из металла, карбона, пластика или комбинированных составов. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Например, пластиковые детали плохо выдерживают ударные нагрузки, но устойчивы к износу в процессе длительной эксплуатации. Металлические шестерни, наоборот, быстро изнашиваются, зато они обладают высокой устойчивостью к динамическим нагрузкам.

Плюсы и минусы сервомоторов

Благодаря унифицированным размерам, эти устройства легко и просто устанавливаются в любые конструкции. Они безотказны и надежны, каждый из них работает практически бесшумно, что имеет большое значение при их эксплуатации на сложных и ответственных участках. Даже на невысоких скоростях можно добиться точности и плавных перемещений. Каждый сервопривод может быть настроен персоналом, в зависимости решения тех или иных задач.

В качестве недостатков отмечаются определенные сложности при настройках и сравнительно высокая стоимость.

Принцип действия сервоклапана — Центр Технического Обеспечения и Сервиса

Сервоклапан был сконструирован в 1955 году Биллом Мугом. Тогда это являлось новым словом в технике, можно было управлять мощными гидропотоками посредством слабых электросигналов. Даже самая первая модель сервоклапана оказалась настолько удачной, что быстро прижилась.

Это аппарат, который превращает небольшие электросигналы в сильные механические – т.е. любой сервоклапан исполняет роль гидроусилительного устройства.

Благодаря внедрению разных усовершенствований, включая использование печатных плат различного типа, удалось добиться «умного» управления сервоклапанами, поэтому устройство может функционировать в полностью автоматизированном режиме без участия оператора.

Сервоклапан может скорректировать такие показатели потока как:

• скорость;
• интенсивность;
• давление.

Многие модели позволяют гибко управлять параметрами устройства – в зависимости от сферы применения и поставленных задач. Отклонение от нужных параметров исправляется «умной» системой, а также проводится контроль состояния потока и самого клапана. Для этого прибегают к монтажу дополнительных электронных управляющих блоков и всевозможных измерителей.

Как работает сервоклапан

Несмотря на конструктивное многообразие современных сервоклапанов, они имеют общий принцип работы. Установленный внутри такого клапана сервопривод преобразует электросигналы в пропорциональные движения механического типа регулирующих элементов. Это может быть сопло, заслонка и т.д. Путем перемещения регулирующего элемента можно влиять на параметры гидропотока.

Таким образом, сервопривод – неотъемлемая часть сервоклапана. Он может управляться и отслеживаться датчиками, которые обеспечивают обратную связь с системой.

В случае отклонения в работе тех или иных параметров, датчики подают сигналы на блоки управления, а те, в свою очередь, подают сигнал на сервопривод. Последний изменяет параметры заслонки или другого элемента, управляющего характеристиками потока.

Например, в сервоклапане, на котором установлен линейный дифференциальный привод с постоянным магнитом, происходит создание базового магнитного потока. Благодаря установленным постоянным магнитам, ток для управления линейным приводом намного меньше, чем у приводов с клапанами соленоидного типа.

Многие модульные клапаны функционируют при помощи электрических импульсов, которые подают на сервопривод либо на пару встречно подключенных соленоидов. Чтобы поршень мог удерживаться в нейтральном положении, устанавливают центрирующую пружину. Чтобы поршень был установлен в точном положении, прибегают к дифференциальным токам в катушках соленоида и сервопривода.

Для выхода золотника из нейтрального состояния нужно преодолеть усилие пружины довольно высокой жесткости, а также силы трения самой жидкости.

Разновидности и применение сервоклапанов

В зависимости от нужд потребителя, современная промышленность может предложить сервоклапаны, которые обслуживают гидросистему:

• с пропускной способностью до 200 литров жидкости в минуту – в этом случае клапан предлагается с частотой 50 Гц, соплом и заслонкой;
• с пропускной способностью до 600 литров в минуту – в этом случае используется клапан с золотником электродинамического типа с частотой 50 Гц.(наверное 50Гц, 550 просто не существует)

Сервоклапан приводится в работу посредством электрической, механической либо электромеханической силы.

Благодаря доступности, относительной простоты и отличным эксплуатационным характеристикам, данные виды клапанов имеют обширную область использования:

• производство станочного оборудования;
• аэрокосмическая промышленность;
• машиностроение;
• роботостроение.

Критерии выбора

При покупке сервоклапана нужно иметь в виду определенные параметры и характеристики устройства. В частности, это касается скорости (частоты) нагружения, хода поршня, номинальной и рабочей нагрузок цилиндра.

Если предполагается работать при повышенных расходах (свыше 200 литров в минуту), то рекомендуется применять трехкаскадные ЭГР. Как правило, ЭГР монтируются на цилиндрах совместно с АКБ и фильтрующими элементами. Однако в системе с низкочастотным или статическим нагружением прибегают к использованию отдельных гидравлических блоков, которые объединяют ЭГР, клапан распределения, аварийный кран, фильтрующие элементы и АКБ для нескольких цилиндров.

Правила эксплуатации

Чтобы сервоклапан прослужил долго, рекомендуется соблюдать определенные правила монтажа и эксплуатации:

Желательно приобретать клапаны у производителей. За подозрительно низкими ценами всегда скрывается соответствующее качество оборудования.

Как работают серводвигатели | Kollmorgen

Как работает серводвигатель? Серводвигатель — это электромеханическое устройство, которое создает крутящий момент и скорость в зависимости от подаваемого тока и напряжения. Серводвигатель работает как часть системы с замкнутым контуром, обеспечивая крутящий момент и скорость по команде от сервоконтроллера, использующего устройство обратной связи для замыкания контура. Устройство обратной связи передает такую ​​информацию, как ток, скорость или положение, сервоконтроллеру, который регулирует работу двигателя в зависимости от заданных параметров.

Серводвигатели

доступны во множестве типов, форм и размеров. Термин сервопривод был впервые использован в 1859 году Джозефом Факортом, который реализовал механизм обратной связи, чтобы помочь управлять кораблем с помощью пара для управления рулями. Серводвигатель — это часть сервомеханизма, состоящего из трех ключевых элементов — двигателя, устройства обратной связи и управляющей электроники. Двигатель может быть переменного или постоянного тока, щеточный или бесщеточный, вращающийся или линейный, любого размера. Устройство обратной связи может быть потенциометром, устройством на эффекте Холла, тахометром, резольвером, энкодером, линейным преобразователем или любым другим датчиком, если это необходимо.Завершением сервосистемы является управляющая электроника, которая питает двигатель и сравнивает данные обратной связи и задание команд, чтобы убедиться, что серводвигатель работает в соответствии с командой. Существует много типов приложений для серводвигателей, от простых двигателей постоянного тока, используемых в любительских приложениях (например, в моделях самолетов), до сложных бесщеточных двигателей, приводимых в действие сложными контроллерами движения, используемых в многоосных обрабатывающих центрах. Одним из примеров обычного сервомеханизма является круиз-контроль транспортного средства, который состоит из двигателя (двигателя), датчика скорости (обратной связи) и электроники для сравнения скорости транспортного средства с установленной скоростью.Если автомобиль замедляется, датчик передает эти данные в электронику, которая, в свою очередь, увеличивает подачу газа в двигатель, чтобы увеличить скорость до желаемой уставки — это простая система с замкнутым контуром.

Простой промышленный серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока с постоянными магнитами и встроенного тахометра, который обеспечивает выходное напряжение, пропорциональное скорости. Электроника привода подает на двигатель необходимое напряжение и ток в зависимости от напряжения, подаваемого с тахометра. В этом примере, заданная скорость (представлено в виде опорном напряжения команды) установлена ​​в драйвере, то схема в драйвере сравнивает напряжение обратной связи тахометра и определяет, если требуемая скорость была выполнена — известный как замкнутый контур скорости.Контур скорости отслеживает заданную скорость и обратную связь тахометра, в то время как водитель регулирует мощность двигателя, чтобы поддерживать заданную заданную скорость.

В более сложной системе серводвигателя несколько встроенных контуров настроены для оптимальной производительности и обеспечения точного управления движением. Система состоит из контуров тока, скорости и положения, в которых используются прецизионные элементы обратной связи. Каждый цикл сигнализирует о следующем цикле и отслеживает соответствующие элементы обратной связи, чтобы в реальном времени вносить поправки в соответствие с заданными параметрами.

Базовый контур — это контур тока или момента. Ток пропорционален крутящему моменту во вращающемся двигателе (или силе в линейном двигателе), который обеспечивает ускорение или тягу. Датчик тока — это устройство, которое обеспечивает обратную связь, связанную с током, протекающим через двигатель. Датчик отправляет сигнал обратно в управляющую электронику — обычно аналоговый или цифровой сигнал, пропорциональный току двигателя. Этот сигнал вычитается из управляемого сигнала. Когда серводвигатель находится на заданном токе, контур будет удовлетворен, пока ток не упадет ниже заданного тока.Затем цикл будет увеличивать ток до тех пор, пока не будет достигнут заданный ток, при этом цикл будет продолжаться с частотой обновления менее секунды.

Контур скорости работает таким же образом с напряжением, пропорциональным скорости. Контур скорости отправляет токовому контуру команду на увеличение тока (тем самым увеличивая напряжение), когда скорость падает ниже заданной скорости.

Контур положения принимает команду для ПЛК или контроллера движения, который, в свою очередь, обеспечивает команду скорости, которая подается в контур скорости, который, в свою очередь, дает команду на требуемый ток для ускорения, поддержания и замедления двигателя, чтобы он переместился в заданное положение. позиция.Все три контура работают оптимизированно синхронно, чтобы обеспечить плавное и точное управление сервомеханизмом.

Серводвигатель

: описание типов и принципа работы.

Серводвигатель чаще всего используется для высокотехнологичных устройств в промышленных приложениях, таких как автоматизация. Это автономное электрическое устройство, которое вращает части машины с высокой эффективностью и точностью. Кроме того, выходной вал этого двигателя может поворачиваться на определенный угол.Серводвигатели в основном используются в бытовой электронике, игрушках, автомобилях, самолетах и ​​многих других устройствах.

Таким образом, в этом блоге обсуждаются определение, типы, механизм, принцип, работа, управление и, наконец, приложения сервомашины.

Определение:

Серводвигатель — это поворотный привод или двигатель, обеспечивающий точное управление угловым положением, ускорением и скоростью. В основном у него есть определенные возможности, которых нет у обычного мотора.Следовательно, он использует обычный двигатель и соединяет его с датчиком обратной связи по положению.

Типы серводвигателей:

Серводвигатели

могут быть разных типов в зависимости от их применения. Наиболее важными из них являются: серводвигатель переменного тока, серводвигатель постоянного тока, бесщеточный серводвигатель постоянного тока, серводвигатель позиционного вращения, серводвигатель непрерывного вращения и линейный серводвигатель.

Типичный серводвигатель состоит из трех проводов, а именно: питания, управления и заземления.Форма и размер этих двигателей зависят от области их применения.

1. Серводвигатель постоянного тока:

Основной принцип работы двигателя постоянного тока такой же, как и у других электромагнитных двигателей. Конструкция, конструкция и режимы работы разные. Роторы этого типа двигателей имеют большую длину ротора и меньший диаметр. Их размер больше, чем у обычных двигателей той же мощности.

Серводвигатель постоянного тока

Существуют различные типы серводвигателей постоянного тока:

1.Моторы серии:

Двигатели серии имеют высокий пусковой момент и потребляют большой ток. У такого двигателя плохая регулировка скорости.

2. Мотор серии Split:

Это двигатели с разделенным полем с долей киловатт. Мотор серии Split имеет типичную кривую крутящий момент-скорость. Эта кривая обозначает высокий крутящий момент при остановке и быстрое снижение крутящего момента на высокой скорости.

3. Двигатель параллельного управления:

Имеет две отдельные обмотки:

1.обмотка возбуждения — на статоре.

2. обмотка якоря — на роторе станка.

Обе обмотки подключены к источнику постоянного тока.

4. Шунтирующий двигатель с постоянными магнитами:

Это двигатель с постоянным возбуждением, в котором поле фактически создается постоянным магнитом. Кроме того, характеристики аналогичны двигателю с фиксированным полем, управляемым якорем.

2. Серводвигатель переменного тока:

Серводвигатели переменного тока

— это двигатели переменного тока, в которых встроенные энкодеры используются с контроллерами для обеспечения обратной связи и управления с обратной связью.Следовательно, эти двигатели можно позиционировать с высокой точностью. Таким образом, ими можно управлять точно в соответствии с требованиями приложения.

Серводвигатели переменного тока классифицируются на два типа. Это двухфазный и трехфазный серводвигатель переменного тока. Сейчас большинство серводвигателей переменного тока относятся к типу двухфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Они используются для приложений с низким энергопотреблением. Кроме того, трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором теперь используется в приложениях, где используются системы большой мощности.

Серводвигатель переменного тока

3. Бесщеточный серводвигатель постоянного тока:

Двигатели

BLDC также широко известны как двигатели с электронной коммутацией или синхронные двигатели, работающие от электричества постоянного тока через инвертор или импульсный источник питания. Следовательно, это обеспечивает электрический ток переменного тока для управления каждой фазой двигателя через контроллер с обратной связью. Контроллер подает импульсы тока на обмотки двигателя, которые регулируют скорость и крутящий момент двигателя.

Конструкция системы бесщеточного двигателя обычно аналогична синхронному двигателю с постоянными магнитами.Наконец, преимущества бесщеточного двигателя перед щеточными двигателями — это высокое соотношение мощности к весу, высокая скорость и электронное управление. Бесщеточные двигатели находят применение в таких местах, как компьютерная периферия (дисководы, принтеры), ручные электроинструменты и транспортные средства, от моделей самолетов до автомобилей.

4. Серводвигатель позиционного вращения:

Серводвигатель позиционного вращения — самый важный серводвигатель. Следовательно, это также самый распространенный тип серводвигателя.Выходной вал вращается примерно на 180 градусов. Кроме того, он включает в себя физические упоры, расположенные в зубчатом механизме, чтобы останавливать вращение за этими пределами, чтобы защитить датчик вращения. Эти обычные сервоприводы используются в радиоуправляемой воде, автомобилях с регулируемым соотношением, самолетах, роботах, игрушках и многих других приложениях.

5. Серводвигатель постоянного вращения:

Серводвигатель непрерывного вращения относится к обычному серводвигателю позиционного вращения, но он может вращаться в любом направлении бесконечно.Управляющий сигнал, а не установка статического положения сервопривода, понимается как скорость и направление вращения. Диапазон возможных команд заставляет сервопривод вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки, в зависимости от предпочтения, при изменении командного сигнала. Таким образом, этот тип двигателя используется в радарной тарелке, если вы едете, один на роботе или вы можете использовать его в качестве приводного двигателя на мобильном роботе.

серводвигатель непрерывного вращения

6. Линейный серводвигатель:

Линейный серводвигатель также похож на описанный выше серводвигатель позиционного вращения, но с дополнительными зубчатыми колесами для изменения выходной мощности с круговой на прямую и обратную.Хотя эти серводвигатели вряд ли можно найти, но иногда их можно найти в хобби-магазинах, где они используются в качестве приводов в самолетах более высоких моделей.

линейный серводвигатель

Принцип работы:

Серводвигатель

работает по принципу ШИМ (широтно-импульсной модуляции), что означает, что его угол поворота регулируется длительностью импульса, подаваемого на его управляющий PIN-код. В основном серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока, который управляется переменным резистором (потенциометром) и некоторыми шестернями.

Механизм серводвигателя:

В основном серводвигатель — это сервомеханизм с обратной связью, который использует обратную связь по положению для управления своим движением и конечным положением. Более того, входом для его управления является сигнал (аналоговый или цифровой), представляющий заданное положение для выходного вала.

Двигатель оснащен энкодером определенного типа для обеспечения обратной связи по положению и скорости. В простейшем случае мы измеряем только позицию. Затем измеренное положение выхода сравнивается с командным положением внешнего входа контроллера.Теперь, если выходное положение отличается от ожидаемого выходного положения, генерируется сигнал ошибки. Это затем заставляет двигатель вращаться в любом направлении, в соответствии с необходимостью привести выходной вал в соответствующее положение. По мере приближения позиции сигнал ошибки уменьшается до нуля. Наконец мотор останавливается.

Очень простые серводвигатели могут позиционироваться только с помощью потенциометра и управления двигателем. Далее мотор всегда вращается на полной скорости. Хотя этот тип серводвигателя не находит широкого применения в промышленном управлении движением, он составляет основу простых и дешевых сервоприводов, используемых в моделях радиоуправления.

Серводвигатели

также находят применение в оптических датчиках вращения для измерения скорости выходного вала и в приводе с регулируемой скоростью для управления скоростью двигателя. Теперь это, в сочетании с алгоритмом управления PID, позволяет сервомотору быстрее и точнее находиться в командном положении с меньшим отклонением.

Работа серводвигателей:

Серводвигатели очень точно контролируют положение и скорость. Теперь потенциометр может определять механическое положение вала.Следовательно, он соединяется с валом двигателя через шестерни. Текущее положение вала преобразуется в электрический сигнал с помощью потенциометра и сравнивается с командным входным сигналом. В современных серводвигателях электронные энкодеры или датчики определяют положение вала.

Мы подаем команду в соответствии с положением вала. Если сигнал обратной связи отличается от заданного входа, пользователя предупреждает сигнал ошибки. Мы усиливаем этот сигнал ошибки и применяем его в качестве входного сигнала для двигателя, следовательно, двигатель вращается.И когда вал достигает требуемого положения, сигнал ошибки становится нулевым, и, следовательно, двигатель остается в неподвижном состоянии, удерживая положение.

Командный ввод осуществляется в виде электрических импульсов. Поскольку фактический вход в двигатель — это разница между сигналом обратной связи (текущее положение) и требуемым сигналом, следовательно, скорость двигателя пропорциональна разнице между текущим положением и требуемым положением. Мощность, потребляемая двигателем, пропорциональна расстоянию, которое ему необходимо преодолеть.

Управление серводвигателями:

Обычно серводвигатель поворачивается на 90 градусов в любом направлении, поэтому максимальное перемещение может составлять 180 градусов. Однако нормальный серводвигатель не может вращаться дальше до механического упора.

Берем три провода сервопривода: плюсовой, заземляющий и управляющий. Сервомотор управляется путем отправки сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) через провод управления. Импульс отправляется каждые 20 миллисекунд. Ширина импульсов определяет положение вала.

например,

Импульс длительностью 1 мс перемещает вал против часовой стрелки на -90 градусов, импульс 1,5 мс перемещает вал в нейтральное положение, равное 0 градусам, а импульс продолжительностью 2 мс перемещает вал по часовой стрелке на +90 градусов.

Серводвигатель с регулируемой шириной импульса

Когда мы приказываем серводвигателю двигаться, подавая импульс соответствующей ширины, вал перемещается в требуемое положение и удерживает его. Однако мотор сопротивляется изменениям. Чтобы двигатель удерживал свое положение, импульсы должны повторяться.

Заявки:

1. Робототехника: к каждому стыку робота мы подключаем серводвигатель. Таким образом, робот-манипулятор получает точный угол.

2. Конвейерные ленты: серводвигатели перемещают, останавливают и запускают конвейерные ленты, транспортирующие продукт на различных этапах, например, при упаковке / розливе продукта и маркировке.

3. Автофокус камеры: высокоточный серводвигатель, встроенный в камеру, корректирует объектив камеры для повышения резкости не в фокусе изображений.

4.Солнечная система слежения: серводвигатели регулируют угол наклона солнечных панелей в течение дня, и, следовательно, каждая панель продолжает смотреть на солнце, что приводит к использованию максимальной энергии от восхода до заката.

вот несколько ссылок на связанные темы:

наконец, мы надеемся, что эта статья была вам полезна. Пожалуйста, дайте нам знать в разделе комментариев ниже.

Спасибо за подписку! Пожалуйста, проверьте свою электронную почту для получения дальнейших инструкций.

Связанные

Комментарии

комментария

Что такое сервопривод: краткое руководство

Что такое сервопривод: краткое руководство

Стандартные технологии
Общество робототехники Сиэтла

Сервопривод — это небольшое устройство с выходным валом.Этот вал
можно позиционировать в определенных угловых положениях, отправив
серво кодированный сигнал. Пока кодированный сигнал существует на
входной линии сервопривод будет поддерживать угловое положение
вал. При изменении кодированного сигнала угловое положение
вал меняется. На практике сервоприводы используются в радиоуправляемых
самолетов для размещения управляющих поверхностей, таких как лифты и
рули. Они также используются в радиоуправляемых машинах, марионетках,
и, конечно же, роботы.

(Нажмите на картинку, чтобы увеличить
посмотреть)

Сервопривод Futaba S-148

Сервоприводы

чрезвычайно полезны в робототехнике. Моторы маленькие,
как вы можете видеть на картинке выше, есть встроенный элемент управления
схемы и чрезвычайно мощные для своего размера. Стандарт
сервопривод, такой как Futaba S-148, имеет крутящий момент 42 унции / дюйм, который
довольно сильный для своего размера. Он также потребляет мощность пропорционально
к механической нагрузке.Слегка нагруженный сервопривод, следовательно,
не потребляет много энергии. Показаны внутренности серводвигателя.
на картинке ниже. Вы можете увидеть схему управления,
мотор, набор шестерен и корпус. Вы также можете увидеть 3 провода
которые связаны с внешним миром. Один для питания (+5 вольт),
земля, а белый провод — провод управления.

(Нажмите на картинку, чтобы увеличить
посмотреть)

Сервопривод в разобранном виде.

Итак, как работает сервопривод? Серводвигатель имеет некоторый контроль
схемы и потенциометр (переменный резистор, он же потенциометр), который
подключен к выходному валу. На картинке выше горшок
можно увидеть на правой стороне печатной платы. Этот горшок
позволяет схеме управления контролировать текущий угол
серводвигатель. Если вал находится под правильным углом, двигатель
Выключается. Если схема обнаруживает, что угол неправильный, она
повернет двигатель в правильном направлении до тех пор, пока угол не станет
правильный.Выходной вал сервопривода может перемещаться
где-то около 180 градусов. Обычно это где-то 210
диапазон градусов, но он зависит от производителя. Нормальный сервопривод
используется для управления угловым перемещением от 0 до 180 градусов. А
нормальный сервопривод механически не способен поворачиваться дальше
из-за механического упора, встроенного в главную ведомую шестерню.

Мощность, подаваемая на двигатель, пропорциональна
расстояние, которое ему необходимо преодолеть.Итак, если валу нужно повернуть
большое расстояние, мотор будет работать на полной скорости. Если это нужно
поверните только небольшое количество, двигатель будет работать с меньшей скоростью.
Это называется пропорциональным управлением.

Как сообщить угол, под которым сервопривод должен
повернуть? Контрольный провод используется для сообщения угла. В
угол определяется длительностью импульса, подаваемого на
провод управления. Это называется импульсной кодированной модуляцией. В
сервопривод ожидает увидеть импульс каждые 20 миллисекунд (.02 секунды).
Длина импульса определяет, как далеко вращается двигатель. А
Например, импульс 1,5 миллисекунды заставит двигатель переключиться на
положение 90 градусов (часто называемое нейтральным положением). Если
импульс короче 1,5 мс, тогда двигатель включит
вал, чтобы приблизиться к 0 градусам. Если импульс длиннее 1,5 мс,
вал поворачивается ближе к 180 градусам.

Как видно на картинке, длительность импульса
определяет угол выходного вала (показан зеленым кружком
со стрелкой).Обратите внимание, что время здесь носит иллюстративный характер, и
фактическое время зависит от производителя двигателя. В
принцип, однако, тот же.

Как, что и принципы

Некоторые изобретения действительно повлияли на то, как мы используем определенные объекты. Одно из таких изобретений — серводвигатель. К счастью для нас, этот моторчик существует уже довольно давно!

Многие люди не знают о множестве существующих приложений для серводвигателей.В изделиях от принтеров до игрушечных машинок в той или иной форме используются серводвигатели. Серводвигатели в целом более популярны среди клиентов из-за их компактных размеров, быстрого динамического отклика и хорошо контролируемых характеристик.

Хотя есть несколько других типов двигателей, которые следует учитывать, серводвигатели, как правило, являются функцией наиболее распространенных интегрированных двигателей, энергоэффективных, точных и мощных. В более широком масштабе серводвигатели могут широко использоваться в промышленных приложениях и робототехнике.

Давайте обсудим серводвигатель более подробно, чтобы вы могли решить, стоит ли его рассматривать для проектов управления движением или приложений, для которых он вам нужен.

Что такое серводвигатель?

Серводвигатель — это механизм с обратной связью с обратной связью по положению для управления вращательной / линейной скоростью и положением. Электрический сигнал управляет двигателем, который регулирует движение, определяя конечное командное положение выходного вала.

Как работает серводвигатель?

Вы когда-нибудь брали в руки небольшой серводвигатель и задавались вопросом, как именно он работает? Как такое маленькое изделие может приводить в действие такие простые объекты, как игрушечные машинки, или такие сложные, как военная робототехника?

Что ж, то, как работает сервосистема, на самом деле не так сложно, как вы можете себе представить.Если вы разберетесь в основных компонентах, вы поймете идею.

Вот разбивка различных компонентов, составляющих замкнутую систему:

— Электродвигатель : Двигатель генерирует движение через вал.
— Датчик обратной связи : Датчик (энкодер), используемый для передачи информации об угловом / линейном положении, скорости или текущем значении в блок управления.
— Цепь управления : Эта последовательная цепь двигателя обеспечивает управление движением двигателя с помощью электрических импульсов.
— Ведущая шестерня с: шестерни увеличивают или уменьшают скорость и крутящий момент двигателя.

Прежде чем мы объясним процесс работы серводвигателя, важно понять, что такое «замкнутая система». Чтобы упростить, замкнутая система — это полностью автоматизированная система управления, в которой управляющее действие зависит от выхода.

Все просто, мотор крепится к датчику обратной связи. Когда двигатель вращается, датчик выдает информацию обратной связи, которая позволяет схеме управления регулировать величину движения вала и то, в каком направлении он должен двигаться.Когда вал переместился в желаемое положение, это называется командным положением.

Как только вал двигателя находится в требуемом положении, мощность двигателя прекращается. Электрические импульсы отправляют требуемое положение по сигнальному проводу. Поскольку скорость двигателя зависит от фактического положения по сравнению с желаемым положением, двигатель будет вращаться медленнее, если он находится ближе к положению, и быстрее, если он находится дальше. Таким образом, двигатель будет работать только настолько быстро, насколько это необходимо для выполнения запрошенной задачи, что делает его очень эффективным.

Для эффективной работы серводвигателя рекомендуется использовать внешний источник питания. Можно легко использовать средний источник питания 12/24 В, аналогичный тем, которые используются для зарядки стандартного сотового телефона.

В серводвигателях большего размера, которые используются в промышленных машинах, используются редукторы для достижения и поддержания правильного крутящего момента на выходе. Большинство сервоприводов работают с передаточным числом 5: 1, 10: 1 или даже 100: 1.

Серводвигатели

используют электромагнетизм для создания крутящего момента.Постоянные магниты находятся на роторе, а неподвижный электромагнит окружает сам ротор. Поскольку сервопривод представляет собой асинхронный двигатель с векторным приводом, он питается от вращающегося магнитного поля, а не от постоянного магнитного поля.

Серводвигатели

в первую очередь более мощные, чем их более дешевые аналоги. Благодаря высокой производительности и энергоэффективности они также очень долговечны.

Как управлять серводвигателем?

Управление серводвигателем осуществляется путем отправки электрического импульса с гибкой шириной или широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) через провод управления.Как правило, сигнал ШИМ будет управляться для вращения двигателя с определенной скоростью, положением или выходным крутящим моментом. В обычных приложениях серводвигатель мог выбрать только одну функцию управления. Но наиболее распространенным и широко используемым типом управления является позиционное управление.

В высокоточных приложениях исходная точка серводвигателя может быть определена с помощью абсолютного энкодера. Управляющая ИС будет посылать соответствующий ток ШИМ на двигатель, который определяет положение вала, и на основе информации обратной связи, предоставленной кодировщиком, ротор, наконец, повернется в требуемое положение.

Серводвигатель постоянного тока от Assun Motor Pte Ltd, например, , использует импульсы для управления положением . Для каждого заданного импульса двигатель будет вращаться на определенный угол. А для непрерывных импульсов серводвигатель будет вращаться в соответствии со скоростью, рассчитанной по частоте импульсов, и скорость может составлять от до 12 000 об / мин .

Пока частота импульсов определена правильно, двигатель может либо вращаться со стабильной скоростью, либо вращаться в соответствии с заранее заданными положениями.Кривая частота-время импульса должна быть плавной, чтобы серводвигатель мог точно определить свое целевое положение.

Когда дело доходит до управления фактической скоростью серводвигателя, вы должны знать, что он обычно не контролируется по скорости. На самом деле вы просто посылаете сервоприводы сигналы непрерывного положения. Сервопривод, в свою очередь, пытается достичь этого положения как можно быстрее. Скорость можно легко уменьшить, посылая серию сигналов положения с более низкой частотой.

КПД серводвигателя

Используете ли вы двигатель для простого хобби или в более промышленных целях, энергоэффективность — лучший путь.К счастью, серводвигатели очень энергоэффективны. Но что именно делает серводвигатели такими энергоэффективными?

Во-первых, конструкция и изготовление отличаются от шаговых двигателей. Еще одно важное отличие — сила постоянных магнитов. Более сильные магниты могут легко уменьшить длину двигателя на 20%, что одновременно увеличивает крутящий момент как минимум на 50%. Магнитные двигатели обычно имеют гораздо более высокое сопротивление размагничиванию.

Поскольку плотность крутящего момента относится к наиболее рациональному объему работы, который двигатель потенциально может выполнить, двигатель с высоким крутящим моментом повысит эффективность серводвигателя.По большей части эффективность находится на кривой. Поскольку кривая крутящего момента используется для регулирования рабочей скорости, увеличение напряжения увеличивает диапазон рабочих скоростей.

Что касается рабочей скорости, серводвигатели могут быть очень эффективными в диапазоне от 40 до 90% крутящего момента при остановке. Проще говоря, серводвигатели должны иметь КПД более 85%. Это, конечно, может быть изменено используемым сервоприложением. Итак, что касается моментных двигателей, сервоприводы определенно лучше.

По сравнению с другими более дешевыми двигателями, сервоприводы производятся путем намотки большего количества проволоки в пластинки.Это означает, что пространство между зубами заполнено. Как правило, более высокое заполнение паза обеспечивает дополнительный крутящий момент с повышенной эффективностью. Подсчитано, что создание двигателя таким образом увеличивает КПД как минимум до 85%.

Для чего используется серводвигатель?

Интересно, что серводвигатели могут использоваться в широком диапазоне приложений. Они не только могут работать на высокой скорости, но и энергоэффективны. По этой причине они используются во многих отраслях для самых разных целей.

Некоторые из приложений, в которых могут использоваться серводвигатели, перечислены ниже:
— Промышленный дозатор клея : Серводвигатели широко используются в дозаторах клея в промышленных зонах. Автоматизация производственной линии очень надежна для серводвигателей.
— Промышленное применение : Серводвигатели могут использоваться для управления промышленными ткацкими и ткацкими станками. Их также можно использовать в вязальных и вышивальных машинах, которые производят такие материалы, как ткани и ковровые покрытия.
— Печатные машины: Некоторые печатные машины имеют серводвигатели, которые запускают и останавливают печатающие головки непосредственно на носителе печати. Это также механизм, который перемещает головку принтера по бумаге.
— Автоматические открыватели дверей : Больницы и супермаркеты с автоматическими дверьми управляются серводвигателями разных размеров.
— Робототехника : каждое соединение механизма робота может быть активировано серводвигателем.Серводвигатели делают возможным это перемещение.
— Станки с ЧПУ : Деревообрабатывающие станки, такие как токарные станки, которые вырезают из дерева и формуют ножки стола, используют серводвигатель.
— Позиционирование антенны : серводвигатели могут использоваться на оси привода подъема телескопов, например, используемых NRAO.
— Системы слежения за солнечными батареями : Углы наклона солнечных панелей можно регулировать в течение дня, чтобы каждая панель всегда была обращена к солнцу.Это обеспечивает максимальное поглощение энергии в светлое время суток.
— Роботизированные транспортные средства : серводвигатели могут использоваться в роботизированных транспортных средствах, которые используются для взрыва бомб. Колеса содержат небольшие серводвигатели.
— Автофокус камеры : Камеры имеют очень сложный и точный серводвигатель, встроенный в объектив камеры. Это позволяет повысить резкость и исправить расфокусированные изображения.
— Конвейерные ленты : Во время упаковки продукта серводвигатели перемещают конвейерные ленты, которые транспортируют предметы на различные этапы упаковки и сортировки.

Типы серводвигателей

Серводвигатели

доступны в различных размерах и трех основных типах. Они определены следующим образом:

Непрерывное вращение : Используется для хобби.
Linear : больше подходит для сложных приложений.
Позиционное вращение : наиболее часто используется в повседневных применениях.

Серводвигатели переменного или постоянного тока?

Основное различие между двигателями переменного и постоянного тока относится к электрическим токам и различным способам работы каждого тока в каждом конкретном типе двигателя.Давайте посмотрим на некоторые из основных различий между сервоприводом переменного тока и сервоприводом постоянного тока.

Сервопривод переменного тока

Для большинства бытовых и бытовых применений предпочтительным выбором являются серводвигатели переменного тока. Сервоприводы переменного тока имеют переменный ток (AC), который работает в обратном порядке. Трансформаторное устройство или источник питания перемещают переменный ток на огромные расстояния под высоким напряжением. Серводвигатель переменного тока может облегчить изменение напряжения с большим комфортом, чем серводвигатель постоянного тока.

Сервоприводы

переменного тока можно разделить на два варианта: синхронные серводвигатели и асинхронные двигатели.Обычно в синхронных серводвигателях скорость ротора зависит от статора. Это означает, что они вращаются синхронно друг с другом. Элементы, которые обычно содержат синхронные сервоприводы переменного тока, включают контроллеры скорости, заводских роботов и даже будильники.

Сервопривод постоянного тока

Серводвигатели

постоянного тока содержат постоянный ток (DC) как с положительным, так и с отрицательным током. В отличие от сервоприводов переменного тока, ток течет точно в том же направлении. Управление током намного проще, чем у серводвигателя переменного тока, потому что только величина якоря управляет током.

Двигатели постоянного тока

также известны как бесщеточные серводвигатели, потому что у них нет щеток. Контроллеры подают импульсы тока на обмотки двигателя, которые, в свою очередь, регулируют скорость и крутящий момент двигателя.

Серводвигатели

Assun относятся к типу двигателей постоянного тока, вы можете поговорить с нашим дружелюбным персоналом о наших серводвигателях постоянного тока.

Преимущества серводвигателей

Поскольку серводвигатели настолько энергоэффективны и рассчитаны на питание, они используются во многих различных отраслях промышленности.Есть также несколько других преимуществ использования серводвигателя для ваших проектов управления движением.

Некоторые из этих преимуществ включают следующее:

— Контроль крутящего момента
— Маленький размер
— Плавный ход
— Высокая эффективность
— Высокая выходная мощность относительно типоразмера
— Добавлен постоянный крутящий момент на большей скорости
— Управление с обратной связью
— Тихая работа
— Очень надежный
— Высокая инерция крутящего момента
— Исключительная точность благодаря энкодеру
— Быстродействие
— Хорошо подходит для приложений с различной нагрузкой
— Высокое ускорение
— Безвибрационная работа

Дополнительные вопросы по сервоприводам

Нужны ли серводвигатели в драйверах?

Еще один плюс серводвигателей в том, что для большинства из них не требуются дополнительные драйверы.У них есть собственная приводная электроника, и для управления ими требуется только сигнал ШИМ. Это означает, что сервоприводы, а также управление серводвигателем, управляют работой в замкнутой системе.

Сервоприводы или контроллеры движения используются для запуска контура управления. Система с обратной связью также использует сигнал обратной связи для изменения направления и скорости двигателя для достижения требуемого результата. Контуры управления движением для крутящего момента, скорости и положения. Они функционируют независимо для выполнения желаемой операции.

Сервоприводы могут управлять более чем одним или даже группой серводвигателей. Часто для выполнения определенной задачи в проекте требуется несколько серводвигателей. Контроллер должен будет управлять более чем одним сервоприводом. Самолет RC — прекрасный тому пример.

Серводвигатель аналоговый или цифровой?

Аналоговые и цифровые двигатели ничем не отличаются. Основное различие между этими двумя типами — способ обработки сигнала.

Давайте проанализируем их более подробно:

— Аналоговый: аналоговый сервопривод обычно имеет приводы, которые управляют базовой аналоговой схемой управления.Эти приводы используются как в щеточных, так и в бесщеточных двигателях постоянного тока. В качестве управляющего входа используется традиционный сигнал +/- 10 В. Аналоговый также является стандартным типом сервопривода и управляет скоростью двигателя, посылая импульсы включения и выключения. Через аналоговый серводвигатель посылается минимум 50 импульсов. Однако, когда устройство выключено или находится в состоянии покоя, напряжение не проходит.

— Цифровой: маленькие микропроцессоры используются для приема и отправки требуемых действий при импульсах высокого напряжения. Отправляется почти в шесть раз больше импульсов, чем у аналогового.Чем быстрее пульс, тем стабильнее крутящий момент. В конечном итоге это приводит к более быстрому и плавному отклику.

Заключение

Подводя итог, серводвигатели используются во многих отраслях промышленности и имеют ряд преимуществ. Они обеспечивают решение многих механических проблем и обладают функциями, которые делают их мощными и эффективными.

Как видно из нашей статьи, их можно использовать в чем угодно, от игрушечных машинок до высокоразвитой сложной робототехники.Это идеальный двигатель для ваших проектов по управлению движением, а поскольку он очень энергоэффективен, вы также сэкономите на счетах за электроэнергию!

Если у вас есть какие-либо вопросы о наших серводвигателях, свяжитесь с нами.

Серводвигатель

: основы, принцип работы и теория

Что такое серводвигатель?

Серводвигатель — это тип двигателя, который может вращаться с большой точностью. Обычно этот тип двигателя состоит из схемы управления, которая обеспечивает обратную связь по текущему положению вала двигателя, эта обратная связь позволяет серводвигателям вращаться с большой точностью.Если вы хотите повернуть объект на определенные углы или на определенное расстояние, вы используете серводвигатель. Он просто состоит из простого двигателя, который работает через сервомеханизм . Если двигатель питается от источника постоянного тока, он называется серводвигателем постоянного тока, а если это двигатель переменного тока, то он называется серводвигателем переменного тока. В этом руководстве мы будем обсуждать только серводвигатель постоянного тока , работающий на . Помимо этих основных классификаций, существует множество других типов серводвигателей в зависимости от типа редуктора и рабочих характеристик.Серводвигатель обычно поставляется с редуктором, который позволяет нам получить серводвигатель с очень высоким крутящим моментом в небольших и легких корпусах. Благодаря этим характеристикам они используются во многих приложениях, таких как игрушечные автомобили, вертолеты и самолеты с дистанционным управлением, робототехника и т. Д.

Серводвигатели рассчитаны на кг / см (килограмм на сантиметр), большинство серводвигателей для любительских автомобилей рассчитаны на 3 кг / см, 6 кг / см или 12 кг / см. Этот кг / см показывает, какой вес ваш серводвигатель может поднять на определенное расстояние. Например: Серводвигатель 6 кг / см должен быть в состоянии поднять 6 кг, если груз подвешен на расстоянии 1 см от вала двигателя. Чем больше расстояние, тем меньше грузоподъемность.Положение серводвигателя определяется электрическим импульсом, а его электрическая схема размещается рядом с двигателем.

Рабочий механизм серводвигателя

Состоит из трех частей:

1. Управляемое устройство
2. Выходной датчик
3. Система обратной связи

Это замкнутая система, в которой используется система положительной обратной связи для управления движением и конечным положением вала. При этом устройство управляется посредством сигнала обратной связи, генерируемого посредством сравнения выходного сигнала и опорного входного сигнала.

Здесь опорный входной сигнал сравнивается с опорным выходным сигналом, а третий сигнал вырабатывается системой обратной связи. И этот третий сигнал действует как входной сигнал для управления устройством. Этот сигнал присутствует, пока генерируется сигнал обратной связи или существует разница между опорным входным сигналом и опорным выходным сигналом. Таким образом, основная задача сервомеханизма — поддерживать выходной сигнал системы на желаемом уровне при наличии шумов.

Принцип работы серводвигателя

Сервопривод состоит из двигателя (постоянного или переменного тока), потенциометра, редуктора и цепи управления. Прежде всего, мы используем редуктор для снижения оборотов и увеличения крутящего момента двигателя. Скажем, в исходном положении вала серводвигателя положение ручки потенциометра таково, что на выходном порте потенциометра не генерируется электрический сигнал. Теперь электрический сигнал подается на другой вход усилителя детектора ошибок.Теперь разница между этими двумя сигналами, один исходит от потенциометра, а другой исходит от других источников, будет обработана в механизме обратной связи, и выходной сигнал будет предоставлен в виде сигнала ошибки. Этот сигнал ошибки действует как вход для двигателя, и двигатель начинает вращаться. Теперь вал двигателя соединен с потенциометром, и когда двигатель вращается, потенциометр и он будут генерировать сигнал. Поэтому при изменении углового положения потенциометра изменяется его выходной сигнал обратной связи.Через некоторое время положение потенциометра достигнет положения, при котором выходной сигнал потенциометра будет таким же, как и внешний сигнал. В этом состоянии выходной сигнал от усилителя на вход двигателя не поступает, так как нет разницы между приложенным внешним сигналом и сигналом, генерируемым на потенциометре, и в этой ситуации двигатель перестает вращаться.

Взаимодействие серводвигателей с микроконтроллерами:

Подключить хобби серводвигатели, такие как серводвигатель s90, к MCU очень просто. Сервоприводы имеют три выходных провода . Два из них будут использоваться для питания (положительный и отрицательный), а один будет использоваться для сигнала, который должен быть отправлен от MCU. Серводвигатель MG995 Metal Gear , который чаще всего используется для гуманоидных ботов на радиоуправляемых машинах и т. Д. Изображение MG995 показано ниже:

Цветовая кодировка серводвигателя может отличаться, поэтому проверьте соответствующий лист данных.

Все серводвигатели работают напрямую с вашими шинами питания + 5В, но мы должны быть осторожны с величиной тока, потребляемого двигателем, если вы планируете использовать более двух серводвигателей, необходимо спроектировать надлежащий сервозащитный экран.

Управляющий серводвигатель:

У всех двигателей три выходящих провода. Два из них будут использоваться для питания (положительный и отрицательный), а один будет использоваться для сигнала, который должен быть отправлен от MCU.

Сервомотор

управляется ШИМ (импульс с модуляцией), который обеспечивается проводами управления. Есть минимальный импульс, максимальный пульс и частота повторения. Серводвигатель может поворачиваться на 90 градусов в любом направлении из нейтрального положения.Серводвигатель ожидает увидеть импульс каждые 20 миллисекунд (мс), и длина импульса будет определять, насколько далеко двигатель вращается. Например, импульс 1,5 мс заставит двигатель повернуться в положение 90 °, например, если импульс короче 1,5 мс, вал перемещается на 0 °, а если он длиннее 1,5 мс, то сервопривод повернется на 180 °.

Серводвигатель

работает по принципу PWM (широтно-импульсная модуляция). означает, что его угол поворота регулируется длительностью импульса, подаваемого на его контрольный PIN-код.В основном серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока , который управляется переменным резистором (потенциометром) и некоторыми шестернями . Сила высокой скорости двигателя постоянного тока преобразуется в крутящий момент с помощью шестерен. Мы знаем, что РАБОТА = СИЛА X РАССТОЯНИЕ, в двигателе постоянного тока сила меньше, а расстояние (скорость) высокое, а в сервоприводе сила высокая, а расстояние меньше. Потенциометр подключен к выходному валу сервопривода, чтобы вычислить угол и остановить двигатель постоянного тока на требуемом угле.

Серводвигатель может поворачиваться от 0 до 180 градусов, но может вращаться до 210 градусов, в зависимости от производства.Этой степенью вращения можно управлять, подавая электрический импульс соответствующей ширины на его контрольный штифт. Сервопривод проверяет пульс каждые 20 миллисекунд. Импульс шириной 1 мс (1 миллисекунда) может повернуть сервопривод на 0 градусов, 1,5 мс может повернуть на 90 градусов (нейтральное положение), а импульс 2 мс может повернуть его на 180 градусов.

Все серводвигатели работают напрямую с вашими шинами питания + 5В, но мы должны быть осторожны с величиной тока, потребляемого двигателем, если вы планируете использовать более двух серводвигателей, необходимо спроектировать надлежащий сервозащитный экран.

Чтобы узнать больше о принципе работы и практическом использовании серводвигателя, пожалуйста, ознакомьтесь с нижеприведенными приложениями, в которых управление серводвигателем объясняется на примерах:

Как работают серводвигатели? #Servo #Electronics #Robotics @TheSciJoy «Adafruit Industries — Создатели, хакеры, художники, дизайнеры и инженеры!

Через SciJoy на Youtube, который дает прекрасное описание того, как работают сервомашинки постоянного тока:

Я разобрал серводвигатель, чтобы увидеть, из чего он сделан и как работает.Внутри корпуса находится двигатель постоянного тока, шестерни, потенциометр и встроенная микросхема.

Я не смог найти отличные спецификации микросхем в сервоприводах для моих хобби. Вместо этого я поискал несколько популярных микросхем RC сервоприводов. Похоже, что все они имеют одни и те же основные компоненты — потенциометр, подключенный к регулятору напряжения, и генератор импульсов, который преобразует положение якоря в импульс ШИМ. Этот импульс ШИМ сравнивается с исходным импульсом, отправленным микроконтроллером. Эта материнская плата находит разницу между импульсами, которая называется ошибкой.

Величина ошибки отправляется в расширитель импульсов, а направление ошибки отправляется в триггер для сохранения в виде высокого или низкого значения. Величина ошибки растягивается расширителем импульсов. Затем обе части ошибки отправляются драйверу вывода, который, вероятно, является h-мостом. Большинство сервоприводов имеют частоту 50 Гц, что означает, что этот контур управления повторяется 50 раз в секунду, пока ошибка не станет «нулевой». Мертвая зона для расширителя импульсов устанавливает минимальную длину импульса, на которую он будет растягиваться.Все, что ниже этого предела, считается нулевой ошибкой.

Между ИС и двигателем есть резистор. Обратная ЭДС от двигателя используется для демпфирования контура управления. Я не чувствовал, что могу объяснить это достаточно хорошо, поэтому исключил это из видео.

Проверьте примечания в видео, чтобы увидеть также множество отличных ссылок на ресурсы сервопривода.

Как вы используете серводвигатели? Дайте нам знать в комментариях ниже.

Прекратите макетирование и пайку — немедленно приступайте к изготовлению! Площадка Circuit Playground от Adafruit забита светодиодами, датчиками, кнопками, зажимами из кожи аллигатора и многим другим.Создавайте проекты с помощью Circuit Playground за несколько минут с помощью сайта программирования MakeCode с перетаскиванием, изучайте информатику с помощью класса CS Discoveries на code.org, переходите в CircuitPython, чтобы изучать Python и оборудование вместе, TinyGO или даже использовать Arduino IDE. Circuit Playground Express — это новейшая и лучшая плата Circuit Playground с поддержкой CircuitPython, MakeCode и Arduino. Он имеет мощный процессор, 10 NeoPixels, мини-динамик, инфракрасный прием и передачу, две кнопки, переключатель, 14 зажимов из кожи аллигатора и множество датчиков: емкостное касание, ИК-приближение, температуру, свет, движение и звук.Вас ждет целый мир электроники и программирования, и он умещается на ладони.

Присоединяйтесь к 27 000+ создателей на каналах Discord Adafruit и станьте частью сообщества! http://adafru.it/discord

Хотите поделиться замечательным проектом? Выставка Electronics Show and Tell проходит каждую среду в 19:00 по восточному времени! Чтобы присоединиться, перейдите на YouTube и посмотрите чат в прямом эфире шоу — мы разместим ссылку там.

Присоединяйтесь к нам каждую среду вечером в 20:00 по восточноевропейскому времени на «Спроси инженера»!

Подпишитесь на Adafruit в Instagram, чтобы узнавать о совершенно секретных новых продуктах, о кулуарах и многом другом https: // www.instagram.com/adafruit/

CircuitPython — Самый простой способ программирования микроконтроллеров — CircuitPython.org

Получайте единственную ежедневную рассылку без спама о носимых устройствах, ведении делопроизводства, электронных советах и ​​многом другом! Подпишитесь на AdafruitDaily.com!

Пока комментариев нет.

Извините, форма комментариев в настоящее время закрыта.

Разъяснение сервомоторов

: почему они полезны в робототехнике

Серводвигатели

используются в роботизированных приложениях, требующих точного позиционирования.Прежде чем слишком глубоко погрузиться в способы использования сервоприводов в робототехнике, полезно сначала узнать об основных функциях и форме этих важнейших компонентов управления движением.

Что такое сервопривод?

По своей сути сервопривод — это точный и мощный способ преобразования вращательного движения в линейное. Сервопривод (или серводвигатель, как его иногда называют) состоит из:

1. Электронный узел , который состоит из электродвигателя переменного или постоянного тока, платы контроллера и потенциометра.
2. Корпус Корпус , пластиковый корпус для двигателя и других компонентов.
3. Приводные шестерни , которые снижают выходную мощность двигателя на высокой скорости до более низкой скорости и высокого крутящего момента на выходе сервопривода.
4. Выходной шлиц , который прикреплен к выходному валу и является конечной точкой взаимодействия между сервоприводом и объектом движения, которое он создает. Хороший пример — сервопривод в самолете с дистанционным управлением. Выходной шлиц сервопривода может быть прикреплен через тягу управления к поверхности управления, такой как элерон или руль направления.Следовательно, движение сервопривода вызовет эквивалентное движение самого самолета.

Как работает сервопривод?

1. Сервопривод получает сигнал от контроллера движения.
2. В зависимости от широтно-импульсной модуляции (ШИМ) входного сигнала сервопривод будет вращаться на определенную величину. В состоянии покоя выходной шлиц сервопривода обычно находится под углом 0 °. Исходя из ожидаемой частоты импульсов 20 миллисекунд (мс), ширина импульса 1,5 мс заставит выходной шлиц повернуться на 90 ° в одном направлении.Ширина импульса 2 мс заставит выходной шлиц продолжать вращаться на 90 ° до положения 180 °. Ширина импульса 1 мс заставит выходной шлиц повернуться на 180 ° назад в начальное положение 0 °.
3. Потенциометр постоянно контролирует положение выходного шлица. Когда выходной шлиц достигает желаемого положения, питание двигателя отключается, и сервопривод будет удерживать это положение до тех пор, пока не получит сигнал не делать этого. При остановке в заданном положении серводвигатель будет активно пытаться удерживать это положение.
4. Ключевой особенностью сервоприводов является пропорциональная работа. Серводвигатель будет работать ровно настолько быстро, насколько это необходимо для поворота из текущего положения в желаемое. Если сервопривод остановлен в положении 180 °, но должен быть в положении 0 °, двигатель будет вращаться очень быстро, чтобы добраться туда. Если остановиться в положении, которое уже близко к 0 °, двигатель будет вращаться намного медленнее, чтобы добраться до этого места.

Чем полезны сервоприводы в робототехнике?

Серводвигатели

обеспечивают многочисленные преимущества в робототехнических приложениях.Они маленькие, мощные, легко программируемые и точные. Но что наиболее важно, они обеспечивают почти идеальную повторяемость движения. Они используются в роботизированных приложениях, таких как:

Роботизированная сварка: серводвигатели установлены в каждом стыке роботизированной сварочной руки, приводя в действие движение и повышая маневренность.