Сервомотор принцип работы: Сервопривод: что это такое, виды, принцип работы сервомотора

Содержание

Принципы работы и виды сервоприводов


Отличительной особенностью сервопривода является возможность управления через отрицательную обратную связь с использованием заданных параметров. Все оборудование данного типа можно разделить на две группы – сервоприводы постоянного тока и трехфазные сервоприводы переменного тока.

Устройство сервоприводов постоянного тока


Как правило, сервоприводы постоянного тока используются в маломощных устройствах позиционирования. Классическая область их применения – робототехника.


Конструкция современных сервоприводов довольно проста, но при этом весьма эффективна, так как позволяет обеспечить максимально точное управление движением. Сервопривод состоит из:

  • двигателя постоянного тока
  • шестерни редуктора
  • выходного вала
  • потенциометра
  • платы управления, на которую подается управляющий сигнал


Двигатель и редуктор образуют привод. Редуктор используется для снижения скорости вращения двигателя, которую необходимо адаптировать для практического применения. К выходному валу редуктора крепится необходимая нагрузка. Это может быть качалка, вращающийся вал, тянущие или толкающие механизмы.


Для того, чтобы угол поворота превратить в электрический сигнал, необходим датчик. Его функции в сервоприводе постоянного тока с успехом выполняет потенциометр. Он выдает аналоговый сигнал (как правило, от 0 до 10 В) с дискретностью, ограниченной АЦП (аналогово-цифровым преобразователем), на который поступает этот сигнал.


Самой важной деталью сервопривода, пожалуй, является электронная плата сервоусилителя, которая принимает и анализирует управляющие импульсы, соотносит их с данными потенциометра, отвечает за запуск и выключение двигателя.

Принцип работы


Принцип действия устройств основан на использовании импульсного сигнала, который имеет три важные характеристики – частоту повторения, минимальную и максимальную продолжительность. Именно продолжительность импульса определяет угол поворота двигателя.


Импульсные сигналы, получаемые сервоприводом, имеют стандартную частоту, а вот их продолжительность в зависимости от модели может составлять от 0,8 до 2,2 мс. Параллельно с поступлением управляющего импульса активируется работа генератора опорного импульса, который связан с потенциометром. Тот, в свою очередь, механически сопряжен с выходным валом и отвечает за корректирование его положения.


Электронная схема анализирует импульсы с учетом длительности и на основе разностной величины определяет разницу между ожидаемым (заданным) положением вала и реальным (измеренным при помощи потенциометра). Затем производится корректировка путем подачи напряжения на питание двигателя.

Основные положения устройства


Если продолжительность опорного и управляющего импульсов совпадает, наступает так называемый нулевой момент. В это время двигатель сервопривода не работает, вал привода находится в исходном (неподвижном) положении.


При увеличении длительности управляющего импульса плата фиксирует разбежку показателей, двигатель получает напряжение и приходит в движение. В свою очередь, редуктор начинает воздействовать на выходной вал, который поворачивается таким образом, чтобы достигнуть увеличения продолжительности опорного импульса. Как только он сравняется с управляющим импульсом, двигатель прекратит свою работу.


При уменьшении длительности управляющего импульса происходит все то же самое, только с точностью до наоборот, так как двигатель начинает вращаться в обратную сторону. Как только импульсы сравнялись, двигатель останавливается.

Сервопривод переменного тока


В сервоприводах переменного тока используется синхронный двигатель с мощными постоянными магнитами. В таких двигателях частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля, наводимого в обмотке статора.


Принцип работы сервопривода на основе трехфазного синхронного электродвигателя состоит в следующем. На обмотки статора поступает трехфазное напряжение, которое создает внутри него вращающееся магнитное поле. Это поле взаимодействует с постоянными магнитами, расположенными в роторе. В результате ротор вращается с частотой магнитного поля.


На валу ротора закреплен энкодер с высокой разрешающей способностью. Сигнал от него поступает по отдельному кабелю на специальный вход сервоусилителя. В то же время на управляющий вход сервоусилителя подается сигнал управления. В результате сравнения этих двух сигналов выделяется сигнал рассогласования, величина которого прямо пропорциональна разнице между целевыми и актуальными показателями вращения двигателя. На основании данного сигнала формируется трехфазное напряжение с такими параметрами, которые обеспечивают максимально быстрое уменьшение рассогласования до нуля.

Режимы управления


Существуют три основных режима работы сервопривода переменного тока.


Режим управления положением. Главное в этом режиме – контроль за углом поворота вала ротора. Управление производится последовательностью импульсов, которые могут приходить, например, с контроллера. Этот режим используется для точного позиционирования различных узлов технологического оборудования.


Комбинация импульсов для управления положением может передавать информацию не только по положению, но также по скорости и направлению вращения двигателя. Для этого могут использоваться три типа сигналов: 1) квадратурные импульсы (со сдвигом фаз на 90 градусов), 2) импульсы вращения по или против часовой стрелки, действующие поочередно и 3) импульсы скорости и потенциал направления, подающиеся на два входа.


Как правило, во всех сервоусилителях входы управления именуются как PULSE, SIGN.


Режим управления скоростью. В данном случае управление производится аналоговым сигналом. Значения скорости также могут переключаться на фиксированные величины подачей сигналов на соответствующие дискретные входы. В случае использования разнополярного аналогового управляющего сигнала возможна смена направления вращения серводвигателя.


Режим управления скоростью схож с работой асинхронного двигателя, управляемого преобразователем частоты. Задаются такие параметры, как время разгона и замедления, максимальная и минимальная скорости и другие.


Режим управления моментом.


В этом режиме двигатель может вращаться либо стоять на месте, но при этом момент на валу будет заданным. Управление может производиться дискретным либо аналоговым двухполярным сигналом. Этот режим может использоваться для машин, где необходимо менять усилие прижима, давление и т. п.


Оценка текущего момента двигателя, необходимого для управления, производится за счет встроенного датчика тока.

Процесс рекуперации


Рекуперация происходит при изменении направления (знака) момента нагрузки по отношению к вращающему моменту серводвигателя. Если энергия рекуперации невелика, она накапливается на конденсаторах звена постоянного тока, повышая напряжение на них.


Если разница абсолютных значений моментов нагрузки и серводвигателя составляет значительную величину, напряжение на конденсаторах шины постоянного тока может превысить пороговый уровень. В этом случае энергия рекуперации сбрасывается в тормозной резистор.


Другие полезные материалы:
Выбор оптимального типоразмера электродвигателя
Сервопривод или шаговый двигатель?
Принципы программирования ПЛК

что это такое, устройство, принцип работы, виды

Вряд ли сегодня кого-то можно удивить тем количеством электрических приборов, которые окружают человека в повседневной жизни. Многие из которых давно взяли на себя часть человеческого труда и обязанностей. Повсеместная автоматизация процессов охватила самые разнообразные отрасли, начиная автомобилестроением, и заканчивая устройствами в быту. Львиную долю нагрузки относительно автоматического управления параметрами работы  умных машин берет на себя сервопривод.

Что такое сервопривод?

Под сервоприводом следует понимать такое устройство, которое обеспечивает возможность управления рабочим органом посредством обратной связи. Само название произошло от латинского servus, что в переводе означает помощник. Изначально сервопривод использовался в качестве вспомогательного оборудования для различных станков, машин и механизмов. Однако с развитием технологий и постоянно растущей необходимостью повышать точность электронных устройств им начали отводить куда более значимую роль.

Устройство и принцип работы

Устройство сервоприводаРис. 1. Устройство сервопривода

Устройство и принцип работы каждого сервопривода может кардинально отличаться от других моделей. Однако в качестве примера мы рассмотрим наиболее актуальные варианты.

Конструктивно он может состоять из:

  • Привода – устройства, приводящего в движение рабочий орган. Может выполняться посредством синхронного или асинхронного двигателя, пневмоцилиндра и т.д.
  • Передаточный механизм – система шестеренчатой кривошипной или другой передачи, редуктор.
  • Рабочий элемент – управляет перемещением в пространстве, непосредственно вал редуктора, передаточный механизм и т.д.
  • Датчик – сигнализирует о достигнутом положении и передает информацию по каналу обратной связи.
  • Блок питания – может применяться в случае прямого подключения сервопривода к сети, где требуется преобразование уровня и типа напряжения.
  • Блок управления – осуществляет подачу управляющих сигналов на сервомотор для передвижения или корректировки места положения. Для этого применяются микропроцессоры, микроконтроллеры и т.д. К примеру, очень популярна плата Arduino.

Принцип действия заключается в подаче управляющего импульса на асинхронный или синхронный двигатель, который начинает вращаться, пока рабочий орган не окажется в нужной позиции. Как только будет достигнуто установленное положение, на датчике обратной связи появится нужный сигнал, который, перейдя на блок управления, прекратит питание электромеханического устройства. Движение сервопривода прекратится до появления новых электрических сигналов.

Далее начнется новый цикл работы устройства, число команд и последовательность их выполнения определяется заложенной программой.

Сравнение с шаговым двигателем

Сравнение с сервопривода с шаговым двигателемРис. 2. Сравнение с сервопривода с шаговым двигателем

Вполне вероятно вы могли слышать, что та же функция часто выполняется шаговыми двигателями, однако между этими двумя устройствами имеется существенное отличие. Шаговый привод действительно осуществляет точное  позиционирование объекта за счет четкого числа подаваемых на электрическую машину импульсов, они достаточно тихоходны и не создают лишнего шума. В остальном сервоприводы обладают рядом весомых преимуществ по сравнению с шаговыми электродвигателями:

  • Могут использовать для привода любой тип электрической машины – синхронный, асинхронный, электродвигатель постоянного тока и т.д.
  • Точность механического привода не зависит от износа деталей, появления люфтов, термических и механических изменений конструктивных элементов.
  • Диагностирование неисправностей происходит моментально за счет обратной связи.
  • Скорость вращения – любой обычный электродвигатель вращается быстрее шагового привода.
  • Экономичность – вращение вала у шаговой электрической машины осуществляется при максимально допустимом напряжении питания, чтобы обеспечить максимальный момент.

Но кроме перечисленных преимуществ есть ряд позиций, по которым сервопривод уступает шаговому двигателю:

  • Сложность системы управления и необходимость реализации ее работы – шаговый двигатель контролируется обычным счетчиком числа импульсов.
  • Необходимость контролировать как частоту вращения, так и принимать меры для принудительного затормаживания в нужной точке – это приводит к дополнительным затратам энергии, программных и механических ресурсов.
  • Обязательно используется дополнительный измерительный блок, контролирующий положение рабочего органа.
  • Сервопривод обладает значительно большей стоимостью, поэтому применение шагового двигателя обходится дешевле.

Назначение

Область примененияРис. 3. Область применения

Сервопривод используется в самых различных направлениях науки и техники, где электрический привод, помимо функции вращения каких-либо элементов, должен выполнить и точное позиционирование. На практике они повсеместно используются в ЧПУ станках, автоматических задвижках, электронных клапанах, заводских станках с программным управлением, робототехнике.

В бытовых системах сервомоторы устанавливаются в системах отопления для регулировки подачи теплоносителя, топлива, управления нагревательным элементом, контроля переключения между центральными и автономными системами энергетических ресурсов и т.д. В автомобилях их используют для отпирания, запирания багажника, электронных блокировок.

Разновидности

За счет многолетнего развития сервоприводов сегодня можно встретить самые различные виды устройства. Поэтому мы рассмотрим наиболее распространенные критерии разделения.

По типу привода:

  • асинхронные сервоприводы – получаются дешевле,
    чем с  синхронным электродвигателем,
    могут обеспечить точность даже при низких оборотах выходного вала;
  • синхронные – более дорогой вариант, но быстрее
    разгоняется, что повышает скорость выполнения операций;
  • линейные – не используют классических
    электрических моторов, но способны развивать большое ускорение.

По принципу действия выделяют:

  • электромеханический сервопривод – движение
    обеспечивается электрической машиной и шестеренчатым редуктором;
  • гидромеханический серводвигатель –
    движение осуществляется при помощи поршневого цилиндра, обладают значительно
    большей скоростью перемещения;

По материалу передаточного механизма:

  • полимерные – износоустойчивые и
    легкие, но плохо переносят большие механические нагрузки;
  • металлические – наиболее тяжелый
    вариант, относительно быстро изнашиваются, но могут выдерживать любые нагрузки;
  • карбоновые – имеют средние
    характеристики по прочности и износоустойчивости, в сравнении с двумя
    предыдущими, но имеют более высокую стоимость.

По материалу шестернейРис. 4. По материалу шестерней

По типу вала двигателя:

  • с монолитным ротором – тяжелые сервоприводы, создают вибрацию при вращении;
  • с полым ротором – самые легкие модели, быстро реагируют на команды и набирают обороты, их легче контролировать;
  • с бесколлекторным ротором – не имеют подвижных контактов, которые создают дополнительное сопротивление вращению, наиболее дорогой вариант.

По типу валаРис. 5. По типу вала

Технические характеристики

При выборе конкретной модели сервопривода необходимо руководствоваться основными техническими параметрами, которые изготовитель указывает в паспорте устройства.

Наиболее значимыми характеристиками сервомотора являются:

  • Усилие на валу серводвигателя – определяет механический момент и способность перемещать определенный вес, создавать усилие при резке, фрезеровке и т.д.

Усилие на валуРис. 6. Усилие на валу

  • Скорость вращения – показывает, сколько поворотов вала может совершить устройство за единицу времени.
  • Величина питающего напряжения – чаще всего электроснабжение сервопривода выполняется постоянным током, хотя встречаются модели и с переменным током выходного напряжения. Подключение питания к сервоприводу осуществляется тремя проводами: питающим, управляющим и общим.
  • Угол вращения сервопривода – поворот выходного элемента, как правило, выпускается на 180° и 360°.
  • Скорость поворота – подразделяется на сервоприводы с постоянным вращением и с переменной частотой.

Способы управления

Способ управления сервоприводомРис. 7. Способ управления сервоприводом

По способу управления могут быть аналоговые или цифровые сервоприводы, первый из них подает сигналы с разной частотой, которая задается специальной микросхемой, контролирующей работу устройства. Цифровые сервоприводы, в свою очередь, отличаются наличием процессора, который принимает команды и реализует их в качестве различных режимов работы на приводе.

Их практическое отличие заключается в наличии мертвых зон у аналоговых способов,  цифровые лишены этого недостатка, к тому же они быстрее реагируют на изменения и обладают большей точностью. Однако цифровой способ управления имеет большую себестоимость и на свою работу он расходует больше электроэнергии.

На рисунке 8 приведен пример управления сервоприводом с помощью подаваемых импульсов:

Схема управления сервоприводомРис. 8. Схема управления сервоприводом

Как видите на рисунке, сигнал поступает к генератору опорных импульсов (ГОП), подключенному к потенциометру. Далее сигнал поступает на компаратор (К), сравнивающий величины на выходе схемы и поступающие от датчика на рабочем органе. После этого прибор управления мостом (УМ) открывает нужную пару транзисторов моста для вращения вала мотора (М) по часовой или против часовой стрелки, также может задавать усилие за счет полного или частичного открытия перехода.

Преимущества и недостатки

К преимуществам сервопривода следует отнести:

  • Универсальность
    устройства – может с легкостью устанавливаться в самые различные приборы, так
    как технические особенности редко влияют на конечный результат.
  • Может
    реализовать широкий спектр крутящего момента за счет использования редуктора и
    изменения передаточного числа.
  • Обладает
    большим ускорением, что значительно повышает продуктивность и сокращает сроки
    выполнения работы.
  • Точное
    выставление позиции благодаря проверке места положения на датчике.
  • Не боится
    перегрузок, что увеличивает срок службы, позволяет работать и в аварийных
    ситуациях.

К недостаткам следует отнести:

  • Относительно большую стоимость – наличие обратной связи, датчиков и прочего вспомогательного оборудования обуславливает повышение себестоимости сервопривода.
  • Износ передаточного механизма – в значительной мере ухудшает точность и эффективность, требует замены.
  • Более сложная настройка работы – требует изменения параметров программного обеспечения или полной замены сервопривода.

Принцип работы сервопривода, что такое сервопривод

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.

СервоприводРисунок 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

Устройство сервоприводаРисунок 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

Принцип работы сервоприводаРисунок 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

Подключение сервопривода к системе ArduinoРисунок 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

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 6 чел.
Средний рейтинг: 4.3 из 5.

подключение, управление, скетчи Ардуино [Амперка / Вики]

В данной статье рассматриваются сервоприводы: их устройство, предназначение, подсказки по подключению и управлению, разновидности сервоприводов и их сравнение. Давайте приступим и начнём с того, что же такое сервопривод.

Понятие сервопривода

Под сервоприводом чаще всего понимают механизм с электромотором, который можно попросить повернуться в заданный угол и удерживать это положение. Однако, это не совсем полное определение.

Если сказать полнее, сервопривод — это привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. Сервоприводом является любой тип механического привода, имеющий в составе датчик (положения, скорости, усилия и т.п.) и блок управления приводом, автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике и устройстве согласно заданному внешнему значению.

Иными словами:

  1. Сервопривод получает на вход значение управляющего параметра. Например, угол поворота.

  2. Блок управления сравнивает это значение со значением на своём датчике.

  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.

Наиболее распространены сервоприводы, которые удерживают заданный угол, и сервоприводы, поддерживающие заданную скорость вращения.

Типичный хобби-сервопривод изображён ниже.

Каким же образом устроены сервоприводы?

Устройство сервопривода

Сервоприводы имеют несколько составных частей.

Привод — электромотор с редуктором. Чтобы преобразовать электричество в механический поворот, необходим электромотор. Однако зачастую скорость вращения мотора бывает слишком большой для практического использования. Для понижения скорости используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.

Включая и выключая электромотор, можно вращать выходной вал — конечную шестерню сервопривода, к которой можно прикрепить нечто, чем мы хотим управлять. Однако, для того чтобы положение контролировалось устройством, необходим датчик обратной связиэнкодер, который будет преобразовывать угол поворота обратно в электрический сигнал. Для этого часто используется потенциометр. При повороте бегунка потенциометра происходит изменение его сопротивления, пропорциональное углу поворота. Таким образом, с его помощью можно установить текущее положение механизма.

Кроме электромотора, редуктора и потенциометра в сервоприводе имеется электронная начинка, которая отвечает за приём внешнего параметра, считывание значений с потенциометра, их сравнение и включение/выключение мотора. Она-то и отвечает за поддержание отрицательной обратной связи.

К сервоприводу тянется три провода. Два из них отвечают за питание мотора, третий доставляет управляющий сигнал, который используется для выставления положения устройства.

Теперь давайте посмотрим, как управлять сервоприводом извне.

Управление сервоприводом. Интерфейс управляющих сигналов

Чтобы указать сервоприводу желаемое положение, по предназначенному для этого проводу необходимо посылать управляющий сигнал. Управляющий сигнал — импульсы постоянной частоты и переменной ширины.

То, какое положение должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Когда сигнал поступает в управляющую схему, имеющийся в ней генератор импульсов производит свой импульс, длительность которого определяется через потенциометр. Другая часть схемы сравнивает длительность двух импульсов. Если длительность разная, включается электромотор. Направление вращения определяется тем, какой из импульсов короче. Если длины импульсов равны, электромотор останавливается.

Чаще всего в хобби-сервах импульсы производятся с частотой 50 Гц. Это значит, что импульс испускается и принимается раз в 20 мс. Обычно при этом длительность импульса в 1520 мкс означает, что сервопривод должен занять среднее положение. Увеличение или уменьшение длины импульса заставит сервопривод повернуться по часовой или против часовой стрелки соответственно. При этом существуют верхняя и нижняя границы длительности импульса. В библиотеке Servo для Arduino по умолчанию выставлены следующие значения длин импульса: 544 мкс — для 0° и 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.

Также стоит отметить, что 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 немного отличается. Для точной работы каждый конкретный сервопривод должен быть откалиброван: путём экспериментов необходимо подобрать корректный диапазон, характерный именно для него.

На что ещё стоит обратить внимание, так это на путаницу в терминологии. Часто способ управления сервоприводами называют PWM/ШИМ (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 нём крайне важна длина импульсов и не так важна частота их появления. 50 Гц — это норма, но сервопривод будет работать корректно и при 40, и при 60 Гц. Единственное, что нужно при этом иметь в виду — это то, что при сильном уменьшении частоты он может работать рывками и на пониженной мощности, а при сильном завышении частоты (например, 100 Гц) может перегреться и выйти из строя.

Характеристики сервоприводов

Теперь давайте разберёмся, какие бывают сервоприводы и какими характеристиками они обладают.

Крутящий момент и скорость поворота

Сначала поговорим о двух очень важных характеристиках сервопривода: о крутящем моменте и о скорости поворота.

Момент силы, или крутящий момент — векторная физическая величина, равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.

Проще говоря, эта характеристика 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 сервопривода измеряется интервалом времени, который требуется рычагу сервопривода, чтобы повернуться на 60°. Характеристика 0,1 с/60° означает, что сервопривод поворачивается на 60° за 0,1 с. Из неё несложно вычислить скорость в более привычной величине, оборотах в минуту, но так сложилось, что при описании сервоприводов чаще всего используют такую единицу.

Стоит отметить, что иногда приходится искать компромисс между этими двумя характеристиками, так как если мы хотим надёжный, выдерживающий большой вес сервопривод, то мы должны быть готовы, что эта могучая установка будет медленно поворачиваться. А если мы хотим очень быстрый привод, то его будет относительно легко вывести из положения равновесия. При использовании одного и того же мотора баланс определяет конфигурация шестерней в редукторе.

Конечно, мы всегда можем взять установку, потребляющую большую мощность, главное, чтобы её характеристики удовлетворяли нашим потребностям.

Форм-фактор

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

  • маленькие

  • стандартные

  • большие

Обладают они при этом следующими характерными габаритами:

Вес Линейные размеры
маленькие 8-25 г 22×15×25 мм
стандартные 40-80 г 40×20×37 мм
большие 50-90 г 49×25×40 мм

Бывают ещё так называемые сервоприводы «специального вида» с габаритами, не попадающими в данную классификацию, однако процент таких сервоприводов весьма мал.

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.

Подключение к Arduino

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.

Функционал библиотеки Servo

Библиотека Servo позволяет осуществлять программное управление сервоприводами. Для этого заводится переменная типа Servo. Управление осуществляется следующими функциями:

  • attach() — присоединяет переменную к конкретному пину. Возможны два варианта синтаксиса для этой функции: servo.attach(pin) и servo.attach(pin, min, max). При этом pin — номер пина, к которому присоединяют сервопривод, min и max — длины импульсов в микросекундах, отвечающих за углы поворота 0° и 180°. По умолчанию выставляются равными 544 мкс и 2400 мкс соответственно.

  • write() — отдаёт команду сервоприводу принять некоторое значение параметра. Синтаксис следующий: servo.write(angle), где angle — угол, на который должен повернуться сервопривод.

  • writeMicroseconds() — отдаёт команду послать на сервоприводимульс определённой длины, является низкоуровневым аналогом предыдущей команды. Синтаксис следующий: servo.writeMicroseconds(uS), где uS — длина импульса в микросекундах.

  • read() — читает текущее значение угла, в котором находится сервопривод. Синтаксис следующий: servo.read(), возвращается целое значение от 0 до 180.

  • attached() — проверка, была ли присоединена переменная к конкретному пину. Синтаксис следующий: servo.attached(), возвращается логическая истина, если переменная была присоединена к какому-либо пину, или ложь в обратном случае.

  • detach() — производит действие, обратное действию attach(), то есть отсоединяет переменную от пина, к которому она была приписана. Синтаксис следующий: servo.detach().

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);
} 

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:

Функция Arduino Сервопривод 180° Сервопривод 360°
Servo.write(0) Крайне левое положение Полный ход в одном направлении
Servo.write(90) Середнее положение Остановка сервопривода
Servo.write(180) Крайне правое положение Полный ход в обратном направлении

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.

Вместо заключения

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!

что это такое, принцип работы, виды, для чего используется

Принцип действия


Работа устройства происходит по принципу обратного взаимодействия с системными сигналами. Сервопривод в определенный момент времени получает входящие параметры регулирующего значения и поддерживает его на выходе производимого элемента.


servoprovod-1-1-1.jpg

Конструкция устройства


Механизм подобного типа обычно имеет следующие составляющие:

  1. Привод — электрический мотор с редуктором или похожие устройства. Необходим для уменьшения скорости движения, если она слишком большая.
  2. Датчик обратной связи или потенциометр, меняющий угол поворота вала.
  3. Блок, отвечающий за управление и питание.
  4. Вход или конвертер.


В принципе работы самого простого варианта лежит схема обрабатывания значений, исходящих от датчика обратной связи и настраиваемых входящих сигналов для подачи напряжения необходимой полярности на двигатель. Сложные устройства, работающие с использованием микросхем, учитывают инерцию, обеспечивая ровный период разгона или торможения, что помогает уменьшить уровень нагрузок и добиться точной синхронизации показателей.

Разновидности


Различают два вида сервоприводов:

  1. Синхронные – задают темп скорости вращения двигателя и другие параметры, быстрее достигая указанной скорости вращения.
  2. Асинхронные – способны сохранять работу двигателя даже при низких оборотах.


Также устройства разделяют на электромеханические и электрогидромеханические по особенностям конструкции и принципу работы.

Основные характеристики


Механизмы имеют ряд параметров, характеризующих их работу:

  1. Усиление на валу оказывает прямое влияние на крутящий момент. Это значение является одной из ключевых характеристик, в паспорте устройства может указываться несколько параметров для различных величин напряжения.
  2. Скорость поворота также имеет важное значение в работе механизма. Обычно указывается в параметре времени – необходимо, чтобы выходной вал изменил свое направление на 60 градусов.
  3. Указывается тип устройств — цифровой или аналоговый. Цифровые управляются при помощи кодовых команд, которые последовательно передаются через интерфейс. Аналоговые управляются через подачу разных частот, параметры которых задаются определенным образом.
  4. Питание может быть различным, но у большинства таких агрегатов оно находится в диапазоне 4,8-7,2 вольта.
  5. Угол поворота. Обычно это значение в 180 или 360 градусов.
  6. Сервопривод может быть переменного или постоянного вращения.


Имеет значение материал изготовления. Детали могут быть металлическими, пластиковыми, либо в комбинированном составе.

Управление серводвигателем


К устройству по присоединенному к нему проводу подается управляющий сигнал, представляющий собой импульсы постоянной частоты и переменной ширины. При подаче сигнала в проводимую схему генератор производит свой импульс, размер которого устанавливается с помощью потенциометра. Другая часть схемы проводит анализ всех поступаемых сигналов, и если он разный, то происходит включение сервопривода. Если размеры импульсов равнозначные, электромотор отключается.


Устройство сервопривода


Серводвигатели отличаются своим разнообразием по конструкции и принципу действия. Модели бывают со щетками и без щеток. Первая категория представлена двигателями постоянного тока. Устройства, имеющие щетки, более разнообразны – к ним относятся шаговые двигатели и работающие от переменного тока. Последняя группа делится еще на два вида — синхронные и асинхронные. Синхронные двигатели, в зависимости от особенностей работы, могут быть вращающимися или линейными.


В работе моторов также используется сервоусилитель – это элемент конструкции, который обеспечивает подачу питания и управление двигателем с постоянными магнитами. Может работать при необходимости и в автономном режиме, при помощи специальной программы, которая предварительно загружается в память устройства.


Агрегаты, гарантирующие высокую точность работы, являются весьма востребованными. Подобные двигатели широко применяются в различных сферах промышленности, всевозможных станках и оборудовании, автомобилестроении.


Интегрированный серводвигатель R88E

Область применения


В данный момент сервоприводы получили достаточно широкое распространение. Их можно встретить в точных приборах, автоматах, производящих различные платы, программируемых станках, промышленных роботах и других механизмах. Большую популярность приводы такого типа приобрели в авиамодельной сфере за счет эффективного расхода энергии и равномерного движения.


Сервоприводы меняются и развиваются. В самом начале появления они обладали коллекторными моторами с обмотками на роторе. Постепенно число обмоток выросло, также увеличилась и скорость вращения и разгона. Позже обмотки начали располагаться снаружи магнита, что также способствовало повышению эффективности работы. Дальнейшие усовершенствования позволили отказаться от коллектора, стали использоваться постоянные магниты ротора. Наиболее популярны сейчас сервоприводы, которые работают от программируемого контроллера. Это дает возможность создавать приборы высокой точности и современную технику.


Возможность достижения высокой точности часто становится решающим фактором для применения сервопривода. Кроме того, благодаря новым цифровым разработкам, позволяющим предусмотреть различные способы связи с объектами, система использует компьютер для управления и настройки, что значительно упрощает работу.


В различных сферах также используются серводвигатели. Они могут перемещать выходной вал в заданное положение и удерживать его автоматически. Также помогут придать движение какому-либо механизму, координируемому вращениями вала. Для мотора важными параметрами являются равномерность и тональность движения, эффективность затрачиваемой энергии.

Сервопривод. Что это такое и когда его применять

Логотип РусАвтоматизация

Что такое сервопривод?

Сервопривод это электрический мотор с обратной связью. С функциональной точки зрения это обозначает, что это такой мотор, который можно очень точно позиционировать. Точность позиционирования достигается с помощью обратной связи – датчика, встроенного в мотор.

Работа сервопривода заключается в следующем:

На двигатель подается управляющий импульс, который запускает его. Останов двигателя происходит в момент достижения необходимой позиции, о которой сигнализирует обратная связь, в виде датчика;

Стандартная схема сервопривода состоит из следующих основных узлов (см.рис.):

Сервопривод. Что это такое и когда его применять
  1. Редуктор;
  2. Вал;
  3. Подшипник вала;
  4. Втулка;
  5. Датчик обратной связи;
  6. Плата управления;
  7. Винты;
  8. Электродвигатель;
  9. Передача электродвигателя (шестерня).

Рассмотрим более подробно, как происходит управление сервоприводом:

Сервопривод. Что это такое и когда его применять

При подаче управляющего сигнала на сервопривод специальная электросхема производит сравнение поступившего напряжения и напряжения на датчике обратной связи (потенциометре). Если разность напряжений не равна нулю, то привод приходит в движение. Движение происходит до тех пор, пока разность сигналов не станет равна нулю.

Для чего применяются сервоприводы?

Сервоприводы очень распространены в различных сферах производства, и не только. Особенную популярность они получили в тех отраслях, где требуется очень точное позиционирование, это:

  • Фасовочные и упаковочные машины;
  • Разливные машины;
  • Этикеровочные машины;
  • Промышленная робототехника;
  • Производство печатных плат;
  • Станки с ЧПУ;
  • Авиамодельное дело.

Также сервопривода используют для установки на различные клапаны и задвижки, требующие особенной точности и надежности.

Какие сервоприводы применяются?

Широкое распространение серводвигателей повлекло за собой появление их различных видов, которые можно разделить по следующим критериям:

Подбор сервопривода. Почему это важно?

Когда встает вопрос о выборе необходимого сервопривода, важно знать основные технические параметры, по которым следует делать выбор:

  • Момент на валу – сила, которую может преодолеть двигатель при вращении;
  • Скорость – на сколько градусов повернется вал двигателя за единицу времени;
  • Питающие напряжение – определяет величину напряжения, подключаемого к сервоприводу;
  • Угол вращения – максимальный поворот вала, обычно 180 или 360 градусов;
  • По углу поворота – бывают постоянного поворота (то есть только на 90 или любой другое значение), а могут быть на любой угол в определённых пределах;
  • Тип управления устройством – цифровой, либо аналоговый.

Правильно подобранный сервопривод будет очень надежно и долго служить вам, и выполнять поставленную перед ним задачу с максимальной точностью.


Вывод

Для того чтобы подвести итог о сервоприводах, выделим его плюсы и минусы: 

  • Плюсы:
    • Универсальность – широкий выбор вида и уровня мощности;
    • Точность и надёжность повышенные;
    • Высокая скорость, в сравнении с другими видами двигателей;
    • Бесшумная работа;
    • Точная работа на малых оборотах.
  • Минусы:
    • Более «громоздкая» система за счет наличия датчика обратной связи;
    • Управление сложнее, чем, например, шаговым двигателем;
    • Высокая стоимость. 


Как получить подробную информацию?

Для того чтобы купить сервопривод или получить более подробную информацию, обратитесь к нашим специалистам. Компания «РусАвтоматизация» поможет в выборе необходимого для решения поставленной задачи серводвигателя. При этом вы сэкономите время и деньги за счёт выбора оптимального функционала.

Сервопривод [База знаний]

Сервопривод

Теория

КОМПОНЕНТЫ
ARDUINO
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Сервоприводы — семейство устройств, состоящих из двигателя и системы управления на основе отрицательной обратной связи. Главной отличительной чертой таких приводов является возможность точного управления параметрами движения, например, скоростью, усилием или удерживаемым положением вала. В любительской сфере в сервоприводах обычно контролируется последний параметр – положение вала. Далее будут рассмотрены общие принципы работы устройств данного типа.

Общее устройство и принцип работы

Логика работы сервопривода довольно проста. На вход подается управляющий ШИМ сигнал, который сравнивается с сигналом, генерируемым системой обратной связи. И если длительность импульса сигнала обратной связи оказывается короче длительности импульса ШИМ сигнала, то двигатель вращается в одном направлении, а если длиннее, то в противоположном. Если же импульсы сигналов совпадают, то двигатель остается неподвижным.

Важным моментом здесь является то, что длительность импульсов обратной связи регулируется встроенным потенциометром, положение вала которого устанавливается валом двигателя через зубчатую передачу: куда вал двигателя, туда и ручка потенциометра. Таким образом за любом движением вала двигателя последует изменение длины импульсов сигала обратной связи. Эта сцепка и образует обратную связь. Увидеть ее можно на схеме устройства серводвигателя выше.

Стоит отметить, что сам двигатель постоянного тока приводится в движение тоже импульсным сигналом. Длина импульса этого сигнала есть разность длины импульса входного ШИМ сигнала и импульса обратной связи. Отсюда становится вполне очевидно, почему двигатель остается неподвижным, когда длины импульсов равны. Однако на практике, по причине плохого качества сигнала, погрешности, изношенности потенциометра и инерции может возникать дребезг, приводящий к хаотичным, небольшим по амплитуде подергиваниям двигателя (в англ. терминологии – jitter). Для борьбы с этим явлением управляющей электронике задается условие, согласно которому слишком маленькие разности между импульсами игнорируются и не приводят к генерации импульсов управления двигателем. Например, могут игнорироваться все разности короче 4 мкс. Эта зона нечувствительности получила название «мертвая зона» (в англ. терминологии – deadband).

Направление вращения вала двигателя задается полярностью напряжения сигнала.

Основные характеристики сервоприводов

Тип сервопривода: аналоговые и цифровые

Главное отличие между аналоговыми и цифровыми сервоприводами состоит в способе обработки управляющего сигнала и сигнала обратной связи. В остальном их устройство и принципы работы совпадают.

Большинство аналоговых моделей, в силу особенностей устройства плат их управления, способны принимать и обрабатывать управляющие импульсы с частотой 50 Гц, то есть каждые 20 мс. Как следствие и сигналы на двигатель тоже отправляются каждые 20 мс. Это значит, что чем ближе вал к своему «пункту назначения», заданному управляющим ШИМ сигналом, тем слабее сигнал, посылаемый на двигатель, ведь длина его импульсов сокращается по мере приближения к заданной позиции. Поэтому при малых отклонениях двигатель уже не может развивать большой момент силы. Кроме того нельзя забывать про наличие у сервоприводов «мертвых зон».

В цифровых сервоприводах эти недостатки в значительной степени устраняются доработкой платы управления, а именно – применением специальных микроконтроллеров. Данное техническое решение позволяет увеличить частоту сигналов до 200 Гц и более. В результате сервопривод становится более шустрым: быстрее реагирует на внешние воздействия и развивает необходимый крутящий момент, мертвые зоны становятся намного короче.

Цифровые сервоприводы решают проблемы, связанные с низкой частотой сигналов, но вместе с тем становятся сложнее в производстве, а потому – дороже. Кроме того они потребляют больше энергии, чем аналоговые.

Угол поворота

Одной из характерных особенностей большинства сервоприводов является ограниченный угол поворота вала. Это объясняется использованием потенциометра в качестве датчика положения. Среди сервоприводов, распространенных в любительской сфере, наиболее часто встречаются модели с допустимым углом поворота 60°—180°, хотя можно встретить и приводы рассчитанные на 360°.

Момент силы (крутящий момент)


С практической точки зрения этот параметр говорит нам, какого веса тяжесть способен удерживать сервопривод на плече указанной длины. Например, сервопривод с моментом силы 2 кгс∙см может удерживать груз весом 2 кг на горизонтальном рычаге длиной 1 см.

Более строгая формулировка звучит следующим образом: момент силы есть векторная физическая величина, равная векторному произведению вектора силы и радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.

Единица измерения данной величины в системе СИ — ньютон-метр [Н∙м], но на практике часто можно встретить другую единицу — килограмм-силы-сантиметр [кгс∙см]. Также кгс∙см часто записывают как кг∙см.

1 кгс∙см ≈ 0,098 Н∙м.

Скорость

Скорость сервопривода традиционно измеряется в секундах на 60° [сек/60°]. Эта величина говорит о том, за сколько секунд выходной вал сервопривода повернется на 60°.

Стоит отметить, что обычно более скоростные приводы имеют меньший момент силы, и наоборот – более мощные серводвигатели крутятся медленнее, чем менее мощные.

Мертвая зона

Как уже было описано выше, мертвые зоны предусмотрены с целью предотвращения возможного «дребезжания» (jitter) двигателя. Однако слишком большие мертвые зоны отрицательно сказываются на точности позиционирования вала привода. Слишком же короткие мертвые зоны могут недостаточно эффективно справляться со своей задачей.

Обычно «ширина» мертвой зоны указывается в микросекундах. Например, наличие мертвой зоны в 4 мкс говорит о том, что всякая разность импульсов управляющего сигнала и сигнала обратной связи короче 4 мкс будет игнорироваться платой управления и не будет приводить к генерации сигнала управления двигателем.

Тип электродвигателя

Серводвигатель

: основы, принцип работы и теория

Что такое серводвигатель?

Серводвигатель — это электрическое устройство, которое может толкать или вращать объект с большой точностью. Если вы хотите вращать объект под определенными углами или на определенном расстоянии, вы используете серводвигатель. Он просто состоит из простого двигателя, который работает через сервомеханизм . Если используется двигатель с питанием от постоянного тока, он называется серводвигателем постоянного тока, а если это двигатель с питанием от переменного тока, то он называется серводвигателем переменного тока.Мы можем получить серводвигатель с очень высоким крутящим моментом в небольшом и легком корпусе. Благодаря этим функциям они используются во многих приложениях, таких как игрушечные автомобили, вертолеты и самолеты с дистанционным управлением, робототехника, машины 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.

Сервомеханизм

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 устройства управления. Этот сигнал присутствует до тех пор, пока генерируется сигнал обратной связи или существует разница между опорным входным сигналом и опорным выходным сигналом. Таким образом, основная задача сервомеханизма — поддерживать выход системы на желаемом уровне при наличии помех.

Принцип работы серводвигателей

Сервопривод состоит из двигателя (постоянного или переменного тока), потенциометра, редуктора и цепи управления.В первую очередь мы используем редуктор для уменьшения 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 другого источника, будет обработана в механизме обратной связи, и вывод 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. Таким образом, 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, поскольку нет разницы между приложенным внешним сигналом и сигналом, генерируемым на потенциометре, и в этой ситуации двигатель перестает вращаться.

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.

Серводвигатель

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 контролируется длительностью импульса, подаваемого на его контрольный PIN.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 рассчитать угол и остановить двигатель постоянного тока на требуемом угле.

Servo Motor Control

Серводвигатель

можно вращать от 0 до 180 градусов, но он может вращаться до 210 градусов, в зависимости от производства.Этой степенью вращения можно управлять, подавая Electrical Pulse соответствующей ширины на его контрольный вывод. 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 +5 В, но мы должны быть осторожны с величиной тока, потребляемого двигателем. Если вы планируете использовать более двух серводвигателей, необходимо разработать надлежащий сервозащитный экран.

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

,Серводвигатель

— типы, принцип работы и применение

Серводвигатель чаще всего используется для высокотехнологичных устройств в промышленных приложениях, таких как средства автоматизации. Это автономное электрическое устройство, которое вращает части машины с высокой эффективностью и точностью. Выходной вал этого двигателя можно поворачивать на определенный угол. Серводвигатели в основном используются в бытовой электронике, игрушках, автомобилях, самолетах и ​​т. Д. В этой статье обсуждается, что такое серводвигатель, рабочий серводвигатель, типы серводвигателей и их применения.

Servo Motor Servo Motor

Серводвигатель

Типы серводвигателя

Серводвигатели подразделяются на различные типы в зависимости от их применения, такие как серводвигатель переменного тока, серводвигатель постоянного тока, бесщеточный серводвигатель постоянного тока, позиционное вращение, непрерывное вращение и линейный серводвигатель и т.д. Типичные серводвигатели состоят из трех проводов, а именно: управления питанием и заземления. Форма и размер этих двигателей зависят от их применения. Серводвигатель RC — это наиболее распространенный тип серводвигателя, используемый в приложениях для хобби, в робототехнике из-за их простоты, доступности и надежности управления с помощью микропроцессоров.

1) Серводвигатель постоянного тока

Двигатель, который используется в качестве серводвигателя постоянного тока, обычно имеет отдельный источник постоянного тока в области обмотки и обмотки якоря. Управление можно заархивировать, управляя током якоря или током возбуждения. Полевое управление имеет некоторые особые преимущества по сравнению с управлением якорем. Таким же образом управление якорем имеет некоторые преимущества перед управлением полем. В зависимости от области применения управление должно применяться к серводвигателю постоянного тока. Серводвигатель постоянного тока обеспечивает очень точную и быструю реакцию на командные сигналы пуска или останова благодаря низкому индуктивному сопротивлению якоря.Серводвигатели постоянного тока используются в аналогичном оборудовании и машинах с числовым программным управлением.

DC Servo Motor DC Servo Motor

Серводвигатель постоянного тока

2) Серводвигатель переменного тока

Серводвигатель переменного тока — это двигатель переменного тока, который включает в себя энкодер, используемый с контроллерами для обеспечения управления с обратной связью и обратной связи. Этот двигатель может быть установлен с высокой точностью, а также точно контролироваться, что является обязательным для приложений. Часто эти двигатели имеют конструкции с более высокими допусками или лучшие подшипники, а в некоторых простых конструкциях также используются более высокие напряжения для достижения большего крутящего момента.Применение электродвигателя переменного тока в основном связано с автоматизацией, робототехникой, оборудованием с ЧПУ и другими приложениями с высоким уровнем точности и необходимой универсальностью.

AC Servo Motor AC Servo Motor

Серводвигатель переменного тока

3) Серводвигатель позиционного вращения

Серводвигатель позиционного вращения является наиболее распространенным типом серводвигателя. О / п вала вращается примерно на 180o. Он включает в себя физические упоры, расположенные в зубчатом механизме, чтобы останавливать вращение за эти пределы, чтобы защитить датчик вращения. Эти обычные сервоприводы используются в радиоуправляемой воде, радиоуправляемых автомобилях, самолетах, роботах, игрушках и во многих других приложениях.

4) Серводвигатель непрерывного вращения

Серводвигатель непрерывного вращения во многом похож на обычный серводвигатель 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, по желанию, с изменяющейся скоростью, в зависимости от командного сигнала. Этот тип двигателя используется в радиолокационной тарелке, если вы едете на нем на роботе или можете использовать его в качестве приводного двигателя на мобильном роботе.

Continuous Rotation Servo Motor Continuous Rotation Servo Motor

Серводвигатель непрерывного вращения

5) Линейный серводвигатель

Линейный серводвигатель также аналогичен сервомотору позиционного вращения, описанному выше, но с дополнительными зубчатыми колесами для изменения положения вращения с кругового на обратное и обратное. вперед. Эти серводвигатели нелегко найти, но иногда их можно найти в хобби-магазинах, где они используются в качестве приводов в самолетах более высоких моделей.

Linear Servo Motor Linear Servo Motor

Линейный серводвигатель

Принцип работы серводвигателя

Для управления робототехникой и для приложений управления предлагается уникальная конструкция серводвигателей.В основном они используются для регулировки скорости при высоких крутящих моментах и ​​точного позиционирования. Необходимые детали — датчик положения двигателя и высокотехнологичный контроллер. Эти двигатели можно разделить на категории по серводвигателям, управляемым сервомеханизмом. Если двигатель постоянного тока управляется с помощью этого механизма, он называется серводвигателем постоянного тока. Серводвигатели доступны с номинальной мощностью от долей ватта до 100 Вт. Ротор серводвигателя имеет большую длину и меньший диаметр, поэтому он имеет низкую инерцию.

Servo Motor Working Servo Motor Working

Работа серводвигателя

Применения серводвигателя

Серводвигатель небольшой и эффективный, но серьезный для использования в некоторых приложениях, таких как точное управление положением. Этот двигатель управляется сигналом широтно-импульсного модулятора. Серводвигатели применяются в основном в компьютерах, робототехнике, игрушках, проигрывателях CD / DVD и т. Д. Эти двигатели широко используются в тех приложениях, где конкретная задача должна часто выполняться точно и точно.

Servo Motor in Packaging Machine Servo Motor in Packaging Machine

Серводвигатель в упаковочной машине

  • Серводвигатель используется в робототехнике для активации движений, придающих руке точный угол.
  • Серводвигатель используется для запуска, перемещения и остановки конвейерных лент, транспортирующих продукт на многих этапах. Например, маркировка продукта, розлив и упаковка.
  • Сервомотор встроен в камеру для корректировки линзы камеры с целью улучшения нечетких изображений.
  • Серводвигатель используется в роботизированном транспортном средстве для управления колесами робота, создавая достаточный крутящий момент для движения, запуска и остановки транспортного средства и управления его скоростью.
  • Серводвигатель используется в системе слежения за солнечными лучами для корректировки угла наклона панели таким образом, чтобы каждая солнечная панель была обращена к солнцу.
    Серводвигатель используется в металлообрабатывающих и режущих станках для обеспечения особого управления движением фрезерных станков.
  • Серводвигатель используется в текстильной промышленности для управления прядильными и ткацкими машинами, вязальными машинами и ткацкими станками.
  • Сервомотор используется в автоматических открывателях дверей для управления дверьми в общественных местах, таких как супермаркеты, больницы и театры.

Таким образом, это все о работе серводвигателя, типах и применении.Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, при любых сомнениях относительно этой статьи или проектов в области электрики и электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вопрос для вас, какова основная функция серводвигателя?

Фото:

.Сервомоторы

— Принцип работы, управление и применение

Сервомоторы

подразумевают управление с обратной связью с обнаружением ошибок, которое используется для корректировки производительности системы. Также требуется обычно сложный контроллер, часто специальный модуль, специально разработанный для использования с серводвигателями. Серводвигатели — это двигатели постоянного тока, которые позволяют точно контролировать угловое положение. Это двигатели постоянного тока, скорость которых медленно снижается шестернями. Серводвигатели обычно имеют отсечку оборотов от 90 ° до 180 °.Некоторые серводвигатели также имеют отсечку оборотов на 360 ° или более. Но серводвигатели не вращаются постоянно. Их вращение ограничено фиксированными углами.

Серводвигатель представляет собой сборку из четырех компонентов: обычного двигателя постоянного тока, зубчатого редуктора, устройства определения положения и цепи управления. Двигатель постоянного тока соединен с зубчатым механизмом, который обеспечивает обратную связь с датчиком положения, который в основном представляет собой потенциометр. От коробки передач мощность двигателя через шлицевую часть сервопривода подается на рычаг сервопривода.Для стандартных серводвигателей шестерня обычно сделана из пластика, тогда как для сервоприводов большой мощности шестерня сделана из металла.

Серводвигатель состоит из трех проводов — черного провода, подключенного к земле, бело-желтого провода, подключенного к блоку управления, и красного провода, подключенного к источнику питания.

Функция серводвигателя заключается в получении управляющего сигнала, который представляет желаемое выходное положение вала сервомотора, и подача энергии на его двигатель постоянного тока до тех пор, пока его вал не повернется в это положение.

Он использует устройство определения положения для определения положения вращения вала, поэтому он знает, в какую сторону должен вращаться двигатель, чтобы переместить вал в заданное положение. Вал обычно не вращается свободно, как двигатель постоянного тока, а может просто повернуться на 200 градусов.

Servo Motor Servo Motor Серводвигатель

Из положения ротора создается вращающееся магнитное поле для эффективного генерирования крутящего момента. В обмотке течет ток, создавая вращающееся магнитное поле.Вал передает выходную мощность двигателя. Нагрузка перемещается через передаточный механизм. Высокоэффективный редкоземельный или другой постоянный магнит расположен снаружи вала. Оптический энкодер всегда отслеживает количество оборотов и положение вала.

PCBWay PCBWay

Работа серводвигателя

Серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока, зубчатой ​​передачи, датчика положения и цепи управления. Двигатели постоянного тока питаются от батареи и работают с высокой скоростью и низким крутящим моментом.Узел шестерни и вала, соединенный с двигателями постоянного тока, снижает эту скорость до достаточной скорости и более высокого крутящего момента. Датчик положения определяет положение вала из его определенного положения и передает информацию в схему управления. Схема управления соответственно декодирует сигналы от датчика положения и сравнивает фактическое положение двигателей с желаемым положением и, соответственно, управляет направлением вращения двигателя постоянного тока, чтобы получить требуемое положение. Сервомотор обычно требует питания постоянного тока 4.От 8 до 6 В.

Управление серводвигателем

Серводвигатель управляется путем управления его положением с помощью метода широтно-импульсной модуляции. Ширина импульса, подаваемого на двигатель, варьируется и отправляется в течение фиксированного периода времени.

Ширина импульса определяет угловое положение серводвигателя. Например, ширина импульса 1 мс приводит к угловому положению 0 градусов, тогда как ширина импульса 2 мс вызывает угловую ширину 180 градусов.

Преимущества:

  • Если на двигатель оказывается большая нагрузка, драйвер будет увеличивать ток, подаваемый на катушку двигателя, когда пытается вращать двигатель.Нет никаких отклонений от шага.
  • Возможна высокоскоростная работа.

Недостатки:

  • Поскольку серводвигатель пытается вращаться согласно командным импульсам, но с запаздыванием, он не подходит для точного управления вращением.
  • Более высокая стоимость.
  • При остановке ротор двигателя продолжает двигаться вперед и назад на один импульс, поэтому он не подходит, если вам нужно предотвратить вибрацию

7 Применения серводвигателей

Серводвигатели используются в приложениях, требующих быстрых изменений скорости без перегрева двигателя.

  • В промышленности они используются в станках, упаковке, автоматизации производства, погрузочно-разгрузочных работах, преобразовании печати, сборочных линиях и многих других сложных приложениях в робототехнике, станках с ЧПУ или автоматизированном производстве.
  • Они также используются в радиоуправляемых самолетах для управления позиционированием и движением лифтов.
  • Они используются в роботах из-за их плавного включения и выключения и точного позиционирования.
  • Они также используются в аэрокосмической промышленности для поддержания гидравлической жидкости в гидравлических системах.
  • Они используются во многих радиоуправляемых игрушках.
  • Они используются в электронных устройствах, таких как DVD-диски или проигрыватели Blue-ray Disc, для расширения или воспроизведения лотков для дисков.
  • Они также используются в автомобилях для поддержания скорости транспортных средств.

Прикладная схема серводвигателя

Из приведенной ниже прикладной схемы: Каждый двигатель имеет три входа: VCC, заземление и периодический прямоугольный сигнал. Ширина импульса прямоугольной волны определяет скорость и направление серводвигателей.В нашем случае нам просто нужно изменить направление, чтобы устройство могло двигаться вперед, назад и поворачиваться влево и вправо. Если длительность импульса меньше определенного периода времени, двигатель будет вращаться по часовой стрелке. Если ширина импульса превышает этот временной интервал, двигатель будет вращаться против часовой стрелки. Среднюю временную шкалу можно регулировать с помощью встроенного потенциометра внутри двигателя.

Servo Motor Circuit Servo Motor Circuit

3 Различия между шаговым двигателем и серводвигателем:

  • Шаговые двигатели имеют большое количество полюсов, магнитных пар, генерируемых постоянным магнитом или электрическим током.У серводвигателей очень мало полюсов; каждый полюс обеспечивает естественную точку остановки вала двигателя.
  • Крутящий момент шагового двигателя на низких скоростях больше, чем у серводвигателя того же размера.
  • Работа шагового двигателя синхронизируется сигналами командных импульсов, выдаваемыми генератором импульсов. Напротив, работа серводвигателя отстает от командных импульсов.

Теперь у вас есть представление о работе сервометра, если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме или проекты по электротехнике и электронике, оставьте комментарии ниже.

Фото:

.Серводвигатель

: основы и принцип работы

Основы серводвигателя
Что такое серводвигатель? Серводвигатель — это двигатель, который управляет работой механических компонентов сервосистемы. Серводвигатель может преобразовывать сигнал напряжения в крутящий момент и скорость, а затем управлять объектом управления. Скорость управления и точность позиционирования очень высоки. В системе автоматического управления серводвигатель может быстро реагировать как исполняющий компонент, преобразовывать принимаемый электрический сигнал в угловое смещение или выходную угловую скорость оси двигателя.Основная особенность заключается в том, что когда напряжение сигнала равно нулю и нет самовращения, скорость вращения будет снижаться с одинаковой скоростью вместе с увеличением крутящего момента. Серводвигатель имеет 2 типа: серводвигатель постоянного тока и серводвигатель переменного тока.
servo motors

Принцип работы серводвигателя
Как работает сервомотор? Серводвигатель в основном зависит от импульса для фиксации положения, когда он получает 1 импульс, затем вращается на относительный угол в 1 импульс для реализации перемещения. Серводвигатель имеет функцию посылки импульса, поэтому серводвигатель будет посылать импульс относительного количества при повороте на определенный угол.Затем он действует во взаимодействии с серводвигателем, получившим импульс или называемым замкнутым контуром. В этом случае система знает количество импульсов, отправленных на серводвигатель, и импульс, полученный в ответ, затем может точно управлять работой двигателя и осуществлять точную фиксацию положения до 0,001 мм. Ротор внутри серводвигателя представляет собой постоянный магнит, трехфазное электричество U / V / W, управляемое драйвером, формирует электромагнитное поле, ротор вращается под действием магнитного поля, одновременно кодер внутри двигателя подает сигнал обратно драйверу, драйвер сравнивает значение обратной связи и цель значение, отрегулируйте угол поворота ротора.
Servo Motor Structure Выбор серводвигателя

  1. Рассчитать инерцию нагрузки. Обратитесь к согласованию по инерции, возьмите серводвигатель ATO в качестве примера, согласование по инерции некоторых продуктов может достигать 50 раз. Но на самом деле чем меньше, тем лучше для точности и скорости отклика. Если инерция нагрузки и инерция двигателя не соответствуют друг другу, реакция системы будет очень плохой.
  2. Просмотр момента нагрузки на оси двигателя и расчет момента ускорения и замедления.
  3. Требование точности. Используется для выбора точности кодера серводвигателя, так как точность серводвигателя зависит от точности вращающегося кодера (начиная с коаксиального).
  4. Диапазон скоростей. Низкая скорость обычно менее 2000 об / мин, двигатель с большим крутящим моментом менее 1000 об / мин, высокая скорость может достигать 5000 об / мин, серводвигатель постоянного тока может достигать 10000-20000 об / мин. Номинальная скорость серводвигателей переменного тока ATO составляет 1000 об / мин ~ 3000 об / мин.
  5. Метод контроля. В основном это позиционное управление, разнообразный и интеллектуальный метод управления.Метод управления положением, скоростью вращения и крутящим моментом.

Если вы найдете серводвигатель с высокой производительностью и низкой стоимостью, ATO.com — ваш лучший выбор. У нас есть серводвигатели переменного тока 1 кВт, 1,5 кВт, 2 кВт, 3 кВт … различной мощности на ваш выбор.

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.