Серводвигатель принцип работы

Подготовка к настройке драйвера сервомотораPost navigation

Подготовка к настройке драйвера сервомотораPost navigation - фотография 1 - изображение 1

Вентильные двигатели – это синхронные бесколлекторные (бесщёточные) машины. На роторе находятся постоянные магниты из редкоземельных металлов, на статоре — якорная обмотка. Коммутация обмоток статора осуществляется полупроводниковыми силовыми ключами (транзисторами) так, чтобы вектор магнитного поля статора был всегда перпендикулярен вектору магнитного поля ротора — для этого используется датчик положения ротора (датчик Холла или энкодер). Фазный ток регулируется с помощью ШИМ-модуляции и может иметь трапецеидальную или синусоидальную форму.

Линейные серводвигатели

Плоский ротор линейного двигателя сделан из редкоземельных постоянных магнитов. По принципу действия он похож на вентильный двигатель.

Шаговые электродвигатели

В отличие от синхронных машин непрерывного вращения шаговые двигатели имеют на статоре явно выраженные полюса, на которых расположены катушки обмоток управления – их коммутация выполняется внешним приводом.

Рассмотрим принцип работы реактивного шагового двигателя, у которого на полюсах статора расположены зубцы, а ротор выполнен из магнитомягкой стали и тоже имеет зубцы. Зубцы на статоре расположены так, что на одном шаге магнитное сопротивление меньше по продольной оси двигателя, а на другом – по поперечной. Если дискретно возбуждать в определённой последовательности обмотки статора постоянным током, то ротор при каждой коммутации будет поворачиваться на один шаг, равный шагу зубцов на роторе.

Сервопривод

Некоторые модели преобразователей частоты могут работать как со стандартными асинхронными двигателями, так и с серводвигателями. То есть основное отличие сервоприводов не в силовой части, а в алгоритме управления и скорости вычислений. Поскольку в программе используется информация о положении ротора, то у сервопривода есть интерфейс для подключения энкодера, установленного на валу двигателя.

Сервоконтроллер

В сервосистемах используется принцип подчинённого управления: контур тока подчинён контуру скорости, который в свою очередь подчинён контуру положения (см. теорию автоматического управления). Сначала настраивается самый внутренний контур – контур тока, потом – контур скорости и самым последним настраивается контур положения.

Контур тока всегда реализован в сервоприводе.

Контур скорости (как и датчик скорости) также всегда присутствует в сервосистеме, он может быть реализован как на базе встроенного в привод сервоконтроллера, так и внешнего.

Контур положения используется для точного позиционирования (например, осей подач в станках с ЧПУ).

Если в кинематических связях между исполнительным органом (координатным столом) и валом двигателя нет люфтов, то координата косвенно пересчитывается по значению кругового датчика. Если люфты есть, то на исполнительный орган устанавливается дополнительный датчик положения (который подключается к сервоконтроллеру) для прямого измерения координаты.

Сервоприводные модификации линейного движения

Линейного движения сервопривод — что это? На самом деле указанное устройство является регулятором с обратной связью. На сегодняшний день модели очень востребованы. Для различных систем отопления они подходят идеально. Конвертеры в них чаще всего используются на три контакта. Статорные коробки устанавливаются различной мощности. Двигатели могут использоваться только синхронного типа.

В противном случае блоки питания не выдерживают предельного напряжения. В качестве приводов в данной ситуации применяются редукторные коробки. Для передачи крутящего момента от двигателя используются шестерни. Да сегодняшний день на рынке представлено множество модификаций с выходным валом. В данном случае регулировать скорость оборотов можно при помощи котроллера. Также следует помнить, что в устройствах имеются специальные платы. Устанавливаются они с маркировкой Р20. Смена режима в данном случае производится за счет контроллера. Роторные модификации сервоприводов в наше время встречаются довольно редко. Используются они чаще всего для управления станками.

Переделка сервопривода в серво непрерывного вращения

Как описывалось выше, сервопривод управляется импульсами переменной ширины, которые задают угол поворота. Текущее положение считывается с потенциометра. Если рассоединить вал и потенциометр, серводвигатель будет принимать положение движка потенциометра как в средней точке. Все эти действия приведут к тому, что будет убрана обратная связь. Это позволяет управлять скоростью и направлением вращения по сигнальному проводу, и создать серво непрерывного вращения

При этом важно отметить, что серво постоянного вращения не может поворачиваться на определенный угол и делать строго заданное количество оборотов.

Чтобы произвести вышеописанные действия, придется разобрать устройство и внести изменения в конструкцию.

В Ардуино IDE нужно создать небольшой скетч, который поставит качалку в среднее положение.

#include <Servo.h>Servo myservo;void setup(){myservo.attach(9);myservo.write(90);}void loop(){}

После этого устройство нужно подключить к Ардуино. При подключении серво начнет вращаться. Нужно добиться ее полной остановки путем регулирования резистора. После того, как вращение прекратится, нужно найти вал, вытащить из него гибкий элемент и установить обратно.

Этот метод имеет несколько недостатков – настройка резистора до полной остановки неустойчива, при малейшем ударе/нагреве/охлаждении настроенная нулевая точка может сбиться. Поэтому лучше использовать способ замены потенциометра подстроечником. Для этого нужно вытащить потенциометр и заменить его на подстроечный резистор с таким же сопротивлением. Нулевую точку нужно настроить калибровочным скетчем.

Любой из методов переделки сервопривода в серво непрерывного вращения имеет свои недостатки. Во-первых, сложно настроить нулевую точку, любое движение может ее сбить. Во-вторых, диапазон регулирования мал – при небольшом изменении ширины импульса скорость может значительно измениться. Расширить диапазон можно программно в Ардуино.

Аналоговые и цифровые модификации

Несколько лет тому назад все сервосхемы были аналоговыми. Сейчас появились и цифровые конструкции. В чем же разница их работы? Давайте обратимся к информации официального характера.

Из отчета фирмы Futaba следует, что за последнее десятилетие сервоприводы стали отличаться более хорошими техническими показателями, чем раньше, а также малыми размерами, высоким уровнем скорости вращения и показателем элементов кручения.

Последний виток развития — появление устройства на цифровой основе. Эти агрегаты обладают существенными преимуществами даже перед моторами коллекторного типа. Хотя имеются и некоторые минусы.

Внешне аналоговые и цифровые устройства неразличимы. Отличия фиксируются лишь на платах устройств. Вместо микросхемы на цифровом агрегате можно увидеть микропроцессор, анализирующий сигнал приемника. Он и управляет двигателем.

Совершенно неправильно говорить о том, что аналоговая и цифровая модификация в корне различаются при функционировании. Они могут обладать одинаковыми двигателями, механизмами и потенциометрами

Основным отличием является способ переработки поступающего сигнала приемника и управление двигателем. В оба сервопривода поступает одинаковый по мощности сигнал радиоприемника.

Таким образом, становится понятно, сервопривод, что это такое?

Сравнение с шаговым двигателем

Другим вариантом точного позиционирования приводимых элементов без датчика обратной связи является применение . В этом случае схема управления отсчитывает необходимое количество импульсов (шагов) от положения репера (этой особенности обязан характерный шум шагового двигателя в дисководах 3,5″ и CD/DVD при попытках повторного чтения). При этом точное позиционирование обеспечивается параметрическими системами с отрицательной обратной связью, которые образуются взаимодействующими между собой соответствующими полюсами статора и ротора шагового двигателя. Сигнал задания для соответствующей параметрической системы формирует система управления шаговым двигателем, активизирующая соответствующий полюс статора.

Так как датчик обычно контролирует приводимый элемент, электрический сервопривод имеет следующие преимущества перед шаговым двигателем:

  • не предъявляет особых требований к электродвигателю и редуктору — они могут быть практически любого нужного типа и мощности (а шаговые двигатели, как правило, маломощны и тихоходны);
  • гарантирует максимальную точность, автоматически компенсируя:
    • механические (люфты в приводе) или электронные сбои привода;
    • постепенный износ привода, шаговому же двигателю для этого требуется периодическая юстировка;
    • тепловое расширение привода (при работе или сезонное), это было одной из причин перехода на сервопривод для позиционирования головок в жестких дисках;
    • обеспечивая немедленное выявление отказа (выхода из строя) привода (по механической части или электронике);
  • большая возможная скорость перемещения элемента (у шагового двигателя наименьшая максимальная скорость по сравнению с другими типами электродвигателей);
  • затраты энергии пропорциональны сопротивлению элемента (на шаговый двигатель постоянно подаётся номинальное напряжение с запасом по возможной перегрузке);

Недостатки в сравнении с шаговым двигателем

  • необходимость в дополнительном элементе — датчике;
  • сложнее блок управления и логика его работы (требуется обработка результатов датчика и выбор управляющего воздействия, а в основе контроллера шагового двигателя — просто счётчик);
  • проблема фиксирования: обычно решается постоянным притормаживанием перемещаемого элемента либо вала электродвигателя (что ведёт к потерям энергии) либо применение червячных/винтовых передач (усложнение конструкции) (в шаговом двигателе каждый шаг фиксируется самим двигателем).
  • сервоприводы, как правило, дороже шаговых.

Сервопривод, однако, возможно использовать и на базе шагового двигателя или в дополнение к нему до некоторой степени совместив их достоинства и устранив конкуренцию между ними (сервопривод осуществляет грубое позиционирование в зону действия соответствующей параметрической системы шагового двигателя, а последняя осуществляет окончательное позиционирование при относительно большом моменте и фиксации положения). // Проблемы фиксирования никакой нет в сервоприводе в отличие от шагового. Высокоточное позиционирование и удержание в заданной позиции обеспечивается работой электрической машины в вентильном режиме, суть которого сводится к её работе в качестве источника силы. В зависимости от рассогласования положения (и других координат электропривода) формируется задание на силу. При этом несомненным преимуществом сервопривода является энергоэффективность: ток подается только в том необходимом для того объеме, чтобы удержать рабочий орган в заданном положении. В противоположность шаговому режиму, когда подается максимальное значение тока, определяющее угловую характеристику машины. Угловая характеристика машины аналогична при малых отклонениях механической пружине, которая пытается «притянуть» рабочий орган в нужную точку. В шаговом приводе чем больше рассогласование положения, тем больше сила при неизменном токе. Очевидно, что автор ошибается в данном тезисе. Более того, известны примеры сложных систем управления электроприводом в шаговом режиме, которые не рассмотрены в данной статье, в частности микрошаговый режим.

Скетч для управления сервоприводом в Arduino

Управление сервоприводом напрямую через изменение в скетче длительности импульсов — достаточно нетривиальная задача, но у нас, к счастью, есть отличная библиотека Servo, встроенная в среду разработки Arduino. Все нюансы программирования и работы с сервоприводами мы рассмотрим в отдельной статье. Здесь же приведем простейший пример использования Servo.

Алгоритм работы прост:

  • Для начала мы подключаем Servo.h
  • Создаем объект класса Servo
  • В блоке setup указываем, к какому пину подключен серво
  • Используем методы объекта обычным для C++ способом. Самым популярным является метод write, которому мы подаем целочисленное значение в градусах (для сервопривода 360 эти значения будут интерпретироваться по-другому).

Пример простого скетча для работы с сервоприводом

Пример проекта, в котором мы сразу сначала устанавливаем серводвигатель на нулевой угол, а затем поворачиваем на 90 градусов.

#include <Servo.h>Servo servo;// Создаем объектvoid setup() {servo.attach(9); // Указываем объекту класса Servo, что серво присоединен к пину 9servo1.write(0); // Выставляем начальное положение }void loop() {servo.write(90); // Поворачиваем серво на 90 градусовdelay(1000);servo.write(1800);delay(100);servo.write(90);delay(1000);servo.write(0);delay(1000);}

Скетч для двух сервпоприводов

А в этом примере мы работаем сразу с двумя сервоприводами:

#include <Servo.h>Servo servo1;// Первый сервоприводServo servo2;// Второй сервоприводvoid setup() {servo1.attach(9); // Указваем объекту класса Servo, что серво присоединен к пину 9servo2.attach(10);// А этот servo присоединен к 10 пину}void loop() {// Выставялем положенияservo1.write(0); servo2.write(180);delay(20);// Меняем положенияservo2.write(0); servo1.write(180);}

 

Управление сервоприводом с помощью потенциометра

В этом примере поворачиваем серво в зависимости от значения, полученное от потенциометра. Считываем значение и преобразовываем его в угол с помощи функции map:

//Фрагмент стандартного примера использования библиотеки Servovoid loop() {val = analogRead(A0); // Считываем значение с пина, к которому подключен потенциометрval = map(val, 0, 1023, 0, 180); // Преобразуем число в диапазоне от 0 до 1023 в новый диапазон - от 0 до 180.servo.write(val); delay(15);}

Подключение серводвигателя к ардуино

Сервопривод обладает тремя контактами, которые окрашены в разные цвета. Коричневый провод ведет к земле, красный – к питанию +5В, провод оранжевого или желтого цвета – сигнальный. К Ардуино устройство подключается через макетную указанным на рисунке образом. Оранжевый провод (сигнальный) подключается к  цифровому пину, черный и красный — к земле и питанию соответственно. Для управления серводигателем не требуется подключение именно к шим-пинам — принцип управления серво мы уже описывали ранее.

Не рекомендуется подключать мощные серво напрямую к плате , т.к. они создают для схемы питания Arduino ток, не совместимый с жизнью — повезет, если сработает защита. Чаще всего симптомы перегрузки и неправильного питания сервопривода заключаются в «дергании» серво, неприятному звуку и перезагрузке платы. Для питания лучше использовать внешние источники, обязательно объединяя земли двух контуров.

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.

Сервоприводные модификации линейного движения - фотография 2 - изображение 2

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.

Устройство и принцип работы сервомоторов

Переделка сервопривода в серво непрерывного вращения - изображение 3 - изображение 3

Основным рабочим элементом сервопривода является сильфон. Т.е. такая же деталь, как и в . Небольшой по размерам, герметичный цилиндр с эластичным корпусом заполнен веществом, чутко реагирующим на температуру.  В зависимости от того, происходит повышение или понижение температуры, происходит соответственно изменение объема вещества. Рисунок – схема наглядно демонстрирует устройство сервомотора, где основным местом занимает сильфон.

Сильфон находится в тесном контакте с электрическим нагревательным элементом. Получая сигнал с термостата, нагревательный элемент включается от сети и включается в работу. Внутри сильфона вещество подогревается и увеличивается в объеме. Таким образом, увеличившийся в размерах цилиндр начинает давить на шток, меняя его положение и перекрывая путь потоку теплоносителя. Оценивая работу сервопривода можно сделать вывод – прибор не оснащен никакими моторами, в нем нет никаких шестерней и передаточных звеньев. Обычная рабочая связь «тепловая энергия и электричество». Отсюда и распространенное название приборов, термоэлектрические регуляторы.

Для того, что бы клапан снова стал открытым, весь процесс повторяется только в обратном направлении. Отсутствие электропитания приводит к тому, что нагревательный элемент перестает работать. Следовательно, вещество внутри цилиндра остывает, уменьшаясь в объеме. Давление на шток уменьшается, он подымается, действуя на клапан, а, следовательно, открывается доступ горячей воды в систему.

На заметку: вещество, помещенное внутрь цилиндра – толуол, обладающее высокими термодинамическими характеристиками. Электрическим нагревательным элементом выступает нихромовая нить.

Аналоговые и цифровые модификации - изображение 4 - изображение 4

Ознакомившись с принципом работы устройства, важно помнить, что для механического действия клапана необходимо определенное время.  Несмотря на то, что при поступлении сигнала с термостата, нагревательный элемент начинает нагревать вещество внутри цилиндра. Время, необходимое на изменения физического состояния жидкости, составляет 2-3 минуты, поэтому клапан приводится в действие не сразу

Для справки: при выборе модели сервопривода обратите внимание на параметры нагревательного элемента и время нагрева жидкости, указанные в паспорте прибора. .

В отличие от нагрева, остывание жидкости проходит медленнее. На обратный процесс, т.е. на закрытие клапана потребуется уже не 2-3 минуты, а 10-15 минут. При перегреве каждый сервомотор должен автоматически отключаться. Для этого в конструкции предусмотрен механизм аварийного отключения.

Для примера: используемые в работе коллекторной группы сервоприводы не все оснащаются цилиндрами и баллонами с веществом. Ест модели, в которых эту роль играют термоэлементы, напоминающие собой пружину или пластину, которые под действием все того же нагревательного элемента нагреваются. Расширяясь, эти детали воздействуют опять же, на шток, приводя в конечном итоге в рабочее состояние клапан.  Определить в каком положении находится клапан, можно по изменению внешнего вида сервопривода. Выдвигающийся элемент сигнализирует о работе прибора. Если этого не происходит, значит, ваш прибор неправильно подключен или система отопления работает с перебоями.

Для справки: горячий на ощупь сервомотор означает, что в данном случае прибор закрыт и отключен. Если прибор на ощупь прохладный, следовательно, клапан открыт, теплоноситель нормально циркулирует по водяным контурам теплого пола.

Пример проекта

Ниже представлен проект с сервоприводом на «Ардуино». Представьте ситуацию, что требуется создать автоматическое открывание форточек в теплице при достижении определенной температуры. Для этого используется датчик DHT-11 и сервопривод SG92R. Программный код выглядит следующим образом:

Для начала подключаются библиотеки для работы с датчиком DHT-11 и сервоприводом. Следом обозначаются переменные и к каким контактам они подключены. После чего каждые две секунды датчик узнает температуру, и если она выше тридцати градусов, то срабатывает сервопривод, тем самым открывая форточку. Это пример его работы с «Ардуино» и датчиком DHT-11.

Сервопривод SG92R

Сравнение с шаговым двигателем - фото 5 - изображение 5

Самым знаменитым дешевым сервоприводом является модель Tower Pro SG92R. Этот сервопривод для «Ардуино» можно встретить практически во всех начальных наборах радиолюбителя. Обусловлено это тем, что цена его составляет всего лишь каких-то сто рублей, а при оптовых покупках (например, от десяти штук) — и то дешевле выходит. Весит SG92R всего 9 грамм, может принимать на вал 1.6 кг. Так пишется только в характеристиках в интернет-магазинах.

Скетч для управления сервоприводом в Arduino - фотография 6 - изображение 6

На самом же деле, эти сервоприводы слабые и использовать их, например, для открывания большой двери нецелесообразно, так как они полностью пластмассовые и частенько ломаются. Лучше потратить больше денег, купить более мощный, например, MG995. Но для изучения мелких проектов сервопривод SG92R подходит отлично.

Применение

Сервоприводы применяются для точного (по датчику) позиционирования (чаще всего) приводимого элемента в автоматических системах:

  • управляющие элементы механической системы (заслонки, задвижки, углы поворота)
  • рабочие органы и заготовки в станках и инструментах

Сервоприводы вращательного движения используются для:

  • Промышленных роботов.
  • Станков с ЧПУ.
  • Полиграфических станков.
  • Промышленных швейных машин.
  • Упаковочных станков.
  • Приборов.
  • Авиамоделирования.

Сервоприводы линейного движения используются, например, в автоматах установки электронных компонентов на печатную плату.

Серводвигатель

Подключение серводвигателя к ардуино - фотография 7 - изображение 7

Сервопривод с мотором, предназначенный для приведения в движение устройств управления через поворот выходного вала, применяются в таких областях, как открытие и закрытие клапанов, переключатели и так далее.

Важными характеристиками сервомотора являются динамика двигателя, равномерность движения, энергоэффективность.

Серводвигатели широко применяются в промышленности, например, в металлургии, в станках с ЧПУ, прессо-штамповочном оборудовании, автомобильной промышленности, тяговом подвижном составе .

В основном в сервоприводах использовались 3-полюсные коллекторные двигатели, в которых тяжелый ротор с обмотками вращается внутри магнитов.

Первое усовершенствование, которое было применено — увеличение количества обмоток до 5. Таким образом, вырос вращающий момент и скорость разгона. Второе усовершенствование — это изменение конструкции мотора. Стальной сердечник с обмотками очень сложно раскрутить быстро. Поэтому конструкцию изменили — обмотки находятся снаружи магнитов и исключено вращение стального сердечника. Таким образом, уменьшился вес двигателя, уменьшилось время разгона и возросла стоимость.

Ну и наконец, третий шаг — применение бесколлекторных двигателей. У бесколлекторных двигателей выше КПД, так как нет щёток и скользящих контактов. Они более эффективны, обеспечивают большую мощность, скорость, ускорение, вращающий момент.

Области использования устройства

В современном мире, когда автоматизация заняла прочные позиции во всех областях машиностроения, конструкция всех механизмов заметно унифицировалась. При этом применяются современные индивидуальные приводы.

Для того, чтобы понять, сервопривод, что это такое, следует знать сферу применения устройства.

Устройства содержат прецизионные конструкции поддержания скорости в промышленных роботах и станках с высокой точностью. Они монтируются на сверлильных оборудованиях, в различных системах транспорта и механизмах вспомогательного характера.

Самое широкое применение приборы нашли в следующих сферах:

  • изготовление бумаги и упаковок;
  • изготовление листов из металла;
  • обрабатывание материалов;
  • производство транспортного оборудования;
  • ;
  • изготовление стройматериалов.

Плюсы и минусы SG92R

SG92R — довольно хороший сервопривод, и со своими задачами он справляется отлично. Какие же преимущества и недостатки он имеет?

Среди преимуществ стоит отметить следующие:

  1. Доступность. Этот сервопривод продается по очень низкой цене, что позволяет абсолютно каждому приобрести его и использовать для своих проектов.
  2. Размеры. Благодаря своему маленькому размеру его можно использовать при конструировании каких-то небольших проектов.

Среди недостатков самыми существенными являются следующие:

  1. Слабый. Достаточно даже небольших нагрузок, и он сломается. Конечно, это обусловлено его низкой ценой, но все же стоит переплатить всего в два раза больше и уже можно купить сервопривод мощнее, который и сделан из металла, и способен работать с большими нагрузками.
  2. Шумит. Следует только включить его, он начинает издавать звуки. Не то чтобы они сильные, но вечное «жужжание» очень мешает.

Число плюсов и минусов одинаково. Как бы это ни было, но SG92R является отличным сервоприводом, по крайней мере для изучения и понятия их работы.

В полном объеме используйте инструменты регулировки

«Существует широкий спектр методов регулировки. Однако изготовители механических станков часто загружают в сервоконтроллеры только значения параметров по умолчанию без регулировки», — отмечает Поль Вебстер, менеджер по сервопродукции в GE Fanuc Automation Inc. Станок может работать хорошо, и ничего больше не делается. «Установочные параметры сервосистмы по умолчанию предназначены для того, чтобы добиться основных эксплуатационных характеристик в общем случае. Простое выполнение базовой серворегулировки может привести к значительному повышению производительности механизма», — отмечает Вебстер.

Помимо параметров по умолчанию можно задать исходные параметры для обеспечения высокой точности (и высокой скорости) с помощью «одноразовой функции”. Утверждается, что это легко выполнить для контроллеров начального уровня Series 0i-C от компании Fanuc или с помощью программы на основе Servo Guide PC для более совершенной серии компьютерных ЧПУ от Fanuc. Далее Вебстер поясняет, что следующим важным этапом регулировки с целью совершенствования характеристик работы сервомеханизмов является установка усиления по скорости и резонансных режекторных фильтров с использованием диаграммы Боде. Помогают также такие программы регулировки как Servo Guide.

Устойчивость сервосистемы оценивается с помощью диаграммы Боде посредством анализа частотной характеристики контура управления относительно величины коэффициента усиления (измеряется в дБ) и фазового сдвига (в град.). К важным результатам Вебстер относит максимально широкую полосу пропускания (при почти постоянном коэффициенте усиления относительно частоты) на уровне 10 дБ и уменьшение частоты запаса по усилению на уровне -20 дБ. Регулировка фильтра эффективна для подавления резонанса, когда на графике Боде удаляются положительные пики, а частотный спад поддерживается на уровне ниже -10 дБ.

Чтобы добиться наилучшей работы сервосистемы, GE Fanuc предусматривает функции усовершенствованной регулировки своего ЧПУ. По словам Вебстера, простые наглядные навигаторы регулировки помогают пользователям переходить от этапа к этапу. Заслуживает внимания функция динамического обучения, которая автоматически уменьшает вылет квадранта (или холостой ход) в приложениях обработки с применением ЧПУ. Вылет квадранта (QP) складывается из свободного хода вследствие физического зазора между деталями механизма и «упругости» системы, также известной под названием скручивание. Два разных компонента холостого хода объединяются и работают как системная задержка, вызывая эффект QP на круговой диаграмме (см. рисунок «Процесс обучения при вылете квадранта»).

Устройство сервопривода - фотография 8 - изображение 8

Усовершенствованная регулировка ЧПУ в GE Fanuc включает функцию поэтапного обучения с целью сокращения холостого хода механизма. При операциях контурной обработки по двум координатам, как показано на рисунке, первоначальное значение холостого хода (вылет квадранта) ±5 мкм фактически устраняется на восьмом шаге обучения

«Функция, которую мы используем для устранения вылета квадранта, называется «Ускорение холостого хода”. Она заключается в регулировке величины холостого хода и корректировке управления скоростью для факторов холостого хода”,- отмечает Вебстер. Динамическая регулировка представляет собой поэтапную последовательность и производится до тех пор, пока пользователь или приложение не будут удовлетворены точностью траектории движения. «Однажды запущенный процесс обучения продолжает работать автоматически в том смысле, что ЧПУ учится на своих «ошибках», — добавляет к сказанному Вебстер.

Другие поставщики сервосистем также предлагают некоторые виды коррекции холостого хода.

Устройство и принцип работы сервомоторов - фото 9 - изображение 9

В этой трубогибочной установке, производимой в Unison TJP Electronics Ltd. (Великобритания), синхронизация перемещения 15 осей производится с помощью программы NextMove е 100 от Baldor. Установка выполняет параллельно несколько операций по гибке труб. Каждая гибочная головка приводится в движение бесколлекторным серводвигателем и сервоприводом BSM Series от компании Baldor

vri-cnc.ru

Шаговые двигатели – дешевле. Однако сервоприводы обладают широким рядом достоинств, в том числе высокой производительностью и точностью позиционирования. Так что же выбрать?

Что такое шаговый электродвигатель

Пример проекта - фотография 10 - изображение 10

Шаговый электродвигатель – это безщеточный синхронный электродвигатель постоянного тока, имеющий несколько обмоток статора. При подаче тока в одну из обмоток ротор поворачивается, а затем фиксируется в определенном положении. Последовательное возбуждение обмоток через контроллер управления шаговым двигателем позволяет вращать ротор на заданный угол.

Шаговые электродвигатели широко применяются в промышленности, так как имеют высокую надежность и длительный срок службы. Главное преимущество шаговых двигателей – точность позиционирования. При подаче тока на обмотки ротор провернется строго на определенный угол.

Положительные стороны шагового двигателя

·Устойчивость в работе;

·Высокий крутящий момент на малых и нулевых скоростях;

·Быстрый старт, остановка и реверс;

·Работа под высокой нагрузкой без риска выхода из строя;

·Единственный механизм износа, влияющий на длительность эксплуатации – подшипники;

·Невысокая стоимость.

Отрицательные стороны шагового двигателя

·Высокий уровень шума;

·Возможность появления резонанса;

·Постоянный расход электроэнергии вне зависимости от нагрузки;

·Падение крутящего момента на высоких скоростях;

·Отсутствие обратной связи при позиционировании;

·Низкая пригодность к ремонту.

Что такое серводвигатель (сервопривод)

Сервопривод SG92R - изображение 11 - изображение 11

Серводвигатель (сервопривод) – это электрический мотор с управлением через обратную отрицательную связь, которая позволяет точно управлять параметрами движения, чтобы достичь необходимой скорости или получить нужный угол поворота. В состав серводвигателя входят непосредственно сам электродвигатель, датчик обратной связи, блок питания и управления.

Конструктивные особенности электродвигателей для сервопривода мало чем отличаются от обычных электродвигателей имеющих статор и ротор, работающих на постоянном и переменном токе, с щетками и без щеток. Особую роль здесь играет датчик обратной связи, который может быть установлен как непосредственно в самом двигателе и передавать данные о положении ротора, так и определять его позиционирование по внешним признакам. С другой стороны, работа серводвигателя немыслима без блока питания и управления (он же инвертор или сервоусилитель), который преобразует напряжение и частоту тока, подаваемого на электродвигатель, тем самым управляя его действием.

Положительные стороны серводвигателя (сервопривода)

·Высокая мощность при малых размерах;

·Высокий крутящий момент;

·Быстрый разгон и торможение;

·Постоянное и бесперебойное отслеживание положения;

·Низкий уровень шума, отсутствие вибраций и резонанса;

·Широкий диапазон скорости вращения;

·Высокая скорость разгона;

·Точное позиционирование;

·Стабильная работа в широком диапазоне скоростей;

·Малая масса и компактная конструкция;

·Низкий расход электроэнергии при малых нагрузках.

Отрицательные стороны серводвигателя (сервопривода)

·Требовательность к периодическому обслуживанию (например, с заменой щеток);

·Дорогостоящий ремонт;

·Сложность устройства (наличие датчика, блока питания и управления) и логики его работы.

·Высокая стоимость.

Сервопривод или шаговый двигатель?

Сравнивая характеристики сервопривода и шагового двигателя, следует обратить внимание, прежде всего, на их производительность и стоимость. . Для производства фасадов МДФ на небольшом предприятии, работающем с малыми объемами, думаю, нет необходимости переплачивать за установку на фрезерный станок с ЧПУ дорогостоящих серводвигателей

С другой стороны, если предприятие стремится выйти на максимально возможные объемы производства, то дешевить на низкопроизводительных шаговых двигателях для ЧПУ не имеет смысла.

Для производства фасадов МДФ на небольшом предприятии, работающем с малыми объемами, думаю, нет необходимости переплачивать за установку на фрезерный станок с ЧПУ дорогостоящих серводвигателей. С другой стороны, если предприятие стремится выйти на максимально возможные объемы производства, то дешевить на низкопроизводительных шаговых двигателях для ЧПУ не имеет смысла.

Принцип работы

Применение - фотография 12 - изображение 12

программа управления серводвигателями Mach3

Основным аспектом функционирования серводвигателей является  условия его работы в рамках системы G-кодов,  то есть команд управления, содержащихся в специальной программе. Если рассматривать данный вопрос на примере ЧПУ, то сервомоторы функционируют во взаимодействии с преобразователями, которые изменяют величину  напряжения на  якоре или на возбуждающей обмотке двигателя, исходя из уровня входного напряжения. Обычно управление всей системой производится с помощью стойки ЧПУ. При получении команды из стойки пройти определенное расстояние  вдоль координатной оси Х, в субблоке цифрового аналогового преобразователя стойки создается напряжение некоторой величины, которое передается для питания привода указанной координаты. В сервомоторе начинается вращение ходового винта, с которым связан энкодер и исполнительный орган станка. В первом происходит выработка импульсов, подсчитываемых стойкой. Программа предусматривает, что некоторое количество сигналов с энкодера соответствует определенному расстоянию прохождения исполняющего механизма. При получении нужного количества импульсов аналоговый преобразователь выдает нулевое значение выходного напряжения, и сервомотор останавливается. В случае смещения  под внешним воздействием рабочих элементов станка на энкодере формируется импульс, обсчитываемый стойкой, на привод подается напряжение рассогласования, и якорь двигателя поворачивается до получения  нулевого значения рассогласования. В результате  обеспечивается точное удержание рабочего элемента станка в заданном положении.

Без практики никуда

Без практического опыта невозможно овладеть различными методами настройки. Лучше всего практиковаться на испытательном оборудовании

Это позволит избежать крупных финансовых потерь, так как дорогое или важное оборудование не будет уничтожено в процессе испытания. Также испытательное оборудование с меньшей вероятностью может привести к травме

Для этой цели идеально подходит линейный этап, который может сочетаться с различными комбинациями драйверов и двигателей. Регулировка триммеров руками даст вам почувствовать каждую переменную ПИД регулятора. Этот опыт будет иметь неоценимое значение при принятии решений о выборе серводвигателей и драйверов.

Принцип работы цифровой конструкции

Цифровыми устройствами используется специальный процессор, функционирующий на высоких частотах. Он обрабатывает сигнал приемника и посылает импульсы управления в двигатель с показателем частоты в 300 раз в секунду. Так как показатель частоты значительно выше, то и реакция заметно быстрее и держит позицию лучше. Это вызывает оптимальное центрирование и высокий уровень кручения. Но такой метод требует больших затрат энергии, поэтому батарея, используемая в аналоговом механизме, в этой конструкции будет разряжаться намного быстрее.

Однако все пользователи, которые хоть однажды столкнулись с цифровой моделью, говорят о том, что ее различие с аналоговой конструкцией настолько значительно, что они никогда бы больше не употребляли последнюю.

Асинхронные сервоприводы

Асинхронный сервопривод — что это? В действительности указанное устройство предназначено исключительно для оборудования, которое блок питания имеет на 15 В. В этом случае мощность прибора, как правило, не превышает 2 кВт. Нагрузку максимум потенциометр в моделях способен выдерживать на уровне 23 А. Для передачи крутящего момента от мотора используются не большого диаметра выходные валы. При этом рычаг двигается за счет шестерни.

Изменение частоты вращения происходит благодаря котроллеру. Управление сервоприводом осуществляется при помощи специальной платы. В некоторых случаях для изменения положения регулятора используется плечо. Резистивные устройства чаще всего устанавливаются низкочастотные. При этом сервоприводы на пневмоцилиндрах в наше время встречаются довольно редко. Чтобы самостоятельно собрать такую модификацию, потребуется мощный редуктор. Также для него следует подобрать статор ручного типа.

Области использования устройства - фото 13 - изображение 13

Схема и типы сервоприводов

Плюсы и минусы SG92R - фото 14 - изображение 14

Принцип работы сервопривода основан на обратной связи с одним или несколькими системными сигналами. Выходной показатель подается на вход, где сравнивается его значение с задающим действием и выполняются необходимые действия — например, выключается двигатель. Самым простым вариантов реализации является переменный резистор, который управляется валом — при изменении параметров резистора меняются параметры питающего двигатель тока.

В реальных сервоприводов механизм управления гораздо сложнее и использует встроенные микросхемы-контроллеры. В зависимости от типа используемого механизма обратной связи выделяют аналоговые и цифровые сервоприводы. Первые используют что-то, похожее на потенциометр, вторые — контроллеры.

В полном объеме используйте инструменты регулировки - фото 15 - изображение 15

Вся схема управления серво находится внутри корпуса, управляющие сигналы и питание подаются, как правило, идут по трем проводам: земля, напряжение питания и управляющий сигнал.

Сервопривод непрерывного вращения 360, 180 и 270 градусов

Выделяют два основных вида серводвигателей — с непрерывным вращением и с фиксированным углом  (чаще всего, 180 или 270 градусов). Отличие серво ограниченного вращения заключается в механических элементах конструкции, которые могут блокировать движение вала вне заданных параметрами углов. Достигнув угла 180, вал окажет воздействие на ограничитель, а тот отдаст команду на выключение мотора. У серводвигателей непрерывного вращения таких ограничителей нет.

Материалы шестерней сервопривода

У большинства сервоприводов связующим звеном между валом и внешними элементами является шестеренка, поэтому очень важно, из какого материала она сделана. Наиболее доступных вариантов два: металлические или пластмассовые шестерни

В более дорогих моделях можно найти элементы из карбона и даже титана.

vri-cnc.ru - фото 16 - изображение 16

Принцип работы - фотография 17 - изображение 17

Пластмассовые варианты, естественно, дешевле, проще в производстве и часто используются в недорогих моделях серво. Для учебных проектов, когда сервопривод делает несколько движений, это не страшно. Но в серьезных проектах использование пластмассы невозможно, в виду очень быстрого снашивания таких шестеренок под нагрузкой.

Металлические шестеренки надежнее, но это, безусловно, сказывается как на цене, так и на весе модели. Экономные производители могут сделать часть деталей пластмассовыми, а часть  металлическими, это тожно нужно иметь в виду. Ну и, естественно, что в самых дешевых моделях даже наличие металлической шестеренки не является гарантией качества.

Титановые или карбоновые шестерни — самый предпочтительный вариант, если вы не ограничены бюджетом. Легкие и надежные, такие сервоприводы активно используются для создания моделей автомобилей, дронов и самолетов.

Преимущества серводвигателей

Широкое использование сервоприводов связано с тем, что они обладают стабильной работой, высокой устойчивостью к помехам, малыми габаритами и широким диапазоном контроля скорости. Важными особенностями сервоприводов являются способность увеличивать мощность и обеспечение обратной информационной связи. И этого следует, что при прямом направлении контур является передатчиком энергии, а при обратном – передатчиком информации, которая используется для улучшения точности управления.

Отличия серво и обычного двигателя

Включая или выключая обычный электрический двигатель, мы можем сформировать вращательное движение и заставить двигаться колеса или другие предметы, прикрепленные к валу. Движение это будет непрерывным, но для того, чтобы понять, на какой угол повернулся вал или сколько оборотов он сделал, потребуется устанавливать дополнительные внешние элементы: энкодеры. Сервопривод уже содержит все необходимое для получения информации о текущих параметрах вращения и мжет самостоятельно выключаться, когда вал повернется на необходимый угол.

Отличия серво и шагового мотора

Без практики никуда - фотография 18 - изображение 18

Важным отличием серводвигателя от шагового двигателя является возможность работать с большими ускорениями и при переменной нагрузке. Также серводвигатели обладают более высокой мощностью. Шаговые двигатели не обладают обратной связью, поэтому может наблюдаться эффект потери шагов, в серводвигателях потери шагов исключены – все нарушения будут зафиксированы и исправлены. При всех этих явных преимуществах серводвигатели являются более дорогостоящими приборами, чем шаговые двигатели, обладают более сложной системой подключения и управления и требуют более квалифицированного обслуживания. Важно отметить, что шаговые двигатели и сервоприводами не являются прямыми конкурентами – каждое из этих устройств занимает свою определенную сферу применения.

Дополнительные возможности

Управление сервоприводами на Ардуино очень простое и мы можем использовать еще несколько интересных фишек.

Контроль точного времени импульса

Ардуино имеет встроенную функцию servo.write(градусы), которая упрощает управление сервомоторами. Однако не все сервоприводы соблюдают одинаковые тайминги для всех позиций. Обычно 1 миллисекунда означает 0 градусов, 1,5 миллисекунды — 90 градусов, и, конечно, 2 миллисекунды означают 180 градусов. Некоторые сервоприводы имеют меньший или больший диапазон.

Для лучшего контроля мы можем использовать функцию servo.writeMicroseconds(микросекунды), которая в качестве параметра принимает точное количество микросекунд. Помните, 1 миллисекунда равна 1000 мкс.

Несколько сервоприводов

Чтобы использовать более одного сервопривода в Ардуино нам нужно объявить несколько серво-объектов, прикрепить разные контакты к каждому из них и обратиться к каждому индивидуально. Итак, нам нужно объявить объекты — столько сколько нам нужно:

// Создаем объектыServo Servo1, Servo2, Servo3;

Затем нам нужно прикрепить каждый объект к сервомотору. Помните, что каждый сервопривод использует отдельный пин:

Servo1.attach(servoPin1);Servo2.attach(servoPin2);Servo3.attach(servoPin3);

В конце концов, мы должны обращаться к каждому объекту индивидуально:

Servo1.write(0); // Задать для Servo 1 позицию в 0 градусовServo2.write(90); // Задать для Servo 2 позицию в 90 градусов

Подключение. Земля сервоприводов идёт на GND Arduino, питание на 5В или VIN (в зависимости от входа). И, в конце концов, каждый привод должен быть подключен к отдельному цифровому выводу.

Вопреки распространенному мнению, сервоприводами не нужно управлять через пины PWM — любой цифровой пин подойдет и будет работать.

Управление мышью

Чтобы управлять серво с помощью мыши, вот простой код:

// Use the included processing code serial libraryimport processing.serial.*;int gx = 15;int gy = 35;int spos=90;float leftColor = 0.0;float rightColor = 0.0;Serial port; // The serial portvoid setup() {size(720, 720);colorMode(RGB, 1.0);noStroke();rectMode(CENTER);frameRate(100);println(Serial.list()); // List COM-ports//select second com-port from the listport = new Serial(this, Serial.list()[1], 19200); }void draw() {background(0.0);update(mouseX); fill(mouseX/4); rect(150, 320, gx*2, gx*2); fill(180 - (mouseX/4)); rect(450, 320, gy*2, gy*2);}void update(int x) {//Calculate servo postion from mouseXspos= x/4;//Output the servo position ( from 0 to 180)port.write("s"+spos); // Just some graphicsleftColor = -0.002 * x/2 + 0.06;rightColor =0.002 * x/2 + 0.06;gx = x/2;gy = 100-x/2;}

Вам не обязательно использовать этот код, вы также можете отправлять команды на плату arduino с серийного монитора Arduino IDE. Позиция сервопривода от 0 до 180 — это команды 0 и 180 сек соответственно.

В основном этот код берет позицию mouseX (от 0 до 720) и делит на 4, чтобы получить угол для сервопривода (0-180). Наконец, значение выводится на последовательный порт с префиксом ‘s’.

Примечание: «s» на самом деле должен быть суффиксом, но поскольку это повторяется, это не имеет значения для результата.

Не забудьте сначала проверить с помощью println(Serial.list ()) COM-порт, который следует использовать.

Сервоприводы с непрерывным вращением

Существует специальные типы сервоприводов, обозначенные как сервоприводы непрерывного вращения. В то время как нормальный сервопривод переходит в определенную позицию в зависимости от входного сигнала, сервопривод непрерывного вращения вращается по часовой стрелке или против часовой стрелки со скоростью, пропорциональной сигналу.

Например, функция Servo1.write(0) заставит сервомотор вращаться против часовой стрелки на полной скорости. Функция Servo1.write(90) остановит двигатель, а Servo1.write(180) будет вращать вал по часовой стрелке на полной скорости.

Таким сервоприводам нашли несколько применений, но нужно понимать, что они достаточно медленные. Один из вариантов — микроволновая печь, когда есть необходимость в двигателе для вращения продуктов питания. Но будьте осторожны, микроволны — опасное дело!

Программный код управления

Для управления углом поворота сервопривода, в программном коде можно либо вбивать ширину имлульсов вручную и подбирать точный угол, либо задавать угол в виде градусов при помощи команды библиотеки.

 

• ​ Вариант 1

В данном скетче зададим 3 угла поворота выходного вала сервопривода используя управление изменением непосредственно значения ширины импульса. Данный метод самый точный, однако для каждого угла ширину импульсов придется подбирать индивидуально. 

 

пример программного кода:

//Тестировалось на Arduino IDE 1.0.1// добавляем библиотеку для работы с сервоприводами#include <Servo.h> // для дальнейшей работы назовем 9 пин как servoPin#define servoPin 9// 544 это эталонная длина импульса при котором сервопривод должен принять положение 0°#define servoMinImp 544 // 2400 это эталонная длина импульса при котором сервопривод должен принять положение 180°#define servoMaxImp 2400 Servo myServo;void setup(){myServo.attach(servoPin, servoMinImp, servoMaxImp);// устанавливаем пин как вывод управления сервоприводом,// а также для работы сервопривода непосредственно в диапазоне углов от 0 до 180° задаем мин и макс значения импульсов.// импульсы с большей или меньшей длиной восприниматься не будут.// для сервоприводов даже одной партии значения длин импульсов могут отличаться, может быть даже и 584-2440.// поэкспериментируйте и найдите идеальные длины импульсов конкретно для вашего сервопривода.}void loop(){  // устанавливаем качалку сервопривода в положение 0°(т.к.импульс равен 544мкс)  myServo.writeMicroseconds(servoMinImp);  delay(2000);  // в данной функции можно задавать длины импульсов непосредственно числами.  // 90°(т.к.vимпульс равен 1520мкс)  myServo.writeMicroseconds(1520);  delay(2000);  // 180°(т.к. импульс равен 2400мкс)  myServo.writeMicroseconds(servoMaxImp);  delay(2000);}

 

• ​ Вариант 2

В этом же скетче зададим теже 3 угла поворота выходного вала сервопривода используя команду myservo.write. В данной команде мы уже не задаем ширину импульсов, а просто пишем нужный нам угол. Данный вариант намного удобнее, однако настройка не такая точная как при первом.

 

пример программного кода:

//Тестировалось на Arduino IDE 1.0.1#include <Servo.h> Servo myservo;void setup() {   // устанавливаем пин как вывод управления сервой  myservo.attach(9);}void loop() {  // устанавливаем угол 0°  myservo.write(0);  delay(2000);  // устанавливаем угол 90°  myservo.write(90);  delay(2000);  // устанавливаем угол 180°  myservo.write(180);  delay(2000);}

 

Также вам могут понадобиться следующие команды:

myservo.read(); Считывает текущий угол поворота сервопривода, возвращает значение типа int — угол от 0 до 180 градусов.

myservo.attached(); Проверяем, привязан ли сервопривод. Возвращает логическое значение bool.

myservo.detach(); Отключает сервопривод от пина.

 

Цикл статей о сервоприводах:

• Что такое сервопривод?

• Отличие цифрового сервопривода от аналогового

 

Принцип работы цифровой конструкции - изображение 19 - изображение 19

Купить в России  

Для большого числа осей используйте децентрализацию

По мере того, как на станке увеличивается количество осей, возникает необходимость нахождения компромиссного соотношения между желательной производительностью, точностью и гибкостью, с одной стороны, и вычислительной мощностью контроллера перемещений, с другой. В B&R Industrial Automation рекомендуют для определенных приложений с несколькими осями применять распределенное управление движением. Это облегчает обработку данных и связь между сервоприводами и контроллером перемещений. Области применения включают печатные, упаковочные и расфасовочные машины, а также сборочные линии.

Распределенное управление движением (DMC) отличается от централизованного подхода, при котором используется стандартный контроллер, например, для станка с 8 или 16 координатными осями. Если для расширения функций станка требуется 10 или 18 осей соответственно, то в этом случае приходится использовать второй контроллер. «На самом деле благодаря DMC отпадает необходимость в централизованном контроллере перемещений или в ЦПУ, поскольку все быстрые расчеты перемещения выполняются локально внутри привода, — говорит Зандхeфнер из B&R. — Отпадает также необходимость в точной синхронизации контроллеров перемещения, намного упрощается монтаж электропроводки”. Логические и системные функции ввода/вывода, однако, остаются у основного контроллера.

Как поясняет Зандхeфнер, с помощью DMC осуществляется передача положения главного контроллера по скоростной сети реального времени (такой как Ethernet Power-link), что позволяет каждому приводу одновременно вычислять свое положение в зависимости от «внутреннего шаблона привода”. Далее положение каждого ведомого привода обрабатывается в режиме реального времени как новая уставка для контура управления положением, также замкнутого внутри привода. «В результате этого управление перемещением больше не зависит от количества координатных осей, установленных на станке, даже в том случае, когда при полном объеме производства на участке пользователь добавляет блок с новой опцией» — говорит Зандхeфнер.

И последний совет: не пропускайте литературу и web-сайты производителей, представляющие полезные источники информации по применению сервоперемещения.

Электрический сервопривод для отопления

Более совершенным устройством является электрический сервопривод для отопления или теплого пола. Он включает систему взаимосвязанных механизмов, обеспечивающих поддерживание температуры воздуха в помещении.

Асинхронные сервоприводы - фотография 20 - изображение 20

Сервопривод для отопления работает вместе с термостатом, который монтируется на стену. Кран с электроприводом устанавливается на подающей трубе, перед коллектором водяного теплого пола. Затем производится подключение, подача питания 220 В и установка на терморегуляторе заданного режима. Система снабжается двумя датчиками: один — в полу, а другой — в комнате. Они передают команды на термостат, который управляет сервоприводом, соединенным с краном. Точность регулирования будет выше, если установить еще прибор на улице, поскольку климатические условия постоянно меняются и влияют на температуру в помещениях.

Сервопривод управляет двух- или трехходовым клапаном. Первый изменяет температуру теплоносителя в системе отопления. с сервоприводом поддерживает температуру постоянной, но изменяет расход горячей воды, подаваемой в контуры. Од содержит 2 входа для горячей жидкости (подающий трубопровод) и холодной (обратка). Выход всего один, через него подается смесь с заданной температурой. Клапан обеспечивает смешивание потоков, регулируя таким путем подачу тепла в коллекторы. Если один из входов открывается, то другой начинает прикрываться. При этом расход на выходе остается постоянным.

Схема и типы сервоприводов - фото 21 - изображение 21

Устройство для регулировки заслонки

Сервопривод заслонки можно сделать даже самостоятельно. В данной ситуации электромотор имеет смысл подбирать с мощностью не более 2 кВт. В противном случае выходной вал не выдержит больших нагрузок и поломается. При сборке в первую очередь устанавливается коробка редуктора. Пневмоцилиндрические устройства используются довольно редко.

Статоры в сервопривод заслонки монтируются часто электронного типа. Конвертер устанавливается в модель только после плеча

Затем необходимо уделить внимание управленческой плате. Выходной вал в данном случае должен быть закреплен на оси

Для этого подбирают металлическую проволоку не больших размеров. В последнюю очередь останется только подсоединить проводы к конвертеру. Далее их напрямую появится возможность подключить к блоку управления.

Регулировка — ключевой вопрос

«Регулировка — это процесс установки различных коэффициентов усиления (обычно от трех до пяти) с целью получения быстрого, стабильного отклика без избыточных помех», — продолжает Эллис. Регулировка сервосистем, однако, может быть затруднена в большей мере из-за незнакомых принципов, чем вследствие своей сложности. «Старайтесь избегать регулировки с помощью метода проб и ошибок, когда коэффициент усиления увеличивается или снижается для получения хорошего отклика», — советует он. Без плана регулировки процесс наладки может выйти из-под контроля. «Поставщик сервомеханизмов может предоставить потребителю технологию регулировки своей продукции, таким образом отпадает необходимость в специалистах высокой квалификации в области теории управления», — утверждает Эллис.

Джон Мазуркевич, менеджер по серво-продукции в компании Baldor Electric Co., отмечает, что современные элементы сервоуправления позволяют осуществлять ручную или автоматическую регулировку. Несмотря на то, что это требует больше времени, опытные инженеры обычно проводят регулировку вручную. Для выполнения автоматической регулировки он предлагает сначала провести испытания на холостом ходу, затем, когда пользователь познакомится с управлением, характером и местоположением нагрузки, провести регулировку с нагрузкой. «Обычно элементы управления автоматически настраивают контуры тока и скорости. Однако элементы управления Baldor являются уникальными, поскольку они настраивают также и контур положения, что еще более упрощает установку. Обычно полная автоматическая регулировка легко проводится за 10 минут», — утверждает Мазуркевич.

Подключение сервоприводов

Дополнительные возможности - изображение 22 - изображение 22

При подключении сервомотора в первую очередь следует убедиться  в правильности коммутации питающих кабелей. Сервомоторы имеют две группы проводов. Силовые (питающие) и провода от энкодера. Питающих провода в пучке 3 штуки, они подключаются к драйверу. Провода от энкодера подключаются к COM — порту драйвера. Тип питания и его величина зависит от разновидности изделия.

Маленькие сервомашинки имеют в большинстве 3 провода. 1 провод общий, 1 провод плюсовой и 3 провод сигнальный, от датчика оборотов. Такая питающая схема распространенна для низкооборотистых маломощных сервомашинок, в конструкции которых есть редуктор.

Рекомендуется применять  экранированные витые проводники для передачи управляющих сигналов. Для исключения возможности возникновения наводок электромагнитных полей  не нужно размещать рядом кабеля питания и провода управления. Они должны располагаться на расстоянии не менее тридцати сантиметров.

Подключение сервопривода к Ардуино

Схема подключения ниже:

Программный код управления - фотография 23 - изображение 23

Сервомотор имеет много встроенных деталей: двигатель, цепь обратной связи и, самое главное, драйвер мотора. Ему просто нужно дополнительно питание, земля и один контрольный пин. Ниже шаги для подключения сервопривода к Arduino, но вы можете всегда свериться с изображением выше.

  • Сервомотор имеет гнездовой разъем с тремя контактами. Самый темный или даже черный — это обычно земля. Подключите его к GND Arduino.
  • Подключите кабель питания, который по всем стандартам должен быть красным к 5В на Ардуино.
  • Подключите оставшийся контакт разъема сервопривода к цифровому выходу на Arduino.

Также ниже приводим пример подключения двигателя и Arduino Diecimilia. Фото найдено на официальном сайте производителя микроконтроллеров.

Для большого числа осей используйте децентрализацию - фото 24 - изображение 24

Электрический сервопривод для отопления - изображение 25 - изображение 25

Для этого варианта подключение следующее:

  • Подключите красный от сервопривода к +5 В на ардуине.
  • Подключите черный/коричневый от сервопривода к Gnd на ардуино.
  • Подключите белый/оранжевый от сервопривода к аналоговому 0 на arduino.

Управление сервоприводом

Устройство для регулировки заслонки - фото 26 - изображение 26

Решающее значение в управлении сервоприводами выполняет управляющий сигнал, который представляет собой импульсы постоянной частоты и переменной ширины. Длина импульса – это один из важнейших параметров, который определяет положение сервопривода. Эту длину можно задать в программе вручную методом подбора через угол или использовать команды библиотеки. Для каждой марки устройства длина может быть различной.

Когда сигнал попадает в управляющую схему, генератор подает свой импульс, длительность которого определяется с помощью потенциометра. В другой части схемы происходит сравнение длительности поданного сигнала и сигнала с генератора. Если эти сигналы разные по длительности, включается электромотор, направление вращения которого определяется тем, какой из импульсов короче. При равенстве длины импульсов мотор останавливается.

Регулировка — ключевой вопрос - фотография 27 - изображение 27

Стандартная частота, с которой подаются импульсы, равна 50 Гц, то есть 1 импульс в 20 миллисекунд. При таких значениях длительность составляет 1520 микросекунд,  и сервопривод занимает среднее положение. Изменение длины импульса приводит к повороту сервопривода – при увеличении длительности поворот осуществляется по часовой стрелке, при уменьшении – против часовой стрелки. Имеются границы длительности – в Ардуино в библиотеке Servo для 0° установлено значение импульса в 544 мкс (нижняя граница), для 180° — 2400 мкс (верхняя граница).

Подключение сервоприводов - изображение 28 - изображение 28

(Использовано изображение с сайта amperka.ru)

Важно учитывать, что на конкретном устройстве настройки могут несколько отличаться от общепринятых значений. У некоторых устройств среднее положение и ширина импульса может быть равной 760 мкс

Все принятые значения также могут незначительно отличаться из-за погрешности, которая может быть допущена при производстве устройства.

Способ управления приводом часто по ошибке называют PWM/ШИМ, но это не совсем корректно. Управление напрямую зависит именно от длины импульса, частота их появления не так важна. Корректная работа будет обеспечена как при 40 Гц, так и при 60 Гц, вклад внесет только сильное уменьшение или увеличение частоты. При резком спаде сервопривод начнет работать рывками, при завышении частоты выше 100 Гц устройство может перегреться. Поэтому правильнее называть PDM.

По внутреннему интерфейсу можно выделить аналоговые и цифровые сервоприводы. Внешних отличий нет – все различия только во внутренней электронике. Аналоговый сервопривод внутри содержит специальную микросхему, цифровой – микропроцессор, принимающий и анализирующий импульсы.

При получении сигнала аналоговый сервопривод принимает решение, менять или нет положение, и по необходимости подает на мотор сигнал с частотой 50 Гц. За время реакции (20 мс) могут произойти внешние воздействия, которые изменят положение сервопривода, и устройство не успеет среагировать.  Цифровой сервопривод использует процессор, который подает и обрабатывает сигналы с большей частотой – от 200 Гц, поэтому он может быстрее отреагировать на внешние воздействия, быстрее развивать нужную скорость и крутящий момент.  Следовательно, цифровой сервопривод будет лучше удерживать заданное положение. При этом для работы цифрового сервопривода требуется больше электроэнергии, что повышает их стоимость. Большой вклад в цену делает и сложность их производства. Высокая стоимость – единственный недостаток цифровых сервоприводов, в техническом плане они намного лучше аналоговых устройств.

Установка сервопривода. Особенности и нюансы

Перед монтажом сервопривода определитесь, с каким типом термостата прибору придется взаимодействовать. В случаях, когда термостат контролирует работу одного водяного контура, оба прибора напрямую связываются между собой проводами. Когда речь идет об использовании мультизонального термостата, прибора, обслуживающего сразу несколько трубопроводов, подключение сервомоторов осуществляется следующим образом.

Подключение сервопривода к Ардуино - фото 29 - изображение 29

Что бы правильно присоединить все провода и клеммы, используются коммутатор теплого пола. В функции этого устройства входит подключение и соединение устройств различного назначения в единую цепь. Помимо распределительной и связующей функции, коммутатор играет еще роль и предохранителя. В ситуациях, когда закрыты все отсекающие клапаны водяных контуров, коммутатор отключает питание циркуляционного насоса.

Управление сервоприводом - фото 30 - изображение 30

Коммутатор очень удобен в тех случаях, когда теплые полы работают от автоматизированного автономного газового котла. Рисунок показывает, каким образом подключаются термостаты и сервоприводы к единой системе управления.

Свежий взгляд на шаговые двигатели и сервоприводы

Установка сервопривода. Особенности и нюансы - фотография 31 - изображение 31

• Правильное управление током двигателя (с пом. управления ориентацией поля) в шаговых приводах с обратной связью могут устранить проблемы среднечастотного резонанса, увеличить момент и снизить шум от двигателя

• Качественные шаговые гибридные сервоприводы не уступают сервоприводам на базе вентильных электродвигателей на низких скоростях вращения.

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели - прекрасно известный способ превратить электрическую энергию в точные -механические перемещения. Каждый импульс, посылаемый на драйвер двигателя, двигает ротор в точном соответствии с заданными на драйвере настройками. Например, 100 посланных импульсов на полношаговый привод с двигателем с шагом 1.8° будут преобразованы в поворот ровно на 180°. Одной из сильных сторон шаговых двигателей является то, что они способны работать без обратной связи, без коррекции положения с помощью энкодеров или иных датчиков, т.к. вал по самой архитектуре шагового двигателя совершает перемещения строго в соответствии с поданными импульсами. Однако, это прекрасно работает лишь в том случае, если шаговые двигатели никогда не перегружаются и не впадают в резонанс. В реальности же в очень редких случаях когда отсутствуют эти два фактора. Для того, чтобы быть уверенным, что шаговый мотор не будет пропускать шаги, большинство разработчиков поступают просто - закладывают большой запас при выборе мощности двигателя. Это означает, что на станок будет установлена значительно более тяжелая и дорогая модель, чем это действительно требуется.  Резонанс же часто проявляется на тех же самых, рабочих частотах вращения, которые являются основными в конкретном приложении, и поэтому избежать его становится еще сложней.

Как одно из средств избежать последствий кратковременных перегрузок шагового двигателя и пропуска шагов - это установить энкодер на двигатель мотора, точь-в-точь как ставится аналогичный датчик на вал вентильного серводвигателя. Энкодер представляет информацию о положении ротора контроллеру, который сравнивает её с заданной координатой, и использует полученное рассогласование для выполнения шагов таким образом, чтобы скомпенсировать разницу. К сожалению, данный способ не помогает устранить последствия резонанса. Однако, возможность такая все же есть, и заключается она в комбинации коррекции по положению(т.е. компенсации числа импульсов STEP) и одновременного управления ориентацией поля статора шагового двигателя, по принципу аналогичному векторному управлению трехфазными электродвигателями. Поскольку энкодер дает сведения о положении вала, существует возможность ориентировать магнитное поле статора шагового мотора таким образом, чтобы получить максимально эффективное потокозацепление. Причем такая схема не потребует преобразований Кларка, каковые обычно используются для проекции трехфазной системы токов в двухфазную, т.к. шаговые биполярные моторы изначально имеют только 2 обмотки. При таком способе управления ток меняется в обмотках синусоидально - вне зависимости от того, используется полный шаг или микрошаг. Еще одним преимуществом управления ориентацией поля является то, что такой шаговый привод будет нечувствителен к резким изменениям нагрузки - векторное управление позволяет отрегулировать момент привода "на лету" - функция, обычно доступная только при использовании сервоприводов типа PMSM.

Теперь о сервоприводах...

Читатели, возможно, в курсе, что уже достаточно долгое время существуют шаговые сервоприводы, которые используют обратную связь по позиции. Такие приводы просто считают количество шагов и добавляют(или вычитают) шаги для компенсации ошибки, и не способны корректировать угол поворота вала внутри одного шага, "на лету".

В противоположность, синусоидальная коммутация в паре с управлением ориентацией поля действительно способна компенсировать ошибки позиционирования вала внутри одного шага, возникающие из-за неидеальной геометрии деталей шаговых двигателей или нагрузки. Векторное управление магнитным полем гарантирует, что поле статора всегда перпендикулярно полю ротора, и насыщенность поля точно соответствует требуемому моменту. Это увеличивает, эффективность и динамику, и снижает флуктуации крутящего момента. Такой вид управления позволяет шаговым двигателям конкурировать с вентильными сервоприводами на скоростях до 2000 об/мин. На более высоких серводвигатели все же будут эффективней. Оптимальным диапазоном является скорость вращения до 1000 об/мин - в нем шаговые двигатели развивают больший крутящий момент, чем вентильные серводвигатели того же размера.

Свежий взгляд на шаговые двигатели и сервоприводы - фотография 32 - изображение 32

Приложения, в которых шаговые сервоприводы c синусоидальными токами обмоток могут заменить серводвигатели, включают в себя:

  • намоточное оборудование,
  • транспортные ленты конвейеров,
  • управление заслонками насосов

а также многие другие - все те, в каких нагрузка может изменяться скачкообразно. Кроме того, при использовании таких приводов во многих случаях можно обойтись без редуктора, что делает их привлекательными в случаях, когда критичны габариты механизма. И наконец, следует отметить, что сервоприводы с векторным управлением потребляют ровно столько тока, сколько требуется - меньше нагрев, выше КПД привода.  Все этим преимущества становятся очевидными, если рассмотреть привод механизма с ременной передачей, которые обычно работают от асинхронного электродвигателя. Хорошим решением будет заменить асинхронный мотор на подходящий по мощности шаговый сервопривод - как правило, таковой будет примерно втрое меньше по габаритам и весу.

 Автор: Darxton.ru.

Двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока - изображение 33 - изображение 33

В данной статье мы подробно рассмотрим двигатели постоянного тока. Детально разберем типы и принцип работы данных двигателей. Расскажем как происходит переключение и контролирование двигателя, контролирования скорости и регулировка скорости импульса, а так же опишем как изменить направление вращения двигателя постоянного тока разными методами.

Описание и принцип работы

Электрические двигатели постоянного тока — это непрерывные приводы, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Двигатель постоянного тока достигает этого, создавая непрерывное угловое вращение, которое можно использовать для вращения насосов, вентиляторов, компрессоров, колес и т.д. Купить двигатель постоянного тока вы можете на Алиэкспресс:

Описание и принцип работы - фото 34 - изображение 34

Наряду с обычными роторными двигателями постоянного тока имеются также линейные двигатели, способные производить непрерывное движение вкладыша. Существуют в основном три типа обычных электрических двигателей: двигатели переменного тока, двигатели постоянного тока и шаговые двигатели.

Двигатели переменного тока, как правило, используются в однофазных или многофазных промышленных мощных установках, в которых постоянный крутящий момент и скорость требуются для управления большими нагрузками, такими как вентиляторы или насосы.

Типы двигателей постоянного тока - фото 35 - изображение 35

В этом уроке по электродвигателям мы рассмотрим только простые двигатели постоянного тока и шаговые двигатели, которые используются во многих различных типах электронных схем, систем позиционного управления, микропроцессоров, PIC и роботизированных схем.

Типы двигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока, является наиболее часто используемым приводом для создания непрерывного движения, скорость вращения которого легко регулируется, что делает их идеальными для использования в устройствах, таких как регулирование скорости, управление сервоприводом и / или требуется позиционирование. Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: «Статор», который является неподвижной частью, и «Ротор», который является вращающейся частью. В результате доступно три типа двигателей постоянного тока.

  • Коллекторный двигатель — этот тип двигателя создает магнитное поле в намотанном роторе (вращающаяся деталь), пропуская электрический ток через узел коммутатора и угольной щетки, отсюда и термин «щеточный». Магнитное поле статоров (неподвижная часть) создается с помощью обмотки статора или постоянных магнитов. Обычно моторы с щеткой постоянного тока дешевые, маленькие и легко управляемые.
  • Бесколлекторный двигатель — этот тип двигателя создает магнитное поле в роторе, используя постоянные магниты, прикрепленные к нему, и коммутация достигается с помощью электроники. Они, как правило, меньше, но дороже, чем обычные двигатели постоянного тока щеточного типа, потому что они используют переключатели «эффекта Холла» в статоре для получения требуемой последовательности вращения поля статора, но они имеют лучшие характеристики крутящего момента / скорости, более эффективны и имеют более длительный срок эксплуатации. чем эквивалентные коллекторные типы.
  • Серводвигатель — этот тип двигателя в основном представляет собой коллекторный двигатель постоянного тока с некоторой формой управления позиционной обратной связью, подключенной к валу ротора. Они подключены к контроллеру типа ШИМ и управляются им, и в основном используются в системах позиционного управления и радиоуправляемых моделях.

Обычные двигатели постоянного тока имеют почти линейные характеристики, скорость вращения которых определяется приложенным напряжением постоянного тока, а их выходной крутящий момент определяется током, протекающим через обмотки двигателя. Скорость вращения любого двигателя постоянного тока может варьироваться от нескольких оборотов в минуту (об / мин) до многих тысяч оборотов в минуту, что делает их пригодными для применения в электронике, автомобилестроении или робототехнике. При подключении их к коробкам передач или зубчатым передачам их выходная скорость может быть уменьшена, в то же время увеличивая крутящий момент двигателя на высокой скорости.

Коллекторный двигатель постоянного тока

Стандартный коллекторный двигатель постоянного тока состоит в основном из двух частей: неподвижного корпуса двигателя, называемого статором, и внутренней части, которая вращается, создавая движение, называемое ротором или «арматурой» для машин постоянного тока.

Обмотка статора двигателя представляет собой электромагнитную цепь, которая состоит из электрических катушек, соединенных вместе в круговую конфигурацию для создания необходимого северного полюса, затем южного полюса, затем северного полюса и т.д., типа стационарной системы магнитного поля для вращения, в отличие от машин переменного тока, чье поле статора постоянно вращается с приложенной частотой. Ток, который течет в этих полевых катушках, известен как ток поля двигателя.

Эти электромагнитные катушки, которые формируют поле статора, могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или вместе с ротором двигателя. Последовательно намотанный двигатель постоянного тока имеет обмотки статора, соединенные последовательно с ротором. Аналогично, двигатель постоянного тока с шунтирующим витком имеет свои обмотки возбуждения статора, соединенные параллельно с ротором, как показано ниже.

Коллекторный двигатель постоянного тока - изображение 36 - изображение 36

Ротор постоянного тока состоит из токонесущих проводников, соединенных вместе на одном конце с электрически изолированными медными сегментами, называемыми коммутатором. Коммутатор позволяет осуществлять электрическое подключение через угольные щетки (отсюда и название «щеточный» двигатель) к внешнему источнику питания при вращении ротора.

Установленное ротором магнитное поле пытается выровнять себя с полем статора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси, но не может выровняться из-за задержек коммутации. Скорость вращения двигателя зависит от силы магнитного поля роторов, и чем больше напряжение подается на двигатель, тем быстрее вращается ротор. Изменяя это приложенное постоянное напряжение, можно также изменять частоту вращения двигателя.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока - фотография 37 - изображение 37

Двигатель постоянного тока с щеточным постоянным магнитом (PMDC), как правило, намного меньше и дешевле, чем его эквивалентные родственники двигателя постоянного тока с обмоткой статора, поскольку они не имеют обмотки возбуждения. В двигателях с постоянными магнитами постоянного тока (PMDC) эти полевые катушки заменяются сильными магнитами типа редкоземельных элементов (например, самарий-коболт или неодим-железо-бор), которые имеют очень сильные магнитные энергетические поля.

Использование постоянных магнитов дает двигателю постоянного тока намного лучшую линейную характеристику скорости / крутящего момента, чем эквивалентные намотанные двигатели из-за постоянного и иногда очень сильного магнитного поля, что делает их более подходящими для использования в моделях, робототехнике и сервоприводах.

Хотя щеточные электродвигатели постоянного тока очень эффективны и дешевы, проблемы, связанные с щеточным электродвигателем постоянного тока, заключаются в том, что искрение возникает в условиях большой нагрузки между двумя поверхностями коммутатора и угольных щеток, что приводит к самогенерированию тепла, короткому сроку службы и электрическому шуму из-за искрения, что может повредить любое полупроводниковое коммутационное устройство, такое как МОП-транзистор или транзистор. Чтобы преодолеть эти недостатки, были разработаны бесщеточные или бесколлекторные двигатели постоянного тока.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока

Бесщеточный (бесколлекторный) двигатель постоянного тока (BDCM) очень похож на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, но не имеет щеток для замены или износа из-за искрения коммутатора. Поэтому в роторе выделяется мало тепла, что увеличивает срок службы двигателей. Конструкция бесщеточного двигателя устраняет необходимость в щетках благодаря более сложной схеме привода, в которой магнитное поле ротора является постоянным магнитом, который всегда синхронизирован с полем статора, что позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Тогда конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока очень похожа на двигатель переменного тока, что делает его истинным синхронным двигателем, но одним недостатком является то, что он дороже, чем аналогичная конструкция «щеточного» двигателя.

Управление бесщеточными двигателями постоянного тока очень отличается от обычного щеточного двигателя постоянного тока тем, что этот тип двигателя включает в себя некоторые средства для определения углового положения роторов (или магнитных полюсов), необходимые для получения сигналов обратной связи, необходимых для управления переключением полупроводников. Самым распространенным датчиком положения / полюса является «Датчик Холла», но некоторые двигатели также используют оптические датчики.

При использовании датчиков с эффектом Холла полярность электромагнитов переключается с помощью схемы управления двигателем. Тогда двигатель можно легко синхронизировать с цифровым тактовым сигналом, обеспечивая точное управление скоростью. Бесщеточные двигатели постоянного тока могут быть сконструированы так, чтобы иметь внешний ротор с постоянными магнитами и внутренний статор электромагнита или внутренний ротор с постоянными магнитами и внешний статор электромагнита.

Преимущества бесщеточного двигателя постоянного тока по сравнению с его «щеточным» кузеном заключаются в более высокой эффективности, высокой надежности, низком электрическом шуме, хорошем контроле скорости и, что более важно, отсутствии износа щеток или коммутатора, что обеспечивает значительно более высокую скорость. Однако их недостатком является то, что они более дороги и сложнее в управлении.

Серводвигатель постоянного тока

Серводвигатели постоянного тока используются в системах с замкнутым контуром, в которых положение выходного вала двигателя возвращается обратно в цепь управления двигателем. Типичные позиционные устройства «обратной связи» включают в себя резольверы, энкодеры и потенциометры, используемые в моделях радиоуправления, таких как самолеты, лодки и т.д.

Серводвигатель, как правило, включает в себя встроенную коробку передач для снижения скорости и способен напрямую выдавать высокие крутящие моменты. Выходной вал серводвигателя не вращается свободно, как валы двигателей постоянного тока из-за присоединения редуктора и устройств обратной связи.

Блок-схема серводвигателя постоянного тока

Серводвигатель постоянного тока - фото 38 - изображение 38

Серводвигатель состоит из двигателя постоянного тока, редуктора, устройства позиционной обратной связи и некоторой формы коррекции ошибок. Скорость или положение контролируется по отношению к позиционному сигналу входного сигнала или опорного приложенному к устройству.

Переключение и контроль двигателя постоянного тока - фотография 39 - изображение 39

Усилитель обнаружения ошибок просматривает этот входной сигнал и сравнивает его с сигналом обратной связи с выходного вала двигателя и определяет, находится ли выходной вал двигателя в состоянии ошибки, и, если это так, контроллер вносит соответствующие исправления, либо ускоряя двигатель, либо замедляя его вниз. Эта реакция на устройство позиционной обратной связи означает, что серводвигатель работает в «замкнутой системе».

Наряду с крупными промышленными применениями серводвигатели также используются в небольших моделях с дистанционным управлением и робототехнике, причем большинство серводвигателей способны вращаться примерно на 180 градусов в обоих направлениях, что делает их идеальными для точного углового позиционирования. Тем не менее, эти сервоприводы типа RC не могут непрерывно вращаться на высокой скорости, как обычные двигатели постоянного тока, если специально не модифицированы.

Серводвигатель состоит из нескольких устройств в одном корпусе, двигателя, коробки передач, устройства обратной связи и коррекции ошибок для контроля положения, направления или скорости. Они широко используются в робототехнике и небольших моделях, так как ими легко управлять, используя всего три провода: питание , заземление и управление сигналами.

Переключение и контроль двигателя постоянного тока

Небольшие двигатели постоянного тока могут быть включены «Вкл» или выключены «Выкл» с помощью переключателей, реле, транзисторов или МОП-транзисторов, причем простейшей формой управления двигателем является «линейное» управление. Схема этого типа использует биполярный транзистор в качестве переключателя (транзистор Дарлингтона также может использоваться, если требуется более высокий номинальный ток) для управления двигателем от одного источника питания.

Изменяя величину тока базы, протекающего в транзистор, можно управлять скоростью двигателя, например, если транзистор включен наполовину, тогда только половина напряжения питания поступает на двигатель. Если транзистор включен полностью (насыщен), то все напряжение питания поступает на двигатель и вращается быстрее. Затем для этого линейного типа управления мощность постоянно подается на двигатель, как показано ниже.

Контроль скорости двигателя

Контроль скорости двигателя - фото 40 - изображение 40

Простая схема переключения, приведенная выше, показывает схему для однонаправленной (только в одном направлении) цепи управления скоростью двигателя. Поскольку скорость вращения двигателя постоянного тока пропорциональна напряжению на его клеммах, мы можем регулировать это напряжение на клеммах с помощью транзистора.

Два транзистора соединены в виде пары Дарлингтона для управления током основного ротора двигателя. 5 кОм потенциометр используется для регулирования количества базового привода на первый пилот — транзистора TR 1 , который, в свою очередь, контролирует главный коммутационный транзистор TR 2 , позволяя изменять напряжение постоянного тока двигателя от нуля до Vcc, в этом примере от 9 до 12 вольт.

Опциональные диоды маховика подключены к переключающему транзистору TR 2 и клеммам двигателя для защиты от любой обратной ЭДС, создаваемой двигателем при его вращении. Регулируемый потенциометр может быть заменен непрерывным логическим «1» или логическим «0» сигналом, подаваемым непосредственно на вход цепи, чтобы переключить двигатель «полностью включено» (насыщение) или «полностью выключено» (отключение) соответственно из порта микроконтроллера или ПОС.

Наряду с этим базовым контролем скорости, та же схема также может использоваться для управления скоростью вращения двигателей. Путем многократного переключения тока двигателя «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на достаточно высокой частоте, скорость двигателя можно варьировать от состояния покоя (0 об / мин) до полной скорости (100%), изменяя отношение бестокового пространства к его запасу. Это достигается путем изменения соотношения времени включения (t ON ) и времени выключения (t OFF ), и это может быть достигнуто с помощью процесса, известного как широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Регулировка скорости импульса

Ранее мы говорили, что скорость вращения двигателя постоянного тока прямо пропорциональна среднему значению напряжения на его клеммах, и чем выше это значение, вплоть до максимально допустимого напряжения двигателя, тем быстрее будет вращаться двигатель. Другими словами, больше напряжения, больше скорости. Изменяя соотношение между временем «ВКЛ» (t ВКЛ ) и временем «ВЫКЛ» (t ВЫКЛ ), которое называется «Коэффициент заполнения», или «Рабочий цикл», среднее значение напряжения двигателя и, следовательно, его скорость вращения может варьироваться. Для простых униполярных приводов коэффициент заполнения β задается как:

Регулировка скорости импульса - фото 41 - изображение 41

и среднее выходное напряжение постоянного тока, подаваемое на двигатель, определяется как: Vmean = β x Vsupply. Затем, изменяя ширину импульса а, можно управлять напряжением двигателя и, следовательно, мощностью, подаваемой на двигатель, и этот тип управления называется широтно-импульсной модуляцией или ШИМ.

Другим способом управления частотой вращения двигателя является изменение частоты (и, следовательно, периода времени управляющего напряжения), в то время как времена коэффициента включения «ВКЛ» и «ВЫКЛ» поддерживаются постоянными. Этот тип управления называется частотно-импульсной модуляцией или PFM .

При частотно-импульсной модуляции напряжение двигателя регулируется путем подачи импульсов переменной частоты, например, на низкой частоте или с очень небольшим количеством импульсов, среднее напряжение, подаваемое на двигатель, является низким, и, следовательно, скорость двигателя является низкой. При более высокой частоте или множестве импульсов среднее напряжение на клеммах двигателя увеличивается, и скорость двигателя также увеличивается.

Затем транзисторы можно использовать для управления количеством энергии, подаваемой на двигатель постоянного тока с режимом работы: «линейная» (изменение напряжения двигателя), «широтно-импульсная модуляция» (изменение ширины импульса) или «частотно — импульсная модуляция»(изменение частоты импульса).

Изменение направления движения двигателя постоянного тока

Хотя управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью одного транзистора имеет много преимуществ, оно также имеет один главный недостаток: направление вращения всегда одинаковое, это «однонаправленная» схема. Во многих случаях нам необходимо управлять двигателем в обоих направлениях вперед и назад.

Для управления направлением двигателя постоянного тока необходимо поменять полярность питания постоянного тока, подаваемого на соединения двигателя, чтобы его вал вращался в противоположном направлении. Один очень простой и дешевый способ управления направлением вращения двигателя постоянного тока состоит в использовании различных переключателей, расположенных следующим образом:

Изменение направления движения двигателя постоянного тока - изображение 42 - изображение 42

В первом контуре используется одинарный двухполюсный, двухходовый переключатель (DPDT) для контроля полярности соединений двигателей. При переключении контактов подача на клеммы двигателя изменяется, и двигатель меняет направление. Второй контур немного сложнее и использует четыре однополюсных, одноходовых (SPST) переключателя, расположенных в «H» -конфигурации.

Механические переключатели расположены в виде пары переключений и должны работать в определенной комбинации для работы или остановки двигателя постоянного тока. Например, комбинация переключателей A + D управляет вращением вперед, в то время как переключатели B + C управляют вращением назад, как показано на рисунке. Комбинации переключателей A + B или C + D замыкают клеммы двигателя, вызывая его быстрое торможение. Тем не менее, использование переключателей таким образом имеет свои опасности, так как рабочие переключатели A + C или B + D вместе отключат источник питания.

В то время как две вышеупомянутые схемы будут очень хорошо работать для большинства небольших двигателей постоянного тока, мы действительно хотим использовать различные комбинации механических переключателей только для изменения направления вращения двигателя, НЕТ! Мы могли бы изменить ручные переключатели для набора электромеханических реле и иметь одну кнопку прямого или обратного хода или даже использовать твердотельный четырехпозиционный двусторонний переключатель CMOS 4066B.

Но еще один очень хороший способ достижения двунаправленного управления двигателем (а также его скоростью) состоит в том, чтобы подключить двигатель к схеме транзисторного типа H-моста, как показано ниже.

H-мостовая схема двигателя

Самодельный сервопривод - фото 43 - изображение 43

Схема H-моста, приведенная выше, названа так потому, что базовая конфигурация четырех переключателей, либо электромеханических реле, либо транзисторов, напоминает букву «H» с двигателем, расположенным на центральной шине. Транзистор или МОП-транзистор является, вероятно, одним из наиболее часто используемых типов двунаправленных цепей управления двигателем постоянного тока. Он использует «комплементарные пары транзисторов» как NPN, так и PNP в каждой ветви, причем транзисторы попарно объединяются для управления двигателем.

Управляющий вход A управляет двигателем в одном направлении, т.е. вращением вперед, в то время как вход B управляет двигателем в другом направлении, т.е. обратным вращением. Затем переключение транзисторов «ВКЛ» или «ВЫКЛ» в их «диагональных парах» приводит к направленному управлению двигателем.

Например, когда транзистор TR1 включен, а транзистор TR2 выключен, точка A подключена к напряжению питания (+ Vcc), а если транзистор TR3 выключен, а транзистор TR4 включен, точка B подключена к 0 вольт (GND). Затем двигатель будет вращаться в одном направлении, соответствующем положению клеммы А двигателя и положительной клемме В двигателя.

Если состояния переключения меняются местами так, что TR1 — «ВЫКЛ», TR2 — «ВКЛ», TR3 — «ВКЛ» и TR4 — «ВЫКЛ», ток двигателя будет течь в противоположном направлении, вызывая вращение двигателя в противоположном направлении.

Затем, применяя противоположные логические уровни «1» или «0» к входам A и B, направление вращения двигателя можно регулировать следующим образом.

Таблица истинности H-моста

Вход А Вход B Функция двигателя
TR1 и TR4 TR2 и TR3
0 0 Двигатель остановлен (OFF)
1 0 Мотор вращается вперед
0 1 Мотор вращается задним ходом
1 1 НЕ ПОЛОЖЕНО

Важно, чтобы никакая другая комбинация входов не допускалась, так как это может привести к короткому замыканию источника питания, то есть оба транзистора, TR1 и TR2, были включены в одно и то же время (предохранитель = взрыв!).

Как и в случае однонаправленного управления двигателем постоянного тока, как показано выше, скорость вращения двигателя также можно регулировать с помощью широтно-импульсной модуляции или ШИМ. Затем, комбинируя переключение Н-моста с ШИМ-управлением, можно точно контролировать направление и скорость двигателя.

Имеющиеся в продаже готовые ИС- декодеры, такие как четырехполупроводниковая ИС H-моста SN754410 или L298N с двумя H-мостами, доступны со всей необходимой встроенной логикой управления и безопасности, специально разработанные для двунаправленных цепей управления двигателем H-моста.

Автор: Тимеркаев Борис

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Самодельный сервопривод

Сервопривод - что это такое? Устройство, подключение, принцип работы, назначение - фотография 44 - изображение 44

Всем привет!

Ну чтож, начнем. И первый пост будет про один из основных робототехнических приводов -сервопривод и про то как его сделать.Второй же тип привода - пневмомускулу, уже рассмотрели вот тут

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:

Сервопривод получает на вход значение управляющего параметра. Например, угол поворота.Блок управления сравнивает это значение со значением на своём датчике.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.Сервопривод состоит из следующих компонентов: Мотор-редуктор, силовой драйвер, энкодер, зажим для энкодера, микроконтроллер.

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 связи — энкодер, 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.

Как устроен сервопривод - фотография 45 - изображение 45

В качестве мотор-редуктора в нашем самодельном серве используется обычный мотор от электростеклоподъёмников. Опробованы и российские и китайские модели. Подходят все, имеющие стандартное крепление. Этот редуктор дешевый и дает огромный момент.

Схема управления - изображение 46 - изображение 46

или же собранный

Механическое регулирование системы отопления - изображение 47 - изображение 47

Хотя скорее подходят все имеющие возможность всверлиться в выходную ось вращения для установки энкодера.

Силовой драйвер - самая сложная и напряженная часть сервопривода.Драйвер был трижды полностью переработан. В первой версии сервопривода использовался драйвер на Н-мосте биполярных транзисторов (кт827 и кт825).

Электрический сервопривод для отопления - фото 48 - изображение 48

Этот драйвер работал, но очень короткий срок (менее минуты). Далее наступал перегрев. Для более слабых моторов пойдет, но для мощных стеклоподъемников нет. Применения теплоотводов было невозможно, т.к. это значительно увеличивало массогабариты. А это один из основных параметров. Масса и размеры сервопривода должны быть минимальны. Во второй версии была попытка использовать Н-мост на силовых полевых транзисторах (irp9140n и irfz44n) .. Драйвер не заработал совсем, несмотря на все усилия. Причина была в слишком низком напряжении на выходе микроконтроллера управления.

Сервопривод крышки багажника - фото 49 - изображение 49

Требовалось увеличить напряжения до 12 в, с сохранением возможности ШИМ. В третей версии драйвера были устранены все недостатки предыдущих моделей драйвера. Драйвер в этой модели представляет собой два Н-моста , внутренний мост на полевых транзисторах и внешний мост на биполярных. . Нагрев транзисторов во время испытания был минимален и поэтому теплоотвод был уже не нужен. Внешний мост увеличивал напряжения до необходимого, а внутренний нужен был для силового управления мотором. Схема для удобства была разделена на две части.

Характеристики сервоприводов - фото 50 - изображение 50

Энкодер представляет собой обычный переменный резистор на 5ком.Особых требований к нему нет. Единственное условие кроме сопротивление является то ,чтобы выходной вал бегунка был 6 мм в диаметре. Он всверливается в выходную шестеренку мотора и позволяет определить текущий угол.

Как управлять цифровым сервоприводом? - изображение 51 - изображение 51

Микроконтроллер представляет собой электронную начинку от маломощных китайских микросервоприводов. Если просто — берем самую дешевую серву и выдираем оттуда мелкую плату. Это и есть мозги и контролер нашей сервы.

Заключение - фотография 52 - изображение 52

Аналог данной системы подобного размера у нас создать пока не получилось. Электроника питается от 5в. и выдает ШИМ сигнал того же уровня. ШИМ идет на драйвер. Микроконтроллер относительно надежен, дешев и точен, что позволяет использовать именно такой вариант, а не разрабатывать свой с нуля.Можно сделать и с нуля, но пайка смд деталей это такое дело...

Выходы этого контролера, те что шли на мотор, надо подключить к входам H моста. А выходу моста уже к мотор-редуктору.Такая конструкция сервопривода показала себя очень хорошо и будет дальше улучшаться и использоваться .

а я думал вот это сервопривод...печалька:

Сервопривод - что это такое? Устройство, подключение, принцип работы, назначение

Сервопривод - что это такое? Устройство, установка и принцип работы сервопривода - изображение 53 - изображение 53

Несмотря на то, что автоматизированные системы управления вошли в наш быт, далеко не всем известно про сервопривод. Что это такое? Он представляет собой систему, реализующую высокоточные динамичные процессы. Устройство состоит из двигателя, датчика и блока управления, обеспечивающих отработку требуемых скорости, позиции и момента.

Области использования устройства - изображение 54 - изображение 54

К сервоприводам относятся различные усилители и регуляторы, но термин больше применяется в автоматических системах при обозначении электропривода с отрицательной обратной связью по положению. Основой является корректировка работы электродвигателя при подаче управляющего сигнала.

Как устроен сервопривод

Что это такое, легче понять, если рассмотреть конструкцию и работу устройства. Электромеханический узел сервопривода размещается в одном корпусе. Его характеристиками являются конструкция, рабочее напряжение, частота и крутящий момент. По показаниям датчика от контроллера или микросхемы поступает сигнал на корректировку работы серводвигателя.

Простейшее устройство представляет собой электродвигатель постоянного тока, схему управления и потенциометр. Конструкция предусматривает наличие редуктора, чтобы получить заданную скорость перемещения выходного вала.

Схема управления

Подключение сервопривода можно производить с помощью простой схемы с таймером NE555 в режиме генератора импульсов.

Сервоприводы на багажник автомобиля - изображение 55 - изображение 55

Положение вала двигателя определяется шириной импульса, которая устанавливается переменным резистором R1. Сигналы должны подаваться генератором непрерывно, например каждые 20 мсек. При поступлении команды (перемещение движка резистора) выходной вал редуктора поворачивается и устанавливается в определенное положение. При внешнем воздействии он будет сопротивляться, пытаясь оставаться на месте.

Механическое регулирование системы отопления

Сервопривод - что это такое? Это хорошо понятно по его работе в системе теплого пола как приспособления, регулирующего поток теплоносителя. Если это делать вручную, придется непрерывно крутить вентили на коллекторах, поскольку расход горячей воды, подаваемой в обогревающие контуры, является переменной величиной.

Для автоматического регулирования систем теплого пола применяются разные устройства. Простейшим является термоголовка, устанавливаемая на регулирующий клапан. Она состоит из ручки механической настройки, пружинного механизма и сильфона, соединенного с толкателем. При повышении температуры внутри сильфона нагревается толуол, который при этом расширяется и давит на шток клапана, закрывая его. Поток теплоносителя перекрывается, и он начинает остывать в отопительном контуре. При охлаждении до заданного уровня сильфон снова открывает клапан, и новая порция горячей воды поступает в систему.

Механические регуляторы устанавливаются на каждый контур теплого пола и настраиваются вручную, после чего температура автоматически поддерживается постоянной.

Электрический сервопривод для отопления

Более совершенным устройством является электрический сервопривод для отопления или теплого пола. Он включает систему взаимосвязанных механизмов, обеспечивающих поддерживание температуры воздуха в помещении.

Причина широкого использования прибора - фото 56 - изображение 56

Сервопривод для отопления работает вместе с термостатом, который монтируется на стену. Кран с электроприводом устанавливается на подающей трубе, перед коллектором водяного теплого пола. Затем производится подключение, подача питания 220 В и установка на терморегуляторе заданного режима. Система снабжается двумя датчиками: один - в полу, а другой - в комнате. Они передают команды на термостат, который управляет сервоприводом, соединенным с краном. Точность регулирования будет выше, если установить еще прибор на улице, поскольку климатические условия постоянно меняются и влияют на температуру в помещениях.

Сервопривод управляет двух- или трехходовым клапаном. Первый изменяет температуру теплоносителя в системе отопления. Трехходовой клапан с сервоприводом поддерживает температуру постоянной, но изменяет расход горячей воды, подаваемой в контуры. Од содержит 2 входа для горячей жидкости (подающий трубопровод) и холодной (обратка). Выход всего один, через него подается смесь с заданной температурой. Клапан обеспечивает смешивание потоков, регулируя таким путем подачу тепла в коллекторы. Если один из входов открывается, то другой начинает прикрываться. При этом расход на выходе остается постоянным.

Принцип функционирования сервопривода - изображение 57 - изображение 57

Сервопривод крышки багажника

Современные автомобили большей частью выпускаются с автоматическим открыванием и закрыванием багажника. Для этого требуется установка сервопривода. Производители применяют 2 способа, чтобы обеспечить авто подобной опцией. Надежным вариантом является пневмопривод, но он стоит дороже. Электропривод управляется несколькими способами на выбор:

  • с пульта;
  • кнопка на дверной панели водителя;
  • ручка на крышке багажника.

Ручное открывание не всегда удобное, особенно зимой, когда замок может замерзнуть. Сервопривод багажника совмещается с замком, что дополнительно защищает авто от несанкционированного проникновения.

Устройства применяются на иномарках, но при желании их можно установить на отечественных моделях. Предпочтительно использовать привод с электродвигателем.

Особенности механизма - фотография 58 - изображение 58

Есть еще устройства с магнитными пластинами, но они сложней и применяются реже.

Самыми дешевыми являются электроприборы, предназначенные только для открывания. Можно подобрать привод багажника, состоящий из электродвигателя с инерционным механизмом, отключающийся при возникновении препятствия перемещению. Дорогие модели состоят из устройства подъема и опускания крышки, доводчика запорного механизма, контроллера и датчиков.

Установка и настройка сервопривода крышки багажника производятся на заводе, но простые устройства могут быть установлены своими руками.

Питание и цоколевка разъемов устройства - фотография 59 - изображение 59

Характеристики сервоприводов

Устройства выпускаются аналогового и цифрового типов. Приводы внешне ничем не отличаются, но различие между ними существенное. Последние обладают более точной отработкой команд, поскольку управление производится микропроцессорами. Для сервоприводов пишутся и вводятся программы. Аналоговые устройства работают от сигналов микросхем. Их преимуществами являются простое устройство и меньшая цена.

Основными параметрами для выбора являются следующие:

  1. Питание. Подача напряжения производится по трем проводам. По белому передают импульс, через красный - рабочее напряжение, черный или коричневый является нейтральным.
  2. Размеры: большие, стандартные и микроустройства.
  3. Скорость. От нее зависит, за какой промежуток времени вал повернется на угол 600. Недорогие устройства обладают скоростью 0,22 сек. Если требуется высокое быстродействие, она составит 0,06 сек.
  4. Величина момента. Параметр является приоритетным, поскольку при малом вращающем моменте управление затрудняется.

Как управлять цифровым сервоприводом?

Приводы подключаются к программируемым контроллерам, среди которых хорошо известен Arduino. Подключение к его плате производится тремя проводами. По двум подается питающее напряжение, а по третьему - управляющий сигнал.

Размеры приводов - фото 60 - изображение 60

Инструкция сервопривода с цифровым управлением предусматривает наличие в контроллере простой программы, позволяющей считывать с потенциометра показания и переводить их в число. Затем оно преобразуется в команду передачи на поворот вала сервопривода в заданное положение. Программа записывается на диске, а затем передается на контроллер.

Заключение

Мы подробно рассмотрели сервопривод. Что это такое, станет понятным, когда потребуется автоматизация различных процессов, где требуется поворачивать и удерживать в заданном положении вал электродвигателя. Устройства выпускаются аналоговые и цифровые. Последние нашли более широкое применение благодаря высокому уровню разрешения, большой мощности и точности позиционирования.

Сервопривод - что это такое? Устройство, установка и принцип работы сервопривода

Основные характеристик изделия - изображение 61 - изображение 61

Многие задают вопрос: сервопривод - что это такое? Классическая конструкция сервопривода включает в себя двигатель, датчик позиционирования и трехконтурную управляющую систему (регуляция позиции, скорости и тока).

Аналоговые и цифровые модификации - изображение 62 - изображение 62

Слово «серво» имеет латинское происхождение «servus», дословно переводится как «раб», «помощник», «прислужник».

В машиностроительной отрасли устройства выступали в роли вспомогательных компонентов (привод подачи в станке, роботе и т.д.). Однако сегодня ситуация поменялась, и главное назначение сервопривода заключено в реализации в области сервомеханизмов.

Установка сервопривода оправдана в том случае, когда обычные преобразователи частоты регулируют точность работы в недостаточной мере.

Принцип работы аналоговой модификации - фотография 63 - изображение 63

Применение приборов высокого качества необходимо в оборудовании, отличающемся высоким уровнем производительности.

В этой статье будет рассказано про сервопривод, что это такое и как он функционирует.

Области использования устройства

В современном мире, когда автоматизация заняла прочные позиции во всех областях машиностроения, конструкция всех механизмов заметно унифицировалась. При этом применяются современные индивидуальные приводы.

Для того, чтобы понять, сервопривод, что это такое, следует знать сферу применения устройства.

Устройства содержат прецизионные конструкции поддержания скорости в промышленных роботах и станках с высокой точностью. Они монтируются на сверлильных оборудованиях, в различных системах транспорта и механизмах вспомогательного характера.

Самое широкое применение приборы нашли в следующих сферах:

  • изготовление бумаги и упаковок;
  • изготовление листов из металла;
  • обрабатывание материалов;
  • производство транспортного оборудования;
  • деревообрабатывающая промышленность;
  • изготовление стройматериалов.

Сервоприводы на багажник автомобиля

Существует множество моделей сервоприводов для багажника машины от разных производителей. Рассмотрим функциональность такого устройства, как сервопривод багажника от отечественного производителя «Автозебра». Устройство рассчитано на российские автомобили, но не только. К примеру, оно может использоваться в автомобиле «Рено Логан».

Принцип работы цифровой конструкции - фото 64 - изображение 64

По отзывам пользователей, эта конструкция отличается удобством. Она позволяет, не выходя из авто, осуществлять открывание и закрывание багажника.

Управление устройством осуществляет посредством кнопки, вмонтированной в салон автомобиля или же в брелок сигнализации.

Причина широкого использования прибора

Причиной частого применения сервоприводов стали:

  • возможность получения управления, отличающегося высокой точностью и стабильным функционированием;
  • широкий диапазон контроля скорости;
  • высокий уровень устойчивости к помехам;
  • маленький размер и вес устройства.

Принцип функционирования сервопривода

Как же работает устройство? Сервопривод, принцип работы которого основан на обратной связи с одним или более системными сигналами, регулирует объект. Выходной показатель устройства поступает на вход, где идет сравнение с задающим действием.

Особенности механизма

Устройство сервопривода обладает двумя основными особенностями:

  • способностью повышать мощность;
  • обеспечением обратной информационной связи.

Заключение - фото 65 - изображение 65

Усиление требуется с той целью, что нужная на выходе энергия очень высока (поступает из внешнего источника), а на входе ее показатель незначителен.

Обратная связь — это не что иное, как контур с замкнутой схемой, в котором сигналы не согласованы на входе и выходе. Этот процесс применяется для управления.

Отсюда вытекает вывод: контур при прямом направлении служит передатчиком энергии, а при обратном направлении — передатчиком информации, которая нужна для точности управления.

Питание и цоколевка разъемов устройства

Сервопривод, принцип работы которого применим в радиоуправляемых конфигурациях, обычно обладает тремя проводами:

  1. Сигнализирующим. По нему осуществляется передача управляющего импульса. Как правило, провод окрашен в белый, желтый или же красный цвет.
  2. Питающим. Показатель его мощности составляет от 4,8 до 6 В. Зачастую, это красный провод.
  3. Заземляющим. Провод черный или коричневый.

Серводвигатель, как тенденция будущего - изображение 66 - изображение 66

Размеры приводов

По размерам агрегаты подразделяются на три категории:

  • микроприводы;
  • стандартные модификации;
  • крупные устройства.

Встречаются сервоприводы и с другими показателями размеров, однако вышеперечисленные виды составляют 95% от всех устройств.

Основные характеристик изделия

Работа сервопривода характеризуется двумя основными показателями: скоростью поворота и усилия на валу. Первая величина служит показателем времени, которое измеряется в секундах. Усилие мерится в кг/см, то есть, какой уровень усилия развивает механизм от центра вращения.

Характеристики сервоприводов - изображение 67 - изображение 67

Вообще данный параметр находится в зависимости от основного назначения устройства, а уже потом от числа передач редуктора и используемых в устройстве узлов.

Как уже упоминалось, сейчас выпускают механизмы, функционирующие при показателе напряжения питания от 4,8 до 6 В. Чаще этот показатель равен 6 В. Однако не все модели рассчитаны на широкий диапазон напряжений. Иногда двигатель сервопривода работает лишь при 4,8 В или же только при 6 В (последние конфигурации производятся крайне редко).

Описание устройства и принципа работы сервопривода - фото 68 - изображение 68

Аналоговые и цифровые модификации

Несколько лет тому назад все сервосхемы были аналоговыми. Сейчас появились и цифровые конструкции. В чем же разница их работы? Давайте обратимся к информации официального характера.

Из отчета фирмы Futaba следует, что за последнее десятилетие сервоприводы стали отличаться более хорошими техническими показателями, чем раньше, а также малыми размерами, высоким уровнем скорости вращения и показателем элементов кручения.

Последний виток развития — появление устройства на цифровой основе. Эти агрегаты обладают существенными преимуществами даже перед моторами коллекторного типа. Хотя имеются и некоторые минусы.

Внешне аналоговые и цифровые устройства неразличимы. Отличия фиксируются лишь на платах устройств. Вместо микросхемы на цифровом агрегате можно увидеть микропроцессор, анализирующий сигнал приемника. Он и управляет двигателем.

Совершенно неправильно говорить о том, что аналоговая и цифровая модификация в корне различаются при функционировании. Они могут обладать одинаковыми двигателями, механизмами и потенциометрами (переменными резисторами).

Основным отличием является способ переработки поступающего сигнала приемника и управление двигателем. В оба сервопривода поступает одинаковый по мощности сигнал радиоприемника.

Таким образом, становится понятно, сервопривод, что это такое?

Принцип работы аналоговой модификации

В аналоговой модификации полученный сигнал сравним с текущим положением сервомотора, а затем на двигатель поступает сигнал усилителя, вызывающий перемещение двигателя в заданную позицию Показатель частоты процесса составляет 50 раз за одну секунду. Это минимальный показатель времени реагирования. Если же вы отклоните ручку на передатчике, то на сервопривод начнут поступать короткие импульсы, промежуток между которыми станет равняться 20 м/сек. Между импульсами на мотор ничего не поступает, и воздействие извне может изменить функционирование устройства в любую сторону. Этот временной промежуток называется «мертвая зона».

Принцип работы цифровой конструкции

Цифровыми устройствами используется специальный процессор, функционирующий на высоких частотах. Он обрабатывает сигнал приемника и посылает импульсы управления в двигатель с показателем частоты в 300 раз в секунду. Так как показатель частоты значительно выше, то и реакция заметно быстрее и держит позицию лучше. Это вызывает оптимальное центрирование и высокий уровень кручения. Но такой метод требует больших затрат энергии, поэтому батарея, используемая в аналоговом механизме, в этой конструкции будет разряжаться намного быстрее.

Однако все пользователи, которые хоть однажды столкнулись с цифровой моделью, говорят о том, что ее различие с аналоговой конструкцией настолько значительно, что они никогда бы больше не употребляли последнюю.

Заключение

Вашим выбором станут цифровые аналоги, если вам требуются:

  • высокий уровень разрешающей способности;
  • минимальное количество «мертвых зон»;
  • точный уровень позиционирования;
  • быстрая реакция на команду;
  • беспеременное усилие на валу при повороте;
  • высокий уровень мощности.

Теперь вы знаете, что такое сервопривод и как его использовать.

Серводвигатель, как тенденция будущего

Доцифровая эра - фотография 69 - изображение 69

Сервопривод — это электронная система «следящего» привода, которая гарантирует динамичные, высокоточные процессы перемещения и имеет отличную повторяемость при широком диапазоне регулировки скорости.

Сервоприводы относятся к наиболее высокотехнологичной области электрического привода. В машиностроении они играют, в большинстве случаев, второстепенную роль. Пневматический и гидравлический приводы либо асинхронные двигатели с постоянной скоростью применяются лишь при больших моментах в качестве основного привода.

Эволюция точности - изображение 70 - изображение 70

Конструкция серводвигателя

Сегодня, когда автоматизация проникла абсолютно во все области машиностроения, преобладают электроприводы, и механика автомашин стала на порядок легче в силу внедрения передовых приводов взамен существующих.

Прогресс в электронике и возникновение новейших электротехнических материалов скорректировали обстановку в области сервопривода. Последние достижения разрешают компенсировать сложность управления приводом переменного тока посредствам применения передовых микроконтроллеров и высокоактивных силовых транзисторов. Мощные постоянные магниты, сделанные из сплавов неодим-ферро-бора и благодаря их высочайшей энергоемкости, значительно улучшили свойства синхронного мотора с магнитами на роторе при одновременном понижении массогабаритных характеристик. В результате улучшились динамические свойства привода при понижении его габаритов. постоянного тока.

В настоящее время сервоприводы используются в высокопроизводительном оборудовании в таковых отраслях как создание напитков, упаковки, строительных материалов; в подъемно-транспортной технике; полиграфии. Имеется тенденция к увеличению части сервоприводов в деревообрабатывающей и пищевой индустрии.

Главным причиной внедрения сервоприводов считается не только их высочайшая динамика, но и вероятность получения высокостабильного управления, широкий диапазон регулировки скорости, помехоустойчивость, небольшие габариты и вес. Благодаря передовым цифровым технологиям, сервоприводы сегодня применять гораздо проще, нежели несколько лет назад.

Цифровые технологии дают широкий выбор нацеленных на особое использование возможностей, большое обилие приборов связи с объектами и возможность применять индивидуальный компьютер для контролирования, оптимизации и авто настройки привода.

Характеристики сервоприводов

Для сервоприводов отличительны следующие технические характеристики:

  • регулирование скорости и момента;
  • диапазон регулировки скорости более 1:1000;
  • высокая точность поддержания определенной скорости на валу мотора до 0,01%;
  • точность укрепления позиции по валу мотора менее ± 10;
  • малогабаритные размеры и небольшой масса;

В настоящее время сервопривод занимает значительную нишу на рынке электронных «следящих» приводов. Индустрии требуются все более динамичные, малогабаритные, надежные и модульные приводные составляющие для возведения автоматизированных систем. Направленностью развития сервотехники на ближайшие 10 лет станет внедрение управляющей техники в электромеханические узлы. Многообещающими по использованию привода считаются авто, пищевая, химическая и фармацевтическая отрасли.

Описание устройства и принципа работы сервопривода

Устройство и типы - изображение 71 - изображение 71

В чем разница между серводвигателем и шаговым электродвигателем? - фото 72 - изображение 72

Сервопривод — самый передовой и современный вид двигателя. Он предназначен для использования в сферах управления движением, нуждающихся в высокой точности позиционирования. Знание того, как работает сервопривод, позволяет понять его растущую востребованность в автоматизации промышленных процессов и потребительской технике.

Содержание

  • Доцифровая эра
  • Эволюция точности
  • Устройство и типы

Доцифровая эра

Название Le-Servomoteur впервые использовалось Жозефом Фарко в 1868 году для описания гидравлических и паровых двигателей, применяемых в судостроении. Фактическое значение этого слова утрачено со временем, но можно предположить, что оно представляло собой каламбур из французского cerveau (мозг) и латинского servus (служить). В широком смысле этот термин был введён не для подчёркивания полезности или сложности моторов, а акцентировал внимание на их свойстве служить командам комплекса управления движителем. То есть привод имеет обратную связь с остальной системой и откликается на её сигналы.

В 1898 году Тесла экспериментировал с беспроводным управлением моделями кораблей, оснащёнными контакторными серводвигателями, а в 1911 Хобарт уже поместил термин «серводвигатель» в свой словарь. К 1915 году это слово прочно закрепилось в среде англоязычных инженеров-электриков, несмотря на французское происхождение. Дальнейшее развитие технологии до Второй мировой войны происходило более чем стремительно:

  • 1

    Шаговые двигатели - изображение 73 - изображение 73

    916 — запатентована пневматическая торпеда, в которой руль подчинялся сервомеханизму;
  • 1922 — General Electric начала работы над сервомашинами для управления морскими орудиями;
  • 1925 — создан электронный орудийный сервопривод, использующий пропорциональный контроль и положительную обратную связь;
  • 1933 — представлен ленточный регистратор для записи диаграмм с сервомеханизмом постоянного тока.
  • 1935 —испытан первый шаговый двигатель в качестве дистанционного повторителя положения компаса и прицела пушки.

Эволюция точности

Серводвигатели - изображение 74 - изображение 74

Шаговые двигатели использовались во время Второй мировой войны и после её окончания в ограниченном количестве. В 60-х годах прошлого столетия они пережили несколько усовершенствований и были повсеместны более двух десятков лет в качестве незаменимых элементов беспилотного управления, индикаторов сортировки вагонов и станций взвешивания, цифровых дифференциальных высотомерах и компьютерной периферии.

Первые бесколлекторные двигатели были разработаны в середине 50-х годов. Устранение механических щёток позволяло им работать в течение удивительно долгого времени с высокой надёжностью. У шаговых моторов появился сильный конкурент. Бесколлекторные двигатели оказались незаменимы в освоении космоса, что и определило их бурное развитие.

Появление доступных способов производства редкоземельных кобальтовых магнитов в 1960-х стало главной базой для технологического рывка моторов постоянного тока. Именно они, оснащённые приводами с контролируемой обратной связью, составляют бо́льшую часть производимых в мире серводвигателей. Микропроцессоры ворвались на рынок автоматики в начале 1970-х и смогли обеспечить почти идеальный контроль над движением механизмов.

Устройство и типы

Сервоприводом называют устройство, предназначенное совершать механическое действие с высокой точностью под непрерывным самоконтролем целевой позиции и параметров движения. Наличие системы обратной связи с чувствительным устройством для исправления отклонений от заданных параметров отличает его от других типов приводов. В более широком смысле этим термином обозначают современные электродвигатели, оснащённые сервоприводами. Упрощённо устройство сервопривода можно описать как замкнутую систему из четырёх элементов:

  • датчик;
  • двигатель;
  • контроллер;
  • система обратной связи.

Принцип работы серводвигателя выглядит так: на вход устройства подаётся команда к назначению нового состояния (координат, скорости и т. п. ), прибор определяет текущее значение, сравнивает его с поступившим и производит управляющее воздействие на двигатель для уменьшения их разности.

Подведем итоги - фотография 75 - изображение 75

Благодаря способностям поддерживать и контролировать заданные параметры, сервомеханизмы считаются наиболее передовыми приводами. Современные устройства сильно изменились в сравнении с первыми поколениями. Теперь это интеллектуальные приборы, выполненные с применением последних достижений в производстве магнитов и процессорной техники. В XXI веке прогресс позволил удешевить в несколько раз простые устройства без потери их качеств и создать технически сложные приводы переменной скорости и высокой точности для таких требовательных отраслей, как станкостроение.

В современной промышленности используют два типа серводвигателей: линейные и поворотные. Линейные позволяют добиться:

  • больших скоростей и ускорений;
  • высокой точности позиционирования.

Они обладают неоспоримыми преимуществами, но тем не менее популярны именно роторные сервоприводы. Это обусловлено главным образом тем, что линейные имеют склонность к перегреву. Тепло вызывает нежелательное расширение, создавая нагрузку на подшипники, смазку и датчики. С течением времени это негативно сказывается на продолжительности жизни компонентов.

Роторные двигатели делятся, в свою очередь, на сервоприводы позиционного и непрерывного вращения. Устройства позиционного вращения — самый распространённый тип. Выходной вал работает только в секторе круга, ограниченный физическими стопорами для предотвращения поворота за конструктивно заданные пределы.

Моторы непрерывного вращения очень похожи на позиционные с той разницей, что имеют возможность вращаться в любом направлении с разной скоростью в зависимости от входного сигнала.

Преимущества роторных серводвигателей, с точки зрения управления, выглядят так:

  • крутящий момент пропорционален току;
  • скорость пропорциональна приложенному напряжению.

Что нужно знать, чтобы правильно выбрать двигатель - фото 76 - изображение 76

И первые, и вторые востребованы в применении от детских игрушек до космической робототехники.

Сервоприводы, конечно же, продолжают совершенствоваться. Они появились и эволюционировали как результат тенденции к децентрализации автоматизированных систем. Удешевление процессоров ускоряет этот процесс. Количество функций, выполняемых современными сервоприводами, растёт и, судя по всему, будет продолжать расти. Новейшие устройства уже наделяются способностями к самонастройке и оптимизации параметров управления и могут изготавливаться с контроллерами процессов для удалённых установок.

Вполне возможно, сервоприводы будущего будут решать много смежных задач в машинах и механизмах, помогая избежать установки дополнительного оборудования.

В чем разница между серводвигателем и шаговым электродвигателем?

Что такое сервомотор и как он работает - изображение 77 - изображение 77

Всем инженерам хорошо известно, что нет такого понятия, как идеальное решение — есть просто лучшее решение для рассматриваемой проблемы. Это особенно актуально для серводвигателей и шаговых двигателей. Оба широко используются в промышленности. Применение ни одного из них не является универсальным решением. Однако при правильном применении как шаговые, так и серводвигатели могут обеспечить эффективную и надежную работу при максимальной производительности системы. Дерево решений для выбора между ними имеет много ветвей, но наиболее важными являются скорость, ускорение и цена.

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели состоят из ротора с постоянными магнитами и неподвижного статора, в котором расположены обмотки. Когда ток проходит через обмотки статора, он генерирует магнитный поток, который взаимодействует с магнитным полем ротора и приводит ротор в движение. Шаговые двигатели имеют очень большое количество полюсов, обычно 50 или более. Драйвер шагового двигателя последовательно подает напряжение на каждый полюс, так что ротор вращается с определенным шагом. Из-за очень большого количества полюсов движение кажется непрерывным.

Шаговые электродвигатели имеют ряд положительных качеств. Поскольку они генерируют пошаговое движение, для них, как правило, не требуется замкнутая система регулирования, что избавляет от необходимости установки энкодера или тахогенератора, что положительно сказывается на цене установки. Большое количество полюсов позволяет им генерировать очень высокий крутящий момент при нулевой скорости. Они компактны и в целом экономичны (рисунок ниже).

Содержание статьи - фотография 78 - изображение 78

С другой стороны, шаговые электродвигатели имеют ограничения по скорости. Они обычно работают с максимальной  эффективностью всего при 1200 об / мин или ниже. Хотя они генерируют высокий крутящий момент при нулевой скорости, крутящий момент падает при увеличении скорости (график ниже). Например, двигатель, создающий момент 3 кгс·м  при нулевой скорости, может выдать только 1.5 кгс·м при 500 об / мин и всего 0.3 кгс·м при 1000 об / мин.

Теоретически можно использовать редуктор для увеличения крутящего момента, но именно здесь малая скорость шаговых двигателей становится проблемой. Добавление редуктора 10: 1 к шаговому двигателю со скоростью 1200 об / мин может повысить крутящий момент на порядок, но также снизит скорость до 120 об / мин. Если двигатель используется для шарико-винтового привода или чего-либо подобного, он, вероятно, не будет обеспечивать достаточную скорость для удовлетворения потребностей механизма.

Как правило, шаговые двигатели не изготавливаются в типоразмерах, превышающих NEMA 34, при этом большинство применений относятся к размерам двигателей NEMA 17 или NEMA 23. В результате практически невозможно найти шаговые двигатели, способные производить крутящий момент от 28 до 57 кгс·м.

Назначение и состав - фотография 79 - изображение 79

На графике зеленым показана зависимость момент шагового двигателя от скорости, красным – зависимость максимального момент серводвигателя от скорости и синим – момент серводвигателя от скорости.

Шаговые двигатели также имеют ограничения по производительности. Вы можете представить себе шаговый двигатель как пружинно-массовую систему. Двигатель должен преодолеть трение, чтобы начать вращение и переместить нагрузку, после чего ротор машины не контролируется. В результате команда продвижения на пять шагов может привести к повороту двигателя только на четыре шага или шесть шагов.

Однако, если система электропривода дает команду двигателю продвинуться на 200 шагов и он сделает это за несколько шагов, ошибка составит несколько процентов. Хотя мы используем шаговые электродвигатели с разрешением от 25 000 до 50 000 шагов на оборот, но поскольку двигатель представляет собой систему с пружинно-массовой нагрузкой, наш обычный диапазон составляет от 2000 до 6000 отсчетов за оборот. Тем не менее, при этих разрешениях даже ошибка в 200 шагов соответствует доле градуса.

Добавление энкодера позволит системе точно отслеживать движение, но не сможет преодолеть базовую физику работы электрической машины. Для приложений, требующих повышенной точности позиционирования и разрешения, серводвигатели обеспечивают лучшее решение.

Серводвигатели

Как и шаговые двигатели, серводвигатели имеют много реализаций. Давайте рассмотрим наиболее распространенную конструкцию, которая включает в себя ротор с постоянными магнитами и неподвижный статор с обмотками. Здесь также ток создает распределение магнитного поля, которое воздействует на ротор и развивает крутящий момент. Однако серводвигатели имеют значительно меньшее число полюсов, чем шаговые электрические машины. В результате они должны работать в замкнутой системе управления.

В целом, серводвигатели более сложные, чем шаговые. Они работают значительно быстрее, со скоростями порядка нескольких тысяч оборотов в минуту (рисунок ниже). Это позволяет использовать серводвигатели с редукторами, чтобы обеспечить гораздо более высокий крутящий момент на нужных скоростях. Они также обеспечивают более постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей электродвигателя. В отличие от шаговых двигателей, они не имеют удерживающего момента как такового.

Особенности конструкции и работы - фотография 80 - изображение 80

Однако работа в замкнутом контуре позволяет контроллеру / электроприводу дать команду на удержание нагрузки в определенном положении, и двигатель будет непрерывно ее регулировать, чтобы удерживать ее на одном месте. Таким образом, серводвигатели могут обеспечивать фактический удерживающий момент. Тем не менее, обратите внимание, что вариант удерживающего крутящего момента при нулевой скорости зависит от правильного размера двигателя для управления нагрузкой и предотвращения колебаний относительно заданного местоположения.

Серводвигатели обычно используют редкоземельные магниты, в то время как шаговые двигатели чаще используют менее дорогие обычные магниты. Редкоземельные магниты позволяют развивать более высокий крутящий момент в меньшем корпусе. Серводвигатели также получают преимущество в крутящем моменте от их общего физического размера. Диаметры серводвигателей обычно варьируются от NEMA 17 до 220 мм. В результате этих комбинированных факторов серводвигатели могут выдавать крутящий момент до 114 кгс·м.

Серводвигатель принцип работы - изображение 81 - изображение 81

Сочетание скорости и крутящего момента позволяет серводвигателям обеспечивать лучшее ускорение, в сравнении с шаговыми двигателями. Они также обеспечивают лучшую точность позиционирования в результате работы с обратной связью.

Подведем итоги

Серводвигатели предлагают неоспоримое преимущество в производительности. Однако с точки зрения стабильности позиционирования шаговые двигатели могут быть весьма конкурентоспособными. Эта точка зрения приводит к распространенному заблуждению о шаговых двигателях, которое является мифом о «потерянном шаге». Как мы уже обсуждали ранее, массово-пружинный характер нагрузки шагового двигателя может привести к нескольким потерянным шагам. Привод дает команду движению шагового механизма в определенный угол, однако потерянные шаги не переносятся от вращения к вращению. Все зависит от необходимого уровня точности позиционирования.

Вышеприведенное обсуждение подводит нас к окончательному и ключевому различию между шаговыми электродвигателями и сервоприводами — стоимости. Шаговые двигатели обычно не требуют обратной связи, они используют менее дорогие магниты и редко содержат редуктора. Из-за большого количества полюсов и их способности генерировать удерживающий момент они потребляют меньше энергии при нулевой скорости. В результате шаговый двигатель может быть на порядок дешевле, чем аналогичный серводвигатель.

Подводя итог, можно сказать, что шаговые двигатели являются хорошим решением для механизмов с малой скоростью вращения, небольшим ускорением и малыми требованиями к точности. Шаговые двигатели также имеют тенденцию быть компактными и недорогими. Это делает эти машины подходящими для применения в медицине, биотехнологиях, безопасности и обороне, а также в производстве полупроводников. Серводвигатели — лучший выбор для систем, требующих высокой скорости, высокого ускорения и большой точности. Компромисс — более высокая стоимость и сложность. Серводвигатели обычно используются в упаковке, конвертации, плетении сетей и аналогичных приложениях.

Если ваши требования не слишком критичны, а бюджет ограничен, рассмотрите шаговый двигатель. Если производительность является наиболее важным аспектом, серводвигатель выполнит свою работу, но будьте готовы заплатить больше.

Что нужно знать, чтобы правильно выбрать двигатель

  • Требования к крутящему моменту
  • Требования к скорости
  • Желаемое ускорение
  • Нагрузка, масса и инерция
  • Бюджет
  • Габаритные показатели

Что такое сервомотор и как он работает

Серводвигатель принцип работы - фото 82 - изображение 82

Сервомотор представляет собой электродвигатель, работающий по принципу обратной связи. Вращение от ротора двигателя передается на управляющий механизм через редуктор, а обратная связь реализована с помощью управляющего блока, связанного с датчиком угла поворота.

Содержание статьи

  • Назначение и состав
  • Особенности конструкции и работы

Сервомоторы используются в автомобильных системах для линейного и углового перемещения элементов, к точности положения которых выдвигаются повышенные требования. В основе работы сервопривода лежит корректировка работы электродвигателя для исполнения управляющего сигнала.

Назначение и состав

Если в качестве управляющего сигнала задается угол поворота выходного вала двигателя, выполняется его преобразование в подаваемое напряжение. Обратная связь выполняется благодаря датчику измерения одного из выходных параметров двигателя. Значение показаний датчика обрабатывается управляющим блоком, после чего осуществляется корректировка работы сервомотора.

Конструктивно сервопривод представляет собой электромеханический узел, элементы которого размещены в едином корпусе. В состав сервопривода входит электродвигатель, редуктор, датчик и блок управления.

Основными характеристиками сервопривода является рабочее напряжение питания, частота вращения, крутящий момент, а также конструктивные решения и материалы, применяемые в конкретной модели.

Особенности конструкции и работы

В современных сервоприводах применяется 2 вида электромоторов – с сердечником и с полым ротором. Двигатели с сердечником имеют ротор с обмоткой, вокруг которой расположены магниты постоянного тока. Особенностями данного типа электромоторов является возникновение вибраций во время вращения маятника, что несколько снижает точность угловых перемещений. Двигатели с полым ротором лишены данного недостатка, но более дорогостоящи в связи с усложнением технологии изготовления.

Редукторы сервоприводов служат для снижения частоты вращения и увеличения крутящего момента на выводном валу. Редукторы сервоприводов в большинстве случаев состоят из цилиндрической зубчатой передачи, шестерни которой изготовлены из металла либо полимерных материалов. Металлические редукторы характеризуются большей стоимостью, но более прочны и долговечны.

В зависимости от требуемой точности работы в конструкции сервоприводов могут быть использованы пластиковые втулки либо шарикоподшипники для ориентации выходного вала относительно корпуса.

Также сервоприводы различают по типу блока управления. Существуют аналоговые и цифровые блоки управления сервоприводом. Цифровой блок позволяет обеспечивать более точное позиционирование рабочего органа сервопривода и большую скорость реакции.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 586)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты