Servo variklis yra esminis komponentas šiuolaikinėse automatizuotose sistemose, suteikiantis tikslų mechaninių komponentų judesio valdymą. Tai yra sukamasis arba slenkantis variklis, valdomas servo stiprintuvo, kuris mechaninei sistemai, pvz., pavarai arba stabdžiams, pritaiko sukimo momentą arba jėgą. Servo varikliai leidžia tiksliai valdyti kampinę padėtį, pagreitį ir greitį.
Šio tipo varikliai yra susiję su uždaro ciklo valdymo sistema. Uždarojo ciklo valdymo sistema atsižvelgia į srovės išvestį ir pakeičia ją į norimą būseną. Šių sistemų valdymo veiksmas yra pagrįstas variklio išėjimu. Jis naudoja teigiamo grįžtamojo ryšio sistemą, kad kontroliuotų ašių judėjimą ir galutinę padėtį.
Servo variklis (servo variklis) reiškia variklį, kuris valdo mechaninių servo sistemos komponentų veikimą, ir yra pagalbinis variklio netiesioginės perdavimo įtaisas. Servo variklis gali valdyti greitį, padėties tikslumas yra labai tikslus, o įtampos signalas gali būti konvertuojamas į sukimo momentą ir greitį, kad būtų galima valdyti valdomą objektą. Servo variklio rotoriaus greitis yra valdomas įvesties signalu ir gali greitai reaguoti.
Servo variklio veikimo principas
Pagrindinis servo variklio veikimo principas apima tris pagrindinius komponentus: valdymo grandinę, variklį ir grįžtamojo ryšio mechanizmą. Valdymo grandinė siunčia signalą varikliui, kuris pasuka veleną į norimą padėtį. Grįžtamojo ryšio mechanizmas, dažniausiai potenciometras arba kodavimo įtaisas, matuoja tikrąją veleno padėtį ir siunčia informaciją atgal į valdymo grandinę. Tada valdymo grandinė reguliuoja variklio sukimąsi, kol velenas pasiekia norimą padėtį.
Servo sistema yra automatinė valdymo sistema, kuri priverčia objekto padėtį, orientaciją, būseną ir kitus išėjimo valdomus kintamuosius sekti savavališkus įvesties tikslo (arba nurodytos reikšmės) pokyčius. Servo daugiausia yra išdėstytas impulsais. Iš esmės galima suprasti, kad kai servo variklis gauna vieną impulsą, jis pasisuks atitinkamu vieno impulso kampu, kad suprastų poslinkį. Kadangi pats servo variklis turi impulsų siuntimo funkciją, todėl kiekvieną kartą, kai servo variklis pasisuka tam tikru kampu, jis siųs atitinkamą impulsų skaičių, kuris atitinka servo variklio gautą impulsą arba vadinamą uždara kilpa, sistema žinoti, kiek impulsų siunčiama į servo variklį ir kiek impulsų gaunama vienu metu.
Kaip parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje, tai yra servo variklio valdymo grandinė, pagaminta iš galios veikimo stiprintuvo LM675. Variklis naudoja DC servo variklį. Kaip matyti iš paveikslėlio, galios veikimo stiprintuvas LM675 maitinamas 15V, 15V įtampa taikoma neinvertuojančiai operacinio stiprintuvo LM675 įėjimui per RP1, o LM675 išėjimo įtampa yra taikoma įvedimui servo variklis. Variklyje yra sumontuotas greičio signalo generatorius, skirtas nustatyti variklio greitį realiu laiku. Tiesą sakant, greičio signalo generatorius yra generatorius, kurio išėjimo įtampa yra proporcinga greičiui. Greičio matavimo signalo generatoriaus G įtampa perduodama atgal į darbinio stiprintuvo invertuojamą įvesties terminalą kaip greičio klaidos signalas per įtampos skirstymo grandinę. Variklio greičio valdymo potenciometro RP1 nustatyta įtampos vertė padalijama iš R1.R2 ir taikoma neinvertuojančiam operacinio stiprintuvo įvesties terminalui, kuris yra lygiavertis etaloninei įtampai.
Servo variklių tipai
Servo varikliai skirstomi į dvi pagrindines kategorijas: AC (kintamosios srovės) ir DC (nuolatinės srovės) servo varikliai. Kintamosios srovės servo varikliai gali atlaikyti didesnius srovės viršįtampius, todėl yra labiau paplitę sunkiosiose pramonės mašinose. Nuolatinės srovės servo varikliai geriausiai tinka mažoms reikmėms ir užtikrina puikų valdymą bei grįžtamąjį ryšį.
Nuolatinės srovės (DC) servo varikliai
DC servo varikliai turi geras linijinio reguliavimo charakteristikas ir greitą atsaką į laiką. Jie pasižymi tiksliu greičio valdymu, labai kietomis sukimo momento-greičio charakteristikomis, paprastu valdymo principu, lengvu naudojimu ir pigumu.
Privalumai:
- Mažas dydis / lengvas svoris ir didelis efektyvumas, lengva apkrova gali būti beveik 90 proc.
- Gali dirbti esant žemam slėgiui, lengvai pagaminamas.
- Naudoja aukštos kokybės nuolatinio magneto polius, kad galėtų pasiekti greitį / didelę galią.
- Servo variklio ir servo tvarkyklės sistemos kaina yra palyginti pigi.
- Pagrindinės funkcijos, tokios kaip reakcijos sukimosi tikslumas ir padėties nustatymo funkcija, yra labai didelės.
- Veikimas be rezonanso ir vibracijos.
- Inercijos sukimo momento santykis yra didelis, o tai gali greitai pagreitinti apkrovą.
- "Rezervuotas" gebėjimas yra stiprus, nenutrūkstamas 2-3 kartus galios, trumpas; su "rezerviniu" sukimo momentu, 5-10 kartų didesnis už vardinį sukimo momentą per trumpą laiką.
- Variklis yra proporcingas apkrovos srovės suvartojimui.
- Žemas garsas.
- Geras paleidimo ir greičio reguliavimo našumas, platus greičio reguliavimo diapazonas, stabilus, stipresnis perkrovos pajėgumas, veikiamas elektromagnetinių trukdžių.
- Nuolatinės srovės variklio nuolatinė srovė santykinai taupo energiją ir yra ekologiškesnė nei kintamoji srovė.
Trūkumai:
- Reikia reguliuoti servo pagal apkrovos poreikius.
- Šepečiai nusidėvi, todėl negali būti naudojami švariose aplinkose.
- Šepečiai bus suvartojami ir juos reikės prižiūrėti: sudėtinga struktūra riboja tolesnį nuolatinės srovės variklio tūrio ir svorio mažinimą, ypač dėl slydimo tarp šepečių ir komutatoriaus atsiranda mechaninis susidėvėjimas ir kibirkštys, todėl nuolatinės srovės variklis sugenda, mažas patikimumas, trumpas tarnavimo laikas, didelis priežiūros darbų krūvis.
- Komutavimo kibirkštis ne tik sukelia komutatoriaus elektrinę koroziją, bet ir radijo trukdžių šaltinį, kuris turės žalingą poveikį aplinkiniams elektros įrenginiams.
Kintamosios srovės (AC) servo varikliai
Pagrindinė kintamosios srovės servovariklio struktūra yra panaši į kintamosios srovės indukcinio variklio (asinchroninio variklio) struktūrą. Ant statoriaus yra dvi žadinimo apvija Wf ir valdymo apvija WcoWf, kurios fazės erdvės poslinkis yra 90 laipsnių elektrinio kampo, kurios yra prijungtos prie pastovios kintamosios įtampos. Kintamosios srovės servovariklis pasižymi stabilaus veikimo, gero valdomumo, greito atsako, didelio jautrumo ir griežto netiesiškumo indekso mechaninių charakteristikų ir reguliavimo charakteristikų charakteristikomis.
AC servo varikliai šiuolaikinėse pramonės aplinkose jau tapo beveik pagrindiniu pasirinkimu, nes jie užtikrina puikią tikslumą ir yra patikimi kasdienio naudojimo atveju. Šie varikliai puikiai susidoroja su nuolatinėmis apkrovomis, o tai yra svarbu ten, kur mašinos veikia be pertraukimų - gamyklų ir robotizuotų surinkimo linijų aplinkose. Tai, kas juos išskiria - yra sklandžių sinuso bangų panaudojimas energijos tiekimo procese, dėl ko sumažėja vibracijos veikimo metu ir mažiau apkrovos krenta ant judančių dalių per laiką.
Servo variklių pritaikymas
Servo varikliai yra plačiai naudojami įvairiose pramonės srityse dėl daugybės pranašumų, palyginti su tradiciniais varikliais. Jie naudojami kaip didelio našumo alternatyvos žingsniniams varikliams.
Pramoninė automatika ir robotika
Servo varikliai yra būtini pramonės automatizacijoje ir robotikoje, nes jie suteikia visiškai naują tikslumo lygį gamybos procesams. Šie varikliai užtikrina, kad mašinos judėtų būtent taip, kaip numatyta - tai ypač svarbu, kai gamybos linijos turi tvarkyti skirtingus produktus arba greitai prisitaikyti prie pokyčių. Robotų dirbtuvės juos mėgsta dėl to, kad jie suteikia robotams tiek greitį, tiek tikslumą, leidžiant automatizuotoms rankoms atlikti sudėtingas užduotis, kurios kitaip reikalautų žmogaus rankų.
CNC staklės
Kompiuterinio skaitmeninio valdymo (CNC) servovarikliai užtikrina tikslų ašių valdymą, reikalingą metalų, plastikų ir kompozitų apdirbimui itin tiksliai.
Aviacija ir kosmosas
Nuo raketų nukreipimo sistemų iki skrydžio valdymo paviršių - servovarikliai užtikrina tikslumą, patikimumą ir greitą reagavimą, kai tai yra labai svarbu. Jų naudojimas tapo būtinas aviacijos srityje, ypač kai kalba užkirsti kelią paviršių ir valdymo mechanizmų valdymui, kurie užtikrina lėktuvų saugumą ir judėjimo kryptį.
Medicinos prietaisai
Servo varikliai varo magnetinio rezonanso aparatus, robotus chirurginius instrumentus ir automatizuotus diagnostikos prietaisus, kurių patikimumas ir tikslumas yra nediskutuotini. Jie ypač svarbūs operacinėse sistemose, kur svarbūs mikro judesiai.
Vartojimo prekių elektronika
Servo varikliai suteikia sklandžią įrenginių veiklą vartojamųjų prekių elektronikoje, pavyzdžiui, fotoaparatuose ir žaidimų sistemose, kur tikslūs judesiai yra svarbūs, kad naudotojas patirtų kokybišką produktonaudotojui patirtį. Šie mažyčiai varikliai suteikia gamintojams dinaminį valdymą, o tai reiškia geresnį našumą įvairių namų ūkio prietaisų srityje.
Automobiliai
Automobiliai taip pat jau tapo standartine servo variklių panaudojimo sritimi. Jie naudojami valytuvų sistemose ir kitose automatinėse automobilio dalyse, kas daro įtaką vairavimo saugumui ir patogumui. Automobilių pramonė šiuo metu sparčiai juda link elektrinių transporto priemonių, todėl tikrai yra vietos servo varikliams rasti dar daugiau panaudojimo būdų.
Servo variklių privalumai
Servo varikliai pasižymi itin dideliu tikslumu, todėl jie idealiai tinka tais atvejais, kai būtinas tikslus padėties nustatymas ir valdymas. Jie gali pasiekti labai tikslų greičio ir sukimo momento valdymą, o tai užtikrina aukščiausią tikslumo ir pakartojamumo lygį.
- Tikslumas: Servo variklis užtikrina uždarojo ciklo padėties, greičio ir sukimo momento valdymą didesniu tikslumu.
- Efektyvumas: Servo varikliai taip pat yra labai efektyvūs, jų energijos konversijos koeficientas siekia iki 90%, palyginti su 50% tradicinių variklių efektyvumu. Jie sunaudoja mažiau energijos ir gamina mažiau šilumos.
- Greitas atsako laikas: Servo varikliai pasižymi labai greitu atsako laiku, leidžiančiu greitai prisitaikyti prie apkrovos ar greičio pokyčių.
- Universalumas: Servo varikliai gali veikti įvairiais judesiais - nuo lėtų ir pastovių judesių iki greitų, dinamiškų judesių.
- Maža priežiūra: Servo varikliai reikalauja minimalios priežiūros dėl paprastos konstrukcijos ir didelio patikimumo.
Techninė animacija: Kaip veikia servo variklis
Servo variklių laidų sujungimas
Laidai servo varikliui apima jo prijungimą prie maitinimo šaltinio ir valdymo signalo tam tikru būdu, kad būtų galima tiksliai valdyti jo judėjimą. Servo varikliai yra plačiai naudojami įvairiose srityse, tokiose kaip robotika, automatika ir lėktuvų modeliai, nes jie gali užtikrinti tikslų ir kontroliuojamą kampinį judėjimą. Prieš gilinantis į laidų sujungimo procesą, labai svarbu suprasti pagrindinius servo variklio komponentus ir jo veikimą.
Pagrindiniai laidai:
- Galia (V+): Šis laidas tiekia reikiamą elektros energiją varikliui valdyti.
- Įžeminimas (GND): Šis kabelis yra prijungtas prie maitinimo šaltinio įžeminimo arba bendro atskaitos taško.
- Valdymas (signalas): Valdymo laidas perduoda signalą iš mikrovaldiklio arba servo valdiklio į servo variklį, nurodydamas jam norimą padėtį.
Laidų sujungimo procesas:
- Prieš pradėdami laidų prijungimo procesą, nustatykite tris servo variklio laidus: galią (V+), įžeminimą (GND) ir valdymą (signalas).
- Prijunkite servo maitinimo (V+) laidą prie teigiamo maitinimo šaltinio gnybto. Paprastai tai yra raudonas laidas ant servo.
- Priklausomai nuo jūsų taikymo, gali tekti reguliuoti įtampą, tiekiamą į servo variklį. Tai užtikrina, kad įtampa neviršytų nurodyto diapazono, kad būtų išvengta servo sugadinimo.
- Valdymo (signalo) laidą (dažniausiai geltoną arba oranžinį) prijunkite prie savo mikrovaldiklio arba servovaldiklio PWM išvesties.
- Dar kartą patikrinkite visas jungtis, kad įsitikintumėte, jog jos yra saugios ir tinkamai išlygintos.
- Parašykite programą arba naudokite servo testerį, kad sukurtumėte PWM signalus, kurie liepia servo įrenginiui judėti į tam tikras pozicijas.
- Jei jūsų programa apima mechaninio komponento, pvz., svirties ar rato, perkėlimą, įsitikinkite, kad servo mechanizmas yra mechaniškai susietas su dalimi, kurią jai reikia valdyti.
- Tiksliai sureguliuokite valdymo signalus, kad pasiektumėte norimą tikslumą ir judesių diapazoną.
- Užtikrinkite stabilų ir patikimą savo servo variklio maitinimo šaltinį.
Servo variklių tipai pagal konstrukciją ir paskirtį
Servo varikliai gali būti skirstomi į skirtingus tipus, atsižvelgiant į jų energijos šaltinį, konstrukciją ir taikymo poreikius.
- Kintamosios srovės (AC) servo varikliai: Žinomi dėl sklandaus judėjimo, didelio efektyvumo ir patikimumo. Veikia geriau esant didesniam greičiui ir didesnėms apkrovoms, palyginti su nuolatinės srovės tipais.
- Nuolatinės srovės (DC) servo varikliai: Lengviau valdomas ir greitas atsakas su geru sukimo momentu esant mažam greičiui. Pigesni, bet paprastai mažiau efektyvūs nei kintamosios srovės servo varikliai.
- Kintamosios srovės servovarikliai be šepečių: Pasiūlykite didesnį efektyvumą, mažesnę priežiūrą ir ilgesnį tarnavimo laiką. Gali važiuoti labai dideliu greičiu ir tiksliai valdyti.
- DC servo varikliai su šepečiais: Tradicinis dizainas su angliniais šepetėliais ir komutatoriumi. Mažesnė pradinė kaina ir paprasta valdymo sistema. Reikalauti reguliarios priežiūros dėl šepetėlio nusidėvėjimo.
- Linijiniai servo varikliai: Vietoj sukamojo judesio šie varikliai užtikrina tiesioginį linijinį judėjimą. Nereikės mechaninių transmisijos dalių, tokių kaip varžtai ar diržai.
- Rotaciniai servo varikliai: Labiausiai paplitęs servovariklio tipas. Galima pasukti iki 180° arba 270°, priklausomai nuo konstrukcijos.
- Nuolatinio sukimosi servo varikliai: Gali nuolat suktis 360° į abi puses. Valdomas reguliuojant impulso plotį, kad būtų galima keisti greitį ir kryptį.
Pasirinktas servovariklio tipas priklauso nuo taikymo reikalavimų - ar tai didelis sukimo momentas, nuolatinis sukimasis, linijinis judėjimas, ar ilgalaikis patikimumas.
