Servomootor: määratlus tööprintsiip ja rakendused

Servomootor: Määratlus, töötamise printsiip ja rakendused

Põhiline õppimine:

Servomootori määratlus: Servomootor on elektrimootor, mis võimaldab täpset kontrolli nurga- või lineaarse asendi, kiiruse ja momenti üle tagasiside süsteemi kasutamisel.

Juhtsüsteemid: Servomootor kasutab täpseks juhtimiseks tõhusaid juhtsüsteeme nagu PID ja sumbulloogika, et kohandada liikumist sisendi ja tagasiside signaalide vastavalt optimaalseks toimimiseks.

Mootorite tüübid: Eristatakse AC- ja DC-servomootoreid, mille alamtüübidena on sünkroon-, asünkroon-, silindrimagnet- ja silindrimagnetita mootorid, mõeldud erinevateks rakendusteks.

Tagasiside mehhanism: Täpne motori asendi, kiiruse või momenti jälgimine ja korrigeerimine saavutatakse sensorite, näiteks potentsioomeetrite ja kodeerijate efektiivse kasutamisega.

Rakenduste ülevaade: Servomootorid on olulised suure täpsuse rakendustes, nagu robotika, CNC-masinaid ja automaatne tootmine, kuna need suudavad hoolikalt haldurida keerukaid liikumisi ja ülesandeid.

Servomootor on defineeritud kui elektrimootor, mis võimaldab täpset kontrolli nurga- või lineaarse asendi, kiiruse ja momenti üle. See koosneb sobiva mootorist, mis on ühendatud sensoriga, mis annab tagasisidet asendi kohta, ja juhtimissüsteemist, mis reguleerib mootori liikumist soovitud seadepunkti järgi.

Servomootorid on olulised tegevusharusid nagu robotika, CNC-masinaid ja automaatne tootmine, kuna neil on suur täpsus, kiire reageering ja sileda liikumine.

Selles artiklis selgitame servomootorite põhiteooriat, nende töötamist, nende juhtimist ja nende levinumat kasutust.

Mis on servomootor?

Servomootori tutvustus: Servomootor on elektrimootor, mis kohandab oma asendit, kiirust või momenti juhtimissüsteemi sisendi vastavalt.

Tegelane "servo" tuleneb ladina keelest sõnast "servus", mis tähendab teenistaja või orj. See viitab servomootorite ajalikule kasutusele abimootoritena peamise juhtimissüsteemi ajuks.

Kuid modernsed servomootorid on võimelised andma suurt jõudlust ja täpsust erinevates rakendustes peamiste juhtimissüsteemina.

Servomootor koosneb kolmest peamisest osast:

Mootor: See võib olla DC-mootor või AC-mootor, sõltuvalt energialt ja rakenduse nõuetest. Mootor pakub mehaanilist jõudu väljundtelje pööramiseks või liigutamiseks.

Sensor: See võib olla potentsioomeeter, kodeerija, resolvent või muu seade, mis mõõdab väljundtelje asendit, kiirust või momenti ja saatke tagasisidet juhtimissüsteemile.

Juhtimissüsteem: See võib olla analoog- või digitaalsirkuit, mis võrdleb sensorist saadud tagasisidet soovitud seadepunkti signaalidega välist allikast (nt arvuti või joystick) ja genereerib juhtsignaale, et kohandada mootori pinget või voolu vastavalt.

Juhtimissüsteem kasutab suletud tsüklite tagasiside süsteemi, kohandades mootori liikumist, et see vastaks tihedalt soovitud seadepunktile, säilitades täpset kontrolli.

Juhtimissüsteem võib rakendada erinevaid juhtimisalgoritme, nagu proportionaal-integraal-derivaat (PID), sumbulloogika, kohanduv juhtimine jne, et optimiseerida servomootori toimimist.

Kuidas töötab servomootor?

Servomootori põhiline töötamise printsiip hõlmab juhtimissüsteemi kahe tüübi sisendi vastuvõtmist:

Seadepunkti signaal: See on analoog- või digitaalsignaal, mis esindab soovitud väljundtelje asendit, kiirust või momenti.

Tagasiside signaal: See on analoog- või digitaalsignaal, mis esindab tegelikku väljundtelje asendit, kiirust või momenti, mida mõõdetakse sensoriga.

Juhtimissüsteem võrdleb neid kahte signaali ja arvutab veasignaali, mis esindab nende vahe.

Veasignaal töödeldakse juhtimisalgoritmiga (nt PID), mis genereerib juhtsignaali, mis määrab, kui palju pinget või voolu tuleks mootorile anda.

Juhtsignaal saatetakse võimsusveramplifikaatorile (nt H-sild), mis teisendab selle sobivaks pingeks või vooluks mootori juhtimiseks.

Mootor pöörab või liigutab juhtsignaali vastavalt, muudab oma asendi, kiirust või momenti ja saatke uue tagasisidet juhtimissüsteemile.

Protsess kordub, kuni veasignaal muutub nulliks või ebatähtsaks, mis näitab, et väljundtelg on jõudnud soovitud seadepunkti.

Servomootorite tüübid

Servomootoreid saab klassifitseerida erinevate tüüpideks, sõltuvalt nende energiaallikast, konstruktsioonist, tagasiside mehhanismist ja rakendusest.

AC-servomootorid

AC-servomootorid on elektrimootorid, mis töötavad vahelduvvoolu (AC) varustusega. Neil on stator, mis loob pööreva magnetväli, ja rotor, mis jälgib seda välja.

AC-servomootorid, mis töötavad vahelduvvoolu (AC) varustusega, omavad statorit, mis loob pööreva magnetväli, ja rotori, mis sünkroniseerub sellega tõhusa toimimiseks.

AC-servomootorid saab jagada kaheks tüübiks: sünkroon- ja asünkroonmootorid.

Sünkroon-AC-servomootoridel on permaneentmagneetirotor, mis pöörab sama kiirusel nagu statori väli. Need on tõhusamad, täpsemad ja kiiremad kui asünkroonmootorid, kuid nende juhtimiseks on vaja keerulisemat juhtimissüsteemi ja asendi sensorit.

Asünkroon-AC-servomootoridel on kattetud rotor, mis induktseerib voolu ja magnetväli, mis jälgib statori välja. Need on lihtsamad, odavamad ja tugevamad kui sünkroonmootorid, kuid nende tõhusus, täpsus ja kiirus on madalamad.

AC-servomootorid on sobivad suure võimsuse rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt kiirust, momenti ja usaldusväärsust. Neid kasutatakse tavaliselt tööstusmasinates, robotikas, CNC-masinates jne.

DC-servomootorid

DC-servomootorid on elektrimootorid, mis töötavad pideva voolu (DC) varustusega. Neil on permaneentmagneetistator, mis loob fikseeritud magnetväli, ja kattetud rotor, mis pöörab, kui sellele antakse vool.

DC-servomootorid saab jagada kaheks tüübiks: silindrimagnet- ja silindrimagnetita mootorid.

Silindrimagnet-DC-servomootoridel on kommutaator ja silindrimagnetid, mis vahetavad voolu suunda rotorikatte sees. Need on lihtsad, odavad ja lihtsad juhtida, kuid nende tõhusus, eluiga ja kiirus on madalamad silindrimagnetide segase ja nõrku tõttu.

Silindrimagnetita-DC-servomootoridel on elektrooniline juhtimissüsteem, mis vahetab voolu suunda statori katte sees. Need on tõhusamad, kestlikumad ja kiiremad kui silindrimagnetmootorid, kuid nende juhtimiseks on vaja keerulisemat juhtimissüsteemi ja asendi sensorit.

DC-servomootorid on sobivad madala võimsuse rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt täpsust, kiiret reageerimist ja siledat liikumist. Neid kasutatakse tavaliselt hobimeeskondlikult, mänguauto- ja CD/DVD-mängijate jne.

Lineaar-servomootorid

Lineaar-servomootorid on elektrimootorid, mis toodavad lineaarset liikumist mitte pööreva. Neil on paigutatud osa, mida nimetatakse forseriks või primaarseks, mis sisaldab katte või magneete, ja liigutatav osa, mida nimetatakse plaatina või sekundaarseks, mis sisaldab magneete või raudkappe.

Lineaar-servomootorid saab jagada kaheks tüübiks: raudkappelineaar- ja raudeta lineaar-servomootorid.

Raudkappelineaar-servomootoridel on plaatina raudkapped, mis interakteeruvad forseri magnetväliga. Need omavad suurt jõudlusestihet, kõrgust ja täpsust, kuid ka kõrgemat korgust, kaalu ja soojust.

Raudeta lineaar-servomootoridel ei ole plaatinal raudkappeid, vaid ainult magneete. Need omavad madalat korgust, kaalu ja soojust, kuid ka madalamat jõudlusestihet, kõrgust ja täpsust.

Lineaar-servomootorid on sobivad rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt kiirust, kiirendust ja täpsust pikadel kaugustel. Neid kasutatakse tavaliselt semikontakttootmise, metrologiaga, lazerlõigamisel jne.

Kuidas juhtida servomootorit?

Servomootori juhtimine sõltub mootori tüübist, tagasiside mehhanismist ja rakenduse nõuetest.

Üldiselt on kaks tüüpi juhtsignale, mida saab kasutada servomootori juhtimiseks: analoog- ja digitaalsignaalid.

Analoogjuhtsignaalid on pidevad pingesignaalid, mis muutuvad proportsionaalselt soovitud seadepunktiga. Need kasutatakse tavaliselt lihtsate või odavate servosüsteemide jaoks, mis ei nõua suurt täpsust või resolutsiooni. Näiteks võib potentsioomeetri kasutada analoogjuhtsignaali genereerimiseks hobimeeskondliku servomootori jaoks.

Digitaaljuhtsignaalid on diskreetpidinad või bittide signaalid, mis esindavad soovitud seadepunkti kodeeritud kujul. Need kasutatakse tavaliselt keerukate või kõrgetehniliste servosüsteemide jaoks, mis nõuavad suurt täpsust, resolutsiooni või kommunikatsiooni. Näiteks võib pulskide laiuse modulatsiooni (PWM) signaali kasutada digitaaljuhtsignaali genereerimiseks silindrimagnetita-DC-servomootori jaoks.

Servomootori juhtimissüsteem võib olla kas väline seade või integreeritud sirkuut mootoris. Juhtimissüsteem vastab juhtsignaalidele välist allikast (nt arvuti või joystick) ja tagasisidetelt sensorist, genereerides sobivad juhtsignaalid mootori juhtimiseks.

Juhtimissüsteem võib rakendada erinevaid juhtimisalgoritme, et optimiseerida servomootori toimimist. Mõned tavalised juhtimisalgoritmid on:

Proportionaal-integraal-derivaat (PID) juhtimine: See on tagasiside-põhine juhtimisalgoritm, mis kohandab juhtsignaali vastavalt veasignaali proportsionaal-, integraal- ja derivaattermidele. Seda laialdaselt kasutatakse servosüsteemides, mis nõuavad kiiret ja täpset reageerimist.

Sumbulloogika juhtimine: See on reeglipõhine juhtimisalgoritm, mis kohandab juhtsignaali sumbulsete hulkade ja lingvistiliste muutujate vastavalt. See on kasulik servosüsteemide jaoks, mis tegelevad ebakindlustega või mittelineaarsusega.

Kohanduv juhtimine: See on end-kohanduv juhtimisalgoritm, mis kohandab juhtparameetreid servosüsteemi muutuvate tingimuste vastavalt. See on kasulik servosüsteemide jaoks, kes kohtuvad häiretega või variatsioonidega.

Servomootorite rakendused

Servomootorid omavad laia rakendusalade valikut erinevates valdkondades ja tegevusharudes. Mõned tavalised rakendused on:

Robotika: Servomootorid kasutatakse robotide käte, jalgu, liitlusi, kinnitajaid jms täpse liikumise ja jõu andmiseks. Need võimaldavad robotidel täita ülesandeid, nagu võtmine, paigutamine, lämmastamine, monteerimine jne.

CNC-masinaid: Servomootorid kasutatakse CNC-masinade telgede juhtimiseks, nagu tornid, fraasi, fräsid jne. Need võimaldavad CNC-masinadel täita täpseid ja keerulisi töötlusoperatsioone, nagu lõikamine, drillimine, graveerimine jne.

Automaatne tootmine: Servomootorid kasutatakse automaatsete tootmissüsteemide erinevate komponentide ja seadmete liikumise ja asendi kontrollimiseks, nagu vedajad, laadid, laadi- ja laadimisautomaadid jne. Need võimaldavad automaatsetel tootmissüsteemidel saavutada kõrget produktiivsust ja kvaliteeti.

Meditsiiniline varustus: Servomootorid kasutatakse erinevate meditsiiniliste seadmete ja instrumentide operatsioonimiseks, nagu kirurgilised robotid, skannerid, pompid, ventilatoorid jne. Need võimaldavad meditsiinilisel varustusel täita täpseid ja ohutuid operatsioone ja ravimeetodeid.

Järeldus

Selles artiklis uurisime servomootorite määratlust, töötamise printsiipi, tüübe, juhtimist ja rakendusi.

Vaatasime, et servomootorid on elektrimootorid, mis võimaldavad täpset kontrolli nurga- või lineaarse asendi, kiiruse ja momenti üle. Nad koosnevad mootorist, sensorist ja juhtimissüsteemist, mis moodustavad suletud tsüklite tagasiside süsteemi.

Vaatasime ka, et servomootorid saavad klassifitseerida erinevate tüüpideks, sõltuvalt nende energiaallikast, konstruktsioonist, tagasiside mehhanismist ja rakendusest. Mõned tavalised tüübid on AC-servomootorid, DC-servomootorid ja lineaar-servomootorid.

Vaatasime ka, et servomootorid saavad juhtida kas analoog- või digitaalsignalite kaudu, mis esindavad soovitud seadepunkti. Juhtimissüsteem võib rakendada erinevaid juhtimisalgoritme, et optimiseerida servomootori toimimist.

Vaatasime ka, et servomootorid omavad laia rakendusalade valikut erinevates valdkondades ja tegevusharudes, nagu robotika, CNC-masinaid, automaatne tootmine, meditsiiniline varustus jne.

Loodame, et see artikkel