מנוע סרבו: הגדרה עקרון פעולה ויישומים

מנוע סרוו: הגדרה, עקרון פעולה ומשימות

נקודות למידה עיקריות:

הגדרת מנוע הסרוו: מנוע סרוו מוגדר כמנוע חשמלי המספק שליטה מדויקת בזווית או במיקום ישר, במהירות ובמומנט באמצעות מערכת משוב.

מערכות שליטה: מנוע הסרוו משתמש במערכות שליטה מתקדמות כמו PID ולוגיקה עמומה כדי להתאים את התנועה לפי אותות קלט ומשוב עבור ביצוע אופטימלי.

etypes of Motors: קיימים סוגים שונים של מנועי סרוו, כולל מנועי סרוו בתאורה חילופית ומתח קבוע, עם תת-סוגים כמו סינכרוניים, א-סינכרוניים, עם מברשת ומבלי מברשת, כל אחד מתוכנן לשימושים ספציפיים.

กลไก משוב: שימוש יעיל חיישנים כמו פוטנציאומטרים ואנקוררים עוזר בהגדרה ובהתאמה מדויקת של מיקומי המנוע, מהירויות או מומנטים.

תובנה על יישומים: מנועי סרוו הם קריטיים בשדות של רמת דיוק גבוהה כמו רובוטיקה, מכונות CNC ויצור אוטומטי בשל יכולתם להתמודד עם תנועות ומשימות מורכבות.

מנוע סרוו מוגדר כמנוע חשמלי המאפשר שליטה מדויקת במיקום זוויתי או ישר, במהירות ובמומנט. הוא מורכב ממנוע מתאים מחובר לחושך למיקום משוב ו@Controller שמשתלט על תנועת המנוע בהתאם לנקודת מטרה מבוקשת.

מנועי סרוו הם הכרחיים בתעשיות כמו רובוטיקה, מכונות CNC ויצור אוטומטי בשל הדיוק שלהם, היענות מהירה ותנועה חלקה.

במאמר זה, נסביר את התאוריה הבסיסית של מנועי סרוו, איך הם פועלים, איך הם משלטים בהם, ומהם חלק מהיישומים הנפוצים שלהם.

מהו מנוע סרוו?

הצגת מנוע הסרוו: מנוע סרוו הוא מנוע חשמלי המותאם למיקום, מהירות או מומנט בתגובה לקלטים מה@Controller.

המונח סרוו בא מהמילה הלטינית servus, שמשמעותה עבד או עבד. זה משקף את השימוש ההיסטורי במנועי סרוו כמונעים עזר המשלבים את מערכת המונע הראשית.

עם זאת, מנועי סרוו מודרניים מסוגלים לספק ביצועים גבוהים ודיוק כמונעים ראשיים ביישומים שונים.

מנוע סרוו מורכב משלושה רכיבים עיקריים:

מנוע: ניתן להשתמש במנוע DC או AC בהתאם למקור החשמל והדרישות של היישום. המנוע מספק את הכוח המכני לסיבוב או תנועת ציר הפלט.

חושך: זהו יכול להיות פוטנציאומטר, אנקורר, רזולבר או מכשיר אחר המדד את מיקומו, מהירותו או מומנטו של ציר הפלט ושולח אותות משוב אל ה@Controller.

@Controller: זהו יכול להיות מעגל אנלוגי או דיגיטלי השווה בין אותות המשוב מהחושך לאותות הנקודה המטרה מבוקשת מאיזור חיצוני (כמו מחשב או ג'וייסטיק) ויוצר אותות שליטה לתיקון מתח או זרם המנוע בהתאם.

@Controller משתמש במערכת משוב סגורה, מתאים את תנועת המנוע כדי להתאים באופן הדוק לנקודת המטרה המבוקשת, תוך שמירה על דיוק מוחלט.

@Controller יכול גם ליישם אלגוריתמים שליטה שונים, כגון שליטה פרופורציונלית-אינטגרלית-דיפרנציאלית (PID), לוגיקה עמומה, שליטה אדפטיבית וכדומה, כדי להפוך את ביצועי מנוע הסרוו לאופטימליים.

איך עובד מנוע סרוו?

העקרון הבסיסי של פעולת מנוע הסרוו כולל את ה@Controller מקבל שני סוגי אותות קלט:

אות נקודת מטרה: זהו אות אנלוגי או דיגיטלי המייצג את המיקום, המהירות או המומנט המבוקש של ציר הפלט.

אות משוב: זהו אות אנלוגי או דיגיטלי המייצג את המיקום, המהירות או המומנט האמיתי של ציר הפלט שנמדד על ידי החושך.

@Controller משווה בין שני האותות הללו ומחשב אות שגיאה המייצג את ההבדל ביניהם.

אות השגיאה מטופל על ידי אלגוריתם שליטה (כמו PID) שיוצר אות שליטה המגדיר כמה מתח או זרם צריך להישלח לכיוון המנוע.

אות השליטה נשלח למגבר כוח (כמו H-bridge) הממיר אותו לרמה מתאימה של מתח או זרם להנעה של המנוע.

המנוע מסתובב או נע בהתאם לאות השליטה ושונה את מיקומו, מהירותו או מומנטו, ושולח אות משוב חדש ל@controller.

התהליך חוזר עד שאות השגיאה הופך לאפס או זניח, מה שמציין כי ציר הפלט הגיע לנקודת המטרה המבוקשת.

etypes of Servo Motors

מנועי סרוו יכולים להיות מסווגים לסוגים שונים בהתאם למקור החשמל, לבנייה, לกลไק משוב ולמשימה.

מנועי סרוו בתאורה חילופית

מנועי סרוו בתאורה חילופית הם מנועים חשמליים המפעילים על תאורה חילופית (AC). יש להם סטטור שמייצר שדה מגנטי מסתובב ורוטור שמתאים לשדה.

מנועי סרוו בתאורה חילופית, המופעלים בתאורה חילופית, כוללים סטטור שמייצר שדה מגנטי מסתובב, ברוטור שמתאים לשדה זה עבור פעולה יעילה.

מנועי סרוו בתאורה חילופית יכולים להיות מחלקים לשני סוגים: סינכרוניים וא-סינכרוניים.

מנועי סרוו בתאורה חילופית סינכרוניים יש להם רוטור מגנט קבע שמסתובב במהירות זהה לשדה הסטטור. הם יותר יעילים, מדוייקים ורגישים מאשר מנועים א-סינכרוניים, אך דורשים@Controller יותר מורכב וחושך מיקום.

מנועי סרוו בתאורה חילופית א-סינכרוניים יש להם רוטור מעוקל שמחולל זרם ושדה מגנטי שמתאחר אחרי שדה הסטטור. הם פשוטים, זולים וחזקים יותר מאשר מנועים סינכרוניים, אך יש להם יעילות נמוכה, דיוק מהירות נמוכים.

מנועי סרוו בתאורה חילופית מתאימים ליישומים בעוצמה גבוהה שדורשים מהירות, מומנט ואמינות גבוהים. הם נמצאים בשימוש נפוץ במכונות תעשייתיות, רובוטיקה, מכונות CNC וכדומה.

מנועי סרוו במתח קבוע

מנועי סרוו במתח קבוע הם מנועים חשמליים המפעילים במתח קבוע (DC). יש להם סטטור מגנט קבע שמייצר שדה מגנטי קבוע ורוטור מעוקל שמסתובב כאשר מתח מופעל.

מנועי סרוו במתח קבוע יכולים להיות מחלקים לשני סוגים: עם מברשת ומבלי מברשת.

מנועי סרוו במתח קבוע עם מברשת יש להם קומוטטור ומברשות שמשתלטות על כיוון המתח במעוקלי הרוטור. הם פשוטים, זולים וקלים לשליטה, אך יש להם יעילות נמוכה, חיי שימוש מהירים ומהירות נמוכה עקב חיכוך ולבישת המברשות.

מנועי סרוו במתח קבוע מבלי מברשת יש להם@Controller אלקטרוני שמשתלט על כיוון המתח במעוקלי הסטטור. הם יעילים, חזקים ומהירים יותר מאשר מנועים עם מברשת, אך דורשים@Controller יותר מתקדם וחושך מיקום.

מנועי סרוו במתח קבוע מתאימים ליישומים בעוצמה נמוכה שדורשים דיוק גבוה, רגישות מהירה ותנועה חלקה. הם נמצאים בשימוש נפוץ בפרוייקטים להט, מכוניות צעצוע, שחקנים CD/DVD וכדומה.

מנועי סרוו ליניאריים

מנועי סרוו ליניאריים הם מנועים חשמליים שמייצרים תנועה ליניארית במקום תנועה מסתובבת. יש להם חלק נייח שנקרא פורסר או ראשוני שמכיל מעגלים או מגנטים, וחלק נייד שנקרא פלטן או משני שמכיל מגנטים או ליבות ברזל.

מנועי סרוו ליניאריים יכולים להיות מחלקים לשני סוגים: עם ליבה ברזל ומבלי ליבה ברזל.

מנועי סרוו ליניאריים עם ליבה ברזל יש להם ליבות ברזל בפלטן שמתפעלים עם שדה המגנט של הפורסר. יש להם צפיפות כוח גבוהה, קשיחות ודיוק גבוה, אך יש להם כוח מגן גבוה, משקל ויצירת חום גבוהה.

מנועי סרוו ליניאריים מבלי ליבה ברזל אין להם ליבות ברזל בפלטן, רק מגנטים. יש להם כוח מגן נמוך, משקל ויצירת חום נמוכה, אך יש להם צפיפות כוח נמוכה, קשיחות ודיוק נמוך.

מנועי סרוו ליניאריים מתאימים ליישומים שדורשים מהירות גבוהה, תאוצה ודיוק לאורך מרחקים ארוכים. הם נמצאים בשימוש נפוץ בייצור מוליכים למחצה, מדידה, חיתוך לייזר וכדומה.

איך לשלוט במנוע סרוו?

השליטה במנוע סרוו תלויה בסוג המנוע, בกลไק המשוב ובדרישות היישום.

בכללי, ישנם שני סוגי אותות שליטה שיכולים לשמש לשליטה במנוע סרוו: אנלוגיים ו디יגיטליים.

אותות שליטה אנלוגיים הם אותות מתח או זרם רציפים המשתנים באופן פרופורציונלי לנקודת המטרה המבוקשת. הם בדרך כלל משמשים למערכות סרוו פשוטות או זולות שלא דורשות דיוק גבוה או פתרון. למשל, פוטנציאומטר יכול לשמש לייצור אות שליטה אנלוגי עבור מנוע סרוו להט.

אותות שליטה דיגיטליים הם פולסים או ביטים בדידים המייצגים את נקודת המטרה המבוקשת בצורה מקודדת. הם בדרך כלל משמשים למערכות סרוו מורכבות או בעלות ביצועים גבוהים שדורשות דיוק גבוה, פתרון או תקשורת. למשל, אות מודולציה רוחב פולס (PWM) יכול לשמש לייצור אות שליטה דיגיטלי עבור מנוע סרוו במתח קבוע מבלי מברשת.

@Controller של מנוע סרוו יכול להיות מכשיר חיצוני או מעגל משולב בתוך המנוע. @Controller מקבל את אותות השליטה מאזור חיצוני (כמו מחשב או ג'וייסטיק), ואת אותות המשוב מהחושך ויוצר את אותות השליטה המתאימים להנעה של המנוע.

@Controller יכול גם ליישם אלגוריתמים שונים שליטה כדי להפוך את ביצועי מנוע הסרוו לאופטימליים. חלק מהאלגוריתמים הנפוצים הם:

שליטה פרופורציונלית-אינטגרלית-דיפרנציאלית (PID): זהו אלגוריתם שליטה מבוסס משוב שמשתלט על אות השליטה בהתאם לרכיבים הפרופורציונליים, האינטגרליים והדיפרנציאליים של אות השגיאה. הוא נפוץ למערכות סרוו שדורשות תגובה מהירה ומדוייקת.

שליטה לוגיקה עמומה: זהו אלגוריתם שליטה מבוסס חוקים שמשתלט על אות השליטה בהתאם לקבוצות עמומות ומשתנים לשוניים. הוא שימושי למערכות סרוו שמתמודדות עם אי-וודאות או לא-ליניאריות.

שליטה אדפטיבית: זהו אלגוריתם שליטה עצמאי שמשתלט על פרמטרי השליטה בהתאם לתנאים המשתנים של מערכת הסרוו. הוא מועיל למערכות סרוו שמתמודדות עם הפרעות או שינויים.

יישומים של מנועי סרוו

מנועי סרוו יש להם טווח רחב של יישומים בתחומי ותעשייה שונים. חלק מהיישומים הנפוצים הם:

רובוטיקה: מנועי סרוו משמשים לספק תנועה ומומנט מדוייקים עבור זרועות, רגליים, קשרים, מלקחים ועוד של רובוטים. הם מאפשרים לרובוטים לבצע משימות כגון איסוף, הנחה, ריתוך, אסSEMBLY ועוד.

מכונות CNC: מנועי סרוו משמשים להניע הצירים של מכונות CNC כגון טורניות, מחרטות, רוטרים ועוד. הם מאפשרים למכונות CNC לבצע פעולות מיון וächst_COMPLEXNESS כגון חיתוך, חור, חיתוך ועוד.

יצירה אוטומטית: מנועי סרוו משמשים לשלוט בתנועה ומיקום של מרכיבים ומכשירים שונים במערכות יצירה אוטומטיות, כגון מובילות, מזינים, מטענים, מוציאים ועוד. הם מאפשרים למערכות יצירה אוטומטיות להשיג יציבות גבוהה ואיכות.

ציוד רפואי: מנועי סרוו משמשים להפעלת מכשירים ומכשירים רפואיים שונים כגון רובוטים ניתוחיים, סקאנרים, משאבות, מזערנים ועוד. הם מאפשרים לציוד הרפואי לבצע פעולות וטיפולים מדוייקים ובטוחים.

סיכום

במאמר זה, למדנו על ההגדרה, העקרון של פעולה, הסוגים, השליטה ויישומי מנועי סרוו.

ראינו שמנועי סרוו הם מנועים חשמליים המאפשרים שליטה מדויקת במיקום זוויתי או ישר, במהירות ובמומנט. הם מורכבים ממנוע, חושך ו@Controller שמקבלים מערכת משוב סגורה.

ראינו גם שמנועי סרוו יכולים להיות מסווגים לסוגים שונים בהתאם למקור החשמל, לבנייה, לกลไק משוב ולמשימה. חלק מהסוגים הנפוצים הם מנועי סרוו בתאורה חילופית, מנועי סרוו במתח קבוע ומנועי סרוו ליניאריים.

ראינו גם שמנועי סרוו יכולים להיות בשליטה על ידי אותות אנלוגיים או דיגיטליים המייצגים את נקודת המטרה המבוקשת. @Controller יכול גם ליישם אלגוריתמים שונים שליטה כדי להפוך את ביצועי מנוע הסרוו לאופטימליים.

ראינו גם שמנועי סרוו יש להם טווח רחב של יישומים בתחומי ותעשייה שונים, כגון רובוטיקה, מכונות CNC, יצירה אוטומטית, ציוד רפואי ועוד.

נ надеемся, что эта статья была информативной и полезной для вас. Если у вас есть какие-либо вопросы или комментарии, пожалуйста, поделитесь ими с нами. Спасибо за чтение!