Servomotor: Definicija princip rada i primjene

Servomotor: Definicija, načelo rada i primjene

Ključni učinci:

Definicija servomotora: Servomotor se definira kao električni motor koji pruža točnu kontrolu kutne ili linearnog položaja, brzine i momenta korištenjem sustava povratne informacije.

Sustavi kontrole: Servomotor koristi napredne sustave kontrole poput PID-a i neizrazite logike kako bi prilagodio pokret prema ulaznim i povratnim signalima za optimalno performanse.

Vrste motora: Različite vrste uključuju AC i DC servomotore, s podvrstama poput sinkronih, asinkronih, štapičnih i bezštapičnih, svaki prilagođen specifičnim primjenama.

Mehanizam povratne informacije: Efektivna uporaba senzora poput potenciometara i enkoderi pomaže u točnom praćenju i prilagodbi položaja motora, brzine ili momenata.

Uvid u primjene: Servomotori su ključni u visoko preciznim područjima poput robotike, CNC strojeva i automatiziranog proizvodnje zbog svoje sposobnosti upravljanja složenim pokretima i zadatacima.

Servomotor se definira kao električni motor koji omogućuje točnu kontrolu kutnog ili linearnog položaja, brzine i momenta. Sastoji se od prikladnog motora spojenog sa senzorom za povratnu informaciju o položaju i kontrolerom koji regulira pokret motora prema željenom referentnom točki.

Servomotori su nužni u industrijskim područjima poput robotike, CNC opreme i automatizirane proizvodnje zbog njihove preciznosti, brze reakcije i gladkog pokreta.

U ovom članku objasniti ćemo osnovnu teoriju servomotora, kako funkcioniraju, kako se kontroliraju i kakve su neke od njihovih uobičajenih primjena.

Što je servomotor?

Uvod u servomotor: Servomotor je električni motor koji prilagođava svoj položaj, brzinu ili moment u odgovoru na ulaze kontrolera.

Riječ servus potječe od latinske riječi servus, što znači službenik ili roblin. To odražava povijesnu upotrebu servomotora kao pomoćnih pogona koji pomažu glavnom pogonskom sustavu.

Međutim, moderni servomotori su sposobni pružati visoku performansu i preciznost kao glavni pogoni u različitim primjenama.

Servomotor sastoji se od tri glavne komponente:

Motor: Ovo može biti DC motor ili AC motor, ovisno o izvoru struje i zahtjevima primjene. Motor pruža mehaničku snagu za rotaciju ili pokret izlaznog vratila.

Senzor: Ovo može biti potenciometar, enkoder, resolver ili drugo uređaj koje mjeri položaj, brzinu ili moment izlaznog vratila i šalje povratne signale kontroleru.

Kontroler: Ovo može biti analogni ili digitalni krug koji uspoređuje povratne signale sa senzora s željenim referentnim signalima iz vanjskog izvora (poput računala ili joysticka) i generira kontrolne signale kako bi prilagodio napon ili struju motora.

Kontroler koristi zatvoreni krug povratne informacije, prilagođavajući pokret motora kako bi se dobro podudarao s željenom referentnom točkom, održavajući strogu preciznost.

Kontroler također može implementirati različite algoritme kontrole, poput proporcionalno-integralno-derivacijske (PID) kontrole, neizrazite logike, adaptivne kontrole itd., kako bi optimizirao performanse servomotora.

Kako radi servomotor?

Osnovni način rada servomotora uključuje da kontroler prima dva tipa ulaznih signala:

Referentni signal: Ovo je analogni ili digitalni signal koji predstavlja željeni položaj, brzinu ili moment izlaznog vratila.

Povratni signal: Ovo je analogni ili digitalni signal koji predstavlja stvarni položaj, brzinu ili moment izlaznog vratila mjereni senzorom.

Kontroler uspoređuje ova dva signala i izračunava signal greške koji predstavlja razliku između njih.

Signal greške tada se obrađuje algoritmom kontrole (poput PID-a) koji generira kontrolni signal koji određuje koliko napona ili struje treba primijeniti na motor.

Kontrolni signal se šalje pojačavajućem uređaju (poput H-mosta) koji ga pretvara u odgovarajući napon ili struja za pogon motora.

Motor tada rotira ili se pomiče prema kontrolnom signalu, mijenja svoj položaj, brzinu ili moment i šalje novi povratni signal kontroleru.

Proces se ponavlja dok signal greške ne postane nula ili zanemarljivo mali, što ukazuje da izlazno vratilo doseglo željenu referentnu točku.

Vrste servomotora

Servomotori mogu se klasificirati na različite vrste temeljeno na izvoru energije, konstrukciji, mehanizmu povratne informacije i primjeni.

AC servomotori

AC servomotori su električni motori koji rade na izmjeničnoj strujama (AC). Imaju statorku koja generira rotirajuće magnetno polje i rotor koji prati to polje.

AC servomotori, pogonjeni izmjeničnom strujom, imaju statorku koja stvara rotirajuće magnetno polje, a rotor se sinhronizira s tim poljem za učinkovitu radnju.

AC servomotori se mogu dalje podijeliti u dvije vrste: sinkroni i asinkroni.

Sinkroni AC servomotori imaju rotor s trajnim magnetom koji rotira istom brzinom kao statorka. Oni su učinkovitiji, precizniji i brži od asinkronih motora, ali zahtijevaju složeniji kontroler i senzor položaja.

Asinkroni AC servomotori imaju navijen rotor koji induciranjem struje i magnetnog polja lagano slijedi statorka. Oni su jednostavniji, jeftiniji i otporniji od sinkronih motora, ali imaju nižu učinkovitost, preciznost i brzinu.

AC servomotori su prikladni za primjene visokog snaga koje zahtijevaju visoku brzinu, moment i pouzdanost. Često se koriste u industrijskim strojevima, robotici, CNC strojevima itd.

DC servomotori

DC servomotori su električni motori koji rade na jednosmjernoj strujama (DC). Imaju statorku s trajnim magnetom koja generira fiksno magnetno polje i navijen rotor koji rotira kada se primijeni struja.

DC servomotori se mogu dalje podijeliti u dvije vrste: štapične i bezštapične.

Štapični DC servomotori imaju komutator i štapiće koji mijenjaju smjer struje u navijanjima rotora. Oni su jednostavni, jeftini i lako kontrolirani, ali imaju nižu učinkovitost, vijek trajanja i brzinu zbog trenja i ispitevanja štapića.

Bezštapični DC servomotori imaju elektronički kontroler koji mijenja smjer struje u navijanjima statore. Oni su učinkovitiji, izdržljiviji i brži od štapičnih motora, ali zahtijevaju složeniji kontroler i senzor položaja.

DC servomotori su prikladni za primjene niske snage koje zahtijevaju visoku preciznost, brzu reakciju i gladak pokret. Često se koriste u hobi projektima, igračkim automobilima, CD/DVD reproduktorima itd.

Linearni servomotori

Linearni servomotori su električni motori koji proizvode linearni pokret umjesto rotacijskog. Imaju statični dio zvan forsir ili primarni koji sadrži navijanja ili magnete, i pokretni dio zvan platen ili sekundarni koji sadrži magnete ili gvozdene jezgre.

Linearni servomotori se mogu dalje podijeliti u dvije vrste: s gvozdenom jezgrom i bez gvozdenog jezgra.

Linearni servomotori s gvozdenom jezgrom imaju gvozdena jezgra u platenu koja interagiraju s magnetnim poljem forsira. Imaju visoku gustoću sile, čvrstoću i preciznost, ali imaju i visoku cogging silu, masu i toplinsko generiranje.

Linearni servomotori bez gvozdenog jezgra nemaju gvozdena jezgra u platenu, samo magnete. Imaju nisku cogging silu, masu i toplinsko generiranje, ali imaju i nisku gustoću sile, čvrstoću i preciznost.

Linearni servomotori su prikladni za primjene koje zahtijevaju visoku brzinu, akceleraciju i preciznost na duge udaljenosti. Često se koriste u proizvodnji poluprovodnika, metrologiji, laser nom rezanju itd.

Kako kontrolirati servomotor?

Kontrola servomotora ovisi o vrsti motora, mehanizmu povratne informacije i zahtjevima primjene.

Općenito, postoje dva tipa kontrolnih signala koji se mogu koristiti za kontrolu servomotora: analogni i digitalni.

Analogni kontrolni signali su neprekidni signali napona ili struje koji variraju proporcionalno s željenom referentnom točkom. Obično se koriste za jednostavne ili niske cijene servosustave koji ne zahtijevaju visoku preciznost ili rezoluciju. Na primjer, potenciometar se može koristiti za generiranje analognog kontrolnog signala za hobi servomotor.

Digitalni kontrolni signali su diskretni pulsovi ili bitovi koji predstavljaju željenu referentnu točku u kodiranom obliku. Obično se koriste za složene ili visoko performantne servosustave koji zahtijevaju visoku preciznost, rezoluciju ili komunikaciju. Na primjer, širina impulsne modulacije (PWM) se može koristiti za generiranje digitalnog kontrolnog signala za bezštapični DC servomotor.

Kontroler servomotora može biti vanjski uređaj ili integrirani krug unutar motora. Kontroler prima kontrolne signale iz vanjskog izvora (poput računala ili joysticka), i povratne signale sa senzora, te generira odgovarajuće kontrolne signale za pogon motora.

Kontroler također može implementirati različite algoritme kontrole kako bi optimizirao performanse servomotora. Neki od uobičajenih algoritama kontrole su:

Proporcionalno-integralno-derivacijska (PID) kontrola: Ovo je povratna informacija bazirana kontrola koja prilagođava kontrolni signal na temelju proporcionalnih, integralnih i derivacijskih članova signala greške. Široko se koristi u servosustavima koji zahtijevaju brzu i točnu reakciju.

Neizrazita logika: Ovo je pravilo-bazirana kontrola koja prilagođava kontrolni signal na temelju neizrazitih skupova i lingvističkih varijabli. Korisna je u servosustavima koji se bave neizvesnošću ili nelinearnošću.

Adaptivna kontrola: Ovo je samopodesavanje kontrola koja prilagođava kontrolne parametre na temelju mijenjajućih uvjeta servosustava. Korisna je u servosustavima koji su izloženi perturbacijama ili varijacijama.

Primjene servomotora

Servomotori imaju širok spektar primjena u različitim područjima i industrijskim sektorima. Neke od uobičajenih primjena su:

Robotika: Servomotori se koriste za pružanje točnog pokreta i sile za robote ramena, noge, zglobove, gripperse itd. Omogućuju robotima da izvršavaju zadatke poput hvatanja, postavljanja, zavarivanja, montaže itd.

CNC oprema: Servomotori se koriste za pogon osi CNC strojeva poput tornja, frizera, routeri itd. Omogućuju CNC strojevima da izvršavaju točne i složene obradne operacije poput rezanja, bušenja, graviranja itd.

Automatizirana proizvodnja: Servomotori se koriste za kontrolu pokreta i položaja različitih komponenti i uređaja u automatiziranim proizvodnim sustavima, poput transportnih traka, feedera, punjaca, ispunjaca itd. Omogućuju automatiziranim proizvodnim sustavima dostići visoku produktivnost i kvalitetu.

Medicinska oprema: Servomotori se koriste za upravljanje različitim medicinskim uređajima i instrumentima poput hirurških robota, skenera, pumpi, ventilatora itd. Omogućuju medicinsku opremu da izvršava točne i sigurne operacije i tretmane.

Zaključak

U ovom članku naučili smo o definiciji, načelu rada, vrstama, kontroli i primjenama servomotora.

Vidjeli smo da su servomotori električni motori koji omogućuju točnu kontrolu kutnog ili linearnog položaja, brzine i momenta. Sastoje se od motora, senzora i kontrolera koji formiraju zatvoreni krug povratne informacije.

Također smo vidjeli da se servomotori mogu klasificirati na različite vrste temeljeno na izvoru energije, konstrukciji, mehanizmu povratne informacije i primjeni. Neke od uobičajenih vrsta su AC servomotori, DC servomotori i linearni servomotori.

Također smo vidjeli da se servomotori mogu kontrolirati analognim ili digitalnim signalima koji predstavljaju željenu referentnu točku. Kontroler također može implementirati različite algoritme kontrole kako bi optimizirao performanse servomotora.

Također smo vidjeli da servomotori imaju širok spektar primjena u različitim područjima i industrijskim sektorima, poput robotike, CNC opreme, automatizirane proizvodnje, medicinske opreme itd.

Nadam se da je ovaj članak bio informativan i koristan za vas. Ako imate bilo kakvih pitanja ili komentara, slobodno ih podelite s nama. Hvala vam na čitanju!