Серво мотор: Дефиниција принцип на работа и применување

Сервомотор: дефиниција, принцип на работа и применување

Клучни знаења:

Дефиниција на Сервомотор: Сервомотор е електрична мотор кој што овозможува точен контрол на аголната или линеарната позиција, брзина и момент користејќи систем со фидбек.

Системи за Контрола: Сервомоторот користи напредни системи за контрола како PID и неизвесна логика за прилагодување на движењето според входни и фидбек сигналите за оптимално функционирање.

Типови на Мотори: Постојат различни типови вклучувајќи AC и DC сервомотори, со подтипови како синхронски, асинхронски, јачест и без јачест, секој приспособен за специфични применувања.

Механизам за Фидбек: Ефективната употреба на сензори како потенциометри и енкодери помага во точен мониторинг и прилагодување на позицијата, брзината или моментот на моторот.

Увид во Применување: Сервомоторите се критични во области со висока прецизност како роботика, CNC машини и автоматизирано производство поради нивната способност да се справуваат со комплексни движења и задачи.

Сервомоторот е дефиниран како електрична мотор кој што овозможува точен контрол на аголната или линеарната позиција, брзина и момент. Состои од соодветен мотор поврзан со сензор за фидбек на позиција и контролер кој регулира движењето на моторот според желаната референтна точка.

Сервомоторите се неопходни во индустрии како роботика, CNC машини и автоматизирано производство поради нивната прецизност, брз одговор и гладко движење.

Во оваа статија ќе објасниме основната теорија на сервомоторите, како работат, како се контролираат и некои од нивните заеднички применувања.

Што е Сервомотор?

Увод во Сервомотор: Сервомоторот е електрична мотор кој што прилагодува својата позиција, брзина или момент во одговор на входни сигнали од контролер.

Зборот серво доаѓа од латинскиот збор servus, што значи слуга или раб. Ова одразува историската употреба на сервомоторите како помошни приводи кои помагаат на главниот приводен систем.

Меѓутоа, современиот сервомотор е способен да пружи висок перформанс и прецизност како главен привод во различни применувања.

Сервомоторот се состои од три главни компоненти:

Мотор: Ова може да биде DC мотор или AC мотор, зависно од изворот на енергија и барањата на примената. Моторот пружа механична енергија за ротација или движење на излезната оска.

Сензор: Ова може да биде потенциометар, енкодер, резолвер или друг уред кој мери позицијата, брзината или моментот на излезната оска и испраќа фидбек сигнал до контролерот.

Контролер: Ова може да биде аналого или дигитално коло којо ги споредува фидбек сигналите од сензорот со желаните референтни сигнали од надворешен извор (како компјутер или джойстик) и генерира контролни сигнали за прилагодување на напонот или токот на моторот.

Контролерот користи затворена фидбек система, прилагодувајќи движењето на моторот за да се совпаѓа со желаната референтна точка, одржувајќи строга точност.

Контролерот исто така може да имплементира различни алгоритми за контрола, како пропорционално-интегрално-деривативна (PID) контрола, неизвесна логика контрола, адаптивна контрола итн., за оптимизација на перформансата на сервомоторот.

Како Работи Сервомотор?

Основниот принцип на работа на сервомоторот вклучува контролерот кој ги прима два типа входни сигнали:

Сигнал за референтна точка: Овој е аналого или дигитален сигнал кој претставува желаната позиција, брзина или момент на излезната оска.

Фидбек сигнал: Овој е аналого или дигитален сигнал кој претставува актуелната позиција, брзина или момент на излезната оска мерена од сензорот.

Контролерот ги споредува овие два сигнала и пресметува сигнал за грешка кој претставува разликата помеѓу нив.

Сигналот за грешка потоа се процесира со алгоритам за контрола (како PID) кој генерира контролен сигнал кој одредува колку напон или ток треба да се применат на моторот.

Контролниот сигнал се испраќа до моќен усилувач (како H-мост) кој го конвертира во соодветен напон или ток за возење на моторот.

Моторот потоа ротира или се движи според контролниот сигнал, менувајќи својата позиција, брзина или момент, и испраќа нов фидбек сигнал до контролерот.

Процесот се повторува сѐ додека сигналот за грешка не стане нула или занемарлив, што значи дека излезната оска ја достигна желаната референтна точка.

Типови на Сервомотори

Сервомоторите може да се класифицираат во различни типови според изворот на енергија, конструкцијата, механизмот за фидбек и примената.

AC Сервомотори

AC сервомоторите се електрични мотори кои работат со алтернативен ток (AC). Имаат статор кој генерира ротирачко магнетно поле и ротор кој следи тоа поле.

AC сервомоторите, пуштени со алтернативен ток, имаат статор кој создава ротирачко магнетно поле, со ротор кој се синхронизира со тоа поле за ефикасна работа.

AC сервомоторите може да се поделат на два типа: синхронски и асинхронски.

Синхронските AC сервомотори имаат перманентен магнетен ротор кој ротира со иста брзина како статорското поле. Тие се повеќе ефикасни, прецизни и одговорни од асинхронските мотори, но бараат повеќе комплексен контролер и сензор за позиција.

Асинхронските AC сервомотори имаат намотен ротор кој индуцира ток и магнетно поле кој лагне зад статорското поле. Тие се поедноставни, евтини и поодложни од синхронските мотори, но имаат пониска ефикасност, точност и брзина.

AC сервомоторите се соодветни за применувања со висока моќ кои бараат висока брзина, момент и надежност. Често се користат во индустријски машини, роботика, CNC машини итн.

DC Сервомотори

DC сервомоторите се електрични мотори кои работат со прав ток (DC). Имаат перманентен магнетен статор кој генерира фиксно магнетно поле и намотен ротор кој ротира кога се применува ток.

DC сервомоторите може да се поделат на два типа: јачести и без јачести.

Јачестите DC сервомотори имаат комутатор и јачести кои го превртуваат правецот на токот во намотките на роторот. Тие се поедноставни, евтини и лесни за контрола, но имаат пониска ефикасност, временска трајност и брзина поради тркање и износ на јачестите.

Без јачестите DC сервомотори имаат електронски контролер кој го превртува правецот на токот во намотките на статорот. Тие се повеќе ефикасни, одложни и брзи од јачестите мотори, но бараат повеќе комплексен контролер и сензор за позиција.

DC сервомоторите се соодветни за применувања со ниска моќ кои бараат висока прецизност, одговорност и гладко движење. Често се користат во хоби проекти, играчки автомобили, CD/DVD плезери итн.

Линеарни Сервомотори

Линеарните сервомотори се електрични мотори кои произведуваат линеарно движење наместо ротација. Имаат стационарна дел наречен forcer или primary кој содржи намотки или магнети, и движење дел наречен platen или secondary кој содржи магнети или железни јдро.

Линеарните сервомотори може да се поделат на два типа: со железно јдро и без железно јдро.

Линеарните сервомотори со железно јдро имаат железни јдра во platen кои интерагираат со магнетното поле на forcer. Имаат висока густина на силата, жесткост и точност, но исто така имаат висока сила на когинг, тежина и генерирање на топлина.

Линеарните сервомотори без железно јдро немаат железни јдра во platen, само магнети. Имаат ниска сила на когинг, тежина и генерирање на топлина, но исто така имаат ниска густина на силата, жесткост и точност.

Линеарните сервомотори се соодветни за применувања кои бараат висока брзина, акселерација и прецизност на долг пат. Често се користат во производството на полупроводници, метрологија, лазерно резење итн.

Како да Контролирате Сервомотор?

Контролата на сервомотор зависи од типот на мотор, механизмот за фидбек и барањата на примената.

Обично, постојат два типа контролни сигнали кои може да се користат за контрола на сервомотор: аналого и дигитално.

Аналозните контролни сигнали се непрекинати напон или ток сигнали кои варираат пропорционално со желаната референтна точка. Обично се користат за прости или евтини сервосистеми кои не бараат висока точност или резолуција. На пример, потенциометар може да се користи за генерирање на аналозен контролен сигнал за хоби сервомотор.

Дигиталните контролни сигнали се дискретни импулси или битови кои претставуваат желаната референтна точка во кодирана форма. Обично се користат за комплексни или високо перформантни сервосистеми кои бараат висока точност, резолуција или комуникација. На пример, сигнал за широчина на импулс (PWM) може да се користи за генерирање на дигитален контролен сигнал за без јачест DC сервомотор.

Контролерот на сервомоторот може да биде или надворешен уред или интегрирана шема во моторот. Контролерот ги прима контролните сигнали од надворешен извор (како компјутер или джойстик), и фидбек сигналите од сензорот и генерира соодветни контролни сигнали за возење на моторот.

Контролерот исто така може да имплементира различни алгоритми за контрола за оптимизација на перформансата на сервомоторот. Некои од заедничките алгоритми за контрола се:

Пропорционално-интегрално-деривативна (PID) контрола: Ова е алгоритам за контрола базиран на фидбек кој прилагодува контролниот сигнал според пропорционалните, интегралните и деривативните термини на сигналот за грешка. Широко се користи за сервосистеми кои бараат брз и точен одговор.

Неизвесна логика контрола: Ова е алгоритам за контрола базиран на правила кој прилагодува контролниот сигнал според неизвесни множества и лингвистички променливи. Корисна е за сервосистеми кои се занимаваат со неизвесност или нелинеарности.

Адаптивна контрола: Ова е самонастројувачки алгоритам за контрола кој прилагодува контролните параметри според менетите услови на сервосистемот. Полезна е за сервосистеми кои се соочуваат со прекинувања или варијации.

Применувања на Сервомотори

Сервомоторите имаат широко применување во различни области и индустрии. Некои од заедничките применувања се:

Роботика: Сервомоторите се користат за доставување на точна движење и сила за роботски ракови, ноги, членови, грипери итн. Овозможуваат на роботите да извршуваат задачи како одбирање, поставување, сварување, собирање итн.

CNC машини: Сервомоторите се користат за возење на оските на CNC машини како тулури, млечари, рутери итн. Овозможуваат на CNC машините да извршуваат точни и комплексни операции како резење, сварување, гравирање итн.

Автоматизирано производство: Сервомоторите се користат за контрола на движењето и позицијата на различни компоненти и уреди во автоматизирани производствени системи, како конвејери, фидери, лоадери, анлоадери итн. Овозможуваат на автоматизираните производствени системи да постигнуваат висок производителност и квалитет.

Медицински уреди: Сервомоторите се користат за управување на различни медицински уреди и инструменти како роботски хирурши, сканери, помпи, вентилатори итн. Овозможуваат на медицинските уреди да извршуваат точни и сигурни операции и третмани.

Заклучок

Во оваа статија научивме за дефиницијата, принципот на работа, типовите, контролата и применувањето на сервомоторите.

Видеевме дека сервомоторите се електрични мотори кои овозможуваат точен контрол на аголната или линеарната позиција, брзина и момент. Состојат од мотор, сензор и контролер кои формираат затворен фидбек систем.