Servomotor: Definicija delovanja in uporabe

Servomotor: Definicija, načelo delovanja in uporaba

Ključne ugotovitve:

Definicija servomotora: Servomotor je električni motor, ki omogoča natančno krmiljenje kotne ali linearni legi, hitrosti in vrtljivosti z uporabo sistem zank povratne informacije.

Krmilni sistemi: Servomotor uporablja napredne krmilne sisteme, kot so PID in neodločna logika, za prilagajanje gibanja glede na vhodne in povratne signale za optimalno delovanje.

Vrste motorjev: Različne vrste vključujejo AC in DC servomotorje, s podvrstami, kot so sinhronni, asinhronni, s četkami in brez četk, vsaka prilagojena specifičnim uporabam.

Mehanizem povratne informacije: Učinkova uporaba senzorjev, kot so potenciometerji in kodirniki, pomaga pri natančnem spremljanju in prilagajanju leg motorja, hitrosti ali vrtljivosti.

Uvid v uporabe: Servomotorji so ključni v visoko natančnih področjih, kot so robotika, CNC stroji in avtomatizirano proizvodnjo, zaradi svoje sposobnosti obvladovanja kompleksnih gibanj in nalog.

Servomotor je definiran kot električni motor, ki omogoča natančno krmiljenje kotne ali linearni legi, hitrosti in vrtljivosti. Sestavljen je iz primernega motorja, povezanega z senzorjem za povratne informacije o legi, in krmilnika, ki regulira gibanje motorja glede na željeni referenčni točko.

Servomotorji so bistveni v industrijah, kot so robotika, CNC stroji in avtomatizirana proizvodnja, zaradi njihove natančnosti, hitre odzivnosti in gladkega gibanja.

V tem članku bomo razložili osnovno teorijo servomotorjev, kako delujejo, kako so krmiljeni in kakšne so njihove skupne uporabe.

Kaj je servomotor?

Uvod v servomotor: Servomotor je električni motor, ki prilagaja svojo lego, hitrost ali vrtljivost v odgovor na vhodne signale krmilnika.

Izraz servomotor izvira iz latinske besede servus, kar pomeni služnik ali otrok. To odraža zgodovinsko uporabo servomotorjev kot pomožnih pogonov, ki pomagajo glavnemu pogonskemu sistemu.

Toda moderni servomotorji so sposobni zagotavljati visoko zmogljivost in natančnost kot glavni pogoni v različnih uporabah.

Servomotor sestavlja tri glavne komponente:

Motor: To lahko ni DC motor ali AC motor, odvisno od viru energije in zahtev uporabe. Motor zagotavlja mehansko moč za vrtenje ali premikanje izhodnega valjka.

Senzor: To lahko ni potenciometer, kodirnik, resolver ali drugo napravo, ki meri lego, hitrost ali vrtljivost izhodnega valjka in pošilja povratne signale krmilniku.

Krmilnik: To lahko ni analogni ali digitalni vezji, ki primerja povratne signale od senzorja s željenimi referenčnimi signali iz zunanjega vira (tako kot računalnik ali joystick) in generira krmilne signale, da prilagodi napetost ali tok motorja.

Krmilnik uporablja zaprt zankov povratne informacije, prilagaja gibanje motorja, da se tesno prilega želeni referenčni točki, ohranja strogo točnost.

Krmilnik lahko tudi implementira različne algoritme krmiljenja, kot so proporcionalno-integralno-odvodno (PID) krmiljenje, neodločna logika, prilagodljivo krmiljenje itd., da optimizira delovanje servomotorja.

Kako deluje servomotor?

Osnovno delovanje servomotorja vključuje, da krmilnik prejme dva tipa vhodnih signalov:

Referenčni signal: To je analogni ali digitalni signal, ki predstavlja željeno lego, hitrost ali vrtljivost izhodnega valjka.

Povratni signal: To je analogni ali digitalni signal, ki predstavlja dejansko lego, hitrost ali vrtljivost izhodnega valjka, merjeno s senzorjem.

Krmilnik primerja ta dva signala in izračuna signal napake, ki predstavlja razliko med njima.

Signal napake je nato obdelan z algoritmom krmiljenja (tako kot PID), ki generira krmilni signal, ki določa, koliko napetosti ali toka bi moralo biti aplikirano na motor.

Krmilni signal je poslan na močni pojačevalnik (tako kot H-most), ki ga pretvori v ustrezno raven napetosti ali toka za pogon motorja.

Motor se nato vrti ali premika glede na krmilni signal in spremeni svojo lego, hitrost ali vrtljivost, ter pošlje nov povratni signal krmilniku.

Postopek se ponavlja, dokler signal napake ne postane nič ali zanemarljiv, kar kaže, da je izhodni valjk dosegel željeno referenčno točko.

Vrste servomotorjev

Servomotorje lahko razvrstimo v različne vrste glede na vir energije, konstrukcijo, mehanizem povratne informacije in uporabo.

AC servomotorji

AC servomotorji so električni motorji, ki delujejo z izmenično strmo (AC). Imajo statorko, ki ustvarja vrtečo magnetno polje, in rotor, ki sledi temu polju.

AC servomotorji, ki delujejo z izmenično strmo, imajo statorko, ki ustvarja vrtečo magnetno polje, in rotor, ki se usklaja s tem poljem za učinkovito delovanje.

AC servomotorje lahko dodatno razdelimo na dve vrsti: sinhronne in asinhronne.

Sinhronni AC servomotorji imajo trajno magnetni rotor, ki se vrti z enako hitrostjo kot statorno polje. So bolj učinkoviti, natančni in odzivni kot asinhronni motorji, a zahtevajo bolj kompleksen krmilnik in senzor lege.

Asinhronni AC servomotorji imajo navitek rotor, ki inducirajo tok in magnetno polje, ki zapade za statorno polje. So preprostiji, cenejši in trdniji kot sinhronni motorji, a imajo manjšo učinkovitost, natančnost in hitrost.

AC servomotorji so primerjni za visokomocne uporabe, ki zahtevajo visoko hitrost, vrtljivost in zanesljivost. So pogosto uporabljeni v industrijskih strojih, robotiki, CNC strojih itd.

DC servomotorji

DC servomotorji so električni motorji, ki delujejo z enosmerne strmo (DC). Imajo statorko s trajnim magnetom, ki ustvarja fiksno magnetno polje, in navitek rotor, ki se vrti, ko je nanj apliciran tok.

DC servomotorje lahko dodatno razdelimo na dve vrsti: s četkami in brez četk.

DC servomotorji s četkami imajo komutator in četke, ki preklopijo smer toka v navitkah rotora. So preprosti, poceni in lahkopravni, a imajo manjšo učinkovitost, življenjsko dobo in hitrost zaradi trenja in opadanja četk.

DC servomotorji brez četk imajo elektronski krmilnik, ki preklopi smer toka v navitkah statorka. So bolj učinkoviti, trdni in hitri kot motorji s četkami, a zahtevajo bolj sofisticiran krmilnik in senzor lege.

DC servomotorji so primerjni za nizkomocne uporabe, ki zahtevajo visoko natančnost, odzivnost in gladko gibanje. So pogosto uporabljeni v hobijih, igračnih avtomobilih, CD/DVD predvajalnikih itd.

Linearni servomotorji

Linearni servomotorji so električni motorji, ki ustvarjajo linearno gibanje namesto vrtenja. Imajo stacionarno del, imenovan forsilo ali primarni, ki vsebuje navitke ali magnete, in gibljivi del, imenovan platen ali sekundarni, ki vsebuje magnete ali železne jedre.

Linearni servomotorje lahko dodatno razdelimo na dve vrsti: s železnim jedrom in brez železnega jedra.

Linearni servomotorji s železnim jedrom imajo železna jedra v platnu, ki interagirajo z magnetnim poljem forsila. Imajo visoko gostoto sile, trdost in natančnost, a tudi visoko cogging silo, maso in toplotno porabo.

Linearni servomotorji brez železnega jedra nimajo železnih jedr v platnu, le magnete. Imajo nizko cogging silo, maso in toplotno porabo, a tudi nizko gostoto sile, trdost in natančnost.

Linearni servomotorji so primerjni za uporabe, ki zahtevajo visoko hitrost, pospešek in natančnost na dolgih razdaljah. So pogosto uporabljeni v proizvodnji polprevodnikov, metrologiji, laserskem rezanju itd.

Kako krmiliti servomotor?

Krmiljenje servomotorja je odvisno od vrste motorja, mehanizma povratne informacije in zahtev uporabe.

Splošno obstajata dva tipa krmilnih signalov, ki jih lahko uporabimo za krmiljenje servomotorja: analogni in digitalni.

Analogni krmilni signali so zvezni signali napetosti ali toka, ki se sorazmerno spreminjajo glede na željeno referenčno točko. So tipično uporabljeni za preproste ali cene servosisteme, ki ne zahtevajo visoke natančnosti ali ločljivosti. Na primer, potenciometer se lahko uporabi za generiranje analognega krmilnega signala za hobi servomotor.

Digitalni krmilni signali so diskretne impulze ali biti, ki predstavljajo željeno referenčno točko v kodiranem obliku. So tipično uporabljeni za kompleksne ali visokoperformantne servosisteme, ki zahtevajo visoko natančnost, ločljivost ali komunikacijo. Na primer, širina impulza (PWM) se lahko uporabi za generiranje digitalnega krmilnega signala za DC servomotor brez četk.

Krmilnik servomotorja lahko ni vanjska naprava ali integrirana vezja znotraj motorja. Krmilnik prejme krmilne signale od vanjskega vira (tako kot računalnik ali joystick) in povratne signale od senzorja in generira ustrezne krmilne signale za pogon motorja.

Krmilnik lahko tudi implementira različne algoritme krmiljenja, da optimizira delovanje servomotorja. Nekateri običajni algoritmi krmiljenja so:

Proporcionalno-integralno-odvodno (PID) krmiljenje: To je krmiljenje na osnovi povratne informacije, ki prilagaja krmilni signal glede na proporcionalne, integralne in odvodne člene signala napake. Široko se uporablja za servosisteme, ki zahtevajo hitro in natančno odzivnost.

Neodločna logika: To je pravilno temeljeno krmiljenje, ki prilagaja krmilni signal glede na neodločne množice in lingvistične spremenljivke. Uporaben je za servosisteme, ki se soočajo z negotovostjo ali nelinearnostmi.

Prilagodljivo krmiljenje: To je samonačrtovan algoritem, ki prilagaja krmilne parametre glede na spreminjajoče se pogoje servosistema. Koristen je za servosisteme, ki se soočajo z motnjami ali variacijami.

Uporabe servomotorjev

Servomotorji imajo širok spekter uporab v različnih področjih in industrijah. Nekatere običajne uporabe so:

Robotika: Servomotorji se uporabljajo za zagotavljanje natančnega gibanja in sile za robovske roke, noge, kleštke itd. Omogočajo robotom, da opravljajo naloge, kot so vzemanje, postavljanje, varjenje, montaža itd.

CNC stroji: Servomotorji se uporabljajo za pogon osi CNC strojev, kot so tokari, frezalne mašine, frizirnice itd. Omogočajo CNC strojev, da izvajajo natančne in kompleksne obrtni operacije, kot so rezanje, buharjenje, graviranje itd.

Avtomatizirana proizvodnja: Servomotorji se uporabljajo za krmiljenje gibanja in legi različnih komponent in naprav v avtomatiziranih proizvodnih sistemih, kot so transportne tečaje, krmiči, nalagalniki, odlagalniki itd. Omogočajo avtomatiziranim proizvodnim sistemom, da dosežejo visoko produktivnost in kakovost.

Medicinska oprema: Servomotorji se uporabljajo za delovanje različnih medicinskih naprav in instrumentov, kot so kirurški roboti, skenerji, pumpi, respiratorji itd. Omogočajo medicinsko opremo, da izvaja natančne in varne operacije in zdravilne postopke.

Zaključek

V tem članku smo se naučili o definiciji, načelu delovanja, vrstah, krmiljenju in uporabah servomotorjev.

Opazili smo, da so servomotorji električni motorji, ki omogočajo natančno krmiljenje kotne ali linearni legi, hitrosti in vrtljivosti. Sestavljeni so iz motorja, senzorja in krmilnika, ki tvorijo zaprto zanko povratne informacije.

Opazili smo tudi, da se servomotorji lahko razvrščajo v različne vrste glede na vir energije, konstrukcijo, mehanizem povratne informacije in uporabo. Nekatere običajne vrste so AC servomotorji, DC servomotorji in linearni servomotorji.

Opazili smo tudi, da se servomotorji lahko krmilijo z analognimi ali digitalnimi signaloma, ki predstavljajo željeno referenčno točko. Krmilnik lahko tudi implementira različne algoritme krmiljenja, da optimizira delovanje servomotorja.

Opazili smo tudi, da imajo servomotorji širok spekter uporab v različnih področjih in industrijah, kot so robotika, CNC stroji, avtomatizirana proizvodnja, medicinska oprema itd.

Upamo, da je bil ta članek informativen in koristen za vas. Če imate kakšna vprašanja ali komentarje, se svobodno z nami podelite. Hvala, ker ste brali!