Сервоприводы. виды и устройство. характеристики и применение

Сервопривод для Ардуино

Сервопривод – это такой вид привода, который может точно управлять параметрами движения. Другими словами, это двигатель, который может повернуть свой вал на определенный угол или поддерживать непрерывное вращение с точным периодом.

Схема работы сервопривода основана на использовании обратной связи (контура с замкнутой схемой, в котором сигнал на входе и выходе не согласован). В качестве сервопривода может выступать любой тип механического привода, в составе которого есть датчик и блок управления, который автоматически поддерживает все установленные параметры на датчике. Конструкция сервопривода состоит из двигателя, датчика позиционирования и управляющей системы. Основной задачей таких устройств является реализация в области сервомеханизмов. Также сервоприводы нередко  используются в таких сферах как обработка материалов, производство транспортного оборудования, обработка древесины, изготовление металлических листов, производство стройматериалов и другие.

В проектах ардуино робототехники серво часто используется для простейших механических действий:

  • Повернуть дальномер или другие датчики на определенный угол, чтобы измерить расстояние в узком секторе обзора робота.
  • Сделать небольшой шаг ногой, движение конечностью или головой.
  • Для создания роботов-манипуляторов.
  • Для реализации механизма рулевого управления.
  • Открыть или закрыть дверку, заслонку или другой предмет.

Конечно, сфера применения серво в реальных проектах гораздо шире, но приведенные примеры являются самыми популярными схемами.

Область применения

Сервопривод нашел широкое применение в робототехнике и манипуляторах. При создании небольших механизмов используют сервопривод mg995 и ему подобные.

Для управления современными приводами в радиолюбительских изделиях часто используется представители семейства ардуино. Оно представляет набор электронных устройств, предназначенных для управления роботами и приборами автоматики, где применяется сервопривод. Управляющий сигнал может быть аналоговым или цифровым.

Схема подключения привода к устройству управления представлена на рисунке. Устройство может управлять несколькими приводами.

Для теплых полов используют автоматику, которая поддерживает заданную температуру. А подачу теплоносителя, который представляет собой горячую воду от отопительного котла, регулирует сервопривод.

Его подключают к устройству управления, которое контролирует температуру с помощью датчика температуры, и выдает команду на электротермический сервопривод типа RBM 24V. Также может применяться сервопривод АС230V с регулятором.

Регулирование температуры в отоплении осуществляется автоматикой, для чего используется сервопривод типа ICMA NC230V или NC24V. Приборы выпускаются на различное напряжение питания.

Унифицированный сервопривод, используемый в автомобиле, имеет малые габариты. Предназначен для работы с бортовым напряжением на 12 Вольт. Он интегрирован с центральным замком, устанавливается на все двери машины, в том числе и на пятую дверь (дверь багажника).

Также механизм управляет подачей горячей жидкости на печку. Работает в паре с термоэлектрическим датчиком, сигнал от которого поступает на устройство управления. После анализа датчик подает команду на сервопривод, который увеличивает или уменьшает подачу жидкости.

Например, для автомобилей ВАЗ применяют электропривод с редуктором SL-5.

Это далеко не полный перечень применения таких устройств.

Сервопривод

Сервопривод, как мы уже сказали ранее — это обычный мотор с дополнительно установленным датчиком контроля, выполняющим функцию обратной связи.

При работе мотор будет удерживаться в заданном положении с помощью контроллера. Такой принцип взаимосвязи позволяет добиться высокой скорости и точности оборудования вплоть до одного микрона.

Если на обычный электродвигатель подать напряжение, он будет вращаться.

Чтобы зафиксировать движение в одном положении и при этом не заставить его двигаться в обратном, контроллер должен постоянно переключать ток двигателя на противоположенный, пока не поступит следующая команда.

При таком подходе пропуск шагов исключен, так как энкодер постоянно отслеживает отклонения вала и корректирует ошибку, меняя каждый раз направление движения двигателя.

Недостатки сервоприводов:

  • дорогостоящий ремонт;
  • высокая стоимость.

Универсальный сервопривод

Универсальный сервопривод характеризуется богатым
набором функций, возможностью управления серводвигателями различного
типа (как синхронными, так и асинхронными), возможностью работы с
различными датчиками обратной связи, а также наличием ряда опций и
расширений. Рассмотрим универсальный Сервопривод на примере
KEB F5-Multi (Германия) и Control Techniques Unidrive SP.(Англия)

Сервопривод на базе KEB F5-Multi

Контроллер элеткропривода с контуром обратной
связи для синхронных и асинхронных двигателей. Специально разработан
для для работы в замкнутом контуре, возможны ращличные варианты
обратной связи с:

  • резольвером

  • энкодером

  • Sin-Cos датчиком положения

  • абсолютным датчиком положения

  • EnDat, Hiperface или тахогенератором

Основные возможности и характеристики:

  • широкий диапазон мощностей

  • напряжение питания 220 или 380 В

  • возможно питание постоянным током

  • бессенсорное управление двигателем

  • гальванически развязанные аналоговые и
    цифровые входы/выходы

  • релейные и транзисторные программируемые
    выходы

Возможна реализация концепции децентрализованного
управления системой приводов, благодаря наличию:

  • регулирования скорости вращения и вращающего
    момента

  • управления позиционированием

  • режимов согласованного вращения

— кулачковых
переключателей

— электронного
кулачкового диска

— одноосевого
позиционирования

— позиционирования
поворотного стола

Все привода поддерживают последовательные
интерфейсы Profibus, CAN, Sercos, InterBus, DeviceNet, Modbus,
Ethernet, Ethercat, Powerlink, Profinet и KEB-HSP5 / DIN 66019-II.

Сервопривод KEB с асинхронным электродвигателемСервопривод KEB с синхронным бесколлекторным электродвигателем

Сервопривод на базе Control Techniques Unidrive SP

Существует
множество областей применения cервоприводов, с различными
требованиями по управлению и электропитанию. Благодаря постоянно
расширяющейся линейке, Unidrive SP в полной мере удовлетворяет этим
требованиям. Сервопривод Unidrive SP заслуженно считается эталоном с
точки зрения универсальности и гибкости.

Характеристики cервоприводов Unidrive SP:

различные режимы управления: управление полем
ротора, векторное управление в замкнутом и разомкнутом контурах,
серворежим, вольт-частотное управление с компенсацией скольжения и
форсировкой по напряжению.

высокая надежность, благодаря уникальной
конструкции, когда особое внимание уделяется термостойкости и
механической прочности

режим активного выпрямления для рекуперации энергии в сеть

исключение внешнего ПЛК за счет использования
наращиваемого внутреннего контроллера и дополнительных модулей

поддержка все распространенных сетевых протоколов

широкий диапазон напряжений 200-240 В, 380-480 В, 500-575 В, 500-690 В

встроенные тормозные транзисторы

встраиваемые тормозные резисторы

встроенный и внешние ЭМС фильтры

функция защитного отключения

программная настройка на соответствующий
датчик обратной связи без аппаратных изменений

работа от маломощных источников постоянного тока

широкий набор аналоговых и цифровых модулей ввода/вывода

Все это делает Unidrive SP идеальным привод для
решения задач по намотке, резке, синхронизации, разделению нагрузок,
позиционированию, поддержанию момента и скорости.

Сервопривод Control Techniques Unidrive SP

Исполнительный и специальный Сервопривод

Исполнительный сервоприод работает под управлением
контроллера движения, имеет ограниченный набор функций и настроек,
прост в работе. В следствии этого исполнительный сервоприод является
более экономичным. Рассмотрим исполнительные cервоприводы на примере
синхронных cервоприводов Mecapion.

READ  Электрическая схема цифрового вольтметра и амперметра

Исполнительный сервопривод Mecapion

Синхронные
Сервоприводы Mecapion (ex. Metronix) – базовый продукт для
системных решений в области промышленной автоматизации давно знакомый
российским потребителям.

Основные особенности cервоприводов Metronix

  • диапазон мощностей от 0,03 до 11 кВт

  • встроенный комплект рекуператора, позволяющий
    возвращать энергию в сеть, и встроенный ключ сброса энергии при
    динамических торможениях

  • тестовый режим работы преобразователей частоты

  • функции устранения вибраций при вращении
    двигателя и его останове позволяют исключить работу преобразователя
    частоты в колебательном режиме как при наладке, так и в эксплуатации

  • возможность использования как относительных,
    так и абсолютных инкрементальных датчиков положения

  • выбор режима работы системы управления –
    управление по скорости или по моменту

  • наличие расширенного пакета программного
    обеспечения позволяет легко и быстро менять функции преобразователя
    частоты и решать на его базе различные технические задачи (в т. ч.
    по реализации управления приводами подачи)

  • наличие в линейке продукции Metronix
    двигателей с полым валом позволяет исключить из кинематической схемы
    промежуточное устройство – соединительную муфту

  • программируемые выходы позволяют строить
    системы с высокой степенью защиты от различных нештатных ситуаций и
    с максимальной информативностью для оператора

Mecapion VS

Серия VS – стандартная общепромышленная,
реализует управление по скорости, моменту (±10 В) и положению
(step/dir).

Преобразователи частоты серии VS могут работать в
следующих режимах:

  • управление позицией при использовании
    внешнего контроллера, задающего последовательность импульсов.

  • управление скоростью по аналоговому входу или
    дискретным входам.

  • управление моментом по аналоговому входу в
    режиме ограничения максимального момента.

  • управление скоростью/позицией.

  • управление скоростью/моментом.

  • управление позицией/моментом.

Mecapion VP

Специальная серия VP предназначена для выполнения
специальных задач:

  • линейно-координатное позиционирование с
    возможностью выбора до 64 позиций шестью дискретными входами (VP1),
    типичная сфера применения – обеспечение линейного перемещения
    в системах с трансмиссией на ШВП

  • угловое позиционирование с возможностью
    выбора до 32 позиций пятью дискретными входами (VP2), типичная сфера
    применения – поворотные столы, роторные конвейерные линии,
    устройства автоматической смены инструмента и т. п.

  • позиционирование с использованием подачи
    дотягивания (VP3), типичная сфера применения – упаковочные
    машины, всевозможные виды подающих устройств с позиционированием как
    по сигналу с энкодера на валу двигателя, так и по по метке внешнего
    дискретного датчика

  • программируемое пошаговое позиционирование с
    возможностью выбора до 8 программ тремя дискретными входами (VP5),
    каждая программа может иметь до 100 шагов (позиций), сохраняемых в
    памяти преобразователя частоты

  • для связи преобразователя частоты VS и
    персонального (промышленного) компьютера используется встроенный
    СОМ-порт, при необходимости через конвертор RS232/RS485
    преобразователи частоты можно объединить в сеть

Сервопривод Mecapion

Сервопривод для багажника автомобиля

Стоит осветить работу прибора для багажников автомобилей. Они используются постоянно и имеют высокую конкуренцию друг с другом, так как фирм-производителей становится всё больше и больше.

Практически все сервоприводы на данный момент имеют большой уровень комфорта для хозяина. Сервопривод для машины — это сервопривод, управление которым является очень простым. Благодаря ему багажник можно открывать и закрывать не выходя из машины с помощью кнопки, которая будет вмонтирована или в брелок сигнализации, или в кнопку машины. Всё зависит от водителя.

Большинство устройств для багажников обладают высоким качеством, так как конкуренция на рынке очень высокая.

Библиотека Servo

Можно генерировать управляющие импульсы самостоятельно, но это настолько распространённая задача, что для её упрощения существует стандартная библиотека Servo.

Сервопривод постоянного вращения можно управлять с помощью библиотек Servo или Servo2. Отличие заключается в том, что функция Servo.write(angle) задаёт не угол, а скорость вращения привода.

Библиотека Servo позволяет осуществлять программное управление сервоприводами. Управление осуществляется следующими функциями:

  • attach() — присоединяет объект к конкретному выводу платы. Возможны два варианта синтаксиса для этой функции: servo.attach(pin) и servo.attach(pin, min, max). При этом pin — номер пина, к которому присоединяют сервопривод, min и max — длины импульсов в микросекундах, отвечающих за углы поворота 0° и 180°. По умолчанию выставляются равными 544 мкс и 2400 мкс соответственно. Возвращаемого значения нет.
  • write() — отдаёт команду сервоприводу принять некоторое значение параметра. Синтаксис: servo.write(angle), где angle — угол, на который должен повернуться сервопривод
  • writeMicroseconds() — отдаёт команду послать на сервопривод имульс определённой длины, является низкоуровневым аналогом предыдущей команды. Синтаксис следующий: servo.writeMicroseconds(uS), где uS — длина импульса в микросекундах. Возвращаемого значения нет.
  • read() — читает текущее значение угла, в котором находится сервопривод. Синтаксис: servo.read(), возвращается целое значение от 0 до 180
  • attached() — проверка, была ли присоединён объект к конкретному пину. Синтаксис следующий: servo.attached(), возвращается логическая истина, если объект была присоединён к какому-либо пину, или ложь в обратном случае
  • detach() — производит действие, обратное действию attach(), то есть отсоединяет объект от пина, к которому был приписан. Синтаксис: servo.detach()

В библиотеке Servo для Arduino по умолчанию выставлены следующие значения длин импульса: 544 мкс — для 0° и 2400 мкс — для 180°.

Пример подключения двух сервоприводов.

Библиотека Servo не совместима с библиотекой VirtualWire для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц, так как они используют одно и то же прерывание. Это означает, что их нельзя использовать в одном проекте одновременно. Существует альтернативная библиотека для управления сервомоторами — Servo2. Все методы библиотеки Servo2 совпадают с методами Servo.

При работе с сервоприводами на 360 градусов функции работают по другому.

Функция Arduino Сервопривод 180° Сервопривод 360°
Servo.write(0) Крайне левое положение Полный ход в одном направлении
Servo.write(90) Среднее положение Остановка сервопривода
Servo.write(180) Крайне правое положение Полный ход в обратном направлении

Виды сервоприводов

Сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Различаются они лишь внутренней управляющей электроникой. Вместо специальной микросхемы аналогового сервопривода у цифрового собрата можно заметить на плате микропроцессор, который принимает импульсы, анализирует их и управляет мотором. Таким образом, в физическом исполнении отличие лишь в способе обработки импульсов и управлении мотором.

Шестерни для сервоприводов бывают из разных материалов: пластиковые, карбоновые, металлические.

Пластиковые, чаще всего нейлоновые, шестерни очень лёгкие, не подвержены износу, более всего распространены в сервоприводах. Они не выдерживают больших нагрузок, однако если нагрузки предполагаются небольшие, то нейлоновые шестерни — лучший выбор.

READ  Приложение n 1. группы по электробезопасности электротехнического (электротехнологического) персонала и условия их присвоения

Карбоновые шестерни более долговечны, практически не изнашиваются, в несколько раз прочнее нейлоновых. Основной недостаток — дороговизна.

Существует три типа моторов сервоприводов: обычный мотор с сердечником, мотор без сердечника и бесколлекторный мотор.

Обычный мотор с сердечником (справа) обладает плотным железным ротором с проволочной обмоткой и магнитами вокруг него. Ротор имеет несколько секций, поэтому когда мотор вращается, ротор вызывает небольшие колебания мотора при прохождении секций мимо магнитов, а в результате получается сервопривод, который вибрирует и является менее точным, чем сервопривод с мотором без сердечника. Мотор с полым ротором (слева) обладает единым магнитным сердечником с обмоткой в форме цилиндра или колокола вокруг магнита. Конструкция без сердечника легче по весу и не имеет секций, что приводит к более быстрому отклику и ровной работе без вибраций. Такие моторы дороже, но они обеспечивают более высокий уровень контроля, вращающего момента и скорости по сравнения со стандартными.

Сервоприводы с бесколлекторным мотором появились сравнительно недавно. У бесколлекторных моторов нет щёток, а значит они не создают сопротивление вращению и не изнашиваются, скорость и момент выше при токопотреблении равном коллекторным моторам. Сервоприводы с бесколлекторным мотором — самые дорогие сервоприводы, однако при этом они обладают лучшими характеристиками по сравнению с сервоприводами с другими типами моторов.

Асинхронный серводвигатель

Основные
преимущества асинхронного серводвигателя от обычного
общепромышленного асинхронного электродвигателя — это низкий
момент инерции, высокие максимальные скорости и малый вес, что
обеспечивает возможность его применения в сверхдинамичных системах.
Принудительная вентиляция продлевает срок службы и позволяет
использовать в тяжелых условиях на продолжительных высоких скоростях.
Отсутствие необходимости использовать отдельный узел для крепления
датчика обратной связи обеспечивает компактные размеры.

Высокие
динамические характеристики за счет снижения статического и
динамического рассогласования при использовании асинхронного
серводвигателя в системе с ЧПУ позволяют получить малую контурную
погрешность.

Далеко
не на последнем месте при выборе типа двигателя стоит вопрос цены, в
этом случае немаловажным аргументом является приемлемая стоимость.
Благодаря вышеперечисленным качествам, асинхронный серводвигатель
является самым массовым в промышленности.

Устройство асинхронного серводвигателя:

  1. Фланец
  2. Корпус
  3. Статор
  4. Задняя
    стенка
  5. Энкодер
  6. Крышка
    энкодера
  7. Крышка
    вентилятора
  8. Вентилятор
  9. Подшипник
  10. Вал
  11. Ротор
  12. Подшипник
  13. Шпонка
  14. Верх
    клеммной коробки
  15. Блок
    клемм
  16. Основание
    клеммной коробки
  17. Выход
    энкодера
  18. Крышка
    вентилятора
  19. Выход
    вентилятора

Области применения

Металлургия,
намоточные устройства, экструдеры, машины для литья пластмасс под
давлением, оборудование для ЦБК, печатное оборудование, упаковочное
оборудование, станки с ЦПУ, пищевая промышленность и производство
напитков, текстильная промышленность, прессовое штамповочное
оборудование, автомобильная промышленность.

Управление сервоприводом. Интерфейс управляющих сигналов

Чтобы указать сервоприводу желаемое положение, по предназначенному для этого проводу необходимо посылать управляющий сигнал. Управляющий сигнал — импульсы постоянной частоты и переменной ширины.

То, какое положение должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Когда сигнал поступает в управляющую схему, имеющийся в ней генератор импульсов производит свой импульс, длительность которого определяется через потенциометр. Другая часть схемы сравнивает длительность двух импульсов. Если длительность разная, включается электромотор. Направление вращения определяется тем, какой из импульсов короче. Если длины импульсов равны, электромотор останавливается.

Чаще всего в хобби-сервах импульсы производятся с частотой 50 Гц. Это значит, что импульс испускается и принимается раз в 20 мс. Обычно при этом длительность импульса в 1520 мкс означает, что сервопривод должен занять среднее положение. Увеличение или уменьшение длины импульса заставит сервопривод повернуться по часовой или против часовой стрелки соответственно. При этом существуют верхняя и нижняя границы длительности импульса. В библиотеке для Arduino по умолчанию выставлены следующие значения длин импульса: 544 мкс — для 0° и 2400 мкс — для 180°.

Обратите внимание, что на вашем конкретном устройстве заводские настройки могут оказаться отличными от стандартных. Некоторые сервоприводы используют ширину импульса 760 мкс

Среднее положение при этом соответствует 760 мкс, аналогично тому, как в обычных сервоприводах среднему положению соответствует 1520 мкс.

Также стоит отметить, что это всего лишь общепринятые длины. Даже в рамках одной и той же модели сервопривода может существовать погрешность, допускаемая при производстве, которая приводит к тому, что рабочий диапазон длин импульсов немного отличается. Для точной работы каждый конкретный сервопривод должен быть откалиброван: путём экспериментов необходимо подобрать корректный диапазон, характерный именно для него.

На что ещё стоит обратить внимание, так это на путаницу в терминологии. Часто способ управления сервоприводами называют PWM/ШИМ (Pulse Width Modulation) или PPM (Pulse Position Modulation)

Это не так, и использование этих способов может даже повредить привод. Корректный термин — PDM (Pulse Duration Modulation). В нём крайне важна длина импульсов и не так важна частота их появления. 50 Гц — это норма, но сервопривод будет работать корректно и при 40, и при 60 Гц. Единственное, что нужно при этом иметь в виду — это то, что при сильном уменьшении частоты он может работать рывками и на пониженной мощности, а при сильном завышении частоты (например, 100 Гц) может перегреться и выйти из строя.

Как работает сервопривод

Вращение выходного вала редуктора, связанного шестернями с сервоприводом, осуществляется путем запуска и остановки электродвигателя. Сам редуктор необходим для регулировки числа оборотов. Выходной вал может быть соединен с механизмами или устройствами, которыми необходимо управлять. Положение вала контролируется с помощью датчика обратной связи, способного преобразовывать угол поворота в электрические сигналы и на котором построен принцип работы всего устройства.

Этот датчик известен также, под названием энкодера или потенциометра. При повороте бегунка, его сопротивление будет изменяться. Изменения сопротивления находится в прямой пропорциональной зависимости с углом поворота энкодера. Данный принцип работы позволяет устанавливать и фиксировать механизмы в определенном положении.

Дополнительно каждый серводвигатель имеет электронную плату, обрабатывающую внешние сигналы, поступающие от потенциометра. Далее выполняется сравнение параметров, по результатам которого производится запуск или остановка электродвигателя. Следовательно, с помощью электронной платы поддерживается отрицательная обратная связь.

Подключить серводвигатель можно с помощью трех проводников. По двум из них подается питание к электродвигателю, а третий служит для прохождения сигналов управления, приводящих вал в определенное положение.

Предотвратить чрезмерные динамические нагрузки на электродвигатель возможно с помощью плавного разгона или такого же плавного торможения. Для этого применяются более сложные микроконтроллеры, обеспечивающие более точный контроль и управление позицией рабочего элемента. В качестве примера можно привести жесткий диск компьютера, в котором головки устанавливаются в нужную позицию с помощью точного привода.

READ  Сто 56947007-33.040.20.141-2012 правила технического обслуживания устройств релейной защиты, автоматики, дистанционного управления и сигнализации подстанций 110-750 кв

Электрический сервопривод для отопления

Более совершенным устройством является электрический сервопривод для отопления или теплого пола. Он включает систему взаимосвязанных механизмов, обеспечивающих поддерживание температуры воздуха в помещении.

Сервопривод для отопления работает вместе с термостатом, который монтируется на стену. Кран с электроприводом устанавливается на подающей трубе, перед коллектором водяного теплого пола. Затем производится подключение, подача питания 220 В и установка на терморегуляторе заданного режима. Система снабжается двумя датчиками: один — в полу, а другой — в комнате. Они передают команды на термостат, который управляет сервоприводом, соединенным с краном. Точность регулирования будет выше, если установить еще прибор на улице, поскольку климатические условия постоянно меняются и влияют на температуру в помещениях.

Сервопривод управляет двух- или трехходовым клапаном. Первый изменяет температуру теплоносителя в системе отопления. Трехходовой клапан с сервоприводом поддерживает температуру постоянной, но изменяет расход горячей воды, подаваемой в контуры. Од содержит 2 входа для горячей жидкости (подающий трубопровод) и холодной (обратка). Выход всего один, через него подается смесь с заданной температурой. Клапан обеспечивает смешивание потоков, регулируя таким путем подачу тепла в коллекторы. Если один из входов открывается, то другой начинает прикрываться. При этом расход на выходе остается постоянным.

Сервоприводные модификации линейного движения

Линейного движения сервопривод — что это? На самом деле указанное устройство является регулятором с обратной связью. На сегодняшний день модели очень востребованы. Для различных систем отопления они подходят идеально. Конвертеры в них чаще всего используются на три контакта. Статорные коробки устанавливаются различной мощности. Двигатели могут использоваться только синхронного типа.

В противном случае блоки питания не выдерживают предельного напряжения. В качестве приводов в данной ситуации применяются редукторные коробки. Для передачи крутящего момента от двигателя используются шестерни. Да сегодняшний день на рынке представлено множество модификаций с выходным валом. В данном случае регулировать скорость оборотов можно при помощи котроллера. Также следует помнить, что в устройствах имеются специальные платы. Устанавливаются они с маркировкой Р20. Смена режима в данном случае производится за счет контроллера. Роторные модификации сервоприводов в наше время встречаются довольно редко. Используются они чаще всего для управления станками.

Сравнение с шаговым двигателем

Другим вариантом точного позиционирования приводимых элементов без датчика обратной связи является применение шагового двигателя. В этом случае схема управления отсчитывает необходимое количество импульсов (шагов) от положения репера (этой особенности обязан характерный шум шагового двигателя в дисководах 3,5″ и CD/DVD при попытках повторного чтения). При этом точное позиционирование обеспечивается параметрическими системами с отрицательной обратной связью, которые образуются взаимодействующими между собой соответствующими полюсами статора и ротора шагового двигателя. Сигнал задания для соответствующей параметрической системы формирует система управления шаговым двигателем, активизирующая соответствующий полюс статора.

Так как датчик обычно контролирует приводимый элемент, электрический сервопривод имеет следующие преимущества перед шаговым двигателем:

  • не предъявляет особых требований к электродвигателю и редуктору — они могут быть практически любого нужного типа и мощности (а шаговые двигатели, как правило, маломощны и тихоходны);
  • гарантирует максимальную точность, автоматически компенсируя:
    • механические (люфты в приводе) или электронные сбои привода;
    • постепенный износ привода, шаговому же двигателю для этого требуется периодическая юстировка;
    • тепловое расширение привода (при работе или сезонное), это было одной из причин перехода на сервопривод для позиционирования головок в жестких дисках;
    • обеспечивая немедленное выявление отказа (выхода из строя) привода (по механической части или электронике);
  • большая возможная скорость перемещения элемента (у шагового двигателя наименьшая максимальная скорость по сравнению с другими типами электродвигателей);
  • затраты энергии пропорциональны сопротивлению элемента (на шаговый двигатель постоянно подаётся номинальное напряжение с запасом по возможной перегрузке);

Недостатки в сравнении с шаговым двигателем

  • необходимость в дополнительном элементе — датчике;
  • сложнее блок управления и логика его работы (требуется обработка результатов датчика и выбор управляющего воздействия, а в основе контроллера шагового двигателя — просто счётчик);
  • проблема фиксирования: обычно решается постоянным притормаживанием перемещаемого элемента либо вала электродвигателя (что ведёт к потерям энергии) либо применение червячных/винтовых передач (усложнение конструкции) (в шаговом двигателе каждый шаг фиксируется самим двигателем).
  • сервоприводы, как правило, дороже шаговых.

Сервопривод, однако, возможно использовать и на базе шагового двигателя или в дополнение к нему до некоторой степени совместив их достоинства и устранив конкуренцию между ними (сервопривод осуществляет грубое позиционирование в зону действия соответствующей параметрической системы шагового двигателя, а последняя осуществляет окончательное позиционирование при относительно большом моменте и фиксации положения).

P.S.:

Проблемы фиксирования никакой нет в сервоприводе в отличие от шагового. Высокоточное позиционирование и удержание в заданной позиции обеспечивается работой электрической машины в вентильном режиме, суть которого сводится к её работе в качестве источника силы. В зависимости от рассогласования положения (и других координат электропривода) формируется задание на силу. При этом несомненным преимуществом сервопривода является энергоэффективность: ток подается только в том необходимом для того объеме, чтобы удержать рабочий орган в заданном положении. В противоположность шаговому режиму, когда подается максимальное значение тока, определяющее угловую характеристику машины. Угловая характеристика машины аналогична при малых отклонениях механической пружине, которая пытается «притянуть» рабочий орган в нужную точку. В шаговом приводе чем больше рассогласование положения, тем больше сила при неизменном токе.

Заключение

Автоматическое управление бытовыми и производственными системами прочно вошло в нашу жизнь. В последнее время стал широко применяться привод под управлением программируемых блоков различного назначения типа ардуино.

Это позволило создать принципиально новые любительские летающие радиоуправляемые устройства, роботы, детские игрушки. В промышленности сервопривод применяют в станках, на экскаваторе, на квадроцикле и т.д. Сегодня невозможно представить нашу жизнь без сервоприводов.

На видео представлена работа аналоговых сервоприводов sg90 в модели робота-паука:

Материалы по теме:

  • Что такое ротор и статор в двигателе
  • Как работает счетчик электроэнергии
  • Как сделать автоматические ворота своими руками

Опубликовано:
29.07.2019
Обновлено: 29.07.2019

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: