Что такое серводвигатель? - определение, работа и типы

Что такое серводвигатель?

Серводвигатель (или серводвигатель) – это поворотный или линейный привод, который позволяет точно управлять угловым или линейным положением, скоростью и ускорением. . Он состоит из подходящего двигателя, соединенного с датчиком обратной связи по положению. Серводвигатели используются в таких приложениях, как робототехника, станки с ЧПУ или автоматизированное производство.

Для этого также требуется относительно сложный контроллер, часто специальный модуль, разработанный специально для использования с серводвигателями. Серводвигатели не относятся к определенному классу двигателей, хотя термин серводвигатель часто используется для обозначения двигателя, подходящего для использования в системе управления с обратной связью.

Серводвигатели являются частью системы управления с обратной связью и состоят из нескольких частей, а именно схемы управления, серводвигателя, вала, потенциометра, ведущей шестерни, усилителя и энкодера или резольвера. Серводвигатель – это автономное электрическое устройство, которое вращает части машины с высокой эффективностью и точностью.

Выходной вал этого двигателя можно перемещать на определенный угол, положение и скорость, которых нет у обычного двигателя. В серводвигателе используется обычный двигатель, соединенный с датчиком для обратной связи по положению.

Контроллер является наиболее важной частью серводвигателя, специально разработанной и используемой для этой цели. Серводвигатель представляет собой механизм с обратной связью, который включает обратную связь по положению для управления вращательной или линейной скоростью и положением.

Двигатель управляется электрическим сигналом, аналоговым или цифровым, который определяет величину перемещения, которая представляет собой конечное заданное положение вала. Тип энкодера служит датчиком, который обеспечивает обратную связь по скорости и положению. Эта схема встроена непосредственно в корпус двигателя, который обычно оснащен системой редуктора.

Механизм серводвигателя

Серводвигатель представляет собой сервомеханизм с замкнутым контуром, который использует обратную связь по положению для управления своим движением и конечным положением. Входом для его управления является сигнал (аналоговый или цифровой), представляющий положение, заданное для выходного вала.

Двигатель соединен с датчиком положения определенного типа для обеспечения обратной связи по положению и скорости. В простейшем случае измеряется только положение. Измеренное положение выхода сравнивается с командным положением внешнего входа контроллера.

Если выходное положение отличается от требуемого, генерируется сигнал ошибки, который затем заставляет двигатель вращаться в любом направлении, необходимое для перевода выходного вала в соответствующее положение. По мере приближения позиций сигнал ошибки уменьшается до нуля, и двигатель останавливается.

В самых простых серводвигателях используется только определение положения с помощью потенциометра и мгновенное управление двигателем; двигатель всегда вращается на полной скорости (или остановлен). Этот тип серводвигателя не нашел широкого применения в промышленном управлении движением, но он составляет основу простых и дешевых сервоприводов, используемых в радиоуправляемых моделях.

В более сложных серводвигателях используются оптические энкодеры для измерения скорости выходного вала и привод с регулируемой скоростью для управления скоростью двигателя. Оба этих усовершенствования, обычно в сочетании с алгоритмом ПИД-регулирования, позволяют привести серводвигатель в заданное положение быстрее и точнее, с меньшим перерегулированием.

Как работает серводвигатель?

Серводвигатель — это электромеханическое устройство, которое создает крутящий момент и скорость на основе подаваемого тока и напряжения. Серводвигатель работает как часть замкнутого контура управления, обеспечивая крутящий момент и скорость в соответствии с командами сервоконтроллера, который использует устройство обратной связи для замыкания контура.

Устройство обратной связи передает такую ​​информацию, как ток, скорость или положение, на сервоконтроллер, который регулирует действие двигателя в зависимости от заданных параметров.

Сервоприводы управляются путем отправки электрического импульса переменной ширины или широтно-импульсной модуляции (ШИМ) по кабелю управления. Существует минимальная частота сердечных сокращений, максимальная частота сердечных сокращений и частота повторений. Серводвигатель обычно может вращаться только на 90° в каждом направлении. Что в сумме дает 180° движения.

Нейтральное положение двигателя определяется как положение, при котором сервопривод имеет одинаковый потенциал вращения как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. ШИМ, отправляемый на двигатель, определяет положение вала и зависит от длительности импульса, отправляемого по кабелю управления; ротор поворачивается в нужное положение.

Серводвигатель ожидает импульс каждые 20 миллисекунд, а длина импульса определяет, насколько далеко вращается двигатель. Импульс в 1,5 мс, например, заставляет двигатель поворачиваться в положение 90°.

Менее 1,5 мс он перемещается против часовой стрелки к положению 0 °, а дольше 1,5 мс сервопривод вращается по часовой стрелке к положению 180 °.

Когда этим сервоприводам дана команда движения, они переместятся в положение и удержат это положение. Если внешняя сила давит на сервопривод, когда сервопривод удерживает положение, сервопривод будет сопротивляться перемещению из этого положения.

Максимальное усилие, которое может приложить сервопривод, называется крутящим моментом сервопривода. Однако сервоприводы не будут удерживать свое положение вечно; Импульс положения должен повторяться, чтобы заставить сервопривод оставаться на месте.

Типы серводвигателей

Серводвигатели бывают разных размеров и трех основных типов. Эти три типа включают позиционное вращение, непрерывное вращение и линейное вращение.

• Позиционное вращение Сервоприводы вращаются на 180 градусов. Они также имеют стопоры в редукторе для защиты выходного вала от чрезмерного вращения.
• непрерывная ротация серводвигатель — это сервопривод, диапазон движения которого не ограничен. Вместо того, чтобы позволить входному сигналу определять, в какое положение должен повернуться сервопривод. Непрерывное вращение сервопривода связывает вход со скоростью выхода и направлением. Безграничное движение этих двигателей позволяет им двигаться как по часовой, так и против часовой стрелки.
• Линейные сервоприводы используйте реечный механизм для изменения их производительности. Реечная передача преобразует вращательное движение в поступательное.

Ремонт серводвигателя :Пошаговый процесс

Ремонт серводвигателей востребован многими, но освоен немногими! Ремонт серводвигателей состоит из многих этапов; самый сложный шаг — восстановление и перенастройка обратной связи. Этот небольшой шаг является ключом к точному ремонту серводвигателя, без идеальной центровки остальная часть ремонта серводвигателя не имеет значения.

Для идеальной центровки ремонтная компания должна использовать очень дорогую систему центровки. Именно из-за этой стоимости и отсутствия возможности ремонта электроники устройства обратной связи многие ремонтные компании не ремонтируют серводвигатели.

Мы хотели бы пригласить вас посмотреть наш процесс ремонта серводвигателя в видео ниже. Вот как мы можем точно отремонтировать, отрегулировать и испытать под полной нагрузкой ваши серводвигатели, чтобы каждый раз получать безупречный ремонт!

Шаг 1 Первоначальная оценка

Во время оценки проводится визуальный осмотр для проверки таких деталей, как вал, шпоночная канавка, концевые колокола, зажимы и соединители. После осмотра проводится сравнительный тест перенапряжения или короткий тест, чтобы проверить, нужно ли перематывать статор.

Затем на каждой фазе выполняется проверка сопротивления изоляции, часто называемая тестом мегомметра, чтобы убедиться, что изоляция не повреждена.

Следующим тестом в оценке является тест баланса фаз, в котором используется измеритель среднеквадратичного значения, чтобы убедиться, что обмотки сбалансированы между фазами; Здесь также проверяется тормоз, если он есть на серводвигателе.

Шаг 2 Разборка

Сначала снимается задняя пластина, затем энкодер и корпус энкодера, а кабели аккуратно удаляются. Затем концевые раструбы снимаются и ротор вытягивается из статора; здесь ротор и вал визуально проверяются.

Далее снимаются подшипники и корпус подшипника, а также тормоз.

Шаг 3 Очистка

Щелочная мойка используется, так как это лучше для вашего двигателя, чем ручная очистка или мойка под давлением. Все детали нашего двигателя моются таким образом.

Шаг 4 Замена подшипника

Важно каждый раз менять каждый подшипник, так как они часто являются причиной поломки двигателя. Мы используем только высококачественные подшипники, которые соответствуют или превосходят все спецификации производителя. После замены подшипников двигатель снова собирается.

Шаг 5 Окончательное тестирование

Чтобы убедиться, что двигатель полностью отремонтирован, затем выполняется тест памяти, чтобы убедиться в повторной настройке устройства обратной связи. После того, как ремонт полностью протестирован и проверен, двигатель окрашен и готов к отправке обратно вам, готовый к использованию!

Преимущества серводвигателя

Преимущества серводвигателя:

• Высокая выходная мощность относительно размера и веса двигателя.
• Кодировщик определяет точность и разрешение.
• Высокая эффективность. Он может приближаться к 90 % при небольших нагрузках.
• Высокое отношение крутящего момента к моменту инерции. Серводвигатели могут быстро ускорять нагрузки.
• Имеет в 2-3 раза большую непрерывную мощность в течение коротких периодов времени.
• Имеет в 5-10 раз больше номинального крутящего момента в течение короткого времени.
• Серводвигатели достигают высокой скорости при высоких значениях крутящего момента.
• Тихо на высоких скоростях.
• Использование кодировщика обеспечивает более высокую точность и разрешение при управлении с обратной связью.

Недостатки серводвигателя

Основные недостатки серводвигателя:

• Сервомоторы требуют настройки для стабилизации контура обратной связи.
• Серводвигатель станет непредсказуемым, если что-то сломается. Поэтому необходимы цепи безопасности.
• Сложному контроллеру требуется кодировщик и электронная поддержка.
• Пиковый крутящий момент ограничен рабочим циклом 1 %. Серводвигатели могут быть повреждены в результате длительной перегрузки.
• Коробки передач часто требуются для передачи мощности на более высоких скоростях.
• Более высокая общая стоимость системы и стоимость установки системы с серводвигателем могут быть выше, чем у шагового двигателя, из-за требований к компонентам обратной связи.

Общие промышленные приложения для серводвигателей

Серводвигатели малы и эффективны, но критически важны для использования в приложениях, требующих точного управления положением. Серводвигатель управляется сигналом (данными), более известным как широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Вот несколько наиболее распространенных применений серводвигателей, используемых сегодня.

• Робототехника: Серводвигатель в каждом «сочленении» робота используется для приведения в действие движений, придавая руке робота точный угол.
• Конвейерные ленты: Серводвигатели перемещают, останавливают и запускают конвейерные ленты, несущие продукт на различных этапах, например, при упаковке/разливе в бутылки и этикетировании.
• Автофокус камеры: Высокоточный серводвигатель, встроенный в камеру, корректирует объектив камеры, повышая резкость расфокусированных изображений.
• Автомобиль-робот: Серводвигатели, обычно используемые в военных целях и при взрыве бомб, управляют колесами роботизированного транспортного средства. И создает достаточный крутящий момент для плавного движения, остановки и запуска автомобиля, а также для контроля его скорости.
• Система слежения за солнцем: Серводвигатели регулируют угол наклона солнечных панелей в течение дня, чтобы каждая панель по-прежнему была обращена к солнцу, используя максимум энергии от восхода до заката.
• Металлорезные и металлообрабатывающие станки: Серводвигатели обеспечивают точное управление движением фрезерных станков, токарных станков, шлифовальных, центрирующих, штамповочных, штамповочных и гибочных металлических изделий, таких как крышки от банок и автомобильные колеса.
• Позиционирование антенны: Серводвигатели используются как на азимутальной, так и на вертикальной оси антенн и телескопов, таких как те, которые используются Национальной радиоастрономической обсерваторией (NRAO).
• Деревообработка/ЧПУ: Серводвигатели управляют токарными станками (токарными станками), которые придают форму ножкам столов и лестничным шпинделям. Например, а также просверливание и сверление отверстий, необходимых для сборки этих продуктов позже в процессе.
• Текстиль: Servo motors control industrial spinning and weaving machines, looms, and knitting machines that produce textiles such as carpeting and fabrics as well as wearable items such as socks, caps, gloves, and mittens.
• Printing Presses/Printers: Servo motors stop and start the print heads precisely on the page as well as move paper along to print multiple rows of text or graphics in exact lines, whether it’s a newspaper, a magazine, or an annual report.
• Automatic Door Openers: Supermarkets and hospital entrances are prime examples of automated door openers controlled by servo motors. Whether the signal to open is via push plate beside the door for handicapped access or by radio transmitter positioned overhead.

The world would be a much different place without servo motors. Whether they’re used in industrial manufacturing or in commercial applications, they make our lives better, and easier.

FAQs.

What is Servomotor?

A servomotor (or servo motor) is a rotary actuator or linear actuator that allows for precise control of angular or linear position, velocity, and acceleration. It consists of a suitable motor coupled to a sensor for position feedback.

How does a servo motor work?

A servo motor is an electromechanical device that produces torque and velocity based on the supplied current and voltage. A servo motor works as part of a closed-loop system providing torque and velocity as commanded from a servo controller utilizing a feedback device to close the loop.

What type of motor is a servo motor?

A servo motor is a rotary actuator that is designed for precise precision control. It consists of an electric motor, a feedback device, and a controller. They are able to accommodate complex motion patterns and profiles better than any other type of motor.

What are the types of Servo Motor?

Servo motors come in many sizes and in three basic types. The three types include positional rotation, continuous rotation, and linear. Positional Rotation servos rotate 180 degrees. They also have stops in the gear mechanism to protect the output shaft from over-rotating.

Are servo motors AC or DC?

Servo motors come in two basic types:AC and DC. Each type is designed for a different range of applications, but both can be found in various industrial and domestic machines and devices.

What does a servo motor do?

Servo motors or “servos”, as they are known, are electronic devices and rotary or linear actuators that rotate and push parts of a machine with precision. Servos are mainly used on angular or linear position and for specific velocity, and acceleration.

What is servo motor simple definition?

A servo motor is an electromechanical device that produces torque and velocity based on the supplied current and voltage. A servo motor works as part of a closed loop system providing torque and velocity as commanded from a servo controller utilizing a feedback device to close the loop.

What is the difference between motor and servo motor?

DC motors are fast and continuous rotation motors mainly used for anything that needs to rotate at a high rotation per minute (RPM). For instance; car wheels, fans etc. Servo motors are high torque, fast, accurate rotation in a limited angle.

What are the 3 types of servos?

Servo motors come in many sizes and in three basic types. The three types include positional rotation, continuous rotation, and linear. Positional Rotation servos rotate 180 degrees. They also have stops in the gear mechanism to protect the output shaft from over-rotating.

Why is it called a servo motor?

In other words, servo motors get their name from the fact that they can be relied upon to operate “exactly as commanded”. Any electric motor capable of controlling parameters like position and speed is called a servo motor, regardless of how this control is achieved.

Where are servo motors used?

Servo motors are considered to be fundamental in the design and manufacturing of robots. These are systems that require a precise and controlled mechanical positioning. We can see them on fields such as industrial automation or the growing robotic surgery field.

Why are DC motors preferred as servo motor?

DC motors, while far less complex than servo motors are also easy to control; reverse the leads to change directions, and change the voltage to change the speed. These motors are both easily controllable, but their gap in complexity changes the resolution of control.

What’s the difference between a servo motor and a DC motor?

Servo motor does not rotate freely and continuously like DC motor. Its rotation is limited to 180⁰ whereas the DC motor rotates continuously. Servo motors are used in robotic arms, legs, or rudder control systems and toy cars. DC motors are used in fans, car wheels, etc.

Can servo motor rotate 360?

The end points of the servo can vary and many servos only turn through about 170 degrees. You can also buy ‘continuous’ servos that can rotate through the full 360 degrees.

What kind of motor is a servo?

Servo motors are generally an assembly of four things:a DC motor, a gearing set, a control circuit and a position-sensor (usually a potentiometer). The position of servo motors can be controlled more precisely than those of standard DC motors, and they usually have three wires (power, ground &control).

What are the parts of a servo motor?

The servo motor is composed of three elements:the motor, the encoder and the driver. The driver has the role of comparing the position command and the encoder position/speed information and controlling the drive current.

What is difference between induction and servo motor?

Induction motor will work on synchronous speed. 2) Servo motor is closed loop system where as induction motor is an open loop system. 3) An induction motor has high inertia and servo motor has a very low inertia. Hence servo motors are used in applications where instant and accurate positioning of load is required.