Серводвигатель
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2016 г. ) |
Серо-зеленый цилиндр — это щеточного типа двигатель постоянного тока . Черная секция внизу содержит планетарный редуктор , а черный объект вверху двигателя представляет собой оптический поворотный энкодер для обратной связи по положению . Это рулевой привод большого роботизированного автомобиля.
Серводвигатель сервопривод (или серводвигатель просто , или ) [1] представляет собой поворотный или линейный привод , который позволяет точно контролировать угловое или линейное положение, скорость и ускорение в механической системе . [1] [2] Он является частью сервомеханизма и состоит из подходящего двигателя, соединенного с датчиком по положению обратной связи , и контроллером (часто это специальный модуль, разработанный специально для серводвигателей).
Серводвигатели не относятся к конкретному классу двигателей, хотя термин «серводвигатель» часто используется для обозначения двигателя, подходящего для использования в системе управления с обратной связью . Серводвигатели используются в таких приложениях, как робототехника , станки с ЧПУ и автоматизированное производство .
Механизм
[ редактировать ]Серводвигатель — это сервомеханизм с замкнутым контуром , который использует обратную связь по положению (линейное или вращательное положение) для управления своим движением и конечным положением. Входным сигналом для его управления является сигнал (аналоговый или цифровой), представляющий желаемое положение выходного вала.
Двигатель соединен с некоторым типом энкодера положения для обеспечения обратной связи по положению (и, возможно, также обратной связи по скорости в более сложных конструкциях). Контроллер сравнивает измеренное положение с желаемым положением, чтобы генерировать сигнал ошибки , который при обратной связи заставляет двигатель вращаться в направлении, необходимом для приведения вала в желаемое положение. Сигнал ошибки уменьшается до нуля по мере приближения к желаемому положению, приводя к остановке двигателя.
В простых серводвигателях используется только определение положения с помощью потенциометра и импульсное управление двигателем; двигатель вращается только на полной скорости или останавливается. Этот тип серводвигателя не получил широкого применения в промышленном управлении движением , но он составляет основу простых и дешевых сервоприводов, используемых в радиоуправляемых моделях . [3]
Более сложные серводвигатели используют абсолютный энкодер (разновидность поворотного энкодера ) для расчета положения вала и определения скорости выходного вала. [4] Для регулирования скорости двигателя используется привод с регулируемой скоростью. [5] Оба эти усовершенствования, обычно в сочетании с алгоритмом ПИД-регулирования , позволяют серводвигателю быстрее и точнее переводить серводвигатель в заданное положение с меньшим перерегулированием . [6]
Серводвигатели против. шаговые двигатели
[ редактировать ] | Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . ( март 2016 г. ) |
Серводвигатели обычно используются как высокопроизводительная альтернатива шаговому двигателю . Шаговым двигателям присуща способность контролировать положение, поскольку они имеют встроенные выходные ступени. Это часто позволяет использовать их в качестве регулятора положения с разомкнутым контуром без какого-либо энкодера обратной связи, поскольку их сигнал привода определяет количество шагов вращения, но для этого контроллер должен «знать» положение шагового двигателя. двигатель при включении. Таким образом, при первом включении питания контроллер должен будет активировать шаговый двигатель и повернуть его в известное положение, например, до тех пор, пока он не активирует концевой выключатель. Это можно наблюдать при включении струйного принтера ; контроллер будет перемещать держатель струйной печати в крайнее левое и правое положение, чтобы установить конечные положения. Серводвигатель может немедленно повернуть на любой угол, заданный контроллером, независимо от исходного положения при включении питания, если абсолютный энкодер используется .
Отсутствие обратной связи шагового двигателя ограничивает его производительность, поскольку шаговый двигатель может управлять только нагрузкой, которая находится в пределах его мощности, в противном случае пропущенные шаги под нагрузкой могут привести к ошибкам позиционирования, и систему, возможно, придется перезапустить или перекалибровать. Энкодер и контроллер серводвигателя требуют дополнительных затрат, но они оптимизируют производительность всей системы (по скорости, мощности и точности) относительно мощности базового двигателя. В более крупных системах, где мощный двигатель составляет все большую часть стоимости системы, преимущество имеют серводвигатели.
В последние годы растет популярность шаговых двигателей с замкнутым контуром. [7] Они действуют как серводвигатели, но имеют некоторые различия в программном управлении для обеспечения плавного движения. Основным преимуществом шагового двигателя с обратной связью является его относительно низкая стоимость. Также нет необходимости настраивать ПИД-регулятор в шаговой системе с замкнутым контуром. [8]
Кодеры
[ редактировать ]Первые серводвигатели были разработаны с синхронизаторами в качестве энкодеров. [9] Большая работа была проделана с этими системами при разработке радиолокационной и зенитной артиллерии во время Второй мировой войны . [10]
Простые серводвигатели могут использовать резистивные потенциометры в качестве датчика положения. Они используются только на самом простом и дешевом уровне и составляют тесную конкуренцию шаговым двигателям. Они страдают от износа и электрических помех на дорожке потенциометра. Хотя можно было бы электрически дифференцировать сигнал положения для получения сигнала скорости, ПИД-регуляторы , которые могут использовать такой сигнал скорости, обычно требуют более точного энкодера.
В современных серводвигателях используются энкодеры вращения , абсолютные или инкрементные . Абсолютные энкодеры могут определять свое положение при включении питания, но они более сложны и дороги. Инкрементальные энкодеры проще, дешевле и работают на более высоких скоростях. Инкрементальные системы, такие как шаговые двигатели, часто сочетают в себе присущую им способность измерять интервалы вращения с простым датчиком нулевого положения для установки их положения при запуске.
Вместо серводвигателей иногда используется двигатель с отдельным внешним линейным энкодером. [11] Эти системы двигатель + линейный энкодер позволяют избежать неточностей в трансмиссии между двигателем и линейной кареткой, но их конструкция усложняется, поскольку они больше не представляют собой предварительно упакованную систему заводского изготовления.
Моторы
[ редактировать ]Тип двигателя не имеет решающего значения для серводвигателя, можно использовать разные типы. [12] В простейших случаях коллекторные двигатели постоянного тока используются с постоянными магнитами из-за их простоты и низкой стоимости. Небольшие промышленные серводвигатели обычно представляют собой бесщеточные двигатели с электронной коммутацией. [13] Для больших промышленных серводвигателей асинхронные двигатели переменного тока обычно используются , часто с преобразователями частоты, позволяющими контролировать их скорость. Для достижения максимальной производительности в компактном корпусе используются бесщеточные двигатели переменного тока с полями постоянных магнитов, которые представляют собой фактически большие версии бесщеточных электродвигателей постоянного тока . [14]
Модули привода для серводвигателей являются стандартным промышленным компонентом. Их конструкция представляет собой раздел силовой электроники , обычно основанный на трехфазном МОП-транзисторе или IGBT H-мосте . Эти стандартные модули принимают в качестве входных данных одно направление и количество импульсов (расстояние вращения). Они также могут включать в себя функции мониторинга перегрева, превышения крутящего момента и обнаружения остановки. [15] Поскольку тип энкодера, передаточное число редуктора и общая динамика системы зависят от приложения, труднее изготовить общий контроллер как готовый модуль, и поэтому они часто реализуются как часть основного контроллера. [16]
Контроль
[ редактировать ]Большинство современных серводвигателей спроектированы и поставляются на основе специального модуля контроллера одного и того же производителя. Контроллеры также могут быть разработаны на базе микроконтроллеров , чтобы снизить стоимость крупномасштабных приложений. [17]
Интегрированные серводвигатели
[ редактировать ]Интегрированные серводвигатели спроектированы таким образом, чтобы двигатель, драйвер, энкодер и сопутствующая электроника находились в одном корпусе. [18] [19]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Эскюдье, Марсель; Аткинс, Тони (2019). «Словарь машиностроения» . doi : 10.1093/acref/9780198832102.001.0001 . ISBN 978-0-19-883210-2 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Савич, Даррен. «Основы сервоприводов для хобби» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 7 сентября 2012 г. Проверено 12 октября 2012 г.
- ^ «Серия МКД» . www.wakeindustrial.com . Проверено 1 июня 2024 г.
- ^ Сук-Хван Су; Сон Гюн Кан; Дэ-Хёк Чунг; Ян Страуд (22 августа 2008 г.). Теория и проектирование систем ЧПУ . Springer Science & Business Media. стр. 11–. ISBN 978-1-84800-336-1 . Архивировано из оригинала 21 марта 2017 года.
- ^ Яцек Ф. Гирас (3 июня 2011 г.). Технология двигателей с постоянными магнитами: конструкция и применение, третье издание . ЦРК Пресс. стр. 26–. ISBN 978-1-4398-5901-8 . Архивировано из оригинала 21 марта 2017 года.
- ^ Ральф Дер; Георг Мартиус (11 января 2012 г.). Игривая машина: теоретическое обоснование и практическая реализация самоорганизующихся роботов . Springer Science & Business Media. стр. 302–. ISBN 978-3-642-20253-7 . Архивировано из оригинала 20 марта 2017 года.
- ^ «Серводвигатель и шаговый двигатель – в чем разница?» . Это против того . Проверено 1 июня 2024 г.
- ^ «Шаговые двигатели с замкнутым контуром Fastech» . Фастэк Корея. Архивировано из оригинала 17 марта 2015 г.
- ^ Апсон, Арканзас; Бэтчелор, Дж. Х. (1978) [1965]. Справочник по синхронной инженерии . Бекенхэм: Компоненты Muirhead Vactric. стр. 7, 67–90.
- ^ «Глава 10». Морская артиллерия и артиллерия . Том. 1. ВМС США. 1957. Архивировано из оригинала 02 декабря 2007 г.
- ^ «Линейные энкодеры Accupoint™» . Эпилог Лазер. Архивировано из оригинала 7 октября 2012 г.
- ^ «Как управлять серводвигателем и его промышленное применение» . Компоненты CSE . Проверено 31 января 2023 г.
- ^ «Бесщеточные сердечники двигателей постоянного тока для серводвигателей» . Максон Мотор. Архивировано из оригинала 25 декабря 2013 г.
- ^ «Компактный динамический бесщеточный серводвигатель» . Муг Инк . Архивировано из оригинала 13 октября 2012 г.
- ^ «Бесщеточные сервоусилители с ШИМ» (PDF) . Расширенное управление движением. Архивировано из оригинала (PDF) 27 ноября 2014 г.
- ^ 20240175678 , Биндер, Иегуда, «Способ и устройство для совместного использования нескольких измерителей расстояний», выпущено 30 мая 2024 г.
- ^ Чоудхури, Расел. «Устройство детектора и разделения цвета» .
- ^ Макс А. Денкет (2006). Границы исследований в области робототехники . Издательство Нова. стр. 44–. ISBN 978-1-60021-097-6 . Архивировано из оригинала 13 мая 2018 г.
- ^ Яцек Ф. Гирас (22 января 2002 г.). Технология двигателей с постоянными магнитами: конструкция и применение, второе издание . ЦРК Пресс. стр. 283–. ISBN 978-0-8247-4394-9 . Архивировано из оригинала 13 мая 2018 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с серводвигателями, на Викискладе?
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
