Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Промышленный серводвигатель
Серо-зеленый цилиндр - это щеточный двигатель постоянного тока . Черная часть внизу содержит планетарный редуктор , а черный объект в верхней части двигателя - это оптический датчик угла поворота для обратной связи по положению . Это рулевой привод большого транспортного средства-робота.
Промышленные серводвигатели и редукторы со стандартными фланцевыми креплениями для взаимозаменяемости

Сервомотор является поворотным приводом или линейным приводом , который позволяет точно контролировать угловую или линейное положение, скорость и ускорение. [1] Он состоит из подходящего двигателя, соединенного с датчиком обратной связи по положению. 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 используются в таких приложениях, как робототехника , станки с ЧПУ или автоматизированное производство .

Механизм [ править ]

Серводвигатель представляет собой замкнутый контур сервомеханизм , который использует обратную связь по положению , чтобы контролировать свое движение и конечную позицию. Входом для его управления является сигнал (аналоговый или цифровой), представляющий заданное положение для выходного вала.

Двигатель работает в паре с датчиком положения определенного типа для обеспечения обратной связи по положению и скорости. В простейшем случае измеряется только позиция. 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, что необходимо для приведения 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 получил широкого распространения в промышленном управлении движением , но он составляет основу простых и дешевых сервоприводов, используемых для радиоуправляемых моделей .

В более сложных серводвигателях используются оптические датчики вращения для измерения скорости выходного вала [2] и привод с регулируемой скоростью для управления скоростью двигателя. [3] Оба этих усовершенствования, обычно в сочетании с алгоритмом ПИД-регулирования , позволяют приводить серводвигатель в заданное положение быстрее и точнее, с меньшими отклонениями . [4]

Серводвигатели против шаговых двигателей [ править ]

Серводвигатели обычно используются как высокоэффективная альтернатива шаговым двигателям . Шаговые двигатели обладают некоторой неотъемлемой способностью управлять положением, поскольку они имеют встроенные выходные шаги. Это часто позволяет использовать их в качестве управления положением без обратной связи, без какого-либо энкодера с обратной связью, поскольку их сигнал привода определяет количество шагов движения для вращения, но для этого контроллеру необходимо `` знать '' положение шагового двигателя. при включении. Следовательно, при первом включении 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 переместит держатель струи в крайнее левое и правое положение, чтобы установить конечные положения. Серводвигатель немедленно повернется на любой угол, на который указывает контроллер, независимо от исходного положения при включении питания.

Отсутствие обратной связи у шагового двигателя ограничивает его производительность, поскольку шаговый двигатель может управлять только нагрузкой, которая находится в пределах своих возможностей, в противном случае пропущенные шаги под нагрузкой могут привести к ошибкам позиционирования, и систему, возможно, придется перезапустить или перекалибровать. Энкодер и контроллер серводвигателя являются дополнительными затратами, но они оптимизируют производительность всей системы (для всех значений скорости, мощности и точности) относительно мощности основного двигателя. В более крупных системах, где мощный двигатель представляет все большую часть стоимости системы, серводвигатели имеют преимущество.

В последние годы растет популярность шаговых двигателей с обратной связью. [ необходима цитата ] Они действуют как серводвигатели, но имеют некоторые отличия в программном управлении для обеспечения плавного движения. Основным преимуществом шагового двигателя с замкнутым контуром является его относительно невысокая стоимость. Также нет необходимости настраивать ПИД-регулятор на шаговой системе с замкнутым контуром. [5]

Многие приложения, такие как станки для лазерной резки , могут быть предложены в двух диапазонах: в недорогом диапазоне с шаговыми двигателями и в диапазоне высокой производительности с серводвигателями. [6]

Кодеры [ править ]

Первые серводвигатели были разработаны с синхронизаторами в качестве энкодеров. [7] С этими системами была проделана большая работа при разработке радаров и зенитной артиллерии во время Второй мировой войны . [8]

Простые серводвигатели могут использовать резистивные потенциометры в качестве датчика положения. Они используются только на самом простом и дешевом уровне и находятся в тесной конкуренции с шаговыми двигателями. Они страдают от износа и электрического шума в дорожке потенциометра. Хотя можно было бы электрически дифференцировать их сигнал положения для получения сигнала скорости, ПИД-регуляторы, которые могут использовать такой сигнал скорости, обычно требуют более точного кодировщика.

В современных серводвигателях используются датчики вращения , абсолютные или инкрементальные . Абсолютные энкодеры могут определять свое положение при включении питания, но они более сложные и дорогие. 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 своего положения при запуске.

Вместо серводвигателей иногда используется двигатель с отдельным внешним датчиком линейных перемещений. [9] Эти системы двигатель + линейный энкодер позволяют избежать неточностей в трансмиссии между двигателем и линейной кареткой, но их конструкция усложняется, поскольку они больше не являются предварительно упакованными системами заводского изготовления.

Двигатели [ править ]

Тип двигателя не критичен для серводвигателя, могут использоваться другие типы. В простейшем случае используются щеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами из-за их простоты и низкой стоимости. Небольшие промышленные серводвигатели обычно представляют собой бесщеточные двигатели с электронной коммутацией. [10] Для крупных промышленных серводвигателей обычно используются асинхронные двигатели переменного тока , часто с частотно-регулируемыми приводами, что позволяет контролировать их скорость. Для достижения максимальной производительности в компактном корпусе используются бесщеточные двигатели переменного тока с полями постоянного магнита, по сути, большие версии бесщеточных электродвигателей постоянного тока . [11]

Приводные модули для серводвигателей являются стандартным промышленным компонентом. Их конструкция представляет собой ветвь силовой электроники , как правило , на основе трехфазной МОП - транзистор или IGBT - H моста . Эти стандартные модули принимают в качестве входных данных одно направление и счетчик импульсов (расстояние вращения). Они также могут включать в себя функции контроля перегрева, превышения крутящего момента и обнаружения останова. [12] Поскольку тип энкодера, передаточное число редуктора и общая динамика системы зависят от приложения, сложнее создать общий контроллер в виде стандартного модуля, и поэтому они часто реализуются как часть основного контроллера.

Контроль [ править ]

Большинство современных серводвигателей спроектированы и поставляются на основе специального модуля контроллера от того же производителя. Контроллеры также могут быть разработаны на основе микроконтроллеров , чтобы снизить затраты на приложения большого объема. [13]

Интегрированные серводвигатели [ править ]

Интегрированные серводвигатели спроектированы таким образом, чтобы объединить двигатель, драйвер, энкодер и связанную электронику в одном корпусе. [14] [15]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 07.09.2012 . Проверено 12 октября 2012 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  2. ^ Сук-Хван Сух; Сон Кён Кан; Дэ-Хюк Чунг; Ян Страуд (22 августа 2008 г.). Теория и дизайн систем ЧПУ . Springer Science & Business Media. С. 11–. ISBN 978-1-84800-336-1. Архивировано 21 марта 2017 года.
  3. ^ Jacek F. Gieras (3 июня 2011). Технология двигателей с постоянными магнитами: конструкция и применение, третье издание . CRC Press. С. 26–. ISBN 978-1-4398-5901-8. Архивировано 21 марта 2017 года.
  4. ^ Ральф Дер; Георг Мартиус (11 января 2012 г.). Игровая машина: теоретические основы и практическая реализация самоорганизующихся роботов . Springer Science & Business Media. С. 302–. ISBN 978-3-642-20253-7. Архивировано 20 марта 2017 года.
  5. ^ "Шаговые двигатели с замкнутым контуром Fastech" . Fastech Korea. Архивировано 17 марта 2015 года.
  6. ^ "Legend Elite лазерная серия" . Эпилог Лазер. Архивировано 25 августа 2012 года. Серводвигатели встроены в оси X и Y каждого лазера Legend Elite Series. Эти двигатели известны своей высокой скоростью разгона и замедления.
  7. ^ Апсон, АР; Бэтчелор, JH (1978) [1965]. Справочник по синхронной инженерии . Beckenham: Muirhead Vactric Components. С. 7, 67–90.
  8. ^ «Глава 10». Военно-морская артиллерия и артиллерия . Том 1. ВМС США. 1957. Архивировано 02 декабря 2007 года.
  9. ^ «Линейные энкодеры Accupoint ™» . Эпилог Лазер. Архивировано 07 октября 2012 года.
  10. ^ "Сердечники бесщеточных двигателей постоянного тока для серводвигателей" . Максон Мотор. Архивировано 25 декабря 2013 года.
  11. ^ "Компактный динамический бесщеточный серводвигатель" . Moog Inc . Архивировано 13 октября 2012 года.
  12. ^ "Бесщеточные сервоусилители с ШИМ" (PDF) . Расширенное управление движением. Архивировано (PDF) из оригинала 27 ноября 2014 г.
  13. ^ Чоудхури, Расел. «Устройство для обнаружения и разделения цвета» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  14. ^ Макс А. Денкет (2006). Границы робототехнических исследований . Nova Publishers. С. 44–. ISBN 978-1-60021-097-6. Архивировано 13 мая 2018 года.
  15. ^ Jacek F. Gieras (22 января 2002). Технология двигателей с постоянными магнитами: конструкция и применение, второе издание . CRC Press. С. 283–. ISBN 978-0-8247-4394-9. Архивировано 13 мая 2018 года.

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с серводвигателями, на Викискладе?