В контроле инженерии с сервомеханизмом , иногда сокращается до сервопривода , автоматическое устройство , которое использует ошибки зондирование отрицательной обратной связь , чтобы исправить действие механизма. [1] В приложениях с регулируемым смещением он обычно включает встроенный энкодер или другой механизм обратной связи по положению, чтобы гарантировать достижение желаемого эффекта на выходе. [2]
Этот термин правильно применяется только к системам, в которых сигналы обратной связи или коррекции ошибок помогают контролировать механическое положение, скорость, положение или любые другие измеримые переменные. [3] Например, управление стеклоподъемниками в автомобиле не является сервомеханизмом, поскольку нет автоматической обратной связи, которая управляет положением - оператор делает это путем наблюдения. В отличие от этого круиз-контроль автомобиля использует обратную связь с обратной связью , которая классифицирует его как сервомеханизм.
Приложения
Контроль положения
Обычный тип сервопривода обеспечивает управление положением . Обычно сервоприводы бывают электрическими , гидравлическими или пневматическими . Они работают по принципу отрицательной обратной связи, когда управляющий вход сравнивается с фактическим положением механической системы, измеренным каким-либо типом преобразователя на выходе. Любая разница между фактическим и желаемым значениями («сигнал ошибки») усиливается (и преобразуется) и используется для управления системой в направлении, необходимом для уменьшения или устранения ошибки. Эта процедура - одно из широко используемых приложений теории управления . Типичные сервоприводы могут давать поворотный (угловой) или линейный выходной сигнал.
Контроль скорости
Регулировка скорости с помощью регулятора - еще один тип сервомеханизма. Паровой двигатель использует механические управляющий; еще одним ранним применением было регулирование скорости водяных колес . Перед Второй мировой войной винт постоянной скорости был разработан для управления частотой вращения двигателя маневрирующих самолетов. В системах управления подачей топлива для газотурбинных двигателей используется либо гидромеханическое, либо электронное управление.
Другие
Сервомеханизмы позиционирования впервые были применены в боевой аппаратуре управления огнем и морской навигации . Сегодня сервомеханизмы используются в станках-автоматах , антеннах слежения за спутниками, самолетах дистанционного управления, автоматических навигационных системах на лодках и самолетах, системах управления зенитной артиллерией. Другие примеры являются летать по проводам система в самолетах , которые используют сервоприводы для приведения в действие поверхностей управления самолетом, а также радиоуправляемые модели , которые используют RC сервоприводы для той же цели. Многие камеры с автофокусом также используют сервомеханизм для точного перемещения объектива. Жесткий диск имеет магнитную систему сервопривода с точностью позиционирования суб-микрометра. В промышленных машинах сервоприводы используются для выполнения сложных движений во многих приложениях.
Серводвигатель
Серводвигатель представляет собой тип конкретного двигателя , который в сочетании с круговым датчиком или потенциометром , чтобы сформировать сервомеханизм. Этот узел, в свою очередь, может быть частью другого сервомеханизма. Потенциометр обеспечивает простой аналоговый сигнал для индикации положения, в то время как энкодер обеспечивает обратную связь по положению и, как правило, по скорости, что с помощью ПИД-регулятора позволяет более точно контролировать положение и, таким образом, быстрее достигать стабильного положения (для заданной мощности двигателя). . Потенциометры подвержены дрейфу при изменении температуры, тогда как энкодеры более стабильны и точны.
Серводвигатели используются как для дорогих, так и для недорогих приложений. На верхнем уровне представлены прецизионные промышленные компоненты, в которых используется датчик угла поворота. На нижнем уровне находятся недорогие сервоприводы радиоуправления (RC-сервоприводы), используемые в радиоуправляемых моделях, которые используют автономный двигатель и простой датчик положения потенциометра со встроенным контроллером. Термин « серводвигатель» обычно относится к высокопроизводительному промышленному компоненту, в то время как термин « сервопривод» чаще всего используется для описания недорогих устройств, в которых используется потенциометр. Шаговые двигатели не считаются серводвигателями, хотя они также используются для создания более крупных сервомеханизмов. Шаговым двигателям присуще угловое позиционирование из-за их конструкции, и это обычно используется в режиме разомкнутого контура без обратной связи. Обычно они используются для приложений средней точности.
Сервоприводы с дистанционным управлением используются для приведения в действие различных механических систем, таких как рулевое управление автомобилем, поверхности управления на самолете или руль лодки. Из-за их доступности, надежности и простоты управления микропроцессорами они часто используются в небольших приложениях робототехники . Стандартный RC-приемник (или микроконтроллер) отправляет сигналы с широтно-импульсной модуляцией (PWM) на сервопривод. Электроника внутри сервопривода переводит ширину импульса в положение. Когда сервопривод получает команду на вращение, двигатель получает питание до тех пор, пока потенциометр не достигнет значения, соответствующего заданному положению.
История
Джеймс Ватт «s паровой двигатель губернатора , как правило , считается первым питанием системы обратной связи. Мельница юте является ранее примером автоматического управления, но так как он не имеет усилителя или коэффициент усиления , он обычно не считается сервомеханизмом.
Первым устройством управления положением с обратной связью был двигатель рулевого управления корабля , который использовался для позиционирования руля больших кораблей в зависимости от положения штурвала корабля. Джон Макфарлейн Грей был пионером. Его запатентованный дизайн был использован на SS Great Eastern в 1866 году. Джозеф Фаркот, возможно, заслуживает такой же похвалы за концепцию обратной связи, имея несколько патентов между 1862 и 1868 годами [4].
Телемотор был изобретен Эндрю Беттсом Брауном около 1872 года , что позволило значительно упростить сложные механизмы между диспетчерской и двигателем. [5] Паровые рулевые двигатели обладали характеристиками современного сервомеханизма: входом, выходом, сигналом ошибки и средством усиления сигнала ошибки, используемого для отрицательной обратной связи, чтобы довести ошибку до нуля. Механизм реверса мощности Ragonnet представлял собой сервоусилитель общего назначения с воздушным или паровым приводом для линейного движения, запатентованный в 1909 г. [6]
Электрические следящих использовались еще в 1888 году Элиша Грей «s фототелеграф .
Для электрических сервомеханизмов требуется усилитель мощности. Во время Второй мировой войны были разработаны электрические сервомеханизмы управления огнем , в которых в качестве усилителя мощности использовался амплидин . Вакуумные трубчатые усилители были использованы в UNISERVO ленточного накопителя для UNIVAC I компьютера. Королевский флот начал эксперименты с дистанционным управлением мощностью ( RPC ) на HMS Champion в 1928 году и начал использовать RPC для управления прожекторами в начале 1930-х годов. Во время Второй мировой войны RPC использовался для управления артиллерийскими установками и наводчиками орудий.
Современные сервомеханизмы используют твердотельные усилители мощности, обычно построенные на полевых МОП-транзисторах или тиристорных устройствах. Маленькие сервоприводы могут использовать силовые транзисторы .
Предполагается, что это слово произошло от французского « Le Servomoteur » или «ведомый двигатель», впервые использованный JJL Farcot в 1868 году для описания гидравлических и паровых двигателей, используемых для управления судном. [7]
В простейших типах сервоприводов используется управление ударами . Более сложные системы управления используют пропорциональное управление, ПИД-регулирование и управление пространством состояний, которые изучаются в современной теории управления .
Виды выступлений
Сервоприводы можно классифицировать с помощью их систем управления с обратной связью: [8]
- сервоприводы типа 0: в установившемся режиме они выдают постоянное значение на выходе с постоянным сигналом ошибки;
- сервоприводы типа 1: в установившемся режиме они выдают постоянное значение на выходе с нулевым сигналом ошибки, но постоянная скорость изменения задания подразумевает постоянную ошибку при отслеживании задания;
- Сервоприводы типа 2: в установившемся режиме они выдают постоянное значение на выходе с нулевым сигналом ошибки. Постоянная скорость изменения ссылки подразумевает нулевую ошибку при отслеживании ссылки. Постоянная скорость ускорения эталона подразумевает постоянную ошибку при отслеживании эталона.
Полоса пропускания сервопривода указывает на способность сервопривода следовать быстрые изменения в заданном входе.
Смотрите также
- Мотор с долей лошадиных сил
- Управления движением
- Сервоуправление
- Synchro , разновидность двигателя передатчика и приемника, используемого в сервомеханизмах.
дальнейшее чтение
- Беннет, С. (1993). История контрольной техники 1930–1955 гг . Лондон: Peter Peregrinus Ltd. От имени Института инженеров-электриков. ISBN 0-86341-280-7.
- Сюэ-Шен Цзянь (1954) Engineering Cybernetics , McGraw Hill , ссылка с HathiTrust
Рекомендации
- ^ Baldor Electric Company - Факты сервоуправления . Доступ 25 сентября 2013 г.
- Перейти ↑ Anaheim Automation: Servo Motor Guide . Доступ 25 сентября 2013 г.
- ^ Определение BusinessDictionary.com . Доступ 25 сентября 2013 г.
- ^ Беннет, Стюарт (1986-01-01). История контрольной техники, 1800–1930 гг . ИЭПП. С. 98–100. ISBN 978-0-86341-047-5.
- ↑ Эндрю Беттс Браун
- ^ Eugine Л. Ragonnet, механизм управления для локомотивов, патент США 930225 , 9 августа 1909.
- ^ IEEE Industry Applications Magazine, март / апрель 1996 г., стр. 74
- ^ GW Юнкин, Промышленные сервоуправляющие системы - основы и приложения - второе издание, Тейлор и Фрэнсис, 2007.
Внешние ссылки
- Новости Онтарио "пионер сервотехники"
- Rane Pro Audio Reference определение "серво-петли"
- Сиэтлское общество робототехники "Что такое сервопривод?"
- серводвигатели различных типов »