Co je servomotor?- Definice, funkce a typy

Co je servomotor?

Servomotor (nebo servomotor) je otočný pohon nebo lineární pohon, který umožňuje přesné ovládání úhlové nebo lineární polohy, rychlosti a zrychlení . Skládá se z vhodného motoru spojeného se snímačem pro zpětnou vazbu polohy. Servomotory se používají v aplikacích, jako je robotika, CNC stroje nebo automatizovaná výroba.

Vyžaduje také poměrně sofistikovaný ovladač, často vyhrazený modul navržený speciálně pro použití se servomotory. Servomotory nejsou specifickou třídou motorů, ačkoli termín servomotor se často používá k označení motoru vhodného pro použití v řídicím systému s uzavřenou smyčkou.

Servomotory jsou součástí řídicího systému s uzavřenou smyčkou a skládají se z několika částí, jmenovitě z řídicího obvodu, servomotoru, hřídele, potenciometru, hnacího převodu, zesilovače a buď kodéru nebo resolveru. Servomotor je samostatné elektrické zařízení, které otáčí části stroje s vysokou účinností a velkou přesností.

Výstupní hřídel tohoto motoru lze posunout do určitého úhlu, polohy a rychlosti, které normální motor nemá. Servomotor používá běžný motor a spojuje jej se snímačem pro zpětnou vazbu polohy.

Regulátor je nejdůležitější částí servomotoru speciálně navrženého a používaného pro tento účel. Servomotor je mechanismus s uzavřenou smyčkou, který zahrnuje zpětnou vazbu polohy pro řízení rotační nebo lineární rychlosti a polohy.

Motor je řízen elektrickým signálem, buď analogovým nebo digitálním, který určuje velikost pohybu, která představuje konečnou přikázanou polohu hřídele. Typ kodéru slouží jako snímač, který poskytuje zpětnou vazbu rychlosti a polohy. Tento obvod je zabudován přímo do krytu motoru, který je obvykle vybaven převodovým systémem.

Mechanismus servomotoru

Servomotor je servomechanismus s uzavřenou smyčkou, který využívá zpětnou vazbu polohy k řízení svého pohybu a konečné polohy. Vstupem pro jeho ovládání je signál (analogový nebo digitální) reprezentující polohu zadanou pro výstupní hřídel.

Motor je spárován s nějakým typem kodéru polohy, který poskytuje zpětnou vazbu o poloze a rychlosti. V nejjednodušším případě se měří pouze poloha. Naměřená poloha výstupu je porovnána s pozicí příkazu, externím vstupem do regulátoru.

Pokud se výstupní poloha liší od požadované, je generován chybový signál, který pak způsobí otáčení motoru v obou směrech, jak je potřeba, aby se výstupní hřídel dostal do vhodné polohy. Jak se polohy přibližují, chybový signál se snižuje na nulu a motor se zastaví.

Nejjednodušší servomotory využívají pouze snímání polohy pomocí potenciometru a ovládání motoru bang-bang; motor se vždy otáčí plnou rychlostí (nebo je zastaven). Tento typ servomotoru není široce používán v průmyslovém řízení pohybu, ale tvoří základ jednoduchých a levných serv používaných pro rádiem řízené modely.

Sofistikovanější servomotory používají optické rotační enkodéry pro měření rychlosti výstupního hřídele a pohon s proměnnou rychlostí pro řízení rychlosti motoru. Obě tato vylepšení, obvykle v kombinaci s regulačním algoritmem PID, umožňují rychlejší a přesnější uvedení servomotoru do požadované polohy s menšími překmity.

Jak funguje servomotor?

Servomotor je elektromechanické zařízení, které generuje točivý moment a rychlost na základě dodávaného proudu a napětí. Servomotor funguje jako součást řízení s uzavřenou smyčkou a poskytuje krouticí moment a rychlost podle příkazů servoregulátoru, který k uzavření smyčky používá zpětnovazební zařízení.

Zpětnovazební zařízení poskytuje informace, jako je proud, rychlost nebo poloha, do servoregulátoru, který upravuje činnost motoru v závislosti na zadaných parametrech.

Serva jsou řízena vysíláním elektrického impulsu s proměnnou šířkou nebo modulací šířky impulsu (PWM) přes ovládací kabel. Existuje minimální tepová frekvence, maximální tepová frekvence a opakovací frekvence. Servomotor se může normálně otáčet pouze o 90° v každém směru. Což dává dohromady 180° pohybu.

Neutrální poloha motoru je definována jako poloha, ve které má servo stejný potenciál otáčení ve směru i proti směru hodinových ručiček. PWM odeslaná do motoru určuje polohu hřídele a je založena na době trvání impulsu vyslaného přes ovládací kabel; rotor se otočí do požadované polohy.

Servomotor očekává puls každých 20 milisekund a délka pulsu určuje, jak daleko se motor otočí. Například pulz 1,5 ms způsobí otočení motoru do polohy 90°.

Po dobu kratší než 1,5 ms se servo otočí proti směru hodinových ručiček směrem k poloze 0 ° a déle než 1,5 ms otočí servo ve směru hodinových ručiček směrem k poloze 180 °.

Když je těmto servům dán povel k pohybu, přesunou se do pozice a tuto pozici udrží. Pokud vnější síla tlačí na servo, zatímco servo drží pozici, servo se bude bránit pohybu z této pozice.

Maximální síla, kterou může servo vyvinout, se nazývá točivý moment serva. Serva však nebudou držet svou pozici navždy; Polohový impuls musí být opakován, aby bylo servo sděleno, aby zůstalo na pozici.

Typy servomotorů

Servomotory se dodávají v mnoha velikostech a ve třech základních typech. Tyto tři typy zahrnují polohovou rotaci, kontinuální rotaci a lineární.

  • Poziční rotace Serva se otáčejí o 180 stupňů. Mají také dorazy v převodovce, které chrání výstupní hřídel před přetočením.
  • Nepřetržité střídání servomotor je servo, jehož rozsah pohybu není omezen. Místo toho, aby vstupní signál určoval, jakou polohu se má servo otočit. Plynulé otáčení serva souvisí mezi vstupem a rychlostí výstupu a směrem. Neomezený pohyb těchto motorů jim umožňuje pohybovat se ve směru CW i CCW.
  • Lineární serva ke změně jejich výkonu použijte ozubený mechanismus. Hřeben a pastorek převádějí rotační pohyb na lineární pohyb.

Oprava servomotoru :Proces krok za krokem

Opravu servomotorů si nárokuje mnoho lidí, ale málokdo je ovládá! Oprava servomotorů zahrnuje mnoho kroků; nejsložitějším krokem je oprava zpětné vazby a seřízení. Tento malý krok je klíčem k přesné opravě servomotoru, bez dokonalého seřízení je zbytek opravy servomotoru irelevantní.

K provedení dokonalého vyrovnání musí opravárenská společnost použít velmi drahý systém vyrovnání. Právě kvůli těmto nákladům a nedostatku schopnosti opravit elektroniku zpětnovazebního zařízení mnoho opravárenských společností neopravuje servomotory.

Rádi bychom vás pozvali ke sledování našeho procesu opravy servomotoru ve videu níže. Takto dokážeme vaše servomotory přesně opravit, seřídit a otestovat při plné zátěži, abychom pokaždé dokonale opravili!

Krok 1 Počáteční hodnocení

Během hodnocení se provádí vizuální kontrola za účelem kontroly dílů, jako je hřídel, drážka pro pero, koncové zvony, svorky a konektory. Po kontrole se provede srovnávací test rázového napětí nebo krátký test, aby se zjistilo, zda není třeba stator převinout.

Dále se v každé fázi provede test izolačního odporu často označovaný jako Meggerův test, aby se zajistilo, že izolace není porušena.

Dalším testem v hodnocení je test fázového vyvážení, který používá měřič RMS k zajištění vyváženosti vinutí mezi fázemi; Zde se také kontroluje brzda, pokud ji má servomotor.

Krok 2 Demontáž

Nejprve se odstraní zadní deska, poté se odstraní kodér a pouzdro kodéru, přičemž se opatrně odstraní kabeláž. Potom se odstraní koncové zvony a rotor se vytáhne ze statoru; zde jsou rotor a hřídel vizuálně kontrolovány.

Dále se odstraní ložiska a pouzdro ložiska a také brzda.

Krok 3 Čištění

Používá se alkalická myčka, protože je pro váš motor lepší než ruční čištění nebo tlakové mytí. Tímto způsobem jsou umyty všechny naše díly motoru.

Krok 4 Změna ložiska

Je důležité měnit každé ložisko pokaždé, protože jsou často příčinou selhání motoru. Používáme pouze vysoce kvalitní ložiska, která splňují nebo překračují všechny specifikace výrobce. Po výměně ložisek je motor znovu smontován.

Krok 5 Závěrečné testování

Aby bylo zajištěno, že motor je plně opraven, dále se provede test paměti, aby se zajistilo seřízení zpětnovazebního zařízení. Po úplném otestování a ověření opravy je motor nalakován a je připraven k odeslání zpět k vám, připraven k použití!

Výhody servomotoru

Výhody servomotoru jsou:

  • Vysoký výstupní výkon vzhledem k velikosti a hmotnosti motoru.
  • Kodér určuje přesnost a rozlišení.
  • Vysoká účinnost. Při mírném zatížení se může přiblížit 90 %.
  • Vysoký poměr točivého momentu k setrvačnosti. Servomotory mohou rychle urychlit zatížení.
  • Má 2–3krát větší nepřetržitý výkon na krátkou dobu.
  • Má 5–10krát vyšší jmenovitý točivý moment na krátkou dobu.
  • Servomotory dosahují vysoké rychlosti při vysokých hodnotách točivého momentu.
  • Tiché při vysokých rychlostech.
  • Použití kodéru poskytuje vyšší přesnost a rozlišení s řízením v uzavřené smyčce.

Nevýhody servomotoru

Hlavní nevýhody servomotoru jsou:

  • Servomotory vyžadují ladění ke stabilizaci zpětné vazby.
  • Servomotor se stane nepředvídatelným, když se něco rozbije. Jsou tedy vyžadovány bezpečnostní obvody.
  • Složitý ovladač vyžaduje kodér a elektronickou podporu.
  • Špičkový točivý moment je omezen na 1% pracovní cyklus. Servomotory mohou být poškozeny trvalým přetížením.
  • Převodovky jsou často vyžadovány, aby dodávaly výkon při vyšších rychlostech.
  • Vyšší celkové náklady na systém a náklady na instalaci systému servomotoru mohou být vyšší než u krokového motoru kvůli požadavku na komponenty zpětné vazby.

Běžné průmyslové aplikace pro servomotory

Servomotory jsou malé a účinné, ale rozhodující pro použití v aplikacích vyžadujících přesné řízení polohy. Servomotor je řízen signálem (daty) lépe známým jako pulzně-šířkový modulátor (PWM). Zde je několik nejběžnějších aplikací servomotorů, které se dnes používají.

  • Robotika: K ovládání pohybů se používá servomotor na každém „kloubu“ robota, který dává rameni robota jeho přesný úhel.
  • Dopravní pásy: Servomotory pohybují, zastavují a spouštějí dopravníkové pásy přepravující produkt do různých fází, například při balení/stáčení produktů a označování.
  • Automatické ostření fotoaparátu: Vysoce přesný servomotor vestavěný do fotoaparátu koriguje objektiv fotoaparátu, aby zaostřil neostré snímky.
  • Robotické vozidlo: Servomotory, které se běžně používají ve vojenských aplikacích a při detonaci bomb, ovládají kola robotického vozidla. A generování dostatečného točivého momentu k hladkému pohybu, zastavení a rozjezdu vozidla a také k ovládání jeho rychlosti.
  • Solární sledovací systém: Servomotory upravují úhel solárních panelů v průběhu dne tak, aby každý panel i nadále směřoval ke slunci a využíval maximum energie od východu do západu slunce.
  • Stroje na řezání a tváření kovů: Servomotory poskytují přesné řízení pohybu frézek, soustruhů, broušení, centrování, děrování, lisování a ohýbání při výrobě kovů pro takové položky, jako jsou víčka nádob až po automobilová kola.
  • Umístění antény: Servomotory se používají na ose pohonu azimutu i elevace antén a dalekohledů, jako jsou ty, které používá Národní radioastronomická observatoř (NRAO).
  • Zpracování dřeva/CNC: Servomotory řídí soustružnické mechanismy (soustruhy), které tvarují nohy stolu a vřetena schodů. Například stejně jako vrtání a vrtání otvorů nezbytných pro sestavení těchto produktů později v procesu.
  • Textil: Servomotory řídí průmyslové dopřádací a tkalcovské stroje, stavy a pletací stroje, které vyrábějí textilie, jako jsou koberce a látky, a také nositelné předměty, jako jsou ponožky, čepice, rukavice a palčáky.
  • Tiskové lisy/tiskárny: 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.

Časté dotazy

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.