Panel zákazníka
Vo Vašom košíku
Zaregistruj sa

Čo je to servomechanizmus?

2020-11-25

Čo je to servo? Nie je to nič iné ako obyčajný jednosmerný motor so zabudovanými regulátormi serva a prevodovkami. Základom jeho činnosti je systém spätnej väzby, do ktorého vstupuje výstupný signál, ktorým je daná poloha, rýchlosť, zrýchlenie alebo posunutie. Dáta sú transformované korekčným prvkom a zosilňovačom do výkonného prvku - ovládača alebo elektrického motora.

V tomto článku sa dozviete:

Servomechanizmy sa používajú takmer vo všetkých odvetviach ľahkého a ťažkého priemyslu, elektroniky a elektrotechniky, modelovania a všade tam, kde je potrebné aplikovať presný interpolačný pohyb pozdĺž danej trajektórie medzi počiatočným a koncovým bodom.

Čo je to servomechanizmus?

Servomechanizmy sa bežne nazývajú servá a tvoria základný ovládací prvok v automatických riadiacich systémoch. Sú to elektronické komponenty, ktoré sa používajú na prevod riadiacich signálov na vhodný pohyb výkonných prvkov a prijímačov. Môžu to byť rôzne typy klapiek, bŕzd, žeriavov a iných prvkov hydraulických a pneumatických systémov v strojoch, zariadeniach alebo v priemyselných sústavách.

Konštrukcia serva závisí od jeho špecifickosti, parametrov a účelu, vo všeobecnosti sa však dá povedať, že pozostáva z:

  • jednosmerného motora
  • potenciometra,
  • prevodovky,
  • elektronického riadiaceho systému na polohovanie hriadeľa motora,
  • krytu.

DFROBOT SER0001

Prvkom, ktorý určuje polohu hriadeľa, je implementovaný rotačný potenciometer. Príkladom by mohlo byť servo DFROBOT SER0001.

Ako funguje servomechanizmus?

Malé analógové servá sú vybavené generátorom pracujúcim pri 50 Hz, ktorý núti vzorkovať signál každých 20 ms. Zvyčajne je neutrálna poloha hriadeľa určená impulzom 1,5 ms a jeho rotácia v oboch smeroch je vynútená rozdielom vzorkovaného signálu vzhľadom na neutrálnu polohu - zvyčajne sa rozsah impulzov pohybuje v rozmedzí 1 - 2 ms.

Ako funguje digitálny servomechanizmus? Novšie digitálne servá poskytujú vyššie vzorkovacie frekvencie, čo zvyšuje presnosť polohovania hriadeľa v rozsahu malých výchyliek a tiež zrýchľuje jeho pohyb. Okrem toho je dôležité, že digitálne servá majú až trikrát väčšiu prídržnú silu v porovnaní s analógovými servami. Príkladom by mohlo byť servo POWER HD MINI DIGITAL SERVO HD-1810MG.

Je tiež potrebné venovať pozornosť typu algoritmu implementovaného v servomechanizme. V súčasnosti sa stále používajú najčastejšie algoritmy PID a PIV. Algoritmy PID sú dostatočné pre väčšinu aplikácií - najmä ak výkon serva nemusí byť príliš vysoký. Ovládače PIV sú vhodné pre zložitejšie a náročnejšie aplikácie založené na zložitých pohyboch pohonov.

POLOLU-1047

POWER HD MINI DIGITAL SERVO HD-1810MG POLOLU

Aké sú parametre servomechanizmov?

Kľúčovými parametrami servomechanizmov sú:

  • krútiaci moment a rýchlosť otáčania,
  • pracovný čas pri preťažení,
  • pomer krútiaceho momentu k zotrvačnosti,
  • rozlíšenie
  • frekvenčná charakteristika,
  • rozmery,
  • rozhrania,
  • sieťové riešenia.

Práve tieto mechanizmu sú zodpovedné za to, ako funguje servomechanizmus.

 

Krútiaci moment a rýchlosť otáčania

Toto je jeden z najdôležitejších parametrov serv. Napríklad model SER0039 DFROBOT poskytuje maximálny krútiaci moment 1,8 kg/cm a rýchlosť na úrovni 0,11 s/60°.

Krútiaci moment sa zvyčajne uvádza osobitne pre nepretržitú prevádzku a periodické zaťaženie. Krútiaci moment pre nepretržitú prevádzku je rovnaký ako hodnota, ktorú motor generuje bez prerušenia a rizika prehriatia, preťaženia a poškodenia. Krútiaci moment pre periodickú prevádzku je maximálny krútiaci moment, ktorý môže servo generovať v krátkom čase a obvykle sa týka periódy brzdenia alebo zrýchlenia mechanizmu alebo jeho odozvy na okamžité rušenie.

Pri výbere serva dávajte pozor na RMS (druhá odmocnina strednej hodnoty) krútiaceho momentu - musí zodpovedať parametrom motora pri nepretržitej prevádzke. Maximálny pracovný cyklus serva musí byť zasa prispôsobený jeho schopnosti odvádzať teplo zo systému.

Nemali by sme zabúdať ani na rýchlosť otáčania, ktorá určuje maximálny a priemerný počet otáčok, ktoré vykonáva hriadeľ servopohonu za jednotku času. Sú to sily krútiaceho momentu a rýchlosti otáčania, ktoré sú súčasťou výkonu ovládacieho prvku.

Pomer zotrvačnosti,

Ďalším dôležitým parametrom určujúcim činnosť serva je pomer zotrvačnosti rotora motora a zotrvačnosti zaťaženia. Servomechanizmus je zariadenie, ktorého činnosť je založená na spätnoväzbovej slučke a regulačný algoritmus reguluje prúd čerpaný motorom. Aktuálna úroveň sa vypočíta pomocou algoritmu na základe vzťahu medzi nameranými a nastavenými rozdielmi pre aktuálnu polohu hriadeľa, ako aj krútiacim momentom a rýchlosťou otáčania. Pomer zotrvačnosti motora a zaťaženia má kľúčový vplyv na presnú reguláciu otáčok - ak je príliš vysoký, motor bude kmitať, čo znamená, že bude nesprávne regulovaný. Oscilácie vo forme vibrácií a rázov môžu poškodiť mechanizmy a konštrukčné prvky zariadenia.

Čím je pomer zotrvačnosti menší, tým menšie je riziko oscilácie a väčšia presnosť kontroly servopohonu. Tento pomer je tiež ovplyvnený výberom vhodného spôsobu prenosu pohonu, ktorý zabezpečí dostatočne nízky pomer zotrvačnosti rotora k zaťaženiu.

Rozlíšenie

Rozlíšenie enkodéra obsiahnutého v slučke spätnej väzby serva je zodpovedné za presnosť riadenia hriadeľa zariadenia. Štandardné kódovače poskytujú rozlíšenie 20 bitov alebo viac. Čím vyššie je rozlíšenie enkódera zahrnutého v systéme riadenia serva, tým rýchlejšie servo deteguje pohyb a vykoná korekcie, čo zvyšuje presnosť kontroly polohy hriadeľa motora.

Pásmo a frekvenčná reakcia

Ďalším parametrom určujúcim činnosť servopohonu je frekvenčná charakteristika, t. j. schopnosť systému monitorovať a prispôsobovať sa korekciám signálu. Servopásmo je sínusový signál v regulačnej slučke - čím je väčší, tým servopohon zabezpečí väčšiu presnosť riadenia a vyššiu mieru adaptácie na zmeny vo vstupnom signáli. Moderné servá v súčasnosti podporujú pásma nad 1 kHz.

Váš prehliadač už nie je podporovaný, stiahnite si novú verziu