Vad är en servo-enhet och hur fungerar det

Syfte och enhet

Servodrevet används ofta inom robotik, maskinteknik, fordon, processautomation i produktion. Med dess hjälp drivs manipulatorer, öppning (fullständig eller ofullständig) eller stängning (täckning) av fönsterluckorna utförs i maskinverktygskonstruktion för matning av skärverktyget och andra ställdon.

Det är en enhet som består av en elmotor, växellåda, positionssensor (kodare) eller motstånd och styrenhet (styrenhet).

Med enkla ord är det en elektromekanisk drivenhet som genom intern återkoppling ställer in den exakta positionen för mekanismaxeln beroende på externa styrsignaler.

Figuren visar en sektion av enheten:

Servo-enheter finns i olika kapaciteter och syften: låg effekt från 0,05 kW, används inom bil- och robotik, till exempel sg90 och en betydande effekt på 15 kW. De senare är monterade i industriella manipulatorer, CNC-maskiner, för styrning av ventiler i olje- och gasindustrin etc.

En elmotor är inte alltid monterad som en motor på en servodrift. Som en drivning kan en cylinder med en stång, driven av tryckluft eller vätska, användas.

Typer av servo

Servo-enheter är indelade i elektromekaniska. I dem består mekanismen av en elmotor och växellåda. De skiljer sig i relativt låg hastighet.

Utmärker den typ av motor som används:

• synkron, har hög rotationsnoggrannhet hos utgångsaxeln, snabbt att vinna fart;
• asynkron, kännetecknad av stabil rotation av axeln;
• med en kollektormotor med likström eller växelström (universal).

Servo-enheter, där drivmekanismen är en kolv med en cylinder, har hög hastighet. Det används i bilen för att byta växlar i automatisk växellåda. Monterad i robotar som rör sig på mer än hundra kilo. I industrianläggningar, för att byta fönsterluckor i förpackningsmaskiner, där tryckluft används som energibärare.

Servo-drivenhetens huvudsakliga egenskaper:

• Huvudparametern är momentet eller kraften på axeln. I passdata anges två kvantiteter i förhållande till olika matningsspänningar.
• Hastighet, visar hur länge utgångsaxeln roterar med 60⁰. Värden för olika spänningar anges.
• Vilken styrsignal som används, analog eller digital.
• Matningsspänning. De flesta små enheter drivs från 4,8 till 7,2 volt. Det används till exempel i radiostyrda modeller. Den är komplett med tre ledningar och har en standardutspänning. En styrsignal skickas till vitt, brunt eller gult, en röd spänning matas och svart är en vanlig tråd.
• Arbetsvinkel, vanligtvis 180⁰ eller 360⁰. Uppgraderade drivenheter med konstant rotation av axeln finns tillgängliga;
• Material för tillverkning av växlar. De är tillverkade av mässing, kolfiber, plast eller kan kombineras.

I en elektromekanisk servomotor används elektriska motorer med en kärna, under vilken vibration uppstår när pendeln roterar. Detta minskar rotationsnoggrannheten för utgångsaxeln. Motorer med minimal kinetisk energi från rotorn berövas denna nackdel. Sådana enheter är nödvändiga för att CNC-maskinen ska säkerställa ställdonet exakt. Men de är dyrare än kärnmotorer.

Den vanligaste växellådan är en växel som är utformad för att sänka hastigheten och öka vridmomentet på utgångsaxeln. Mindre vanligt används är en drivning med en maskväxel, som har ett stort växelläge men är dyrare och svårare att tillverka.

Tillämpningsområde

Servodrevet används ofta inom robotik och manipulatorer. När du skapar små mekanismer använder du en servo mg995 och liknande.

För att kontrollera moderna enheter i amatörprodukter används ofta företrädare för Arduino-familjen. Det representerar en uppsättning elektroniska enheter som är utformade för att styra robotar och automatiseringsenheter där en servo-enhet används. Styrsignalen kan vara analog eller digital.

Anslutningsdiagrammet för frekvensomriktaren till styrenheten visas i figuren. Enheten kan styra flera enheter.

För golvvärme använd automatisering som håller en viss temperatur. Och flödet av kylvätska, som är varmt vatten från pannan, styrs av en servodrift.

Den är ansluten till en styrenhet som övervakar temperaturen med hjälp av en temperatursensor och ger ett kommando till RBM 24V elektrotermisk servodrift. En AC230V-servo med en regulator kan också användas.

Temperaturkontroll vid uppvärmning utförs automatiskt, för vilken en servodrift typ ICMA NC230V eller NC24V används. Enheter finns för olika matningsspänningar.

Den enhetliga servon som används i bilen har små dimensioner. Utformad för att arbeta med ombordspänning på 12 volt. Den är integrerad med ett centrallås och installeras på alla bilens dörrar, inklusive den femte dörren (bagagerdörr).

Mekanismen styr också flödet av varm vätska till kaminen. Det fungerar tillsammans med en termoelektrisk sensor, vars signal matas till styrenheten. Efter analys skickar sensorn ett kommando till servomotorn, vilket ökar eller minskar fluidflödet.

Till exempel används för VAZ-bilar en elektrisk enhet med en SL-5-växellåda.

Detta är inte en fullständig lista över användningen av sådana enheter.

För- och nackdelar

Servomotorn har fördelar jämfört med liknande enheter, till exempel stegmotorer. På grund av feedback kan mekanismen korrigera axelns position, oavsett axellast, vilket gör att du kan ställa in arbetsmekanismen med hög noggrannhet.

De viktigaste fördelarna är:

• hög positioneringsnoggrannhet;
• med hjälp av en växellåda reduceras hastigheten och ögonblicket ökar;
• arbetsorganets positionering kan enkelt justeras genom att göra en ändring av styrprogrammet;
• förmågan att uppnå större acceleration under drift, vilket gör servon mer lämpad för användning i höghastighetsapparater jämfört med stegmotorer;
• enhetligt ögonblick i nästan hela hastighetsområdet;
• väl tolerera överbelastning.

Nackdelarna inkluderar:

• närvaron av en växellåda (särskilt kritisk om den har plastkugghjul eller mjuka metaller);
• slitage på resistiva spår (om en potentiometer används för feedback under positionering);
• komplex inställning av kontrollprogram för att uppnå hög noggrannhetsresultat;
• hög utrustningskostnad (jämfört med till exempel stegmotorer);
• noggrannheten är ofta mindre än för stegmotorer.

Men kom ihåg att alla fördelar och nackdelar är i genomsnitt, de kan vara som stegmotorer, som i en viss applikation kommer att visa sig bättre än en servodrift, och vice versa.

slutsats

Den automatiska kontrollen av inhemska och industriella system är fast förankrad i våra liv. Nyligen har en enhet under kontroll av programmerbara block för olika ändamål såsom arduino blivit allmänt använd.

Detta gjorde det möjligt att skapa grundläggande nya amatörflygande radiostyrda enheter, robotar och barnleksaker. Inom industrin används servomotorn i maskinverktyg, på en grävmaskin, på en ATV etc. Idag är det omöjligt att föreställa oss vårt liv utan servos.

Videon visar hur sg90-analoga servon fungerar i en spindrobotmodell:

Nu vet du vad en servo är, hur den är designad och vad den är till för. Vi hoppas att informationen har hjälpt dig att behärska detta ämne och förstå huvudpunkterna. Om du har frågor, fråga dem i kommentarerna under artikeln!

Relaterade material:

• Vad är en rotor och stator i en motor
• Hur fungerar en elmätare?
• Hur man gör automatiska grindar gör-det-själv