Servomotor - Servomotor

Endüstriyel servo motor
Gri / yeşil silindir, fırça tipi DC motoru. Alttaki siyah bölüm şunları içerir: gezegen redüksiyon dişlisi ve motorun üstündeki siyah nesne optik döner kodlayıcı için pozisyon geribildirimi. Bu, büyük bir robot aracın direksiyon çalıştırıcısıdır.
Değiştirilebilirlik için standartlaştırılmış flanş montajlı endüstriyel servo motorlar ve dişli kutuları

Bir servomotor bir döner aktüatör veya doğrusal aktüatör açısal veya doğrusal konum, hız ve ivmenin hassas kontrolüne izin veren.[1] Konum geri bildirimi için bir sensöre bağlı uygun bir motordan oluşur. Ayrıca, genellikle servo motorlarla kullanılmak üzere özel olarak tasarlanmış özel bir modül olan nispeten karmaşık bir kontrolör gerektirir.

Servo motorlar belirli bir motor sınıfı değildir, ancak servomotor genellikle bir motorda kullanıma uygun bir motoru belirtmek için kullanılır. kapalı döngü kontrolü sistemi.

Servo motorlar aşağıdaki gibi uygulamalarda kullanılır: robotik, CNC makineleri veya otomatik üretim.

Mekanizma

Bir servo motor bir kapalı döngü servomekanizma hareketini ve son konumunu kontrol etmek için konum geri bildirimini kullanır. Kontrolüne giriş, çıkış mili için komut verilen konumu temsil eden bir sinyaldir (analog veya dijital).

Motor bir tür pozisyon kodlayıcı konum ve hız geri bildirimi sağlamak için. En basit durumda, yalnızca konum ölçülür. Çıkışın ölçülen konumu, kontrolörün harici girişi olan komut konumu ile karşılaştırılır. Çıktı konumu gerekenden farklıysa, bir hata sinyali çıkış milini uygun konuma getirmek için gerektiği şekilde motorun her iki yönde de dönmesine neden olan üretilir. Konumlar yaklaştıkça, hata sinyali sıfıra düşer ve motor durur.

En basit servo motorlar, yalnızca konum algılamayı kullanır. potansiyometre ve patlama kontrolü motorlarının; motor her zaman tam hızda döner (veya durdurulur). Bu tip servo motor endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılmamaktadır. hareket kontrolü, ancak basit ve ucuzun temelini oluşturur servolar için kullanılır radyo kontrollü modeller.

Daha sofistike servo motorlar optik kullanır döner kodlayıcılar çıkış milinin hızını ölçmek için[2] ve motor hızını kontrol etmek için değişken hızlı sürücü.[3] Bu geliştirmelerin her ikisi de, genellikle bir PID kontrolü algoritması sayesinde servo motorun komut verilen konumuna daha hızlı ve daha hassas, daha az aşma.[4]

Servo motorlar ve step motorlar

Servo motorlar genellikle yüksek performanslı bir alternatif olarak kullanılır. step motor. Adım motorları, yerleşik çıkış adımlarına sahip oldukları için konumu kontrol etme konusunda bazı doğal yeteneklere sahiptir. Bu, genellikle bunların herhangi bir geri besleme kodlayıcısı olmadan açık döngü konum kontrolü olarak kullanılmalarına izin verir, çünkü sürücü sinyalleri dönecek hareket adımlarının sayısını belirtir, ancak bunun için kontrolörün step motorun konumunu 'bilmesi' gerekir. güç açıldığında. Bu nedenle, ilk güç verildiğinde, kontrolörün kademeli motoru etkinleştirmesi ve onu bilinen bir konuma, örn. bir son limit anahtarını etkinleştirene kadar. Bu, bir mürekkep püskürtmeli yazıcı; denetleyici, uç konumları oluşturmak için mürekkep püskürtme taşıyıcısını aşırı sola ve sağa hareket ettirecektir. Bir servo motor, çalıştırma sırasındaki ilk konumdan bağımsız olarak, denetleyicinin talimat verdiği açıya hemen dönecektir.

Kademeli motorun geri beslemesinin olmaması, performansını sınırlar, çünkü kademeli motor, yalnızca kapasitesi dahilinde olan bir yükü sürdürebilir, aksi takdirde yük altında atlanan adımlar konumlandırma hatalarına yol açabilir ve sistemin yeniden başlatılması veya yeniden kalibre edilmesi gerekebilir. Bir servo motorun kodlayıcı ve kontrolörü ek bir maliyettir, ancak temel motorun kapasitesine göre genel sistemin performansını (tüm hız, güç ve doğruluk için) optimize ederler. Güçlü bir motorun sistem maliyetinin artan bir oranını temsil ettiği daha büyük sistemlerde servo motorların avantajı vardır.

Son yıllarda kapalı döngü step motorlarda popülerlik artmaktadır.[kaynak belirtilmeli ] Servo motorlar gibi davranırlar ancak yumuşak hareket elde etmek için yazılım kontrollerinde bazı farklılıklar vardır. Kapalı döngü step motorun ana yararı, nispeten düşük maliyetidir. Ayrıca akort etmeye gerek yoktur. PID denetleyici kapalı döngü step sistemi üzerinde.[5]

Gibi birçok uygulama lazer kesim makineler, adımlı motorların kullanıldığı düşük fiyatlı ürün yelpazesi ve servo motorların kullanıldığı yüksek performanslı aralık olmak üzere iki seride sunulabilir.[6]

Kodlayıcılar

İlk servo motorlar, synchros kodlayıcıları olarak.[7] Geliştirilmesinde bu sistemlerle çok çalışma yapıldı radar ve uçaksavar topçu sırasında Dünya Savaşı II.[8]

Basit servo motorlar kullanabilir dirençli potansiyometreler konum kodlayıcı olarak. Bunlar yalnızca en basit ve en ucuz seviyede kullanılır ve step motorlarla yakın rekabet içindedir. Potansiyometre yolundaki aşınma ve elektriksel gürültüden muzdariptirler. Mümkün olsa da elektriksel olarak farklılaştırmak bir hız sinyali elde etmek için konum sinyalleri, PID kontrolörleri bu tür bir hız sinyalini kullanabilen, genellikle daha hassas bir kodlayıcıyı garanti eder.

Modern servo motorların kullanımı döner kodlayıcılar ya mutlak veya artımlı. Mutlak kodlayıcılar, açılışta konumlarını belirleyebilir, ancak daha karmaşık ve pahalıdır. Artımlı kodlayıcılar daha basittir, daha ucuzdur ve daha yüksek hızlarda çalışır. Kademeli motorlar gibi artımlı sistemler, başlangıçta konumlarını ayarlamak için genellikle dönüş aralıklarını ölçmek için doğal yeteneklerini basit bir sıfır konum sensörüyle birleştirir.

Servo motorlar yerine bazen ayrı bir harici doğrusal kodlayıcıya sahip bir motor kullanılır.[9] Bu motor + lineer enkoder sistemleri, motor ve lineer şaryo arasındaki aktarma sistemindeki yanlışlıkları önler, ancak artık önceden paketlenmiş fabrikada üretilmiş bir sistem olmadıkları için tasarımları daha karmaşık hale getirilmiştir.

Motorlar

Motor tipi bir servo motor için kritik değildir ve farklı tipler kullanılabilir. En basit haliyle, basitlikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle fırçalanmış sabit mıknatıslı DC motorlar kullanılmaktadır. Küçük endüstriyel servo motorlar tipik olarak elektronik olarak değiştirilen fırçasız motorlardır.[10] Büyük endüstriyel servo motorlar için, AC endüksiyon motorları genellikle kullanılır, genellikle değişken frekans sürücüleri hızlarının kontrolüne izin vermek için. Kompakt bir pakette en yüksek performans için, kalıcı mıknatıs alanlarına sahip fırçasız AC motorlar kullanılır; Fırçasız DC elektrik motorları.[11]

Servo motorlar için sürücü modülleri standart bir endüstriyel bileşendir. Tasarımları bir dalı güç elektroniği, genellikle üç aşamalı MOSFET veya IGBT H köprüsü. Bu standart modüller, giriş olarak tek bir yön ve darbe sayısını (dönüş mesafesi) kabul eder. Ayrıca aşırı sıcaklık izleme, aşırı tork ve durma algılama özellikleri içerebilirler.[12] Kodlayıcı tipi, dişli kutusu oranı ve genel sistem dinamikleri uygulamaya özel olduğundan, genel kontrol cihazını hazır bir modül olarak üretmek daha zordur ve bu nedenle bunlar genellikle ana kontrolörün bir parçası olarak uygulanır.

Kontrol

Çoğu modern servo motor, aynı üreticiye ait özel bir kontrolör modülü etrafında tasarlanır ve sağlanır. Kontrolörler ayrıca etrafında geliştirilebilir mikrodenetleyiciler büyük hacimli uygulamalar için maliyeti düşürmek için.[13]

Entegre servo motorlar

Entegre servo motorlar, motoru, sürücüyü, kodlayıcıyı ve ilgili elektronikleri tek bir pakette içerecek şekilde tasarlanmıştır.[14][15]

Referanslar

  1. ^ "Arşivlenmiş kopya" (PDF). Arşivlendi (PDF) 2012-09-07 tarihinde orjinalinden. Alındı 2012-10-12.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  2. ^ Suk-Hwan Suh; Seong Kyoon Kang; Dae-Hyuk Chung; Ian Stroud (22 Ağustos 2008). CNC Sistemlerinin Teorisi ve Tasarımı. Springer Science & Business Media. s. 11–. ISBN  978-1-84800-336-1. Arşivlendi 21 Mart 2017 tarihinde orjinalinden.
  3. ^ Jacek F. Gieras (3 Haziran 2011). Kalıcı Mıknatıslı Motor Teknolojisi: Tasarım ve Uygulamalar, Üçüncü Baskı. CRC Basın. s. 26–. ISBN  978-1-4398-5901-8. Arşivlendi 21 Mart 2017 tarihinde orjinalinden.
  4. ^ Ralf Der; Georg Martius (11 Ocak 2012). Oynak Makine: Kendi Kendini Düzenleyen Robotların Teorik Temeli ve Pratik Gerçekleştirilmesi. Springer Science & Business Media. s. 302–. ISBN  978-3-642-20253-7. Arşivlendi 20 Mart 2017 tarihinde orjinalinden.
  5. ^ "Fastech Kapalı Döngü Adım Motorları". Fastech Kore. Arşivlendi 2015-03-17 tarihinde orjinalinden.
  6. ^ "Legend Elite lazer serisi". Epilog Lazer. Arşivlendi 2012-08-25 tarihinde orjinalinden. Servo motorlar, her Legend Elite Serisi lazerin hem X hem de Y eksenlerine dahil edilmiştir. Bu motorlar hızlı hızlanma ve yavaşlama hızlarıyla bilinir.
  7. ^ Upson, A.R .; Batchelor, J.H. (1978) [1965]. Senkronize Mühendislik El Kitabı. Beckenham: Muirhead Vactric Bileşenleri. sayfa 7, 67–90.
  8. ^ "Bölüm 10". Donanma Mühimmat ve Topçu. Cilt 1. ABD Donanması. 1957. Arşivlendi 2007-12-02 tarihinde orjinalinden.
  9. ^ "Accupoint ™ Doğrusal Kodlayıcılar". Epilog Lazer. Arşivlendi 2012-10-07 tarihinde orjinalinden.
  10. ^ "Servo motorlar için fırçasız DC motor çekirdekleri". Maxon Motor. Arşivlendi 2013-12-25 tarihinde orjinalinden.
  11. ^ "Kompakt Dinamik Fırçasız Servo Motor". Moog Inc. Arşivlendi 2012-10-13 tarihinde orjinalinden.
  12. ^ "Fırçasız PWM Servo Yükselteçleri" (PDF). Gelişmiş Hareket Kontrolü. Arşivlendi (PDF) 2014-11-27 tarihinde orjinalinden.
  13. ^ Chowdhury, Rasel. "Renk algılayıcı ve ayırıcı cihaz". Alıntı dergisi gerektirir | günlük = (Yardım)
  14. ^ Max A. Denket (2006). Robotik Araştırmalarında Sınırlar. Nova Yayıncılar. s. 44–. ISBN  978-1-60021-097-6. Arşivlendi 2018-05-13 tarihinde orjinalinden.
  15. ^ Jacek F. Gieras (22 Ocak 2002). Kalıcı Mıknatıslı Motor Teknolojisi: Tasarım ve Uygulamalar, İkinci Baskı. CRC Basın. s. 283–. ISBN  978-0-8247-4394-9. Arşivlendi 13 Mayıs 2018 tarihinde orjinalinden.

Dış bağlantılar