Учебное пособие по серводвигателям для начинающих — Electronicslovers.com

Серводвигатели также широко используются в робототехнике. Как и в случае с ПРОМЫШЛЕННОСТЬЮ, в настоящее время сервопривод является сердцем проектов РОБОТОТЕХНИКИ, таких как роботизированная рука, радиоуправляемые автомобили, радарная тарелка, конвейерные ленты, позиционирование антенны, автофокусировка камеры, процесс печати и т. д.

Во многих хобби-проектах широко используются серводвигатели. Я надеюсь, что эта статья предоставит вам краткую информацию о том, что такое сервопривод, основной принцип работы серводвигателя, различные разновидности сервоприводов, основное сравнение серводвигателя и обычного двигателя постоянного тока.

Определение серводвигателя:

“ Это устройство, которое обеспечивает движение в ответ на команду и регулирует движение в ответ на отрицательную обратную связь. «
Главной особенностью сервопривода является точное управление положением его вала. По сути, это система с замкнутым контуром (т. е. с отрицательной обратной связью).

Замкнутая система сервопривода состоит из четырех основных частей:

1. двигатель постоянного тока.
2. Контур управления.
3. Шестерни.
4. Датчик обратной связи по положению.

Основной частью серводвигателя является небольшой двигатель постоянного тока. Эти двигатели постоянного тока имеют высокую скорость (т. е. высокую скорость вращения) и очень низкий крутящий момент (т. е. крутящее усилие, ответственное за выполнение работы). В основном, небольшие двигатели постоянного тока имеют очень высокую скорость, но не имеют намного более высокого крутящего момента (т. Е. Небольшая сила и большее расстояние). Но конструкция зубчатых колес внутри сервопривода преобразует эту высокую скорость и низкий крутящий момент двигателя постоянного тока в более медленную скорость и более высокий крутящий момент (т. Е. Малое расстояние, большая сила).

Многие двигатели постоянного тока быстрее развивают скорость около 5000 об/мин, но шестерни снижают это очень высокое число оборотов примерно до 60 об/мин и высокий крутящий момент. У недорогих сервоприводов шестерни сделаны из пластика, чтобы уменьшить вес и снизить стоимость, в то время как сервоприводы, предназначенные для более тяжелой работы (т. Е. Очень высокий крутящий момент), имеют шестерни из металла, например, сервоприводы, используемые в промышленности. .

Когда питание подается на сервопривод впервые через входную линию, двигатель постоянного тока вращается с очень высокими оборотами и очень малым крутящим моментом, но из-за шестерен вал сервопривода замедляется.

Поскольку датчик обратной связи по положению подключен по схеме отрицательной обратной связи, чтобы точно контролировать положение сервопривода, желаемое положение. В промышленных сервоприводах датчик обратной связи по положению представляет собой высокоточный энкодер, но в любительских сервоприводах датчик положения представляет собой потенциометр. Датчик положения (т. е. потенциометр) на конечной передаче подключен к цепи, которая содержит детектор ошибок (т. е. этот детектор ошибок в основном представляет собой компаратор, который сравнивает два сигнала, один из которых поступает со входной линии, также называемой целевой позицией, а другой — с выходного сигнала. через потенциометр, также называемый фактическим положением) и микросхему контроллера, встроенную в плату.

За счет вращения шестерен вращается ручка потенциометра, в результате чего вырабатываются напряжения, которые подключены к детектору ошибок. Теперь ошибка возникает из-за сравнения двух сигналов компаратором, который подключен к микросхеме контроллера (т.е. этот контроллер представляет собой встроенный в микросхему H-мост). После сравнения выдается ошибка, которая позволяет контроллеру принять решение о вращении вала в любом направлении для достижения целевого положения.

Типы СЕРВО:

Сервоприводы доступны в различных вариантах.

1. ПОЗИЦИОНАЛЬНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙСЯ СЕРВО:

Выходной вал будет вращаться только на 180 градусов. Дополнительные упоры расположены для ограничения дальнейшего вращения вала за пределами его диапазона (например, для РОБОТИЧЕСКИХ рук, рулей направления и т. д.)

1. ПОСТОЯННОЕ ВРАЩЕНИЕ СЕРВО:

Он похож на сервопривод позиционного вращения, но может непрерывно вращаться на 360 градусов. Команды, отправленные сервоприводу, заставят его вращаться либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки с различной скоростью (например, антенна RADAR и т. д.).

1. ЛИНЕЙНЫЙ СЕРВО:

Движение этого сервопривода осуществляется вперед и назад, а не по кругу (например, для станков с ЧПУ, 3D-принтеров и т. д.).

БАЗОВОЕ СРАВНЕНИЕ СЕРВОПРОВОДА И ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Серводвигатели могут вращаться на 180 градусов вперед и назад, а двигатели постоянного тока могут вращаться на 360 градусов, пока подается питание. В настоящее время сервопривод также доступен в режиме непрерывного вращения, который может вращаться на 360 градусов, но из-за конструкции редуктора скорость сервопривода меньше по сравнению с двигателем постоянного тока. Двигатели постоянного тока — лучший выбор для свободно работающих роботов, тогда как, когда нам нужна точность (например, РУКОЯТКА РОБОТА, стеклоочистители, рули лодки и т. д.), лучшим выбором будет сервопривод.

Скорость двигателя постоянного тока регулируется методом ШИМ (широтно-импульсной модуляции) (т. е., изменяя рабочий цикл, мы можем контролировать скорость двигателя постоянного тока). Например, рабочий цикл больше 50 % означает, что скорость выше, а рабочий цикл меньше 50 % означает, что скорость ниже.

Принимая во внимание, что метод ШИМ в серводвигателе определяет положение его вала, а не скорость. Как только команда будет отправлена ​​на сервопривод, он точно установит положение вала в желаемое положение. Таким образом, это автоматическое регулируемое поведение его вала делает сервопривод идеальным выбором для применения в РОБОТОТЕХНИКЕ.