Настройка сервопривода – Настройка и калибровка сервопривода Minas от Panasonic – Возможные неисправности и способы их устранения

Содержание

Что необходимо учесть перед началом настройки сервопривода.

Существует очень много информации о драйверах и сервомоторах. Специалисты в этой области ценятся очень высоко. В данной статье мы постараемся рассмотреть некоторые из функций, которые необходимо учитывать при настройке систем сервоприводов. Данная статья обзорная, основная цель которой помочь специалистам выбрать правильное направление.

Довольно часто встречаются ситуации, когда профессиональные инженеры закладывали в проект оборудование с гораздо большими возможностями, чем этого требовала ситуация. Не все способны оценить реальные риски и часто переоценивают их, что влечет завышению требуемого функционала и, как следствие, конечной стоимости механизма. Но еще более неприятна ситуация, когда заложенный функционал способен лишь частично удовлетворить потребности исполнительных механизмов.

Данная статья относится к электродвигателям с ПИД регуляторами и обратной связью типа оптического энкодера. В данную категорию не попадают микродвигатели, используемые в любительских приложениях, где в качестве обратной связи используют потенциометр, так как принцип их работы отличается.

Деньги и настройки

В нижней части ценового диапазона большинство сервоприводов используют триммеры или пресеты для настройки алгоритмов управления. Хорошим примером такого сервопривода является G320X от Geckodrive Motor Controls. Хотя такие драйверы являются прекрасными «исполнителями», настройки крошечных потенциометров, находящихся на печатной плате, довольно размыты. Это может стать проблемой, так как настройки триммера трудно повторить. При параллельной работе нескольких систем невозможно установить все потенциометры в одно и то же положение «на глаз».

Регулировки аналоговых входов должны выполняться оператором вручную. Автоматизировать процесс наладки таких электроприводов очень сложно, если не невозможно.

Различие в настройках также можно использовать для устранения неполадок. Слишком большие расхождения в настройках ПИД регулятора во время сборки может сигнализировать об ошибке в сборке или проблемы с компонентами регулятора. В течении срока службы данной системы можно фиксировать и анализировать регулярные корректировки, чтоб определить слабые и сильные стороны.

Самонастройка

Есть и более дорогостоящие варианты, которые включают в себя самонастройку. Эффективность таких электроприводов может быть соизмерима с их стоимостью. Для окончательной настройки таких систем электроприводов, как правило, требуется вмешательство человека.

Сервопривода можно настраивать самостоятельно на испытательном стенде в начале разработки, но в конечном итоге их все равно придется регулировать перед внедрением в производственный механизм.

ПИД регулятор управляет работой электродвигателя. Изменение какой-либо части системы электропривода приводит к перенастройке ПИД регулятора.

Без практики никуда

Без практического опыта невозможно овладеть различными методами настройки. Лучше всего практиковаться на испытательном оборудовании. Это позволит избежать крупных финансовых потерь, так как дорогое или важное оборудование не будет уничтожено в процессе испытания. Также испытательное оборудование с меньшей вероятностью может привести к травме.

Для этой цели идеально подходит линейный этап, который может сочетаться с различными комбинациями драйверов и двигателей. Регулировка триммеров руками даст вам почувствовать каждую переменную ПИД регулятора. Этот опыт будет иметь неоценимое значение при принятии решений о выборе серводвигателей и драйверов.

elenergi.ru

Запуск станка с сервоприводами - Установка и настройка

Предыстория. Подрядился я недавно одним знакомым запустить чудо китайской промышленности, фрезер ЧПУ-шник на известном присутствующим лицам контроллере 0501, т.к. ввиду каких-то сложностей-недоговорённостей с поставщиком из зенона, решили собирать и запускать станок из коробок сами, без, по идее бесплатных , пуско-наладочных работ поставщика (хотя, как я понял денежку за сборку они всё-таки просили, но вопрос был не в сумме а в сроках, знакомые не хотят сливать жирный заказ, который можно сделать самим). Я тщательно предупредил, что в случае сборки станка не_сотрудниками поставщика мы теряем годовую или сколько она там гарантию, и что если мы не досчитаемся каких-нибудь деталек, доказать это будет в лучшем случае сложно. Получив "добро", вступил я в борьбу с бездушной машиной. С изумлением обнаружил что приводы - не просто ШЭДы, а ещё и с настоящим сервоконтролем. Как и следовало ожидать, работа оказалась несколько сложнее, чем просто "воткнуть штекер А в разъём А, штекер Б в разъём Б", и установить софт на компе. Не знаю, что больше помогло: 2-х дневное ползанье по/под/в/над всеми проводами и разъёмами с вольтметром и паяльником, авторитет КО по ремонту ЭСо БТВТ запаса или заклинание "Deus ex machina", но машина ожила. Сначала билась в истерике, но при подключении нормальной сети и заземлении присмирела. Осталось вот что.

В неподвижном положении сервомоторы "скачут" вокруг заданной координаты. Тряска небольшая, скорее всего на 1 шаг, то есть по сути просто хорошо слышное жужжание, которое можно почувствовать лишь дотронувшись рукой до самого мотора или шестерни. Сначала грешил на наводки и плохие контакты, но сейчас почти уверен, что дело в излишней чувствительности сервоконтролей ШЭДов, т.к. проблема временно устраняется пиханием подвижной части станка вдоль "жужжащей"оси в ту или иную сторону или небольшим смещением этой оси с пульта, при снятии же мотора со станка "жужжит" он гораздо реже.
Я предполагаю 2 варианта решения проблемы:

1) покопаться в настойках инверторов осей (Panasonic MBDDT2210003 - каретка(X) и шпиндель (Z), MCDDT3520003 - портал(Y, 2шт.)), и понизить избыточную чувствительность сервоконтроля, однако тыкать наобум 5 кнопок нехочется, буковки на экранчиках инверторов не дают ясного представления в каких насторойках я роюсь, а каких-либо мануалок на приводы нет даже на китайском;
2) забить и не думать об этом, благо работе не сильно мешает. При всей привлекательности данного варианта всё-таки, как-то нехорошо...

Не работает датчик материала. Датчик есть, от него идёт 1 провод, прозванивается от датчика до платы. Как я понимаю, должен быть 2-ой провод "земля" но если этот провод нормально заземляется у платы, то при нормально заземленнном станке всё должно работать, тем более, что и станок и блок управления заземляются через одну медную жилу, так что контакт хороший. В другом известном мне случае эта проблема решалась заменой по гарантии мат.платы. Здесь гарантии нет, так что хотелось бы узнать, есть ли какие-нибудь слабые места, по-видимому всё-таки в этой плате, которые можно проверить и исправить самому.

Есть ли у кого какие предложения для установки портала под 90град, Датчик по Y-то один, так что в каком положении портал был в выключенном состоянии, под таким углом он и будет работать, доверия же к жесткости и безлюфтовости портала нет никакого: с отключенными моторами при ширине портала 2+ метра, при одной неподвижной стороне другую можно сдвигать на 2-3 см. Какие-либо точно выставленные фиксаторы на которых должен стоять станок при включении (например габаритные ограничители) - довольно глупо, но похоже это единственный вариант за разумную цену.

Как можно заставить шпиндель включаться при запуске файла? Контроллер 0501, как я понимаю, способен отдавать как минимум команды на вкл/выкл шпинделя, по одной стороне мат.платы станка идёе куча контактов в общей рамке "Spinder", я так понимаю это в переводе с китанглиццкого на английский означает "Spindel", и все эти клеммы незаняты. К инвертору шпинделя подходит только 3 кабеля: один силовой от автомата, другой на шпиндель, и третий, на пульт управления инвертором. С материнкой никакой физической связи нет. Есть понимание, что зная распайку кабеля пульта на инверторе и на материнке, можно хотя бы автоматически включать шпиндель с запуском файла, в идеале - воспринимать из файла заданные обороты.

Заранее благодарен за умные советы.


mir-cnc.ru

Сервоприводы [Амперка / Вики]

В данной статье рассматриваются сервоприводы: их устройство, предназначение, управление сервоприводом, подключение сервопривода, разновидности сервоприводов и их сравнение. Давайте приступим и начнём с того, что же такое сервопривод.

Понятие сервопривода

Под сервоприводом чаще всего понимают механизм с электромотором, который можно попросить повернуться в заданный угол и удерживать это положение. Однако, это не совсем полное определение.

Если сказать полнее, сервопривод — это привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. Сервоприводом является любой тип механического привода, имеющий в составе датчик (положения, скорости, усилия и т.п.) и блок управления приводом, автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике и устройстве согласно заданному внешнему значению.

Иными словами:

  1. Сервопривод получает на вход значение управляющего параметра. Например, угол поворота

  2. Блок управления сравнивает это значение со значением на своём датчике

  3. На основе результата сравнения привод производит некоторое действие, например: поворот, ускорение или замедление так, чтобы значение с внутреннего датчика стало как можно ближе к значению внешнего управляющего параметра

Наиболее распространены сервоприводы, которые удерживают заданный угол и сервоприводы, поддерживающие заданную скорость вращения.

Типичный хобби-сервопривод изображён ниже.

Каким же образом устроены сервоприводы?

Устройство сервопривода

Сервоприводы имеют несколько составных частей.

Привод — электромотор с редуктором. Чтобы преобразовать электричество в механический поворот, необходим электромотор. Однако зачастую скорость вращения мотора бывает слишком большой для практического использования. Для понижения скорости используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.

Включая и выключая электромотор, можно вращать выходной вал — конечную шестерню сервопривода, к которой можно прикрепить нечто, чем мы хотим управлять. Однако, для того чтобы положение контролировалось устройством, необходим датчик обратной связиэнкодер, который будет преобразовывать угол поворота обратно в электрический сигнал. Для этого часто используется потенциометр. При повороте бегунка потенциометра происходит изменение его сопротивления, пропорциональное углу поворота. Таким образом, с его помощью можно установить текущее положение механизма.

Кроме электромотора, редуктора и потенциометра в сервоприводе имеется электронная начинка, которая отвечает за приём внешнего параметра, считывание значений с потенциометра, их сравнение и включение/выключение мотора. Она-то и отвечает за поддержание отрицательной обратной связи.

К сервоприводу тянется три провода. Два из них отвечают за питание мотора, третий доставляет управляющий сигнал, который используется для выставления положения устройства.

Теперь давайте посмотрим, как управлять сервоприводом извне.

Управление сервоприводом. Интерфейс управляющих сигналов

Чтобы указать сервоприводу желаемое положение, по предназначенному для этого проводу необходимо посылать управляющий сигнал. Управляющий сигнал — импульсы постоянной частоты и переменной ширины.

То, какое положение должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Когда сигнал поступает в управляющую схему, имеющийся в ней генератор импульсов производит свой импульс, длительность которого определяется через потенциометр. Другая часть схемы сравнивает длительность двух импульсов. Если длительность разная, включается электромотор. Направление вращения определяется тем, какой из импульсов короче. Если длины импульсов равны, электромотор останавливается.

Чаще всего в хобби-сервах импульсы производятся с частотой 50 Гц. Это значит, что импульс испускается и принимается раз в 20 мс. Обычно при этом длительность импульса в 1520 мкс означает, что сервопривод должен занять среднее положение. Увеличение или уменьшение длины импульса заставит сервопривод повернуться по часовой или против часовой стрелки соответственно. При этом существуют верхняя и нижняя границы длительности импульса. В библиотеке

Servo для Arduino по умолчанию выставлены следующие значения длин импульса: 544 мкс — для 0° и 2400 мкс — для 180°.

Обратите внимание, что на вашем конкретном устройстве заводские настройки могут оказаться отличными от стандартных. Некоторые сервоприводы используют ширину импульса 760 мкс. Среднее положение при этом соответствует 760 мкс, аналогично тому, как в обычных сервоприводах среднему положению соответствует 1520 мкс.

Также стоит отметить, что это всего лишь общепринятые длины. Даже в рамках одной и той же модели сервопривода может существовать погрешность, допускаемая при производстве, которая приводит к тому, что рабочий диапазон длин импульсов немного отличается. Для точной работы каждый конкретный сервопривод должен быть откалиброван: путём экспериментов необходимо подобрать корректный диапазон, характерный именно для него.

На что ещё стоит обратить внимание, так это на путаницу в терминологии. Часто способ управления сервоприводами называют PWM/ШИМ (Pulse Width Modulation) или PPM (Pulse Position Modulation). Это не так, и использование этих способов может даже повредить привод. Корректный термин — PDM (Pulse Duration Modulation). В нём крайне важна длина импульсов и не так важна частота их появления. 50 Гц — это норма, но сервопривод будет работать корректно и при 40, и при 60 Гц. Единственное, что нужно при этом иметь в виду — это то, что при сильном уменьшении частоты он может работать рывками и на пониженной мощности, а при сильном завышении частоты (например, 100 Гц) может перегреться и выйти из строя.

Характеристики сервоприводов

Теперь давайте разберёмся, какие бывают сервоприводы и какими характеристиками они обладают.

Крутящий момент и скорость поворота

Сначала поговорим о двух очень важных характеристиках сервопривода: о крутящем моменте и о скорости поворота.

Момент силы, или крутящий момент — векторная физическая величина, равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.

Проще говоря, эта характеристика показывает, насколько тяжёлый груз сервопривод способен удержать в покое на рычаге заданной длины. Если крутящий момент сервопривода равен 5 кг×см, то это значит, что сервопривод удержит на весу в горизонтальном положении рычаг длины 1 см, на свободный конец которого подвесили 5 кг. Или, что эквивалентно, рычаг длины 5 см, к которому подвесили 1 кг.

Скорость сервопривода измеряется интервалом времени, который требуется рычагу сервопривода, чтобы повернуться на 60°. Характеристика 0,1 с/60° означает, что сервопривод поворачивается на 60° за 0,1 с. Из неё несложно вычислить скорость в более привычной величине, оборотах в минуту, но так сложилось, что при описании сервоприводов чаще всего используют такую единицу.

Стоит отметить, что иногда приходится искать компромисс между этими двумя характеристиками, так как если мы хотим надёжный, выдерживающий большой вес сервопривод, то мы должны быть готовы, что эта могучая установка будет медленно поворачиваться. А если мы хотим очень быстрый привод, то его будет относительно легко вывести из положения равновесия. При использовании одного и того же мотора баланс определяет конфигурация шестерней в редукторе.

Конечно, мы всегда можем взять установку, потребляющую большую мощность, главное, чтобы её характеристики удовлетворяли нашим потребностям.

Форм-фактор

Сервоприводы различаются по размерам. И хотя официальной классификации не существует, производители давно придерживаются нескольких размеров с общепринятым расположением крепёжных элементов. Их можно разделить на:

  • маленькие

  • стандартные

  • большие

Обладают они при этом следующими характерными габаритами:

Вес Линейные размеры
маленькие 8-25 г 22×15×25 мм
стандартные 40-80 г 40×20×37 мм
большие 50-90 г 49×25×40 мм

Бывают ещё так называемые сервоприводы «специального вида» с габаритами, не попадающими в данную классификацию, однако процент таких сервоприводов весьма мал.

Внутренний интерфейс

Сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Так в чём же их отличия, достоинства и недостатки?

Внешне они ничем не отличаются: электромоторы, редукторы, потенциометры у них одинаковые, различаются они лишь внутренней управляющей электроникой. Вместо специальной микросхемы аналогового сервопривода у цифрового собрата можно заметить на плате микропроцессор, который принимает импульсы, анализирует их и управляет мотором. Таким образом, в физическом исполнении отличие лишь в способе обработки импульсов и управлении мотором.

Оба типа сервопривода принимают одинаковые управляющие импульсы. После этого аналоговый сервопривод принимает решение, надо ли изменять положение, и в случае необходимости посылает сигнал на мотор. Происходит это обычно с частотой 50 Гц. Таким образом получаем 20 мс — минимальное время реакции. В это время любое внешнее воздействие способно изменить положение сервопривода. Но это не единственная проблема. В состоянии покоя на электромотор не подаётся напряжение, в случае небольшого отклонения от равновесия на электромотор подаётся короткий сигнал малой мощности. Чем больше отклонение, тем мощнее сигнал. Таким образом, при малых отклонениях сервопривод не сможет быстро вращать мотор или развивать большой момент. Образуются «мёртвые зоны» по времени и расстоянию.

Эти проблемы можно решать за счёт увеличения частоты приёма, обработки сигнала и управления электромотором. Цифровые сервприводы используют специальный процессор, который получает управляющие импульсы, обрабатывает их и посылает сигналы на мотор с частотой 200 Гц и более. Получается, что цифровой сервопривод способен быстрее реагировать на внешние воздействия, быстрее развивать необходимые скорость и крутящий момент, а значит, лучше удерживать заданную позицию, что хорошо. Конечно, при этом он потребляет больше электроэнергии. Также цифровые сервоприводы сложнее в производстве, а потому стоят заметно дороже. Собственно, эти два недостатка — все минусы, которые есть у цифровых сервоприводов. В техническом плане они безоговорочно побеждают аналоговые сервоприводы.

Материалы шестерней

Шестерни для сервоприводов бывают из разных материалов: пластиковые, карбоновые, металлические. Все они широко используются, выбор зависит от конкретной задачи и от того, какие характеристики требуются в установке.

Пластиковые, чаще всего нейлоновые, шестерни очень лёгкие, не подвержены износу, более всего распространены в сервоприводах. Они не выдерживают больших нагрузок, однако если нагрузки предполагаются небольшие, то нейлоновые шестерни — лучший выбор.

Карбоновые шестерни более долговечны, практически не изнашиваются, в несколько раз прочнее нейлоновых. Основной недостатой — дороговизна.

Металлические шестерни являются самыми тяжёлыми, однако они выдерживают максимальные нагрузки. Достаточно быстро изнашиваются, так что придётся менять шестерни практически каждый сезон. Шестерни из титана — фавориты среди металлических шестерней, причём как по техническим характеристикам, так и по цене. К сожалению, они обойдутся вам достаточно дорого.

Коллекторные и бесколлекторные моторы

Существует три типа моторов сервоприводов: обычный мотор с сердечником, мотор без сердечника и бесколлекторный мотор.

Обычный мотор с сердечником (справа) обладает плотным железным ротором с проволочной обмоткой и магнитами вокруг него. Ротор имеет несколько секций, поэтому когда мотор вращается, ротор вызывает небольшие колебания мотора при прохождении секций мимо магнитов, а в результате получается сервопривод, который вибрирует и является менее точным, чем сервопривод с мотором без сердечника. Мотор с полым ротором (слева) обладает единым магнитным сердечником с обмоткой в форме цилиндра или колокола вокруг магнита. Конструкция без сердечника легче по весу и не имеет секций, что приводит к более быстрому отклику и ровной работе без вибраций. Такие моторы дороже, но они обеспечивают более высокий уровень контроля, вращающего момента и скорости по сравнения со стандартными.

Сервоприводы с бесколлекторным мотором появились сравнительно недавно. Преимущества те же что и у остальных бесколлекторных моторов: нет щёток, а значит они не создают сопротивление вращению и не изнашиваются, скорость и момент выше при токопотреблении равном коллекторным моторам. Сервоприводы с бесколлекторным мотором — самые дорогие сервоприводы, однако при этом они обладают лучшими характеристиками по сравнению с сервоприводами с другими типами моторов.

Подключение к Arduino

Многие сервоприводы могут быть подключены к Arduino непосредственно. Для этого от них идёт шлейф из трёх проводов:

  • красный — питание; подключается к контакту 5V или напрямую к источнику питания

  • коричневый или чёрный — земля

  • жёлтый или белый — сигнал; подключается к цифровому выходу Arduino.

Для подключения к Arduino будет удобно воспользоваться платой-расширителем портов, такой как Troyka Shield. Хотя с несколькими дополнительными проводами можно подключить серву и через breadboard или непосредственно к контактам Arduino.

Можно генерировать управляющие импульсы самостоятельно, но это настолько распространённая задача, что для её упрощения существует стандартная библиотека Servo.

Ограничение по питанию

Обычный хобби-сервопривод во время работы потребляет более 100 мА. При этом Arduino способно выдавать до 500 мА. Поэтому, если вам в проекте необходимо использовать мощный сервопривод, есть смысл задуматься о выделении его в контур с дополнительным питанием.

Рассмотрим на примере подключения 12V сервопривода:

Ограничение по количеству подключаемых сервоприводов

На большинстве плат Arduino библиотека Servo поддерживает управление не более 12 сервоприводами, на Arduino Mega это число вырастает до значения 48. При этом есть небольшой побочный эффект использования этой библиотеки: если вы работаете не с Arduino Mega, то становится невозможным использовать функцию analogWrite() на 9 и 10 контактах независимо от того, подключены сервоприводы к этим контактам или нет. На Arduino Mega можно подключить до 12 сервоприводов без нарушения функционирования ШИМ/PWM, при использовании большего количества сервоприводов мы не сможем использовать analogWrite() на 11 и 12 контактах.

Функционал библиотеки Servo

Библиотека Servo позволяет осуществлять программное управление сервоприводами. Для этого заводится переменная типа Servo. Управление осуществляется следующими функциями:

  • attach() — присоединяет переменную к конкретному пину. Возможны два варианта синтаксиса для этой функции: servo.attach(pin) и servo.attach(pin, min, max). При этом pin — номер пина, к которому присоединяют сервопривод, min и max — длины импульсов в микросекундах, отвечающих за углы поворота 0° и 180°. По умолчанию выставляются равными 544 мкс и 2400 мкс соответственно.

  • write() — отдаёт команду сервоприводу принять некоторое значение параметра. Синтаксис следующий: servo.write(angle), где angle — угол, на который должен повернуться сервопривод.

  • writeMicroseconds() — отдаёт команду послать на сервоприводимульс определённой длины, является низкоуровневым аналогом предыдущей команды. Синтаксис следующий: servo.writeMicroseconds(uS), где uS — длина импульса в микросекундах.

  • read() — читает текущее значение угла, в котором находится сервопривод. Синтаксис следующий: servo.read(), возвращается целое значение от 0 до 180.

  • attached() — проверка, была ли присоединена переменная к конкретному пину. Синтаксис следующий: servo.attached(), возвращается логическая истина, если переменная была присоединена к какому-либо пину, или ложь в обратном случае.

  • detach() — производит действие, обратное действию attach(), то есть отсоединяет переменную от пина, к которому она была приписана. Синтаксис следующий: servo.detach().

Пример использования библиотеки Servo

servo_example.ino
// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
#include <Servo.h> 
// создаём объект для управления сервоприводом
Servo myservo;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервопривод к 9 пину 
  myservo.attach(9);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo.write(180);
  delay(500);
} 

По аналогии подключим 2 сервопривода

2servo_example.ino
// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
#include <Servo.h> 
// создаём объекты для управления сервоприводами
Servo myservo1;
Servo myservo2;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервоприводы к 11 и 12 пину 
  myservo1.attach(11);
  myservo2.attach(12);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo1.write(90);
  myservo2.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo1.write(0);
  myservo2.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo1.write(180);
  myservo2.write(180);
  delay(500);
}

Библиотека Servo не совместима с библиотекой VirtualWire для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц.

Альтернативная библиотека Servo2

Библиотеки для управления сервоприводами (Servo) и для работы с приёмниками/ передатчиками на 433 МГц VirtualWire используют одно и то же прерывание. Это означает, что их нельзя использовать в одном проекте одновременно. Существует альтернативная библиотека для управления сервомоторами — Servo2.

Все методы библиотеки Servo2 совпадают с методами Servo.

Пример использования библиотеки Servo

servo2_example.ino
// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
// данная библиотека совместима с библиотекой «VirtualWire»
// для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц
#include <Servo2.h> 
// создаём объект для управления сервоприводом
Servo2 myservo;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервопривод к 9 пину 
  myservo.attach(9);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo.write(180);
  delay(500);
} 

Сервопривод постоянного вращения

Сервоприводы обычно имеют ограниченный угол вращения 180 градусов, их так и называют «сервопривод 180°».

Но существуют сервоприводы с неограниченным углом поворота оси. Это сервоприводы постоянного вращения или «сервоприводы 360°».

Сервопривод постоянного вращения можно управлять с помощью библиотек Servo или Servo2. Отличие заключается в том, что функция Servo.write(angle) задаёт не угол, а скорость вращения привода:

Функция Arduino Сервопривод 180° Сервопривод 360°
Servo.write(0) Крайне левое положение Полный ход в одном направлении
Servo.write(90) Середнее положение Остановка сервопривода
Servo.write(180) Крайне правое положение Полный ход в обратном направлении

Для иллюстрации работы с сервами постоянного вращения мы собрали двух мобильных ботов — на Arduino Uno и Iskra JS. Инструкции по сборке и примеры скетчей смотрите в статье собираем ИК-бота.

Вместо заключения

Сервоприводы бывают разные, одни получше — другие подешевле, одни надёжнее — другие точнее. И перед тем, как купить сервопривод, стоит иметь в виду, что он может не обладать лучшими характеристиками, главное, чтобы подходил для вашего проекта. Удачи в ваших начинаниях!

wiki.amperka.ru

Сервопривод: виды, управление, принцип работы

Содержание:

  1. Устройство сервопривода
  2. Как работает сервопривод
  3. Управление серводвигателем
  4. Виды и характеристики сервоприводов
  5. Плюсы и минусы сервомоторов

В конструкциях современного оборудования, создаваемого на базе высоких технологий, постоянно развиваются и совершенствуются различные автоматические процессы. Среди них широкое распространение получил сервопривод, устанавливаемый с целью совершения отдельными элементами и деталями постоянных динамических движений. Эти устройства обеспечивают постоянный контроль над углами поворота вала, устанавливают нужную скорость в приборах электромеханического типа.

Составной частью этих систем являются серводвигатели, которые дают возможность управлять скоростями в нужном диапазоне в установленный промежуток времени. Таким образом, все процессы и движения могут периодически повторяться, а частота этих повторов закладывается в системе управления.

Устройство сервопривода

Основные детали, из которых состоит типовой серводвигатель – ротор и статор. Для коммутации применяются специальные комплектующие в виде штекеров и клеммных коробок. Управление, контроль и коррекция процессов осуществляется с помощью отдельного управляющего узла. Для включения и выключения сервопривода используется отдельная система. Все детали, помещаются в общем корпусе.

Практически во всех сервоприводах имеется датчик, работающий и отслеживающий определенные параметры, такие как положение, усилие или скорость вращения. С помощью управляющего блока поддерживается автоматический режим необходимых параметров при работе устройства. Выбор того или иного параметра происходит в зависимости от сигналов, поступающих от датчика в установленные промежутки времени.

Разница между сервоприводом и обычным электродвигателем заключается в возможности установки вала в точно заданное положение, измеряемое в градусах. Установленное положение, так же, как и другие параметры, поддерживаются блоком управления.

Их принцип работы заключается в преобразовании электрической энергии в механическую, с помощью электродвигателя. В качестве привода используется редуктор, позволяющий снизить скорость вращения до требуемого значения. В состав данного устройства входят валы с шестернями, преобразующими и передающими крутящий момент.

Как работает сервопривод

Вращение выходного вала редуктора, связанного шестернями с сервоприводом, осуществляется путем запуска и остановки электродвигателя. Сам редуктор необходим для регулировки числа оборотов. Выходной вал может быть соединен с механизмами или устройствами, которыми необходимо управлять. Положение вала контролируется с помощью датчика обратной связи, способного преобразовывать угол поворота в электрические сигналы и на котором построен принцип работы всего устройства.

Этот датчик известен также, под названием энкодера или потенциометра. При повороте бегунка, его сопротивление будет изменяться. Изменения сопротивления находится в прямой пропорциональной зависимости с углом поворота энкодера. Данный принцип работы позволяет устанавливать и фиксировать механизмы в определенном положении.

Дополнительно каждый серводвигатель имеет электронную плату, обрабатывающую внешние сигналы, поступающие от потенциометра. Далее выполняется сравнение параметров, по результатам которого производится запуск или остановка электродвигателя. Следовательно, с помощью электронной платы поддерживается отрицательная обратная связь.

Подключить серводвигатель можно с помощью трех проводников. По двум из них подается питание к электродвигателю, а третий служит для прохождения сигналов управления, приводящих вал в определенное положение.

Предотвратить чрезмерные динамические нагрузки на электродвигатель возможно с помощью плавного разгона или такого же плавного торможения. Для этого применяются более сложные микроконтроллеры, обеспечивающие более точный контроль и управление позицией рабочего элемента. В качестве примера можно привести жесткий диск компьютера, в котором головки устанавливаются в нужную позицию с помощью точного привода.

Управление серводвигателем

Основное условие, чтобы серводвигатель мог нормально работать, заключается в их функционировании совместно с так называемой системой G-кодов. Эти коды представляют собой набор команд управления, заложенный в специальную программу.

Если в качестве примера взять ЧПУ – числовое программное управление, то в данном случае сервоприводы будут взаимодействовать с преобразователями. В соответствии с уровнем входного напряжения они способны изменить значение напряжения на возбуждающей обмотке или якоре электродвигателя.

Непосредственное управление серводвигателем и всей системой осуществляется из одного места – блока управления. Когда отсюда поступает команда на прохождение определенного расстояния по оси координат Х, в цифровом аналоговом преобразователе возникает напряжение определенной величины, которое и поступает в качестве питания привода этой координаты. В серводвигателе начинается вращательное движение ходового винта, связанного с энкодером и исполнительным органом основного механизма.

В энкодере вырабатываются импульсы, подсчитываемые блоком, выполняющим управление сервоприводом. В программе заложено соответствие определенного количества сигналов с энкодера, установленному расстоянию, которое должен пройти исполняющий механизм. В нужное время аналоговый преобразователь, получив установленное число импульсов, прекращает выдачу выходного напряжения, в результате, серводвигатель останавливается. Точно так же под влиянием импульсов восстанавливается напряжение, и возобновляется работа всей системы.

Виды и характеристики

Серводвигатели выпускаются в самых разных вариантах, позволяющих использовать их во многих областях. Основные конструкции разделяются на коллекторные и бесколлекторные, предназначенные для работы от постоянного и переменного тока.

Кроме того, каждый сервомотор может быть синхронным и асинхронным. Синхронные устройства обладают способностью задавать высокоточную скорость вращения, а также углы поворотов и ускорение. Эти приводы очень быстро набирают номинальную скорость вращения. Сервоприводы в асинхронном исполнении управляются за счет изменения параметров питающего тока, когда его частота меняется с помощью инвертора. Они с высокой точностью выдерживают заданную скорость даже при самых низких оборотах.

В зависимости от принципиальной схемы и конструкции, сервоприводы могут быть электромеханическими и электрогидромеханическими. Первый вариант, включающий редуктор и двигатель, отличается низким быстродействием. Во втором случае действие происходит очень быстро за счет движения поршня в цилиндре.

Каждый сервопривод характеризуется определенными параметрами:

  • Крутящий момент или усилие, создаваемое на валу. Считается наиболее важным показателем работы сервопривода. Для каждой величины напряжения существует собственный крутящий момент, отражаемый в паспорте изделия.
  • Скорость поворота. Данный параметр представляет собой определенный период времени, который требуется, чтобы изменить позицию выходного вала на 600. Эта характеристика также зависит от конкретного значения напряжения.
  • Максимальный угол поворота, на который может развернуться выходной вал. Чаще всего эта величина составляет 180 или 3600.
  • Все сервоприводы разделяются на цифровые и аналоговые. В зависимости от этого и осуществляется управление сервоприводом.
  • Питание серводвигателей. В большинстве моделей используется напряжение от 4,8 до 7,2В. Питание и управление осуществляется с помощью трех проводников.
  • Возможность модернизации в сервопривод постоянного вращения.
  • Материалы для редуктора могут использоваться самые разные. Шестерни изготавливаются из металла, карбона, пластика или комбинированных составов. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Например, пластиковые детали плохо выдерживают ударные нагрузки, но устойчивы к износу в процессе длительной эксплуатации. Металлические шестерни, наоборот, быстро изнашиваются, зато они обладают высокой устойчивостью к динамическим нагрузкам.

Плюсы и минусы сервомоторов

Благодаря унифицированным размерам, эти устройства легко и просто устанавливаются в любые конструкции. Они безотказны и надежны, каждый из них работает практически бесшумно, что имеет большое значение при их эксплуатации на сложных и ответственных участках. Даже на невысоких скоростях можно добиться точности и плавных перемещений. Каждый сервопривод может быть настроен персоналом, в зависимости решения тех или иных задач.

В качестве недостатков отмечаются определенные сложности при настройках и сравнительно высокая стоимость.

electric-220.ru

Изучаем начинку сервоприводов и надписи на коробках.

Все мы бывали в подобной ситуации, стояли перед прилавком местного магазинчика товаров для хобби, смотрели на море запчастей и думали, что же выбрать. Обычное дело! Часто выбрать правильную деталь сложнее, чем определиться с цветом вашего нового автомобиля ;-).
Как и остальные комплектующие типа двигателей, лопастей, топлива и радиоаппаратуры, сервоприводы представлены в огромном ассортименте. К счастью есть мы, источники информации и автор-переводчик и сейчас мы поведаем о том, как это море сервоприводов классифицируется, называется, какие конструкции бывают и для чего их придумали. Надеемся это поможет вам разобраться в ваших требованиях и быстро определиться с выбором.
Справедливости ради надо заметить, что рассказ пойдет о обычных сервоприводах для летющих радиоуправляемых моделей.

Начнем с хвоста.

Все сервоприводы для радиоуправляемых моделей используют три провода для работы. Положительный провод для питания, обычно 4.8В или 6В, отрицательный провод и сигнальный провод. Управляющий сигнал передает информацию о требуемом положении выходного вала. Вал связан с потенциометром, который определяет его положение. Контроллер по сопротивлению потенциометра и значению управляющего сигнала определяет, в какую сторону требуется вращать мотор, чтобы получить нужное положение выходного вала. Чем выше напряжение питания сервопривода, тем быстрее он работает и больший момент развивает.
Рулевая машинка (сервопривод)
Управляющий сигнал представляет собой импульсы переменной ширины. Импульсы повторяются с постоянной частотой, которая измеряется в герцах. Большая часть приемников генерирует импульсы с частотой 50Гц. Это означает, что они передают команды о требуемом положении сервопривода 50 раз в секунду. Положение сервопривода определяется шириной импульса. Для типичного сервопривода, используемого в радиоуправляемых моделях, длительность импульса в 1520 мкс означает, что сервопривод должен занять среднее положение. Увеличение или уменьшение длины импульса заставит сервопривод повернуться по часовой или против часовой стрелки соответственно.
Гироскопы используют более высокую частоту импульсов: 250Гц и 333Гц, что позволяет гироскопам чаще передавать команды сервоприводам. Гироскопы GY601/611 используют нестандартную ширину импульса 760мкс. Среднее положение при этом соответствует 760мкс, аналогично тому, как в обычных сервоприводах среднему положению соответствует 1520мкс.
Характеристики сервоприводов:
Размер и вес.
Размеры бывают микро, мини, стандартный и гигант(1/4). В пределах каждого класса размеры могут немного меняться, но в целом указанные группы покрывают 95% встречающихся размеров.
Средние размеры сервоприводов для справки:
  • Микро: 24мм x 12мм x 24мм, вес: 8-10 г.
  • Мини: 30мм x 15мм x 35мм, вес 25 г.
  • Стандарт: 40мм x 20мм x 37мм, вес: 50-60 г.

Скорость.

Скорость сервоприводов измеряется временем поворота качалки сервопривода на угол 60 градусов при напряжении питания 4.8В и 6В. Например, сервопривод с параметром 0.22с/60° при 4.8В поворачивает вал на 60 градусов за 0.22с при напряжении питания 4.8В. Это не так быстро, как может показаться. Наиболее быстрые сервоприводы имеют время перемещения от 0.06 до 0.09с.

Момент.

Момент сервопривода измеряется по весу груза в кг, который сервопривод может удерживать неподвижно на качалке с плечом 1 см. Указывают две цифры, для напряжения питания 4.8В и 6В. Например если указано, что сервопривод развивает 10кг/см, значит, что на качалке длиной 1см сервопривод может развить усилие 10 кг, прежде чем остановится. Для качалки в 2см такой сервопривод сможет развить усилие 5кг, а на 5мм целых 20кг.

Пластиковые, карбонитовые или металлические шестерни?

Как видно из названия, сервоприводы бывают с пластиковыми, карбонитовыми и полностью, либо частично металлическими шестернями или только с металлическим выходным валом. У всех есть свои плюсы и минусы, в зависимости от того где вы будете их использовать.
Шестерни сервоприводов.
Пластиковые шестерни относительно непрочные, зачастую ломаются при падении модели, но ремкомплекты на них недороги, а сами шестерни практически не изнашиваются. Карбонитовые во многом аналогичны пластиковым, немного прочнее последних и чуть более подвержены износу. Металлические шестерни намного прочнее, хорошо противостоят падениям, однако имеют самый дорогой ремкомплект и сильно подвержены износу. Со временем в металлических шестернях появляется люфт и, по-хорошему, их надо полностью менять каждый сезон.

Обычный мотор, мотор без сердечника или бесколлекторный мотор?

Обычный мотор это мотор постоянного тока, который имеет наборный железный сердечник, разделенный на секции, на которые наложены витки обмотки. Сердечник, обмотки и коллектор образуют якорь. По бокам якоря расположены постоянные магниты. Сердечник бывает с 3-мя и 5-ю полюсами. Пять полюсов дают более высокий момент и плавность хода. Тяжелый якорь мешает мотору быстро набирать обороты и быстро останавливаться, а во время вращения якорь совершает колебания каждый раз как очередная секция сердечника проходит мимо магнита. Все это делает работу сервопривода с таким мотором дерганой и неточной.
Моторы без сердечника, напротив, имеют единственный неподвижный магнит в центре и вращающуюся обмотку, которая оформлена в виде цилиндра или стакана и окружает магнит. Такая конструкция легче, не имеет секций и в результате более динамична и работает без рывков. Естественно, моторы без сердечника дороже, но дают более высокую точность, момент и скорость по сравнению со стандартными моторами.
Сервоприводы с бесколлекторным мотором появились сравнительно недавно и первоначально выпускались только компанией Futaba, но появляются бесколлекторные сервоприводы и других производителей, например MKS и Outrage. Преимущества те же что и у остальных бесколлекторных моторов: нет щеток, а значит они не создают сопротивление вращению и не изнашиваются, скорость и момент выше при токопотреблении равном коллекторным моторам. Недостаток - цена выше на 50-70%.

Цифровые или аналоговые?

Что бы определиться какие лучше, давайте рассмотрим принцип работы тех и других и выбор станет очевиден. Но для начала отметим, что цифровые и аналоговые сервоприводы механически не отличаются друг от друга. У них те же корпуса, моторы, шестеренки и даже потенциометры. Все дело в способе управления мотором!


Работа аналогового сервопривода.

Сервоприводы управляют мотором с помощью импульсов напряжения, подаваемых на мотор. Напряжение при этом постоянно и равно напряжению питания приемника (4.8 - 6В). Частота импульсов стандартна - 50Гц. Чем длиннее импульс, тем быстрее вращается мотор и больший момент развивает. Точно так же работает большинство регуляторов моторов. Подобное поведение можно получит включая и выключая бытовой вентилятор. Чем реже включаем тем медленнее вращается, а чем чаще и дольше держим включение - тем быстрее.
Возвращаемся к сервоприводу. В покое на мотор не подается напряжение, а если лишь слегка отклонить стик передатчика, то на мотор пойдет короткий импульс напряжения. Чем больше перемещение стика тем шире импульс питания для мотора, и тем быстрее сервопривод двигается в нужное положение. Важно, что на малых перемещениях на мотор подаются короткие импульсы малой мощности, т.е. если стик или внешняя сила медленно сдвигает вал с места, сначала на мотор подаются слабые сигналы и чем сильнее отклоняется стик или дальше смещается вал от точки удержания, тем более мощные импульсы питания посылаются на мотор.
Как вы понимаете, короткие слабые импульсы не могут заставить мотор вращаться быстро и развивать высокий момент. В этом и состоит проблема всех аналоговых сервоприводов: они медленно и слабо реагируют на малые команды управления или когда внешняя сила сдвигает их с места. Зона низкой скорости и момента называется мертвая зона (deadband).
Впрочем, все это не так страшно пока вертолетом управляет обычный человек, но когда за дело берется гироскоп, система стабилизации или топ-пилот с реакцией мангуста, аналоговые сервоприводы становятся проблемой.

Работа цифрового сервопривода.

Спасение в цифровых сервоприводах! Как говорилось ранее, аналоговые и цифровые сервоприводы сделаны из одних деталей и даже трехжильный провод для управления тот же. Вся разница в том, как управляющие импульсы посылаются на мотор.
Миниатюрный микроконтроллер анализирует сигнал поступающий с приемника и преобразует его в высокочастотные импульсы управления мотором. В отличии от аналоговых сервоприводов где мотор получает управляющие импульсы 50 раз в секунду, мотор цифрового сервопривода получает таких сигналов более 300 в секунду. Само собой, импульсы будут короче, но при таком их количестве сервопривод и ускоряется быстрее и создает постоянный высокий момент. Вы наверняка обращали внимание на "пение" цифровых сервоприводов под нагрузкой - это слышны короткие частые управляющие импульсы, посылаемые на мотор.
В результате мы получаем сервопривод который имеет намного меньшую мертвую зону, быстрый отклик, быстрый и плавный набор скорости и отличное удержание.
Все здорово, но все эти ускорения и моменты имеют один маленький недостаток - энергопотребление! Да-да, цифровые сервоприводы охотно потребляют энергию бортового аккумулятора, их достоинства надо кормить. Вы можете совершенно справедливо заметить, что при нынешнем развитии аккумуляторных технологий дополнительное энергопотребление не такая уж проблема. Это так, но убедитесь, что в случае использования встроенного в регулятор линейного BEC, его мощности достаточно для питания постоянно отрабатывающих цифровых сервоприводов! Оптимально в таких случаях использовать внешний или встроенный импульсный BEC.

И так, цифровые сервоприводы намного лучше аналоговых. Конечно, вы по-прежнему можете летать на аналоговых, но однажды попробовав цифровые, вряд ли вернетесь назад. И под конец сравнения обратим внимание еще на один момент: в спецификациях аналоговых сервоприводов зачастую указаны цифры скорости и момента выше чем у некоторых цифровых, но вы же помните что аналоговые приводы имеют меньшую скорость и момент на коротких и малых перемещениях. Красивые цифры даны для максимального отклонения стика, когда сервопривод работает на полную мощность. Даже с меньшими значениями характеристик цифровые сервоприводы все равно будут работать лучше на малых перемещениях, когда скорость и момент особенно важны.

Подшипники качения или подшипники скольжения?

Выходной вал проходит через корпус сервопривода и в месте выхода вал поддерживается либо шарикоподшипником, либо пластиковой втулкой.
Подшипники сервоприводов.
Как и прочие вращающиеся механизмы, сервоприводы работают более плавно и точно если в них используются подшипники качения. Такие сервоприводы менее подвержены износу чем сервоприводы с втулкой, поскольку втулка неизбежно изнашивается и появляется люфт между корпусом и выходным валом. Желательно везде использовать сервоприводы с подшипниками качения, хотя они и несколько дороже.

Скорость или момент?

В большинстве случаев предпочтительны более мощные и быстрые сервоприводы. Однако скоростные сервоприводы хороши когда пилот успевает реагировать на резкое поведение вертолета или когда высокая скорость требуется для правильной работы модели.
Многие пилоты не осознают, что сервоприводы могут быть слишком быстрыми для их уровня подготовки и рефлексов и могут сделать вертолет сложным в управлении. Быстрые сервоприводы необходимы для управления хвостом вертолета, тогда как для управления циклическим и коллективным шагом требуется высокий момент, который позволяет сервоприводу держать положение и быстро возвращаться в центр, что особенно важно при выполнении 3D маневров.

Немного о тюнинге. 😉

Рекомендуется смазать место выхода вала из корпуса сервопривода густой смазкой, а место выхода провода герметиком, чтобы защитить начинку от попадания воды и топлива. Впрочем, это дело вкуса.

Идеальный сервопривод.

Существует ли такой? Зависти от того, кого вы спросите и от того, где сервопривод применяется. Отличный сервопривод должен работать так быстро как вам надо, давать большой момент, хорошо держать положение и при этом быть дешевым. Похоже, такого еще не изобрели. Каждый производитель ищет баланс характеристик и рекламирует свой товар, поэтому выбирайте мудро. Во многом выбор сервопривода зависит от опыта применения и ваших личных потребностей. В конечном итоге не столь важны цифры на коробке и хорошая цена, сколько важно, что бы сервопривод делал свою работу и позволял вам летать!


Для справки:

Часто английские и американские производители и интернет-магазины используют английские единицы измерения при указании характеристик сервоприводов. Для нас привычнее единицы СИ. Для перевода можно воспользоваться данными ниже:

Для перевода момента из унций на дюйм (oz/in) в килограммы на сантиметр (kg/cm), разделите исходное значение на 13.89.

1 унция (oz) = 28.35 грамма (g)
1 дюйм (in) = 2.54 сантиметра (cm)

При составлении статьи использовались материалы с сайтов:
RCHelimag.com, www.rchelicopterfun.com, futaba.com, helidirect.com

onheli.blogspot.com

Сервоприводы. Виды и устройство. Характеристики и применение

Сервоприводы и механизмы оснащены датчиком, который отслеживает определенный параметр, например усилие, положение или скорость, а также управляющий блок в виде электронного устройства. Задачей этого устройства является поддержание необходимых параметров в автоматическом режиме во время функционирования устройства, в зависимости от вида поступающего сигнала от датчика в определенные периоды времени.

Устройство и работа

От обычного электродвигателя сервопривод отличается тем, что можно задать точное положение вала в градусах. Сервоприводы – это любые механические приводы, которые включают в себя датчик некоторого параметра и блок управления, который способен автоматически поддерживать требуемые параметры, соответствующие определенным внешним значениям.


1 — Шестерни редуктора
2 — Выходной вал
3 — Подшипник
4 — Нижняя втулка
5 — Потенциометр
6 — Плата управления
7 — Винт корпуса
8 — Электродвигатель постоянного тока
9 — Шестерня электродвигателя

Для преобразования электрической энергии в механическое движение, необходим электродвигатель. Приводом является редуктор с электродвигателем. Редуктор требуется для снижения скорости двигателя, так как скорость слишком большая для применения. Редуктор состоит из корпуса, в котором расположены валы с шестернями, способными преобразовывать и передавать крутящий момент.

Путем запуска и останова электродвигателя можно приводить в движение выходной вал редуктора, который связан с шестерней сервопривода. К валу можно присоединять устройство или механизм, которым требуется управлять. Кроме этого для контроля положения вала требуется наличие датчика обратной связи. Этот датчик может преобразовать угол поворота снова в сигнал электрического тока.

Такой датчик получил название энкодера. В качестве энкодера может применяться потенциометр. Если бегунок потенциометра поворачивать, то будет изменяться его сопротивление. Значение этого сопротивления прямо пропорционально зависит от угла поворота потенциометра. Таким образом, есть возможность добиться установки определенного положения механизма.

Кроме выше названного потенциометра, редуктора и электродвигателя, сервоприводы оснащены электронной платой, которая обрабатывает поступающий сигнал внешнего значения параметра от потенциометра, сравнивает, и в соответствии с результатом сравнения запускает или останавливает электродвигатель. Другими словами эта электронная начинка отвечает за поддержку отрицательной обратной связи.

Подключение сервопривода осуществляется тремя проводниками, два из которых подают питание напряжением электродвигателя, а по третьему проводнику поступает сигнал управления, с помощью которого выполняется установка положения вала двигателя.

Кроме электродвигателя, играть роль привода может и другой механизм, например пневматический цилиндр со штоком. В качестве датчика обратной связи применяют также датчики поворота угла, либо датчик Холла. Управляющий блок является сервоусилителем, частотным преобразователем, индивидуальным инвертором. Он может содержать также и датчик сигнала управления.

При необходимости создания плавного торможения или разгона для предотвращения чрезмерных динамических нагрузок двигателя, выполняют схемы более сложных микроконтроллеров управления, которые могут контролировать позицию рабочего элемента намного точнее. Подобным образом выполнено устройство привода установки позиции головок в компьютерных жестких дисках.

Виды сервоприводов

При необходимости создания управления несколькими группами сервоприводов используют контроллеры с ЧПУ, которые собраны на схемах программируемых логических контроллеров. Такие сервоприводы способны обеспечить крутящий момент 50 Н*м, мощностью до 15 киловатт.

Синхронные способны задать скорость вращения электродвигателя с большой точностью, так же как ускорение и угол поворота. Синхронные виды приводов могут быстро достигать номинальной скорости вращения.

Асинхронные способны точно выдерживать скорость даже на очень низких оборотах.

Сервоприводы принципиально разделяют на электромеханические и электрогидромеханические. Электромеханические приводы состоят из редуктора и электродвигателя. Но их быстродействие оказывается намного меньше. В электрогидромеханических приводах движение создается путем движения поршня в цилиндре, вследствие чего быстродействие оказывается на очень высоком уровне.

Характеристики сервоприводов

Рассмотрим основные параметры, которые характеризуют сервоприводы:

  • Усилие на валу. Этот параметр является крутящим моментом. Это наиболее важный параметр сервопривода. В паспортных данных чаще всего указывается несколько значений момента для разных величин напряжения.
  • Скорость поворота также является важной характеристикой. Она указывается в эквиваленте времени, необходимом для изменения позиции выходного вала привода на 60 градусов. Этот параметр также могут указывать для нескольких значений напряжения.
  • Тип сервоприводов бывает аналоговый или цифровой.
  • Питание. Основная часть сервоприводов функционирует на напряжении 4,8-7,2 вольта. Питание подается чаще всего по трем проводникам: белый – сигнал управления, красный – напряжение работы, черный – общий провод.
  • Угол поворота – это наибольший угол, на который выходной вал способен повернуться. Чаще всего этот параметр равен 180 или 360 градусов.
  • Постоянного вращения. При необходимости обычный сервопривод можно модернизировать для постоянного вращения.
  • Материал изготовления редуктора сервоприводов бывает различным: карбон, металл, пластик, либо комбинированный состав. Шестерни, выполненные из пластика, не выдерживают ударных нагрузок, однако обладают высокой износостойкостью. Карбоновые шестерни намного прочнее пластмассовых, но имеют высокую стоимость. Шестерни из металла способны выдержать значительные нагрузки, падения, но имеют низкую износостойкость. Выходной вал редуктора устанавливают по-разному на разных моделях: на втулках скольжения, либо на шариковых подшипниках.
 
Преимущества
  • Легкость и простота установки конструкции.
  • Безотказность и надежность, что важно для ответственных устройств.
  • Не создают шума при эксплуатации.
  • Точность и плавность передвижений достигается даже на малых скоростях. В зависимости от поставленной задачи разрешающая способность может настраиваться работником.
Недостатки
  • Сложность в настройке.
  • Повышенная стоимость.
Применение

Сервоприводы в настоящее время используются достаточно широко. Так, например, они применяются в различных точных приборах, промышленных роботах, автоматах по производству печатных плат, станках с программным управлением, различные клапаны и задвижки.

Наиболее популярными стали быстродействующие приводы в авиамодельном деле. Серводвигатели имеют достоинство в эффективности расхода электрической энергии, а также равномерного движения.

В начале появления серводвигателей использовались коллекторные трехполюсные моторы с обмотками на роторе, и с постоянными магнитами на статоре. Кроме этого, в конструкции двигателя был узел с коллектором и щетками. Далее, по мере технического прогресса число обмоток двигателя увеличилось до пяти, а момент вращения возрос, так же как и скорость разгона.

Следующим этапом развития серводвигателей было расположение обмоток снаружи магнитов. Этим снизили массу ротора, уменьшили время разгона. При этом стоимость двигателя увеличилась. В результате дальнейшего проектирования серводвигателей было решено отказаться от наличия коллектора в устройстве двигателя. Стали применяться двигатели с постоянными магнитами ротора. Мотор стал без щеток, эффективность его возросла вследствие увеличения крутящего момента, скорости и ускорения.

В последнее время наиболее популярными стали сервомоторы, работающие от программируемого контроллера (Ардуино). Вследствие этого открылись большие возможности для проектирования точных станков, роботостроения, авиастроения (квадрокоптеры).

Так как приводы с моторами без коллекторов обладают высокими функциональными характеристиками, точным управлением, повышенной эффективностью, они часто применяются в промышленном оборудовании, бытовой технике (мощные пылесосы с фильтрами), и даже в детских игрушках.

Сервопривод отопления

По сравнению с механической регулировкой системы отопления, электрические сервоприводы являются наиболее совершенными и прогрессивными техническими устройствами, обеспечивающими поддержание параметров отопления помещений.


1 — Блок питания
2 — Комнатные термостаты
3 — Коммутационный блок
4 — Серводвигатели
5 — Подающий коллектор
6 — Обход
7 — Водяной теплый пол
8 — Обратный коллектор
9 — Датчик температуры воды
10 — Циркулярный насос
11 — Шаровый клапан
12 — Регулировочный клапан
13 — Двухходовой термостатический клапан

Привод системы отопления функционирует совместно с термостатом, установленным на стену. Кран с электрическим приводом монтируется на трубе подачи теплоносителя, перед коллектором теплого водяного пола. Далее выполняется подключение питания 220 вольт и настройка терморегулятора рабочего режима.

Система управления оснащается двумя датчиками. Один из них расположен в полу, другой в помещении. Датчики передают сигналы на термостат, управляющий сервоприводом, который соединен с краном. Повысить точность регулировки можно путем установки дополнительного прибора снаружи помещения, так как условия климата непрерывно изменяются, и оказывают влияние на температуру в комнате.

Привод механически соединен с клапаном для его управления. Клапаны могут быть двух- и трехходовыми. Двухходовой клапан может изменять температуру воды в системе. Трехходовой клапан способен поддерживать температуру неизменной, однако изменяет потребление горячей воды, которая подается в контуры. В устройстве трехходового клапана имеется два входа для горячей воды (трубы подачи) и выход обратной воды, через который подается смешанная вода с заданной температурой.

Смешивание воды происходит с помощью клапана. При этом осуществляется регулировка подачи теплоносителя в коллекторы. При открывании одного входа, другой начинает закрываться, а расход воды на выходе не изменяется.

Сервоприводы багажника

В настоящее время современные автомобили чаще всего стали производит с функцией автоматического открывания багажника. Для такой цели применяют рассмотренную нами конструкцию сервопривода. Автопроизводители используют два метода для оснащения такой функцией автомобиля.

Конечно, пневмопривод багажника более надежен, однако его стоимость достаточно высока, поэтому в автомобилях такой привод не нашел применения.

Электрический привод выполняется с разными способами управления:

  • Рукояткой на крышке багажника.
  • Кнопкой на панели двери водителя.
  • С пульта сигнализации.

Открывать багажник вручную не всегда бывает удобным. Например, зимой замок имеет свойство замерзать. Сервопривод дополнительно выполняет функцию защиты автомобиля от чужого проникновения, так как совмещен с устройством замка.

Такие приводы багажника используются на некоторых импортных автомобилях, однако, можно установить такой механизм и на отечественных машинах, было бы желание.

Существуют приводы багажника с магнитными пластинами, однако они не нашли применения, так как их устройство достаточно сложное.

Наиболее приемлемыми по цене являются сервоприводы багажника, которые выполняют только открывание. Функция закрывания для них недоступна. Также можно выбрать конструкцию модели привода, имеющего инерционный механизм. Он играет роль блокировки при появлении препятствия при движении багажника.

Дорогостоящие модели сервоприводов включают в себя механизм подъема и опускания багажника, доводчика механизма запирания, датчиков и контроллера. Обычно их на автомобилях устанавливают на заводе, однако простые конструкции вполне можно монтировать самостоятельно.

Похожие темы:

 

electrosam.ru