Servo Motors

Apa itu motor servo

 

Motor servo adalah motor yang mengawal operasi komponen mekanikal dalam sistem servo. Ia adalah sejenis motor tambahan dengan perubahan kelajuan tidak langsung.

 

Motor servo boleh mengawal kelajuan dengan ketepatan kedudukan yang sangat tepat, menukar isyarat voltan ke dalam tork dan kelajuan untuk memacu objek terkawal. Kelajuan pemutar motor servo dikawal oleh isyarat input dan bertindak balas dengan cepat. Ia digunakan sebagai penggerak dalam sistem kawalan automatik dan mempunyai masa malar elektromekanik kecil dan lineariti tinggi. Ia menukarkan isyarat elektrik yang diterima ke dalam anjakan sudut atau output halaju sudut pada aci motor. Servo Motors diklasifikasikan kepada dua kategori: DC dan AC. Ciri -ciri utama mereka adalah bahawa mereka tidak mempamerkan putaran diri - apabila voltan isyarat adalah sifar, dan kelajuan mereka berkurangan secara seragam apabila tork meningkat.

 

Prinsip kerja motor servo

 

Sistem servo adalah sistem kawalan automatik yang membolehkan pemboleh ubah output (contohnya, kedudukan, orientasi, atau keadaan) untuk mengikuti perubahan sewenang -wenang dalam sasaran input (atau setpoint). Servo terutamanya bergantung pada denyutan untuk kedudukan. Pada asasnya, apabila motor servo menerima nadi, ia berputar oleh sudut yang sepadan dengan nadi itu, dengan itu mencapai anjakan. Kerana motor servo itu sendiri memancarkan denyutan, ia menghantar bilangan denyutan yang sama untuk setiap sudut ia berputar, mencipta gelung tertutup dengan denyutan yang diterima. Ini memastikan sistem mengetahui berapa banyak denyutan yang telah dihantar ke motor servo dan berapa banyak denyutan yang telah diterima kembali. Ini membolehkan kawalan tepat terhadap putaran motor, mencapai ketepatan kedudukan serendah 0.001mm. DC Servo Motors dikategorikan sebagai disikat dan berus. Motor yang disikat menawarkan kos rendah, struktur mudah, tork permulaan yang tinggi, pelbagai kelajuan yang luas, dan kemudahan kawalan. Walaupun mereka memerlukan penyelenggaraan, mereka menyusahkan (kerana penggantian berus karbon), menghasilkan gangguan elektromagnet, dan mempunyai keperluan alam sekitar. Oleh itu, mereka sesuai untuk kos - aplikasi perindustrian umum dan pengguna sensitif.

Motor berus adalah padat dan ringan, menawarkan output yang tinggi, tindak balas pantas, kelajuan tinggi, inersia rendah, putaran lancar, dan tork yang stabil. Walaupun kawalan kompleks mudah dilaksanakan dengan teknologi pintar, komutasi elektronik mereka fleksibel, menyokong kedua -dua gelombang - dan sine - gelombang. Mereka adalah penyelenggaraan - percuma, sangat cekap, beroperasi sejuk, memancarkan radiasi elektromagnet minimum, dan mempunyai jangka hayat yang panjang, menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam pelbagai persekitaran.

 

AC Servo Motors juga motor tanpa berus dan dikategorikan sebagai motor segerak dan tidak segerak. Motor segerak biasanya digunakan dalam kawalan gerakan. Mereka mempunyai pelbagai kuasa dan boleh mencapai kuasa yang sangat tinggi. Hasil inersia yang tinggi mereka menghasilkan kelajuan maksimum yang rendah yang berkurangan dengan pesat apabila kuasa meningkat, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kelajuan rendah -, operasi yang stabil.

 

Rotor di dalam motor servo adalah magnet kekal. Tiga - fasa u/n/n semasa yang dikawal oleh pemandu mencipta medan elektromagnet, menyebabkan pemutar berputar. Pada masa yang sama, motor yang dibina - dalam encoder memberikan maklum balas kepada pemandu, yang membandingkan maklum balas dengan nilai sasaran dan menyesuaikan sudut putaran pemutar. Ketepatan motor servo ditentukan oleh ketepatan encoder (kiraan baris).

 

Perbezaan fungsional antara motor servo AC dan motor servo DC yang berus adalah bahawa servos AC lebih unggul kerana mereka menggunakan kawalan gelombang sinusoidal, mengakibatkan riak tork yang rendah. Servo DC Gunakan kawalan gelombang trapezoid.

 

Perbandingan pemilihan motor servo

 

AC Servo Motor

Struktur stator motor servo AC pada dasarnya sama dengan kapasitor - split tunggal - fasa asynchronous motor. Stator dilengkapi dengan dua belitan, kedudukan 90 darjah selain: pengujaan RF penggulungan, yang sentiasa dihubungkan dengan uf voltan AC; Kawalan penggulungan L, yang disambungkan ke voltan isyarat kawalan UC. Oleh itu, motor servo AC juga dipanggil dua motor servo -.

 

Pemutar motor servo AC biasanya tupai - jenis sangkar. Walau bagaimanapun, untuk memastikan pelbagai peraturan kelajuan, ciri -ciri mekanikal linear, tidak ada fenomena "diri -", dan tindak balas cepat, motor servo mesti mempunyai rintangan pemutar yang tinggi dan momen inersia yang rendah berbanding dengan motor biasa. Dua struktur pemutar yang biasa digunakan adalah: tupai - pemutar sangkar dengan bar resissi tinggi - yang diperbuat daripada bahan konduktif - yang tinggi. Untuk mengurangkan momen inersia pemutar, pemutar adalah langsing. Yang lain adalah pemutar cawan berongga yang diperbuat daripada aloi aluminium dengan dinding yang sangat nipis, hanya 0.2-0.3 mm. Untuk mengurangkan rintangan magnetik litar magnet, stator dalaman tetap diletakkan di dalam pemutar cawan berongga. Rotor cawan berongga menawarkan momen inersia yang rendah, tindak balas cepat, dan operasi yang lancar, menjadikannya diterima secara meluas.

 

Apabila tiada voltan kawalan digunakan, pemegun motor servo AC tertakluk kepada hanya medan magnet berdenyut yang dihasilkan oleh penggulungan pengujaan, dan pemutar tetap bergerak. Apabila voltan kawalan digunakan, medan magnet berputar dijana dalam stator, menyebabkan pemutar berputar ke arah medan magnet berputar. Di bawah keadaan beban malar, kelajuan motor berbeza -beza dengan magnitud voltan kawalan. Apabila voltan kawalan keluar dari fasa, motor servo membalikkan.

 

Motor servo magnet kekal

 

Sejak tahun 1980 -an, dengan pembangunan litar bersepadu, teknologi elektronik kuasa dan teknologi pemacu kelajuan pembolehubah AC, teknologi pemacu Servo Magnet AC tetap telah membuat kemajuan yang luar biasa. Pengeluar elektrik terkenal di pelbagai negara telah melancarkan produk Servo Servo dan Servo Drive Series mereka sendiri dan terus meningkatkan dan mengemas kini mereka. Sistem servo AC telah menjadi arahan pembangunan utama sistem servo prestasi kontemporari tinggi -, menjadikan DC servo asal menghadapi krisis dihapuskan. Selepas tahun 1990 -an, sistem servo AC yang telah dikomersialkan di pelbagai negara di seluruh dunia menggunakan pemacu servo motor gelombang sine yang dikawal secara digital. Perkembangan peranti pemacu servo AC di medan penghantaran berubah dengan setiap hari berlalu.

 

Berbanding dengan motor DC Servo, kelebihan utama Magnet AC Servo Motors adalah:

(1) Tiada berus dan komutator, jadi ia berfungsi dengan pasti dan mempunyai keperluan penyelenggaraan dan servis yang rendah.

(2) Pengeluaran haba penggulungan pemegun agak mudah

(3) inersia kecil, mudah meningkatkan kelajuan sistem

(4) menyesuaikan diri dengan kelajuan tinggi - dan tinggi - keadaan kerja tork

(5) Jumlah dan berat yang lebih kecil pada kuasa yang sama

 

Perbandingan antara servomotor dan motor asynchronous - tunggal

 

Walaupun prinsip operasi servomotor AC adalah serupa dengan split - fasa tunggal - fasa motor asynchronous, rintangan pemutar servomotor jauh lebih besar. Oleh itu, servomotor mempunyai tiga kelebihan yang berbeza berbanding motor asynchronous - tunggal:

 

1. Tork permulaan yang tinggi

Rintangan rotor yang tinggi ini berbeza dengan keluk ciri tork motor asynchronous biasa. Ini membolehkan slip kritikal S0 menjadi lebih besar daripada 1, menjadikan ciri -ciri tork (ciri -ciri mekanikal) lebih linear dan memberikan tork permulaan yang lebih tinggi. Oleh itu, sebaik sahaja voltan kawalan stator digunakan, pemutar berputar dengan serta -merta, mengakibatkan kepekaan permulaan yang cepat dan tinggi.

2. Julat operasi yang luas

3. Tiada diri - putaran

 

Servomotor yang biasanya beroperasi akan berhenti sebaik sahaja kehilangan voltan kawalan. Apabila motor servo kehilangan voltan kawalan, ia beroperasi dalam keadaan fasa - tunggal. Oleh kerana rintangan pemutar yang tinggi, interaksi antara dua medan magnet berputar yang bertentangan di stator dan pemutar menghasilkan dua ciri tork (T1 - S1 dan T2-S2 lengkung) dan ciri-ciri tork gabungan (lengkung TS).

 

Kuasa output motor servo AC umumnya berkisar antara 0.1 hingga 100W. Apabila kekerapan bekalan kuasa adalah 50Hz, voltan adalah 36V, 110V, 220V, dan 380V; Apabila kekerapan bekalan kuasa adalah 400Hz, voltan adalah 20V, 26V, 36V, dan 115V.

 

AC Servo Motors beroperasi dengan lancar dan diam -diam. Walau bagaimanapun, ciri -ciri kawalan mereka tidak linear, dan disebabkan oleh rintangan pemutar yang tinggi, kerugian adalah tinggi, dan kecekapan adalah rendah. Oleh itu, berbanding dengan motor servo DC dengan kapasiti yang sama, mereka lebih besar dan lebih berat, menjadikannya sesuai hanya untuk sistem kawalan kuasa - yang rendah dalam julat 0.5-100W.

 

Kaedah Debugging Servo Motor

 

1. Inisialisasi parameter

Sebelum pendawaian, permulaan parameter.
Pada kad kawalan: Pilih mod kawalan; Kosongkan parameter PID kepada sifar, melumpuhkan isyarat membolehkan secara lalai apabila kad kawalan dikuasakan; Simpan keadaan ini untuk memastikan bahawa kad kawalan berada dalam keadaan ini apabila ia dikuasakan lagi.
Pada motor servo: Tetapkan mod kawalan: Dayakan secara luaran; Tetapkan nisbah gear untuk output isyarat encoder; dan tetapkan nisbah antara isyarat kawalan dan kelajuan motor. Secara umumnya, disyorkan bahawa kelajuan reka bentuk maksimum servo ditetapkan ke voltan kawalan 9V. Sebagai contoh, salah satu siri kami mempunyai tetapan kelajuan 500 untuk voltan 1V. Jika anda hanya merancang untuk mengendalikan motor pada kelajuan di bawah 1000 rpm, tetapkan parameter ini kepada 111.

 

2. Pendawaian
Tanggalkan kad kawalan dan sambungkan kabel isyarat antara kad kawalan dan servo. Kabel berikut diperlukan: kabel output analog dari kad kawalan, kabel isyarat membolehkan, dan kabel isyarat encoder dari output servo. Selepas mengesahkan pendawaian, kuasa pada kad motor dan kawalan (dan PC). Motor tidak boleh bergerak dan harus berputar dengan mudah dengan kekerasan. Jika tidak, periksa tetapan isyarat dan pendawaian. Putar motor untuk mengesahkan bahawa kad kawalan dapat mengesan perubahan dalam kedudukan motor dengan betul. Jika tidak, periksa pendawaian dan tetapan isyarat pengekod.

 

3. Arah ujian
Untuk sistem kawalan gelung - tertutup, arah isyarat maklum balas yang salah boleh menjadi bencana. Dayakan Servo Enable Signal melalui kad kawalan. Servo kini harus berputar pada kelajuan yang lebih perlahan, yang dikenali sebagai "Drift Zero." Kad kawalan biasanya termasuk arahan atau parameter untuk menindas drift sifar. Gunakan arahan atau parameter ini untuk menguji sama ada kelajuan dan arah motor boleh dikawal. Jika tidak, periksa tetapan parameter Kaedah Pendawaian dan Kawalan Analog. Pastikan nilai positif menunjukkan putaran motor ke hadapan dan jumlah pengekod meningkat, sementara nilai negatif menunjukkan putaran motor terbalik dan pengekod pengekod berkurangan. Jangan gunakan kaedah ini jika motor dimuatkan dan mempunyai perjalanan terhad. Mengelakkan voltan yang berlebihan semasa ujian; Adalah disyorkan untuk menyimpannya di bawah 1V. Jika arah tidak konsisten, laraskan parameter pada kad kawalan atau motor untuk diselaraskan.

 

4. Penindasan Drift Zero
Semasa ditutup - kawalan gelung, sifar drift boleh menjejaskan keberkesanan kawalan, jadi lebih baik untuk menindasnya. Gunakan parameter penindasan drift sifar pada kad kawalan atau pelayan untuk berhati -hati menyesuaikan kelajuan motor ke hampir sifar. Oleh kerana Zero Drift sendiri mempunyai beberapa rawak, tidak perlu memerlukan kelajuan motor untuk menjadi sifar.

 

5. Menetapkan kawalan gelung tertutup -
Re - Dayakan Servo Enable Signal melalui kad kawalan. Masukkan keuntungan berkadar kecil pada kad kawalan. Bagi berapa besar dianggap kecil, anda hanya boleh menggunakan perasaan usus anda. Jika anda benar -benar tidak pasti, masukkan nilai minimum yang dibenarkan oleh kad kawalan. Hidupkan isyarat membolehkan kedua -dua kad kawalan dan servo. Pada ketika ini, motor sepatutnya dapat mengikuti perintah gerakan.

 

6. Laraskan parameter gelung tertutup -
Melaraskan parameter kawalan dengan baik untuk memastikan motor bergerak mengikut arahan kad kawalan adalah penting, dan bahagian proses ini sangat bergantung pada pengalaman.

 

Perbandingan prestasi motor servo dan motor stepper

 

Sebagai sistem kawalan gelung terbuka -, stepper motor secara intrinsik dikaitkan dengan teknologi kawalan digital moden. Motor stepper digunakan secara meluas dalam sistem kawalan digital domestik. Dengan kemunculan sistem servo AC digital sepenuhnya, motor servo AC juga semakin digunakan dalam sistem kawalan digital. Untuk menyesuaikan diri dengan trend pembangunan kawalan digital, sistem kawalan gerakan kebanyakannya menggunakan motor stepper atau motor servo ac digital sepenuhnya sebagai motor penggerak. Walaupun kaedah kawalan mereka adalah serupa (isyarat kereta api dan isyarat arah), mereka berbeza dengan ketara dalam prestasi dan senario aplikasi. Makalah ini membandingkan prestasi mereka.

 

1. Ketepatan kawalan yang berbeza
Sudut langkah dua - fasa motor stepper hibrid umumnya 1.8 darjah dan 0.9 darjah, manakala lima - fasa hibrid stepper motor umumnya 0.72 darjah dan 0.36 darjah. Sesetengah motor stepper prestasi tinggi - boleh mencapai sudut langkah yang lebih kecil melalui subdivisi.

Ketepatan kawalan motor AC servo dipastikan oleh pengekod berputar di hujung belakang aci motor. Mengambil motor servo digital kami sebagai contoh, untuk motor dengan encoder baris 2000 standard, teknologi kekerapan kuadrup dalaman pemandu menghasilkan setara pulse 360 ​​darjah /8000=0.045 darjah. Untuk motor dengan pengekod 17-bit, pemandu menerima 131,072 denyutan setiap revolusi motor, mengakibatkan setara dengan pulse 360 ​​darjah /131, 072=0.0027466 darjah, iaitu 1/655 dari pulse yang setara dengan motor stepper dengan sudut langkah 1.8 darjah.

 

2. Berbeza dengan ciri frekuensi -
Motor stepper terdedah kepada getaran frekuensi - pada kelajuan rendah. Kekerapan getaran bergantung pada prestasi beban dan pemacu, dan pada umumnya dianggap sebagai separuh motor NO - frekuensi permulaan beban. Getaran frekuensi - yang rendah ini, yang ditentukan oleh prinsip operasi motor stepper, merugikan operasi normal mesin. Apabila motor stepper beroperasi pada kelajuan rendah, teknik redaman biasanya digunakan untuk mengatasi getaran frekuensi - yang rendah, seperti menambah peredam ke motor atau melaksanakan teknologi subdivisi pada pemandu.

AC Servo Motors beroperasi dengan lancar, tanpa getaran walaupun pada kelajuan rendah. Sistem servo AC mempunyai keupayaan penindasan resonans untuk menangani kekurangan ketegaran mekanikal. Tambahan pula, sistem yang dibina - dalam frekuensi - fungsi resolusi (FFT) dapat mengesan titik resonans mekanikal, memudahkan pelarasan sistem.

 

3. Tork yang berbeza - Ciri -ciri kekerapan
Tork output motor stepper berkurangan apabila peningkatan kelajuan, dan jatuh dengan ketara pada kelajuan yang lebih tinggi. Oleh itu, kelajuan operasi maksimumnya biasanya antara 300 dan 600 rpm. AC Servo Motors menawarkan output tork yang berterusan, bermakna mereka boleh menyampaikan tork yang diberi nilai sehingga kelajuan undian mereka (biasanya 2000 atau 3000 rpm). Di atas kelajuan yang diberi nilai, mereka memberikan kuasa yang berterusan.

 

4. Kapasiti kelebihan beban yang berbeza.

Motor stepper umumnya tidak mempunyai kapasiti beban. AC Servo Motors, bagaimanapun, mempunyai kapasiti beban yang kuat. Sebagai contoh, sistem servo Sanyo AC menawarkan keupayaan kelajuan dan tork. Tork maksimum mereka adalah dua hingga tiga kali tork yang diberi nilai, yang boleh digunakan untuk mengatasi momen inersia beban inersia pada permulaan. Kerana motor stepper kekurangan kapasiti beban ini, tork yang lebih tinggi sering diperlukan untuk mengatasi momen inersia semasa pemilihan model. Walau bagaimanapun, tork yang tinggi ini tidak diperlukan semasa operasi mesin biasa, mengakibatkan tork sia -sia.

 

5. Prestasi operasi yang berbeza
Stepper Motors dibuka - gelung dikawal. Frekuensi permulaan yang tinggi atau beban yang berlebihan boleh dengan mudah membawa kepada langkah -langkah yang hilang atau terhenti. Kelajuan tinggi semasa berhenti juga boleh menyebabkan overshoot. Oleh itu, untuk memastikan ketepatan kawalan, pecutan dan penurunan yang betul mesti ditangani. Sistem pemacu servo AC menggunakan kawalan gelung tertutup -. Pemandu secara langsung menyisipkan isyarat maklum balas pengekod motor, secara dalaman membentuk gelung kedudukan dan gelung halaju. Ini umumnya menghalang langkah -langkah yang hilang atau overshoot yang berkaitan dengan motor stepper, mengakibatkan prestasi kawalan yang lebih dipercayai.

 

6. Prestasi tindak balas kelajuan yang berbeza
Motor stepper mengambil 200 hingga 400 milisaat untuk mempercepatkan dari keadaan terhenti ke kelajuan operasi (biasanya beberapa ratus revolusi seminit). Sistem servo AC menawarkan prestasi pecutan yang lebih baik. Sebagai contoh, motor AC Servo kami mempercepatkan dari keadaan terhenti kepada kelajuan undian mereka sebanyak 3000 rpm dalam hanya beberapa milisaat, menjadikannya sesuai untuk aplikasi kawalan yang memerlukan masa permulaan dan hentian yang cepat.

Ringkasnya, sistem servo AC mengatasi motor stepper dalam banyak aspek prestasi. Walau bagaimanapun, motor stepper sering digunakan sebagai motor penggerak dalam aplikasi yang kurang menuntut. Oleh itu, apabila mereka bentuk sistem kawalan, adalah penting untuk secara komprehensif mempertimbangkan beberapa faktor, termasuk keperluan kawalan dan kos, untuk memilih motor kawalan yang sesuai.

 

Pengiraan Pemilihan Motor Servo

 

1. Sahkan Resolusi Kelajuan dan Pengekod.
2. Tukar tork beban pada aci motor dan hitung tork pecutan dan penurunan.
3. Kirakan inersia beban dan padankan inersia. Sebagai contoh, dalam siri kami, sesetengah produk boleh memadankan inersia sehingga 50 kali, tetapi semakin rendah, lebih baik untuk ketepatan dan kelajuan tindak balas.
4. Kirakan dan pilih perintang regeneratif. Untuk servos di atas 2 kW, perintang luaran biasanya diperlukan.
5. Pemilihan Kabel: Kabel encoder hendaklah dipintal dan dilindungi. Untuk produk kami, pengekod mutlak mempunyai 6 teras, dan pengekod tambahan mempunyai 4 teras.

 

Mod brek

 

Pengguna sering mengelirukan fungsi brek elektromagnet, brek regeneratif, dan brek dinamik, dan memilih aksesori yang salah.

Brek dinamik terdiri daripada perintang brek dinamik, yang memendekkan jarak suapan mekanikal motor servo melalui brek penggunaan tenaga sekiranya berlaku kesalahan, berhenti kecemasan, atau gangguan kuasa.

Braking regeneratif merujuk kepada tenaga yang dihasilkan oleh motor servo apabila ia menurun atau berhenti, yang diberi makan kembali ke bas DC melalui litar penyongsang dan diserap oleh perintang - litar kapasitor.

 

Braking Electromagnetic mengunci batang motor melalui peranti mekanikal.

 

Perbezaan antara ketiga -tiga:

(1) Braking regeneratif mestilah berkesan apabila servo beroperasi secara normal. Ia tidak boleh brek motor sekiranya berlaku kesalahan, berhenti kecemasan, atau gangguan kuasa. Brek dinamik dan brek elektromagnet tidak memerlukan kuasa apabila mereka bekerja.

(2) Brek regeneratif dilakukan secara automatik oleh sistem, manakala brek dinamik dan brek elektromagnet memerlukan kawalan relay luaran.

(3) Braking elektromagnet biasanya diaktifkan selepas SVOFF, jika tidak, ia boleh menyebabkan beban penguat. Brek dinamik biasanya diaktifkan selepas SV, OFF, atau litar utama dimatikan, jika tidak, ia boleh menyebabkan perintang brek dinamik menjadi terlalu panas.