Servo varikliai

Kas yra servo variklis

 

Servo variklis yra variklis, kontroliuojantis mechaninių komponentų veikimą servo sistemoje. Tai yra pagalbinio variklio tipas, kurio greitis yra netiesioginis.

 

„Servo“ variklis gali valdyti greitį, esant ypač tikslumui nustatymo tikslumui, paverčiant įtampos signalus į sukimo momentą ir greitį, kad būtų galima valdyti kontroliuojamą objektą. Servo variklio rotoriaus greitis valdomas įvesties signalu ir greitai reaguoja. Jis naudojamas kaip pavara automatinėje valdymo sistemose ir pasižymi maža elektromechanine laiko konstanta ir dideliu tiesiškumu. Tai paverčia gautą elektrinį signalą į kampinį poslinkio ar kampinio greičio išėjimą ant variklio veleno. „Servo“ varikliai yra suskirstyti į dvi kategorijas: DC ir AC. Pagrindinės jų savybės yra tai, kad jie neturi savęs - pasukimo, kai signalo įtampa yra lygi nuliui, o jų greitis tolygiai mažėja didėjant sukimo momentui.

 

Servo variklio darbo principas

 

„Servo“ sistema yra automatinė valdymo sistema, leidžianti išvesties kintamajam (pvz., Padėtis, orientacija ar būsena) sekti savavališkus įvesties tikslo (arba kontrolinės vertės) pakeitimus. Servas pirmiausia priklauso nuo padėties nustatymo impulsų. Iš esmės, kai servo variklis gauna impulsą, jis sukasi pagal tą impulsą atitinkantį kampą ir taip pasiekia poslinkį. Kadangi pats servo variklis skleidžia impulsus, jis siunčia atitinkamą impulsų skaičių kiekvienam sukasi kampui, sukurdamas uždarą kilpą su gautais impulsais. Tai užtikrina, kad sistema žino, kiek impulsų ji atsiuntė servo varikliui ir kiek impulsų ji gavo atgal. Tai leidžia tiksliai valdyti variklio sukimąsi, o padėties nustatymo tikslumui siekiama net 0,001 mm. „DC Servo“ varikliai priskiriami šepetėliams ir be šepetėlių. Šepečiai varikliai siūlo nebrangus, paprastą struktūrą, didelį pradinį sukimo momentą, plataus greičio diapazoną ir lengvą valdymą. Nors jiems reikia priežiūros, jie yra nepatogūs (dėl anglies šepetėlio pakeitimo), generuoja elektromagnetinius trukdžius ir turi aplinkos reikalavimus. Todėl jie yra tinkami kainai - jautrioms bendroms pramonės ir vartotojų programoms.

Varikliai be šepetėlių yra kompaktiški ir lengvi, siūlantys didelę išvestį, greitą atsaką, didelį greitį, žemą inerciją, sklandų sukimąsi ir stabilų sukimo momentą. Nors sudėtingą kontrolę lengva įgyvendinti naudojant intelektualią technologiją, jų elektroninė komisija yra lanksti, palaikanti tiek kvadrato - bangos ir sinuso - bangos komisiją. Jie palaiko - nemokamą, labai efektyvų, veikia vėsiai, išmeta minimalią elektromagnetinę radiaciją ir turi ilgą gyvenimo trukmę, todėl jie yra tinkami naudoti įvairiose aplinkose.

 

„AC Servo“ varikliai taip pat yra be šepetėlių varikliai ir priskiriami sinchroniniams ir asinchroniniams varikliams. Sinchroniniai varikliai paprastai naudojami judesio valdyme. Jie turi platų galios diapazoną ir gali pasiekti labai didelę galią. Jų didelė inercija lemia mažą maksimalų greitį, kuris sparčiai mažėja didėjant galiai, todėl jie yra tinkami pritaikymams, kuriems reikalinga žemas - greitis, stabilus veikimas.

 

Servo variklio viduje esantis rotorius yra nuolatinis magnetas. Trys - fazė u/n/n srovė, kurią valdo vairuotojas, sukuria elektromagnetinį lauką, todėl rotorius sukosi. Tuo pačiu metu variklio pastatytas - „Encoder“ suteikia vairuotojui grįžtamąjį ryšį, kuris palygina grįžtamąjį ryšį su tiksline verte ir sureguliuoja rotoriaus sukimosi kampą. Servo variklio tikslumas nustatomas pagal kodavimo įrenginio tikslumą (eilutės skaičius).

 

Funkcinis skirtumas tarp „AC Servo“ variklių ir be šepetėlių „DC Servo“ variklių yra tas, kad „AC Servos“ yra pranašesni, nes jie naudoja sinusoidinės bangos valdymą, todėl sukimo momentas yra mažas. DC servos naudoja trapecijos bangos valdymą.

 

„Servo“ variklio pasirinkimo palyginimas

 

AC servo variklis

„AC Servo“ variklio statoriaus struktūra iš esmės yra panaši į kondensatoriaus - padalijimo pavienį - fazės asinchroninį variklį. Statoriuje yra dvi apvijos, išdėstytos 90 laipsnių atstumu: sužadinimo apvijos RF, kuris visada yra sujungtas su kintamosios srovės įtampos UF; Valdymo apvija L, prijungta prie valdymo signalo įtampos UC. Todėl „AC Servo“ varikliai taip pat vadinami dviem - fazės servo varikliais.

 

AC servo variklio rotorius paprastai yra voverė - narvelio tipas. Tačiau siekiant užtikrinti plataus greičio reguliavimo diapazoną, linijines mechanines charakteristikas, be „savęs - pasukimo“ reiškinio ir greito atsako, servo variklis turi turėti didelį rotoriaus atsparumą ir žemą inercijos momentą, palyginti su įprastais varikliais. Dvi dažniausiai naudojamos rotoriaus struktūros yra: voverė - narvelio rotorius su aukštu - varžos strypais, pagamintais iš aukšto - varžos laidžios medžiagos. Norėdami sumažinti rotoriaus inercijos momentą, rotorius yra lieknas. Kitas yra tuščiavidurio puodelio rotorius, pagamintas iš aliuminio lydinio su labai plona siena, tik 0,2–0,3 mm. Siekiant sumažinti magnetinės grandinės magnetinį atsparumą, fiksuotas vidinis statorius dedamas į tuščiavidurio taurės rotorių. Tuščiaviduriai puodelių rotoriai siūlo nedidelį inercijos momentą, greitą atsaką ir sklandų veikimą, todėl jie yra plačiai pritaikyti.

 

Kai netaikoma valdymo įtampa, kintamos servo variklio statoriui taikoma tik pulsuojantis magnetinis laukas, kurį sukuria sužadinimo apvija, o rotorius išlieka nejudantis. Kai taikoma valdymo įtampa, statoriuje susidaro besisukantis magnetinis laukas, todėl rotorius sukosi besisukančio magnetinio lauko kryptimi. Esant pastovioms apkrovos sąlygoms, variklio greitis kinta priklausomai nuo valdymo įtampos dydžio. Kai valdymo įtampa neveikia fazės, servo variklis pasikeičia.

 

Nuolatinis magneto kintamosios srovės variklis

 

Nuo devintojo dešimtmečio, kuriant integruotas grandines, „Power Electronics Technology“ ir kintamos kintamos srovės greičio pavaros technologiją, nuolatinė „Magnet AC Servo“ pavaros technologija padarė puikią pažangą. Garsūs įvairių šalių elektros gamintojai iš eilės išleido savo „AC Servo“ variklių ir servo pavaros serijos gaminius ir nuolat juos patobulino ir atnaujino. „AC Servo“ sistema tapo pagrindine šiuolaikinio aukšto - našumo servo sistemos kūrimo kryptis, todėl originali „DC Servo“ susiduria su pašalinimo krize. Po 1990 m. „AC Servo“ sistema, kuri buvo komercializuota įvairiose pasaulio šalyse, naudoja visiškai skaitmeniniu būdu kontroliuojamą „Sine Wave Motor Servo“ diską. „AC Servo“ pavaros įrenginių kūrimas transmisijos lauke keičiasi kiekvieną dieną.

 

Palyginti su „DC Servo“ varikliais, pagrindiniai nuolatinių „Magnet AC Servo“ variklių pranašumai yra šie:

(1) Nėra šepetėlių ir komutatorių, todėl jis veikia patikimai ir turi mažai priežiūros ir aptarnavimo reikalavimų.

(2) Statoriaus apvijos šilumos išsklaidymas yra gana patogus

(3) Maža inercija, lengva pagerinti sistemos greitį

(4) prisitaikykite prie aukšto - greičio ir aukšto - sukimo momento darbo sąlygų

(5) mažesnis tūris ir svoris ta pačia galia

 

Servomotorių ir pavienių - fazės asinchroninių variklių palyginimas

 

Nors kintamosios srovės servomotorių veikimo principas yra panašus į padalijimo - fazės pavienį fazę - fazės asinchroniniai varikliai, servomotorių rotoriaus atsparumas yra daug didesnis. Todėl servomotoriai turi tris skirtingus pranašumus, palyginti su vienkartiniais - fazės asinchroniniais varikliais:

 

1. Aukštas pradinis sukimo momentas

Šis didelis rotoriaus pasipriešinimas žymiai skiriasi nuo įprastų asinchroninių variklių sukimo momento charakteristikos. Tai leidžia kritiniam slydimui S0 būti didesnis nei 1, todėl sukimo momento charakteristika (mechaninės charakteristikos) tampa linijiškesnės ir suteikia didesnį pradinį sukimo momentą. Todėl, kai tik taikoma statoriaus kontrolės įtampa, rotorius iškart sukasi, todėl greitas pradžia ir didelis jautrumas.

2. Plataus darbo diapazonas

3. Nėra savęs - pasukimo

 

Paprastai veikiantis servomotoras sustos iškart, kai praras kontrolinę įtampą. Kai servo variklis praranda valdymo įtampą, jis veikia vienoje - fazės būsenoje. Dėl didelio atsparumo rotoriui atsparumas dviejų priešingai besisukančių magnetinių laukų sąveika statoriuje ir rotorius sukuria dvi sukimo momento charakteristikas (T1 {- S1 ir T2-S2 kreivės) ir kombinuoto sukimo momento charakteristikos (TS kreivė).

 

AC servo variklio išėjimo galia paprastai svyruoja nuo 0,1 iki 100 W. Kai maitinimo šaltinio dažnis yra 50 Hz, įtampa yra 36 V, 110 V, 220 V ir 380 V; Kai maitinimo šaltinio dažnis yra 400Hz, įtampa yra 20 V, 26 V, 36 V ir 115 V.

 

„AC Servo“ varikliai veikia sklandžiai ir tyliai. Tačiau jų kontrolės charakteristikos yra netiesinės, o dėl didelio rotoriaus atsparumo, nuostoliai yra dideli, o efektyvumas yra mažas. Todėl, palyginti su tos pačios talpos „DC Servo“ varikliais, jie yra didesni ir sunkesni, todėl jie yra tinkami tik žemai - galios valdymo sistemoms 0,5–100W diapazone.

 

„Servo“ variklio derinimo metodas

 

1. Parametrų inicijavimas

Prieš laidus, inicijuokite parametrus.
Valdymo kortelėje: pasirinkite valdymo režimą; Išvalykite PID parametrus iki nulio, išjungiant įjungimo signalą pagal numatytuosius nustatymus, kai įjungta valdymo kortelė; Išsaugokite šią būseną, kad įsitikintumėte, jog valdymo kortelė yra tokioje būsenoje, kai ji vėl įjungta.
Ant servo variklio: nustatykite valdymo režimą: Įgalinkite išorę; Nustatykite kodavimo signalo išėjimo pavarų santykį; ir nustatykite santykį tarp valdymo signalo ir variklio greičio. Paprastai tariant, rekomenduojama, kad maksimalus servo projektinis greitis būtų nustatytas 9 V valdymo įtampa. Pavyzdžiui, vienoje iš mūsų serijų greičio nustatymas yra 500 1 V įtampai. Jei planuojate valdyti variklį tik mažesniu nei 1000 aps / min greičiu, nustatykite šį parametrą iki 111.

 

2. Laidai
Atjunkite valdymo kortelę ir prijunkite signalo kabelius tarp valdymo kortelės ir servo. Reikalingi šie kabeliai: analoginio išvesties laidas iš valdymo kortelės, įjungimo signalo kabelis ir kodavimo signalo kabelis iš servo išėjimo. Patikrinę laidus, variklio ir valdymo kortelės (ir kompiuterio) maitinimą. Variklis neturėtų judėti ir turėtų lengvai suktis jėga. Jei ne, patikrinkite įjungimo signalo nustatymus ir laidus. Pasukite variklį, kad patikrintumėte, ar valdymo kortelė gali teisingai aptikti variklio padėties pokyčius. Jei ne, patikrinkite kodavimo signalo laidus ir nustatymus.

 

3. Bandymo kryptis
Uždarytai - kilpos valdymo sistemai neteisinga grįžtamojo ryšio signalo kryptis gali būti pražūtinga. Įgalinkite „Servo“ įgalinimo signalą per valdymo kortelę. Dabar servo turėtų pasisukti lėtesniu greičiu, žinomu kaip „nulinis dreifas“. Valdymo kortelėje paprastai yra komanda arba parametras, skirtas slopinti nulinį dreifą. Naudokite šią komandą ar parametrą, kad patikrintumėte, ar variklio greitį ir kryptį galima valdyti. Jei ne, patikrinkite analoginius laidų ir valdymo metodo parametrų parametrus. Įsitikinkite, kad teigiamos vertės rodo priekinio variklio sukimosi ir kodavimo priemonių skaičiaus padidėjimą, o neigiamos vertės rodo atvirkštinio variklio sukimąsi, o kodavimo įrenginių skaičius mažėja. Nenaudokite šio metodo, jei variklis yra pakrautas ir keliauja ribotos. Venkite per didelės įtampos bandymo metu; Rekomenduojama jį laikyti žemiau 1 V. Jei kryptis yra nenuosekli, sureguliuokite valdymo kortelės ar variklio parametrus, kad suderintumėte.

 

4. Nulio dreifo slopinimas
Uždarymo metu - kilpos valdymas, „Zero Drift“ gali paveikti valdymo efektyvumą, todėl geriausia jį slopinti. Norėdami atidžiai sureguliuoti variklio greitį iki beveik nulio, naudokite „Zero Drift“ slopinimo parametrus valdymo kortelėje ar serveryje. Kadangi pats „Zero Drift“ turi tam tikrą atsitiktinumą, nereikia reikalauti, kad variklio greitis būtų absoliučiai nulis.

 

5. Užstatykite uždarą - kilpos valdymą
Re - Įgalinkite „Servo“ įgalinimo signalą per valdymo kortelę. Įveskite nedidelį proporcingą valdymo kortelės pelną. Kalbant apie tai, kiek jis laikomas mažu, galite naudoti tik savo žarnyno jausmą. Jei tikrai nesate tikri, įveskite minimalią vertę, kurią leidžia valdymo kortelė. Įjunkite valdymo kortelės ir servo įjungimo signalus. Šiuo metu variklis turėtų sugebėti apytiksliai sekti judesio komandas.

 

6. Sureguliuokite uždarą - kilpos parametrai
Labai svarbu tiksliai sureguliuoti valdymo parametrus, kad variklis judėtų pagal valdymo kortelės instrukcijas, ir ši proceso dalis labai priklauso nuo patirties.

 

Servo variklių ir „Stepper Motors“ veiklos palyginimas

 

Kaip atvira - kilpos valdymo sistema, „Stepper Motors“ yra iš esmės susijusios su šiuolaikine skaitmeninės valdymo technologija. „Stepper Motors“ yra plačiai naudojami vidaus skaitmeninės valdymo sistemose. Atsiradus visiškai skaitmeninėms „AC Servo“ sistemoms, „AC Servo“ varikliai taip pat vis dažniau naudojami skaitmeninės valdymo sistemose. Norėdami prisitaikyti prie skaitmeninės valdymo kūrimo tendencijos, judesio valdymo sistemos dažniausiai naudoja „Stepper“ variklius arba visiškai skaitmeninius „AC Servo“ variklius kaip pavaros variklius. Nors jų kontrolės metodai yra panašūs (impulsų traukinio ir krypčių signalai), jie labai skiriasi veiklos ir taikymo scenarijais. Šis dokumentas lygina jų našumą.

 

1. Skirtingas kontrolės tikslumas
Dviejų - fazių hibridinių žingsnių variklių žingsnių kampai paprastai yra 1,8 laipsnio ir 0,9 laipsnio, o penkių - fazės hibridinių žingsnių varikliai paprastai yra 0,72 laipsnio ir 0,36 laipsnio. Kai kurie aukštai - našumo laipteliai varikliai gali pasiekti dar mažesnius žingsnių kampus per padalijimą.

„AC Servo“ variklių valdymo tikslumą užtikrina sukamas kodavimo įrenginys variklio veleno gale. Paimdami mūsų skaitmeninius „AC Servo“ variklius kaip pavyzdį, varikliui, turinčiam standartinį 2000 eilučių kodavimo įrenginį, vairuotojo vidinė keturkojo dažnio technologija suteikia pulso ekvivalentą 360 laipsnių /8000=0.045 laipsnį. Varikliui su 17 bitų kodavimo įrenginiu vairuotojas gauna 131 072 impulsus vienam variklio revoliucijai, todėl impulsų ekvivalentas yra 360 laipsnių /131, 072=0.0027466 laipsnis, kuris yra 1/655 impulsų ekvivalentas, kurio žingsnio variklis yra 1,8 laipsnio.

 

2. Skirtingos žemos - dažnio charakteristikos
Stepper varikliai yra linkę į žemą - dažnio vibraciją esant mažam greičiui. Vibracijos dažnis priklauso nuo apkrovos ir vairuotojo našumo. Paprastai laikomas puse variklio NO - apkrovos pradinio dažnio. Ši žema - dažnio vibracija, nustatoma pagal „Stepper Motors“ veikimo principą, kenkia įprastam mašinos veikimui. Kai „Stepper Motors“ veikia mažu greičiu, slopinimo būdai paprastai naudojami norint įveikti žemą - dažnio vibraciją, pavyzdžiui, pridedant sklendę prie variklio ar diegimo padalijimo technologija.

„AC Servo“ varikliai veikia labai sklandžiai, be vibracijos net esant mažam greičiui. „AC Servo“ sistemos turi rezonanso slopinimo galimybes, kad būtų galima pašalinti mechaninio tvirtumo trūkumus. Be to, sistemos pastatyta - dažniu - skiriamoji geba (FFT) gali aptikti mechaninio rezonanso taškus, palengvindamas sistemos koregavimus.

 

3. Skirtingas sukimo momentas - dažnio charakteristikos
Žingsnio variklio išvesties sukimo momentas mažėja didėjant greičiui, ir smarkiai sumažėja didesniu greičiu. Todėl didžiausias jo veikimo greitis paprastai yra nuo 300 iki 600 aps / min. „AC Servo“ varikliai siūlo nuolatinį sukimo momento išėjimą, tai reiškia, kad jie gali suteikti vardinį sukimo momentą iki savo vardinio greičio (paprastai 2000 arba 3000 aps / min). Virš įvertinto greičio jie teikia nuolatinę galią.

 

4. Skirtingi perkrovos pajėgumai.

„Stepper“ varikliams paprastai trūksta perkrovos. Tačiau „AC Servo“ varikliai turi didelę perkrovos talpą. Pavyzdžiui, „Sanyo AC Servo“ sistemos siūlo ir greičio, ir sukimo momento perkrovos galimybes. Jų maksimalus sukimo momentas yra du ar tris kartus didesnis už reitingo sukimo momentą, kuris gali būti naudojamas norint įveikti inercinių apkrovų inercijos momentą paleidus. Kadangi „Stepper Motors“ trūksta šios perkrovos talpos, norint įveikti šį inercijos momentą modelio pasirinkimo metu, dažnai reikia didesnio sukimo momento. Tačiau atliekant įprastą mašinos veikimą šis aukštas sukimo momentas nereikalauja, todėl iššvaistomas sukimo momentas.

 

5. Skirtingi veiklos rezultatai
„Stepper Motors“ yra atidaryti - kilpos kontroliuojamos. Aukšti pradiniai dažniai ar per didelės apkrovos gali lengvai sukelti pamestus žingsnius ar sustoti. Didelis greitis sustojimo metu taip pat gali sukelti viršų. Todėl norint užtikrinti kontrolės tikslumą, reikia atkreipti dėmesį į tinkamą pagreitį ir lėtėjimą. „AC Servo“ disko sistemos naudoja uždarą - kilpos valdiklį. Vairuotojas tiesiogiai imasi variklio kodavimo įrenginio grįžtamojo ryšio signalo, iš vidaus sudarydamas padėties kilpą ir greičio kilpą. Tai paprastai apsaugo nuo prarastų žingsnių ar perviršio, susijusio su „Stepper Motors“, todėl gali būti patikimesnis valdymo našumas.

 

6. Skirtingas greičio reakcijos našumas
Žingsnio variklis užtrunka nuo 200 iki 400 milisekundžių, kad nuo jo veikimo greičio įsibėgėtų (paprastai keli šimtai apsisukimų per minutę). „AC Servo“ sistemos siūlo puikų pagreičio našumą. Pvz., Mūsų „AC Servo“ varikliai vos keliais milisekundėmis įsibėgėja nuo sustojimo iki 3000 aps / min greičio, todėl jie yra tinkami valdyti programas, kurioms reikia greito pradžios ir sustabdymo laiko.

Apibendrinant galima pasakyti, kad „AC Servo“ sistemos daugelyje našumo aspektų pralenkia „Stepper Motors“. Tačiau „Stepper“ varikliai dažnai naudojami kaip pavaros varikliai, esant mažiau reikalaujančioms reikmėms. Todėl projektuojant valdymo sistemą svarbu išsamiai apsvarstyti kelis veiksnius, įskaitant valdymo reikalavimus ir kainą, norint pasirinkti tinkamą valdymo variklį.

 

Servo variklio pasirinkimo skaičiavimas

 

1. Patvirtinkite greitį ir kodavimo įrenginio skiriamąją gebą.
2. Konvertuokite ant variklio veleno apkrovos sukimo momentą ir apskaičiuokite pagreičio bei lėtėjimo sukimo momentą.
3. Apskaičiuokite apkrovos inerciją ir suderinkite inerciją. Pvz., Mūsų serijoje kai kurie produktai gali atitikti inerciją iki 50 kartų, tačiau kuo mažesnis, tuo geriau, tuo geriau tikslumui ir reakcijos greičiui.
4. Apskaičiuokite ir pasirinkite regeneracinį rezistorių. Paprastai reikalingas išorinis rezistorius, viršijantis 2 kW.
5. Kabelio parinkimas: kodavimo laidą reikia susukti ir ekranuoti. Mūsų produktams absoliutus kodavimo įrenginys turi 6 branduolius, o papildomas kodavimo įrenginys turi 4 šerdį.

 

Stabdymo režimas

 

Vartotojai dažnai supainioja elektromagnetinio stabdymo, regeneracinio stabdymo ir dinaminio stabdymo funkcijas ir pasirinks neteisingus priedus.

Dinaminį stabdį sudaro dinaminis stabdymo rezistorius, kuris sutrumpina „Servo“ variklio mechaninį tiekimo atstumą, naudojant energijos suvartojimą, susidarant gedimui, avariniam sustojimui ar elektros energijos tiekimui.

Regeneracinis stabdymas reiškia energiją, kurią sukuria servo variklis, kai jis lėtėja ar sustoja, o tai grąžina į DC magistralę per keitiklio grandinę ir absorbuoja rezistoriaus - kondensatoriaus grandinę.

 

Elektromagnetinis stabdymas užrakina variklio veleną per mechaninį įtaisą.

 

Skirtumai tarp trijų:

(1) Regeneracinis stabdymas turi būti efektyvus, kai „Servo“ veikia normaliai. Tai negali stabdyti variklio, jei gedimas, avarinis sustojimas ar elektros energijos tiekimo nutraukimas. Dinaminiams stabdžiams ir elektromagnetiniams stabdžiams, dirbant, nereikia energijos.

(2) Regeneracinis stabdymas automatiškai atlieka sistemą, o dinaminiams stabdžiams ir elektromagnetiniams stabdžiams reikia išorinės relės valdymo.

(3) Elektromagnetinis stabdymas paprastai suaktyvinamas po SVOFF, kitaip jis gali sukelti stiprintuvo perkrovą. Dinaminiai stabdžiai paprastai suaktyvinami po SV, išjungimo, arba pagrindinė grandinė išjungiama, kitaip tai gali sukelti dinaminį stabdžių rezistorių perkaitimą.