Устройство и принцип работы сервопривода
10.04.2022Сервопривод берет на себя значительную долю управления параметрами работы умных машинами.
Само название устройства произошло от латинского слова, которое в переводе означает «помощник», и это помогает понять назначение сервопривода.
Сервопривод — это механизм, который обеспечивает управление прибором при помощи обратной связи. Изначально он использовался в работе станков, машин и механизмов. Но с развитием технологий, его востребованность распространилась далеко за пределы промышленного сектора, сегодня его используют в системах отопления, любительских радиоустановках и т.д.
Ключевые узлы сервопривода:
- Мотор — превращает электрическую энергию в механическую. Для снижения скорости снабжен редуктором. Обладает большой скоростью и низким крутящим моментом.
- Энкодер — датчик обратной связи. Он преобразует угол поворота в управляющий сигнал для контроля вращения выходного вала.
- Потенциометр (вместо энкодера).
- Выходной вал: 60 оборотов в минуту, большой крутящий момент.
- Плата-контроллер — принимает входные параметры, считывает и сравнивает значение.
- Проводка.
- Блок питания — нужен в случае прямого подключения сервопривода к сети.
Различают синхронные, асинхронные и линейные сервоприводы. Синхронные задают скорость вращения двигателя и другие параметры, асинхронные сохраняют работу двигателя при низких оборотах. Линейные способны развивать большое ускорение, но не используют электрические моторы.
По принципу действия существуют электромеханические и гидромеханические сервоприводы. В первых движение обеспечивает электрическая машина и шестеренчатый редуктор. Во втором — с помощью поршневого цилиндра. Они обладают большей скоростью передвижения.
Еще одна классификация сервоприводов — по типу вала двигателя:
- Полный ротор (самые легкие и легкоконтролируемые модели) ;
- Монолитный ротор (создают вибрацию при вращении);
- Бесколлекторный ротор (подвижные контакты, которые создают дополнительное сопротивление вращению, отсутствуют. Самый дорогой вариант).
Основные характеристики
- Переменное или постоянное вращение;
- Угол поворота (180 или 360 градусов);
- Тип устройства (цифровой или аналоговый);
- Скорость поворота (время, за которое выходной вал успеет повернуться на 60 градусов);
- Тип устройства — цифровой или аналоговый;
- Крутящий момент — произведение силы на длину рычага.
- Размер устройства (микро, стандартный, большой);
- Материал, из которого изготовлены шестерни редуктора (пластиковые или металлические);
- Мотор (коллекторный с сердечником или без него, бесколлекторный).
Применение сервоприводов
Сервопривод используют в различных областях науки и техники, где он выполняет вращение элементов и точное позиционирование. Активно сервоприводы применяют в робототехнике при создании манипуляторов. В бытовых системах сервопривод можно применять для создания теплого пола (автоматическое повышение или понижение температуры пола). Широкое распространение устройство находит в автомобилестроении, грузовом оборудовании, заводских станках и так далее.
Разумеется, сервопривод имеет ряд как плюсов, так и минусов.
Преимущества:
- Не нужны особые условия для работы двигателя или редуктора. Механизм универсален — можно вставлять в любые устройства и не опасаться искажения конечного результата.
- Повышенная скорость работы относительно других двигателей.
- Длительный срок службы, устройству не страшны перегрузки.
- Реализует широкий спектр крутящего момента.
- Бесшумная работа механизма.
- Точность в выставлении позиции.
Недостатки:
- Высокая стоимость.
- Необходим дополнительный элемент — датчик.
- Подготовка к работе и настройка сервопривода достаточно сложная.
Нередко можно услышать, что функции сервопривода выполняет и шаговый двигатель. И при этом он проще и дешевле. Но между ними есть ряд ключевых различий. Шаговый двигатель обеспечивает точное позиционирование за счет конкретного числа импульсов, которые подаются на электрическую машину. Однако он не универсален, а точность позиционирования зависит от износа деталей, при этом в сервоприводе гораздо легче обнаружить неполадку, благодаря обратной связи.