Устройство и принцип работы сервопривода

https://www.electan.com/analog-feedback-servo-p-7651-en.html

Сервопривод 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).

https://shopozz.ru/items/264768160070-adafruit-motorstepperservo-shield-for-arduino-v2-kit---v23

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.