Jak funguje servomotor a zpětnovazební řízení

Jak funguje servomotor? Servomotor je elektromechanické zařízení, které produkuje točivý moment a rychlost v závislosti na dodávaném proudu a napětí. Servomotor pracuje jako součást systémů s uzavřenou smyčkou, pomocí zpětnovazebního řízení a povelů z nadřazené řídicí jednotky (servozesilovače) upravuje točivý moment a rychlost podle konkrétních požadavků. Zpětnovazební zařízení instalované na servomotoru dodává informace jako je proud, rychlost nebo poloha do nadřazeného servozesilovače, který upravuje akční veličinu motoru v závislosti na zadaných příkazech neboli žádané veličině.

Servomotory jsou dostupné v široké škále typů, tvarů a velikostí. Termín „servo“ byl poprvé použit v roce 1859 Josephem Farcotem, který implementoval mechanismus zpětné vazby na řízení lodi párou, jež pomáhal ovládat kormidla lodi. Servomotor je součástí servomechanismu sestávajícího ze tří klíčových prvků - motoru, zpětnovazebního zařízení a řídicí elektroniky. Motor může být střídavý nebo stejnosměrný, kartáčový nebo bezkartáčový, rotační nebo lineární a jakékoli velikosti. Zpětnovazebním zařízením může být odporový potenciometr, zařízení s Hallovým efektem, otáčkoměr, resolver, enkodér, lineární převodník nebo jakýkoli jiný snímač podle potřeby. Servopohon doplňuje řídicí elektronika, která napájí motor a porovnává data ze zpětné vazby a referenčních povelů tak, aby ověřila, že servomotor pracuje podle zadaných povelů.

Existuje mnoho typů aplikací servomotorů, od jednoduchých stejnosměrných motorů používaných v hobby aplikacích (jako jsou modely letadel) až po sofistikované střídavé motory poháněné komplexními master-slave řídicími jednotkami používanými pro víceosá obráběcí centra. Jedním příkladem běžného servo mechanismu je tempomat vozidla, který se skládá z motoru, snímače rychlosti (zpětná vazba) a elektroniky pro porovnání rychlosti vozidla s nastavenou rychlostí. Pokud vozidlo zpomalí, snímač přenese tato data do elektroniky, která zase zvýší plyn do motoru a tím zvýší rychlost vozidla na požadovanou hodnotu - jednoduchý systém uzavřené smyčky.

Jednoduchý průmyslový servomotor se skládá ze stejnosměrného motoru s permanentními magnety na statoru a integrovaného otáčkoměru (tachometru), který poskytuje výstupní napětí úměrné rychlosti otáčení hřídele rotoru. Řídicí elektronika dodává do motoru potřebné napětí a proud na základě vyhodnocování napětí dodávaného z tachometru.

 

V tomto příkladu je v řídicí jednotce nastavena požadovaná rychlost (reprezentovaná referenčním napětím), obvod v řídicí jednotce porovnává zpětnovazební napětí tachometru a určuje, zda bylo dosaženo požadované rychlosti - známé jako uzavřená smyčka v rychlostní vazbě (closed velocity loop). Rychlostní smyčka průběžně monitoruje žádanou veličinu, tj. požadovanou rychlost a zpětnou vazbu tachometru, zatímco řídicí obvod upravuje výkon motoru tak, aby udržoval jeho požadovanou rychlost v závislosti na měnícím se zatížení. V sofistikovanějších servo systémech je z důvodu dosažení optimálního výkonu vyladěno několik integrovaných smyček tak, aby bylo zajištěno přesné řízení polohy. Systém se skládá z proudových, rychlostních a pozičních smyček, které využívají prvky přesné zpětné vazby. Každá smyčka signalizuje následující smyčku a monitoruje příslušné prvky zpětné vazby pro provedení korekce v reálném čase tak, aby odpovídaly zadaným parametrům.

 

 

Základní smyčkou je proudová smyčka, podle které se odvíjí krouticí moment. Proud je v rotačním motoru (nebo síle v lineárním motoru) úměrný krouticímu momentu, který zajišťuje zrychlení nebo tah. Snímač proudu je zařízení, které poskytuje zpětnou vazbu týkající se proudu protékajícího motorem. Senzor odesílá signál zpět do řídicí elektroniky - obvykle analogový nebo digitální signál úměrný proudu motoru. Tento signál se odečte od žádaného (referenčního) signálu. Když je servomotor vybuzen na požadovaný proud, bude smyčka nasycena, dokud proud neklesne pod nastavenou hodnotu. Smyčka pak bude zvyšovat proud, dokud nedosáhne žádaného proudu, přičemž tento cyklus bude aktualizovat v jednotkách milisekund.

Rychlostní smyčka pracuje stejným způsobem s napětím úměrným rychlosti. Rychlostní smyčka vyšle proudové smyčce příkaz ke zvýšení proudu (čímž se zvýší napětí), když rychlost klesne pod požadovanou hodnotu.

Poziční smyčka zase poskytuje povel rychlosti, který se přivádí do rychlostní smyčky, a ten řídí požadovaný proud pro zrychlení, udržení a zpomalení motoru tak, aby se přesunul do žádané polohy. Všechny tři zmíněné smyčky pracují v optimalizované synchronizaci, která zajišťuje plynulé a přesné ovládání servomechanismu.

 

Zdroj: www.kollmorgen.com/en-us/blogs/_blog-in-motion/articles/how-servo-motors-work

 


 

V naší široké nabídce máme k dispozici mnoho rotačních či lineárních elektromotorů, které umožňují zpětnovazební řízení. Vybírat lze z kartáčových, bezkartáčových, krokových či servomotorů v závislosti na požadavcích aplikace. Zde je základní výběr několika nejpoužívanějších elektromotorů se zpětnou vazbou z našeho sortimentu dostupných v různých kategoriích:

  • Stejnosměrné kartáčové (DC) elektromotory

DC elektromotory EC/ND + inkrementální snímače polohy a otáček Micro

DC elektromotory G/GR + inkrementální/absolutní snímače polohy a otáček AE/RE/ME/MG

 

BLDC elektromotory BG + inkrementální/absolutní snímače polohy a otáček AE/RE/ME/MG

BLDC elektromotory Ezi-SPEED s Hallovými snímači

 

  • Střídavé AC elektromotory

AC elektromotory RMS/RMY + inkrementální/absolutní snímače polohy a otáček MIG

Kompaktní AC Speed Control elektromotory DKM s otáčkoměry

 

  • Krokové elektromotory

Krokové motory se zpětnou vazbou Ezi-SERVO, Ezi-SERVO II, S-SERVO I/II

 

  • Průmyslové servomotory pro automatizaci

Servomotory Kollmorgen s inkrementálním a absolutním odměřováním polohy a otáček

Servomotory MOONS‘ s inkrementálním odměřováním polohy a otáček

 

  • Momentové DDR servomotory

Momentové servomotory Kollmorgen s Hallovými snímači nebo inkrementálním a absolutním odměřováním polohy a otáček

 

  • Vřetenové elektromotory

Vřetenové elektromotory HITECO s inkrementálním odměřováním otáček

 

  • Lineární DC/AC aktuátory

Lineární DC a AC aktuátory MecVel/Timotion s potenciometry, Hallovými snímači nebo inkrementálním odměřováním polohy

Krokové aktuátory Ezi-LinearStep se zpětnou vazbou

 

  • Zvedací sloupky

Zvedací sloupky Timotion s Hallovými snímači

 

  • Lineární elektromotory

Lineární elektromotory Kollmorgen s inkrementálním odměřováním polohy a rychlosti

Lineární elektromotory Bahr Modultechnik

 

Společnost SIEMENS přichází na trh s novým řešením týkající se pohybu v prostředí automatizace bez ohledu na odvětví nebo konkrétní aplikace. Dunkermotoren na tento nápad reagoval a vytvořil řadu pro tento druh programování. Stačí pouze zapojit do systému a zbytek už nastavujete online pomocí intuitivníh...
    Značka UL je nejuznávanější a nejváženější certifikací shody produktu s bezpečnostními požadavky USA a Kanady. Certifikace UL nejsou jen ochranné známky, ale jsou všeobecně uznávaným symbolem důvěry. ...
Krokový motor je jednoduchý dvoufázový bezkartáčový synchronní motor skládající se ze segmentovaného zmagnetovaného rotoru a statoru s předepsaným počtem elektromagnetických cívek.    ...
Náš další krokový motor, který se dostal na Mars! S přistáním roveru Persevance je na Marsu aktivní další krokový motor Phytron. Motor je součástí přístroje SuperCam, který má analyzovat známky života na Marsu.     ...
Víceosá fréza realizovaná pomocí robotické ruky a vysokorychlostního vřetena se ve výrobách nasazuje čím dál častěji pro obrábění dřeva, plastu či hliníku. Toto řešení je rychlé, elegantní, velmi variabilní a v neposlední řadě i cenově dostupné. Naše komponenty jako cykoidní převodovky NABTESCO či vřetena s a...
Technická konzultace