Сервоприводы — семейство устройств, состоящих из двигателя и системы управления на основе отрицательной обратной связи. Отличаются они тем, что точное управление устройством возможно за счет скорости, усилию или удерживаемым положением вала.
Само название произошло от латинского servus, что в переводе означает помощник. История возникновения сервоприводов берет начало в 60-х годах прошлого столетия. На тот момент на рынке доминировали пневматические и гидравлические сервоприводы. Позже появились тиристорные преобразователи, которые применялись до конца 70-х годов. В результате прогресса в области полупроводниковой техники, начали происходить серьезные изменения и в развитии высокоскоростных процессорных систем и модулей энергонезависимой памяти, что очень облегчило внедрение цифрового управления.
Развитие силовых транзисторов с начала 90-х годов сделало также возможным подключать силовые преобразователи сервоприводов непосредственно к сети без использования сетевого трансформатора. И если в самом начале своего пути сервоприводы обладали коллекторными моторами с обмотками на роторе, то современные приводы работают от программируемого контроллера, что дает возможность создавать приборы высокой точности и современную технику
Виды сервоприводов
Выделяет различные классификации сервоприводов. Мы предлагаем заострить внимание на самых основных:
По типу используемого двигателя
- синхронные – отличаются быстрым набором оборотов, а также прецизионным вращением. Особенно востребованы автомобилестроение, спецтехнике, транспортирующей грузы весом свыше 100 килограмм.
- асинхронные – их ключевая черта в высокой стабильности поведения вала. Ориентированы на всевозможное промышленное оборудование.
- универсальные – оснащены коллекторным силовым агрегатом, либо переменного, либо постоянного тока. Они также используются в промышленном оборудовании.
По типу используемого двигателя:
- подаваемый импульс (цифровой или аналоговый сигнал);
- быстродействие – время, за которое вал перемещается (по часовой стрелке или против нее) на 60 градусов;
- поддерживаемый угол поворота: полуцикл (180°), полный цикл (360°), непрерывное вращение;
- материал исполнения редукторных шестеренок (пластик, карбон, латунь или композит);
- напряжение (от 4,8 до 7,2 В);
- цвета проводов и распиновка.
По виду редуктора:
- шестигранный. Наиболее востребованный, так как доступен в цене и достаточно эффективно снижает частоту вращения, обеспечивая нужный крутящий момент;
- червячный. Встречается редко, так как имеет серьезные затраты на производство.
По габаритным размерам:
- малые – 22 на 15 на 25 мм и до 25 г;
- стандартные (средние) – 40 на 20 на 37 мм и до 80 г;
- большие – 49 на 25 на 40 мм и до 90 г.
По интерфейсу:
- аналоговые – импульсы обрабатывает микросхема;
- цифровые – сигналы считывает процессор.
По материалу шестеренок:
- пластиковые (нейлон) – легкие, стойкие к износу, но не предназначены для больших нагрузок;
- карбоновые – довольно прочные, легкие, но разы дороже всех остальных;
- металлические (латунь, титан) – тяжелые, выдерживают даже самый серьезный крутящий момент, но быстро стираются друг о друга.
По типу сердечников:
- коллекторные
- бесколлекторные
Плюсы и минусы сервоприводов
Как и любое устройство сервоприводы имеют как положительные, так и отрицательные характеристики. Все зависит от ваших целей и задач в моменте их приобретения.
Достоинства | Недостатки |
Совместимы с быстродействующим оборудованием | Работа требует использования дополнительного элемента – датчика |
Работает с абсолютной точностью, одновременно выявляя всевозможные отказы привода | Высокая стоимость |
Благодаря используемому редуктору повышается крутящийся момент и снижается число оборотов | Возникают трудности в фиксации |
Работают бесшумно. | Под интенсивными воздействиями редуктор быстро выходит из строя при наличии пластиковых шестеренок или деталей из мягкого металла |
Успешно работают даже на малых скоростях | Краткий срок работы резистивных дорожек |
Беспроблемное внесение изменений в программу | Программа обеспечения сложная в своей настройке |
Возможность безостановочной эксплуатации при различных условиях работы |
Основные режимы работы
Сервопривод может выполняет свою работа в трех абсолютно разных форматах.
1) Контроль положения осуществляется за счет сохранения заданного угла поворота вала, подавая при этом последовательность сигналов. Особенно этот формат актуален для узлов производственных станков, так как благодаря контролю положения возможно обеспечение точного позиционирования.
Комбинация импульсов для управления положением может передавать информацию не только по положению, но также по скорости и направлению вращения двигателя. Для этого могут использоваться три типа сигналов:
- квадратурные импульсы (со сдвигом фаз на 90 градусов);
- импульсы вращения по или против часовой стрелки, действующие поочередно;
- импульсы скорости и потенциал направления, подающиеся на два входа (SIGN, PULSE – стандартные названия).
2) В формате контроля скорости сервоуправление выполняется за счет увеличения или уменьшения аналогового сигнала. А если он еще и разнополярный, то смена направления вращения выполняется легко и быстро.
Во избежание сложных процессов программирования для практических рядовых задач лучше всего использовать не слишком сложные алгоритмы.
3) Контроль момента особенно актуален для оборудования в процессе эксплуатации требующего смены давления, прижима или других параметров. Данный формат контроля выполняется за счет обеспечения стабильного числа оборотов, вне зависимости от того, вращается двигатель или нет. Достичь такой цели можно благодаря подачи или дискретного сигнала, или аналогового двухполярного.
Применение сервоприводов
Благодаря тому, что с помощью серводвигателей можно достигать высокую точность, предусматривать различные способы связи с объектами, использовать компьютер для управлении и настройках, они активно используются в различных сферах, например, в роботехнике, автомобилестроении, грузовом оборудовании. Их можно встретить в точных приборах, автоматах, производящих различные платы, программируемых станках, промышленных роботах и других механизмах.
Благодаря эффективному расходу энергии и равномерным движениям сервоприводы активно применяются в авиамоделировании.