Що таке серводвигун?
Серводвигун — це двигун, який керує роботою механічних компонентів сервосистеми. Це допоміжний двигун з непрямим регулюванням швидкості.
Серводвигуни забезпечують високоточне керування швидкістю та положенням. Вони перетворюють сигнали напруги в крутний момент і швидкість для руху керованого об'єкта. Швидкість ротора серводвигуна контролюється вхідним сигналом і може швидко реагувати. У системах автоматичного керування вони використовуються як приводи та мають такі характеристики, як мала електромеханічна постійна часу, висока лінійність і низька початкова напруга. Вони можуть перетворювати отримані електричні сигнали в кутове переміщення або вихідну кутову швидкість на валу двигуна. Серводвигуни діляться на дві основні категорії: постійний і змінний струм. Їх головна характеристика полягає в тому, що вони не обертаються, коли напруга сигналу дорівнює нулю, і їх швидкість рівномірно зменшується зі збільшенням крутного моменту.
Принцип роботи серводвигуна
Серводвигуни в основному покладаються на імпульси для позиціонування. По суті, серводвигун отримує один імпульс і повертається на кут, відповідний цьому імпульсу, таким чином досягаючи переміщення.
Оскільки самі серводвигуни мають функцію випромінювання імпульсів, вони випромінюють відповідну кількість імпульсів для кожного кута, під яким вони обертаються. Це створює петлю зворотного зв’язку, або замкнуту петлю, між імпульсами, які надсилаються та приймаються серводвигуном. Таким чином, система знає, скільки імпульсів було надіслано та отримано серводвигуном, що дозволяє дуже точно контролювати обертання двигуна та досягати точного позиціонування з точністю до 0,001 мм.
Застосування серводвигунів у промислових роботах процвітає. Індустрія роботів переживає бурхливий розвиток, коли численні виробники верстатів, виробники серводвигунів та інші кваліфіковані компанії звертаються до ринку роботів. Чому виробники верстатів і серводвигунів так активно трансформують і розвивають роботів?
Промислові роботи мають чотири основні компоненти: корпус робота, серводвигун, редуктор і контролер. Крокові двигуни використовуються для приводу в рух суглобів робота, вимагаючи максимального відношення-до-ваги та крутного моменту-до-інерції, високого пускового моменту, низької інерції та широкого та плавного діапазону швидкості. Щоб індустрія роботів розвивалася, необхідні прориви в області серводвигунів та інтегрованого керування.
Загальна структура електричної сервосистеми промислового робота складається з трьох замкнутих -контурів керування: контур струму, контур швидкості та контур позиції. Як правило, для сервоприводів змінного струму можна виконати кілька функцій, таких як керування положенням, керування швидкістю та керування крутним моментом, шляхом ручного налаштування внутрішніх параметрів.
Постійний розвиток промислової автоматизації підтримує високий попит на програмне забезпечення та обладнання для автоматизації. В даний час серводвигуни змінного і постійного струму з високим пусковим моментом, великим крутним моментом і низькою інерцією широко використовуються в промислових роботах. Інші двигуни, такі як серводвигуни змінного струму та крокові двигуни, також використовуються в промислових роботах залежно від вимог до їх застосування.
Особливо для кінцевих ефекторів роботів (захватів) слід використовувати двигуни з найменшими можливими розмірами та вагою. Коли потрібне швидке реагування, серводвигуни повинні мати високу надійність і значну -здатність до короткочасних перевантажень. Специфічні вимоги до використання включають: швидкість; високий пусковий момент-до-відношення інерції; характеристики безперервного та лінійного керування, коли швидкість двигуна безперервно змінюється разом із керуючим сигналом, іноді пропорційно або приблизно пропорційно керуючому сигналу; широкий діапазон швидкостей; малий розмір, невелика вага і малий осьовий розмір; здатність витримувати важкі умови експлуатації, часте обертання вперед і назад, прискорення/уповільнення, а також стійкість до короткочасних-перевантажень. Майбутні тенденції в індустрії серводвигунів
Сучасні сервосистеми змінного струму після переходу від аналогового до цифрового мають повсюдні внутрішні цифрові контури керування, такі як керування комутацією, струмом, швидкістю та положенням. Їх реалізація в основному залежить від нових силових напівпровідникових пристроїв, таких як високо-цифрові процесори з FPGA, і навіть спеціальні сервомодулі не є рідкістю. Крім того, кожні 2-2,5 роки оновлюються нові пристрої або модулі живлення, а нові програмні алгоритми постійно розвиваються. У поєднанні зі змінами ринкового попиту, нижче наведені деякі з останніх тенденцій розвитку систем серводвигунів:
**Висока ефективність**
Хоча висока ефективність завжди була важливою темою розвитку сервосистем, вона все ще потребує подальшого вдосконалення. Це в основному включає підвищення ефективності самого двигуна: наприклад, покращення продуктивності матеріалів постійного магніту та кращого дизайну монтажної конструкції магніту; це також включає підвищення ефективності системи приводу: включаючи оптимізацію схем приводу інвертора, оптимізацію руху прискорення та уповільнення, рекуперативне гальмування та енергетичний зворотний зв’язок, а також кращі методи охолодження.
**Прямий привід**
Прямий привід включає сервоприводи вертушки з дисковими двигунами та лінійні сервоприводи з лінійними двигунами. Усуваючи помилки передачі проміжних механічних трансмісійних пристроїв (таких як коробки передач), він досягає високої швидкості та високої точності позиціонування. Легкість, з якою можна змінювати форму лінійних двигунів, дозволяє мініатюризувати та зменшити вагу різних пристроїв із використанням лінійних механізмів.
Висока швидкість, висока точність і висока продуктивність: використання кодерів вищої-точності, вищої точності дискретизації та глибини бітів даних, швидших DSP, високо{1}}продуктивних ротаційних і лінійних двигунів без когнітивних ефектів, а також використання різноманітних сучасних стратегій керування, таких як адаптивний і штучний інтелект, основні показники ефективності (швидкість керування та точність керування) сервосистеми постійно вдосконалюються.
Інтеграція та інтеграція: Вертикальна інтеграція двигунів, зворотного зв’язку, керування, приводів і зв’язку стала напрямком розвитку поточних-сервосистем малої потужності. Іноді ми називаємо двигуни, які об’єднують приводи та зв’язок, інтелектуальними двигунами, а іноді ми називаємо приводи, які об’єднують керування рухом і зв’язок, інтелектуальними сервоприводами. Інтеграція двигунів, приводів і елементів керування дозволяє більш тісно інтегрувати ці три аспекти від проектування та виробництва до експлуатації та технічного обслуговування. Однак цей підхід стикається з більшими технічними проблемами та труднощами у дотриманні звичок використання інженерів, що ускладнює стати масовим і представляє невеликий, відмінний сегмент на загальному ринку сервоприводів.
**Загальне призначення:** Приводи загального -призначення оснащені численними параметрами та багатими функціями меню, що дозволяє користувачам легко налаштувати їх у п’ять робочих режимів без зміни апаратного забезпечення: V/F керування, безсенсорне керування відкритим-контуром векторного керування, замкнутого-контуру векторного керування потоком, керування безщітковим серводвигуном змінного струму з постійними магнітами та керування регенеративним блоком. Підходять для різних застосувань, вони можуть керувати різними типами двигунів, такими як асинхронні двигуни, синхронні двигуни з постійними магнітами, безщіточні двигуни постійного струму та крокові двигуни. Вони також можуть адаптуватися до різних типів датчиків, навіть без датчиків положення. Напів{6}}замкнуту{7}}систему керування можна створити за допомогою вбудованого-зворотного зв’язку двигуна, або високоточну-повністю замкнуту{10}}систему керування можна сформувати шляхом підключення до зовнішніх датчиків положення, швидкості чи крутного моменту через інтерфейс.
**Інтелектуальні функції:** Сучасні сервоприводи змінного струму мають пам’ять параметрів, функції само-діагностики несправностей і аналізу. Більшість імпортних накопичувачів оснащено вимірюванням інерції навантаження та автоматичним регулюванням посилення. Деякі можуть автоматично визначати параметри двигуна та автоматично визначати нульове положення датчика, а інші можуть автоматично пригнічувати вібрацію. Інтеграція електронних передач, електронних кулачків, синхронного відстеження, інтерполяції руху та інших функцій керування з приводом забезпечує кращий досвід для користувачів сервоприводу.
