Wat is servo, servobesturing

Een servoaandrijving is een aandrijving waarvan de nauwkeurige besturing wordt uitgevoerd door middel van negatieve feedback en waarmee u de noodzakelijke parameters van de beweging van het werkende lichaam kunt bereiken.

Mechanismen van dit type hebben een sensor die een specifieke parameter bewaakt, bijvoorbeeld snelheid, positie of kracht, evenals een besturingseenheid (mechanische stangen of een elektronisch circuit) die tot taak heeft om automatisch de vereiste parameter te behouden tijdens de werking van het apparaat , afhankelijk van het signaal van de sensor op elk moment.

De beginwaarde van de bedrijfsparameter wordt bijvoorbeeld met een besturing ingesteld potentiometer knop of door een ander extern systeem te gebruiken waar een numerieke waarde wordt ingevoerd. De servoaandrijving voert dus automatisch de toegewezen taak uit - vertrouwend op het signaal van de sensor, past hij de ingestelde parameter nauwkeurig aan en houdt deze stabiel op de aandrijving.

Veel versterkers en regelaars met negatieve feedback kunnen servo's worden genoemd.Servoaandrijvingen omvatten bijvoorbeeld remmen en sturen in auto's, waar een handbediende versterker noodzakelijkerwijs negatieve positieterugkoppeling heeft.

Hoofdcomponenten van de servo:

• Aandrijfeenheid;

• Sensor;

• Besturingseenheid;

• Omvormer.

Als aandrijving kan bijvoorbeeld een pneumatische cilinder met stang of een elektromotor met tandwielkast worden gebruikt. De feedbacksensor kan zijn encoder (hoeksensor) of bijvoorbeeld Hall-sensor… Besturingseenheid — individuele omvormer, frequentieomvormer, servoversterker (Engelse Servodrive). Het besturingsapparaat kan direct een besturingssignaalsensor bevatten (transducer, ingang, schoksensor).

In zijn eenvoudigste vorm is de besturingseenheid voor een elektrische servoaandrijving gebaseerd op een schakeling voor het vergelijken van de waarden van de ingestelde signalen en het signaal afkomstig van de terugkoppelsensor, waardoor een spanning van de juiste polariteit wordt geleverd aan de elektromotor.

Als een soepele acceleratie of een soepele vertraging vereist is om dynamische overbelasting van de elektromotor te voorkomen, worden complexere besturingsschema's op basis van microprocessors toegepast, die het werkende lichaam nauwkeuriger kunnen positioneren. Zo is bijvoorbeeld het apparaat voor het positioneren van de koppen in harde schijven gerangschikt.

Nauwkeurige besturing van groepen of enkele servoaandrijvingen wordt bereikt door gebruik te maken van CNC-controllers, die overigens kunnen worden gebouwd op programmeerbare logische controllers. Servoaandrijvingen op basis van dergelijke controllers bereiken een vermogen van 15 kW en kunnen een koppel tot 50 Nm ontwikkelen.

Roterende servoaandrijvingen zijn synchroon, waarbij de rotatiesnelheid, rotatiehoek en acceleratie extreem nauwkeurig kunnen worden ingesteld, en asynchroon, waarbij de snelheid ook bij extreem lage snelheden zeer nauwkeurig wordt gehandhaafd.

Synchrone servomotoren kunnen zeer snel accelereren tot nominale snelheid. Cirkelvormige en vlakke lineaire servo's zijn ook gebruikelijk, waardoor versnellingen tot 70 m/s² mogelijk zijn.

Over het algemeen worden servo-apparaten onderverdeeld in elektrohydromechanisch en elektromechanisch. Bij de eerste wordt de beweging gegenereerd door het zuiger-cilindersysteem en is de respons zeer hoog, bij de laatste wordt gewoon gebruik gemaakt van een elektromotor met een versnellingsbak, maar de prestaties zijn een orde van grootte lager.

Het toepassingsgebied van servoaandrijvingen is tegenwoordig zeer breed, vanwege de mogelijkheid van uiterst nauwkeurige positionering van het werklichaam.

Er zijn mechanische sloten, kleppen en werklichamen van verschillende gereedschappen en werktuigmachines, vooral met CNC, waaronder automatische machines voor de fabrieksproductie van printplaten en verschillende industriële robots en vele andere precisiegereedschappen. Servomotoren met hoge snelheid zijn erg populair bij modelvliegtuigen. Met name servomotoren vallen op door hun karakteristieke gelijkmatigheid van beweging en efficiëntie in termen van energieverbruik.

Driepolige commutatormotoren werden oorspronkelijk gebruikt als aandrijvingen voor servomotoren, waarbij de rotor wikkelingen bevatte en de stator permanente magneten. Het had ook een verzamelborstel. Later nam het aantal spoelen toe tot vijf en werd het koppel groter en de acceleratie sneller.

De volgende fase van verbetering - de wikkelingen werden buiten de magneten geplaatst, dus het gewicht van de rotor werd verminderd en de acceleratietijd werd verkort, maar de kosten stegen. Als gevolg hiervan werd een belangrijke verbeteringsstap gezet: ze lieten het spruitstuk achterwege (met name permanente magneetrotormotoren werden wijdverbreid) en de motor bleek borstelloos te zijn, zelfs efficiënter, aangezien acceleratie, snelheid en koppel nu nog hoger waren.

Servomotoren zijn de laatste jaren erg populair geworden. Gecontroleerd door Arduino, wat brede mogelijkheden opent voor zowel amateurluchtvaart als robotica (quadcopters, enz.), evenals voor het maken van precisiemachines voor het snijden van metaal.

Voor het grootste deel gebruiken conventionele servomotoren drie draden om te werken. Een daarvan is voor stroom, de tweede is signaal, de derde is gebruikelijk. Aan de signaaldraad wordt een stuursignaal geleverd, volgens welke de positie van de uitgaande as moet worden aangepast. De positie van de as wordt bepaald door het potentiometercircuit.

De regelaar bepaalt door middel van weerstand en de waarde van het stuursignaal in welke richting moet worden gedraaid om de as in de gewenste stand te laten komen. Hoe hoger de spanning die van de potentiometer wordt verwijderd, hoe groter het koppel.

Dankzij hun hoge energie-efficiëntie, nauwkeurige regelmogelijkheden en uitstekende prestaties, worden servoaandrijvingen op basis van borstelloze motoren steeds vaker aangetroffen in speelgoed, huishoudelijke apparaten (zware stofzuigers met HEPA-filters) en industriële apparatuur.