I. Darbo principas ir valdymo sistemos architektūra
Servo variklio šerdis slypi uždaro{0} kilpos valdymo sistemoje, kuri užtikrina tikslią padėties nustatymą ir dinaminį reguliavimą realiuoju laiku{1}}. Sistema daugiausia susideda iš valdiklio, pavaros, paties variklio ir grįžtamojo ryšio įtaiso (kodavimo), sudarančio uždarą „komandos–vykdymo–grįžtamojo ryšio–koregavimo“ kilpą.
(1) Pagrindinė uždarojo ciklo valdymo logika
Valdiklis duoda komandas, o pavara įjungia variklį. Kodavimo įrenginys nuolat stebi variklio padėtį, greitį ir kitus parametrus bei perduoda šią informaciją atgal į valdiklį. Valdiklis palygina komandą su grįžtamojo ryšio nuokrypiu ir koreguoja išvestį realiuoju laiku, užtikrindamas, kad tikrasis judesys atitiktų komandą. Šis režimas gali automatiškai kompensuoti klaidas, atsirandančias dėl apkrovos pokyčių, susidėvėjimo ir kitų veiksnių, todėl galima valdyti didelį-tikslumą. Tai iš esmės skiriasi nuo atviros{5}kilpos valdymo be grįžtamojo ryšio (pvz., įprastų žingsninių variklių).
(2) Pusiau -uždarojo ciklo-sistemos: ekonomiškas- pasirinkimas
Ant variklio veleno sumontuotas sukamasis daviklis, kad būtų galima gauti grįžtamąjį ryšį. Ši konfigūracija pasižymi paprasta struktūra, mažesnėmis sąnaudomis ir lengvesniu montavimu bei paleidimu. Jis tinka daugeliui programų, kur nereikia itin-didelio tikslumo, pvz., bendriesiems CNC staklėms ir 3D spausdintuvams. Tačiau jo tikslumą riboja mechaninės pavaros grandinės klaidos (pvz., rutuliniai varžtai ir krumpliaračiai), kurių negalima tiesiogiai kompensuoti. Įprastas padėties nustatymo tikslumas svyruoja nuo 0,01 iki 0,1 mm.
(3) Visiškai uždaros{1} kilpos sistemos: didžiausio tikslumo garantija
Tiesiai ant galutinio judančio komponento (pavyzdžiui, darbo stalo) sumontuotas tiesinis kodavimo įrenginys, kad būtų galima pateikti grįžtamąjį ryšį. Tai leidžia tiesiogiai aptikti ir kompensuoti visas mechaninės transmisijos grandinės klaidas ir pasiekti aukščiausią tikslumo lygį, o padėties nustatymo tikslumas siekia 0,001 mm. Tokios sistemos naudojamos puslaidininkių gamyboje, itin tiksliai apdirbant{3}} ir panašiose srityse. Trūkumai yra didelė tiksliųjų kodavimo įrenginių kaina ir sudėtingas sistemos derinimas.
II. Variklių tipai ir pagrindiniai privalumai
(1) Klasifikavimas pagal maitinimo tipą
AC servo varikliai
The mainstream choice. They use three-phase AC power, with rotors typically of permanent-magnet or induction type. They offer a wide power range (from tens of watts to hundreds of kilowatts), high speeds (usually >3000 aps./min.) ir mažos priežiūros išlaidos (be anglinių šepetėlių). Jie plačiai naudojami robotuose, CNC staklėse ir kitose pramonės srityse.
DC servo varikliai
Tai apima šlifuotus ir be šepetėlių tipus. Šepetys nuolatinės srovės servosistemos yra paprastos konstrukcijos ir didelio paleidimo sukimo momento, tačiau jas reikia prižiūrėti dėl šepečio susidėvėjimo. Bešepetėliai nuolatinės srovės servosistemos yra kompaktiškos, veiksmingos ir ilgaamžės-ir dažnai naudojamos medicinos įrangoje ir kosminėje erdvėje. Apskritai, dėl priklausomybės nuo nuolatinės srovės maitinimo šaltinių, nuolatinės srovės servosai yra mažiau paplitę pramonėje nei kintamosios srovės servosai.
(2) Keturi pagrindiniai našumo pranašumai
Labai{0}}tikslus padėties nustatymas
Naudojant uždaro-ciklo valdymą ir didelės-raiškos koduotuvus (pvz., 23 bitų, 8 mln. skaitiklių per apsisukimą), galima pasiekti padėties nustatymo tikslumą nuo milimetro iki mikronų lygio, tinkantį dėti drožles, pjauti lazeriu ir panašiai.
Platus sūkių diapazonas su pastoviu sukimo momentu
Pastovus sukimo momentas palaikomas vardinio greičio diapazone, o pastovios galios veikimas yra didesnis nei vardinis greitis. Turėdami platų greičio diapazoną (pvz., 10–5000 aps./min.), servovarikliai palaiko tiek mažo-greičio tikslią padėties nustatymą, tiek greitą{6}}apdirbimą.
Greitas dinaminis atsakas
Dėl mažos{0}}inercijos rotorių ir pažangių valdymo algoritmų atsako laikas gali pasiekti milisekundžių lygį. Servo varikliai gali greitai sekti komandų pakeitimus, todėl jie idealiai tinka robotams ir sudėtingam paviršiaus apdirbimui, kai reikia dažnai paleisti, sustoti ir apsukti.
Didelis patikimumas ir stipri apsauga nuo{0}}trukdžių
Dėl tvirtos elektromagnetinio suderinamumo konstrukcijos, temperatūros kompensavimo algoritmų ir visapusės apsaugos nuo perkrovos servovarikliai gali stabiliai veikti atšiaurioje pramoninėje aplinkoje (pvz., metalurgijoje). Jie pasižymi dideliu perkrovos pajėgumu, paprastai iki trijų kartų didesniu nei vardinis sukimo momentas.
III. Servo Motors vs Stepper Motors
(1) Techninio pobūdžio ir veikimo palyginimas
| Funkcija | Servo variklis | Žingsninis variklis |
|---|---|---|
| Valdymo režimas | Uždarojo{0}}ciklo valdymas (realiojo laiko{1}}kodavimo grįžtamasis ryšys) | Atviros-kilpos valdymas (impulsų skaičiavimas, be grįžtamojo ryšio) |
| Tikslumas | Aukštas (0,001–0,01 mm lygis), kumuliacinės paklaidos nėra | Priklauso nuo žingsnio kampo; linkę prarasti žingsnį dideliu greičiu, galimos kumuliacinės klaidos |
| Greitis ir sukimo momentas | Puikus didelio greičio{0}}našumas, platus pastovaus-sukimo momento diapazonas, didelė perkrovos galimybė (2–3×) | Didelis sukimo momentas esant mažam greičiui, sukimo momentas smarkiai krenta dideliu greičiu, beveik nėra perkrovos |
| Dinaminis atsakas | Labai greitas, greitas startas/sustabdymas | Lėtesnis, reikia pagreičio / lėtėjimo profilių, kad būtų išvengta žingsnio praradimo |
| Efektyvumas ir šildymas | Didesnis efektyvumas, mažas kaitinimas esant nedidelei apkrovai | Reikia srovės net ir stovint, paprastai didesnė šilumos gamyba |
| Triukšmas ir vibracija | Sklandus veikimas, mažas triukšmas ir vibracija | Galima vibracija esant mažam greičiui, santykinai didesnis triukšmas |
| Kaina ir sudėtingumas | Didesnė sistemos kaina, sudėtingesnis derinimas | Mažesnė kaina, paprasta struktūra, lengvas valdymas |
(2) Taikymo kompromisai
Servo varikliai
Tinka naudoti su aukštais tikslumo, greičio, dinaminio atsako ir perkrovos reikalavimais, pvz., pramoniniams robotams, CNC staklėms ir puslaidininkinei įrangai.
Žingsniniai varikliai
Tinka naudoti -jautrioms išlaidoms taikomoms programoms, kurioms taikomas vidutinis-–-mažas greitis, nedidelė apkrova ir vidutinio tikslumo reikalavimai, pvz., 3D spausdintuvams, biuro automatikos įrangai ir paprastoms konvejerių sistemoms.
IV. Taikymo sritys ir atrankos gairės
(1) Tipiniai taikymo scenarijai
Pramoninė automatika
Robotų jungčių pavaros (reikalaujančios lankstumo ir tikslumo), CNC padavimo ašys (reikalaujančios didelio greičio ir dinaminio atsako) ir spausdinimo spaudos registravimo valdymas (reikalaujantis didelio sinchronizavimo tikslumo).
Protinga įranga
Puslaidininkinių plokštelių pjaustymo staklės (nanometro{0}}lygio tikslumas), medicininės vaizdo gavimo įrangos robotinės rankos (maža vibracija, didelis patikimumas) ir UAV gimbalai (greita reakcija ir stiprūs anti{1}}trukdžiai).
Tiksli gamyba
Optinių lęšių šlifavimo staklės (sub-mikronų tikslumas) ir ličio baterijų elektrodų dengimo staklės (tikslus greičio ir įtempimo valdymas).
(2) Pagrindinių parametrų pasirinkimo gairės
Tikslumo reikalavimai
Itin-didelio tikslumo (<0.005 mm): choose a visas uždaras{0}}ciklasservo sistema.
Bendras tikslumas (0,01–0,05 mm): pasirinkite apusiau{0}}uždaras-ciklasservo sistema, užtikrinanti geresnes sąnaudas.
Apkrovos charakteristikos
Dažnas paleidimas / sustabdymas ir trumpalaikis{0}}perkrovimas (pvz., robotų valdymas): rezervas2–3×sukimo momento riba.
Sklandus pastovus{0}}greičio veikimas (pvz., konvejeriai): pasirinkite aplink1.2×vardinis sukimo momentas.
Greičio diapazonas
High-speed applications (>3000 aps./min.): suteikite pirmenybęAC servo varikliai.
Mažo{0}}greičio, didelio{1}}sukimo momento programos (<100 rpm): consider DC servos be šepetėliųarba AC servo kartu su pavarų reduktoriais.
Aplinkos prisitaikymas
Dulkėta arba drėgna aplinka: pasirinkite variklius, kurių apsaugos klasė yraIP65 arba aukštesnis.
High-temperature environments (>85 laipsniai ): pasirinkite aukštai -temperatūrai-atsparius modelius arba įrenkite specialius vėsinimo sprendimus.
V. Išvada
Servo variklių technologija, kaip pagrindinis pramoninės automatikos galios komponentas, ir toliau vystosi dėl tikslumo, greičio ir patikimumo. Nuo pusiau -uždaros- kilpos iki visiškai uždaro- ciklo sistemų ir nuo įprastų kintamosios srovės programų iki specializuotų nuolatinės srovės naudojimo būdų, tinkamas pasirinkimas reikalauja suderinti našumą, kainą ir veikimo sąlygas. Ateityje servo varikliai bus labiau integruoti su jutikliais ir dirbtiniu intelektu, todėl judesio valdymas bus geresnis ir lankstesnis.
