Co to jest silnik serwo?
Silnik serwo to silnik sterujący pracą elementów mechanicznych w układzie serwo. Jest to silnik pomocniczy z pośrednią regulacją prędkości.
Serwosilniki umożliwiają bardzo dokładną kontrolę prędkości i położenia. Przekształcają sygnały napięciowe na moment obrotowy i prędkość, aby napędzać sterowany obiekt. Prędkość wirnika serwomotoru jest sterowana sygnałem wejściowym i może szybko reagować. W układach automatycznego sterowania stosowane są jako elementy wykonawcze i charakteryzują się takimi cechami, jak mała elektromechaniczna stała czasowa, wysoka liniowość i niskie napięcie rozruchowe. Mogą przekształcać odebrane sygnały elektryczne na przemieszczenie kątowe lub prędkość kątową na wyjściu wału silnika. Silniki serwo dzielą się na dwie główne kategorie: DC i AC. Ich główną cechą jest to, że nie obracają się, gdy napięcie sygnału wynosi zero, a ich prędkość maleje równomiernie wraz ze wzrostem momentu obrotowego.
Zasada działania silnika serwo
Serwomotory opierają się głównie na impulsach do pozycjonowania. Zasadniczo serwomotor otrzymuje jeden impuls i obraca się o kąt odpowiadający temu impulsowi, uzyskując w ten sposób przemieszczenie.
Ponieważ same serwomotory mają funkcję emitowania impulsów, emitują odpowiednią liczbę impulsów dla każdego kąta, pod jakim się obracają. Tworzy to pętlę sprzężenia zwrotnego lub zamkniętą pętlę pomiędzy impulsami wysyłanymi do i odbieranymi przez serwomotor. W ten sposób system wie, ile impulsów zostało wysłanych i odebranych przez serwomotor, co pozwala na bardzo precyzyjną kontrolę obrotów silnika i osiągnięcie dokładnego pozycjonowania z dokładnością do 0,001 mm.
Zastosowanie serwomotorów w robotach przemysłowych kwitnie. Przemysł robotyczny przeżywa gwałtowny rozwój, a wielu producentów obrabiarek, producentów serwomotorów i innych wykwalifikowanych firm zwraca się w stronę rynku robotów. Dlaczego producenci obrabiarek i producenci serwomotorów tak aktywnie przekształcają i rozwijają roboty?
Roboty przemysłowe składają się z czterech głównych elementów: korpusu robota, serwomotoru, reduktora i sterownika. Silniki krokowe służą do napędzania przegubów robota, co wymaga maksymalnego stosunku mocy-do-masy i momentu obrotowego-do-bezwładności, wysokiego momentu rozruchowego, małej bezwładności oraz szerokiego i płynnego zakresu prędkości. Aby przemysł robotyczny mógł się rozwijać, konieczne są przełomowe rozwiązania w dziedzinie serwomotorów i zintegrowanego sterowania.
Ogólna struktura elektrycznego serwomechanizmu robota przemysłowego składa się z trzech-pętli sterujących w zamkniętej pętli: pętli prądowej, pętli prędkości i pętli położenia. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku serwonapędów AC wiele funkcji, takich jak kontrola położenia, kontrola prędkości i kontrola momentu obrotowego, można uzyskać poprzez ręczne ustawienie ich parametrów wewnętrznych.
Ciągły rozwój automatyki przemysłowej utrzymuje wysokie zapotrzebowanie na oprogramowanie i sprzęt do automatyzacji. Obecnie w robotach przemysłowych szeroko stosowane są serwomotory prądu przemiennego i stałego o wysokim momencie rozruchowym, wysokim momencie obrotowym i małej bezwładności. Inne silniki, takie jak serwomotory prądu przemiennego i silniki krokowe, są również stosowane w robotach przemysłowych, w zależności od wymagań ich zastosowania.
Zwłaszcza w przypadku efektorów końcowych robotów (chwytaków) należy stosować silniki o jak najmniejszych rozmiarach i wadze. Gdy wymagana jest szybka reakcja, serwomotory muszą charakteryzować się wysoką niezawodnością i znaczną-krótkoterminową odpornością na przeciążenia. Specyficzne wymagania użytkowania obejmują: prędkość; wysoki stosunek początkowego momentu obrotowego-do-bezwładności; ciągła i liniowa charakterystyka sterowania, przy czym prędkość silnika zmienia się w sposób ciągły wraz z sygnałem sterującym, czasami proporcjonalna lub w przybliżeniu proporcjonalna do sygnału sterującego; szeroki zakres prędkości; mały rozmiar, niewielka waga i krótki wymiar osiowy; odporność na trudne warunki pracy, częste obroty do przodu i do tyłu oraz przyspieszanie/zwalnianie, a także krótkotrwałą-odporność na przeciążenia. Przyszłe trendy w branży silników serwo
Nowoczesne systemy serwo prądu przemiennego po przejściu z trybu analogowego na cyfrowe mają wszechobecne wewnętrzne cyfrowe pętle sterujące, takie jak sterowanie komutacją, prądem, prędkością i położeniem. Ich wdrożenie opiera się głównie na nowych urządzeniach półprzewodnikowych mocy, takich jak-wysokowydajne procesory DSP z układami FPGA, a nawet dedykowane moduły serwo nie są rzadkością. Co więcej, nowe urządzenia lub moduły zasilające są aktualizowane co 2-2,5 roku, a nowe algorytmy oprogramowania stale ewoluują. W połączeniu ze zmianami zapotrzebowania rynku, poniżej przedstawiono niektóre z najnowszych trendów rozwojowych w systemach serwomotorów:
**Wysoka wydajność**
Chociaż wysoka wydajność zawsze była ważnym tematem rozwoju systemów serwo, nadal wymaga ona dalszego doskonalenia. Obejmuje to głównie zwiększenie wydajności samego silnika: na przykład poprawę wydajności materiałów z magnesami trwałymi i lepszą konstrukcję konstrukcji montażowej magnesu; obejmuje to także zwiększenie efektywności układu napędowego: m.in. optymalizację obwodów napędowych falownika, optymalizację ruchu przyspieszania i zwalniania, hamowanie regeneracyjne i sprzężenie zwrotne energii oraz lepsze metody chłodzenia.
**Napęd bezpośredni**
Napęd bezpośredni obejmuje serwonapędy gramofonów wykorzystujące silniki tarczowe i serwonapędy liniowe wykorzystujące silniki liniowe. Eliminując błędy przekładni pośrednich mechanicznych urządzeń transmisyjnych (takich jak skrzynie biegów), osiąga dużą prędkość i dużą dokładność pozycjonowania. Łatwość, z jaką można przekształcać silniki liniowe, pozwala na miniaturyzację i redukcję masy różnych urządzeń wykorzystujących mechanizmy liniowe.
Wysoka prędkość, wysoka precyzja i wysoka wydajność: dzięki zastosowaniu-precyzyjnych koderów, wyższej dokładności próbkowania i głębi bitowej danych, szybszych procesorów DSP,-wysoko wydajnych silników obrotowych i liniowych bez efektu zazębienia oraz wykorzystania różnych nowoczesnych strategii sterowania, takich jak inteligencja adaptacyjna i sztuczna inteligencja, podstawowe wskaźniki wydajności (prędkość sterowania i dokładność sterowania) systemów serwo są stale ulepszane.
Integracja i integracja: Pionowa integracja silników, sprzężenia zwrotnego, sterowania, napędów i komunikacji stała się kierunkiem rozwoju obecnych systemów serwo-o małej mocy. Czasami nazywamy silniki integrujące napędy i inteligentne silniki komunikacyjne, a czasami nazywamy napędy integrujące sterowanie ruchem i komunikację inteligentnymi serwonapędami. Integracja silników, napędów i elementów sterujących pozwala na ściślejszą integrację tych trzech aspektów, od projektowania i produkcji po eksploatację i konserwację. Jednakże podejście to wiąże się z większymi wyzwaniami technicznymi i wyzwaniami związanymi z dostosowywaniem się do nawyków użytkowania inżynierów, co utrudnia wejście do głównego nurtu i reprezentowanie małego, wyróżniającego się segmentu na całym rynku serwonapędów.
**Zastosowanie ogólne:** Napędy-ogólnego przeznaczenia są wyposażone w liczne parametry i bogate funkcje menu, co pozwala użytkownikom łatwo skonfigurować je w pięciu trybach pracy bez zmiany sprzętu: sterowanie V/F, sterowanie wektorem-w otwartej pętli bez czujników, sterowanie wektorem strumienia w pętli zamkniętej-, sterowanie bezszczotkowym serwomotorem AC z magnesami trwałymi i sterowanie modułem regeneracyjnym. Nadają się do różnych zastosowań i mogą napędzać różne typy silników, takie jak silniki asynchroniczne, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, bezszczotkowe silniki prądu stałego i silniki krokowe. Można je również dostosować do różnych typów czujników, nawet tych bez czujników położenia. System sterowania z pętlą pół{6}}zamkniętą-można zbudować, korzystając z wbudowanego-sprzężenia zwrotnego w silniku, lub można utworzyć system sterowania z pętlą-w pełni zamkniętą- o wysokiej precyzji, łącząc się z zewnętrznymi czujnikami położenia, prędkości lub momentu obrotowego za pośrednictwem interfejsu.
**Inteligentne funkcje:** nowoczesne serwonapędy AC posiadają pamięć parametrów, autodiagnostykę-błędów i funkcje analityczne. Większość importowanych napędów posiada pomiar bezwładności obciążenia i automatyczną regulację wzmocnienia. Niektóre mogą automatycznie identyfikować parametry silnika i automatycznie określać pozycję zerową enkodera, podczas gdy inne mogą automatycznie tłumić wibracje. Integracja przekładni elektronicznych, krzywek elektronicznych, śledzenia synchronicznego, ruchu interpolacyjnego i innych funkcji sterujących z napędem zapewnia lepsze wrażenia użytkownikom serwomechanizmów.
