Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрические приборы и устройства » Как устроен и работает сервопривод
Количество просмотров: 15937
Комментарии к статье: 4


Как устроен и работает сервопривод


Слаботочные сервоприводы под управлением ардуино (micro servo motor) широко применяются сегодня в любительской робототехнике, на их основе делают небольшие настольные станки и множество других интересных и полезных в хозяйстве вещей. Даже просто на уровне хобби такие сервоприводы находят массу разнообразных применений. Давайте посмотрим, что же такое сервопривод в простейшем виде, как он принципиально устроен и как работает.

Как устроен и работает сервопривод

Само слово «сервопривод» можно перевести как «следящий привод». То есть это такое приводящее устройство, которое содержит в себе двигатель, управляемый посредством отрицательной обратной связи, что позволяет осуществлять точные движения с выверенным позиционированием рабочего органа.

В принципе сервоприводом можно назвать электродвигатель, в системе управления которым имеется датчик положения рабочего устройства (или просто вала), текущие параметры с которого определяют то, как, куда и на сколько должен или не должен повернуться ротор мотора для получения нужного результата. Обычно в такой системе имеется блок управления приводом, который анализирует параметры с датчика, и в соответствии с ними управляет питанием двигателя.

Таким образом, сервопривод хотя и работает автоматически, процесс позиционирования рабочего органа оказывается при этом очень точным благодаря правильной обработке сигнала с датчика платой управления. Например целью управления может быть просто поддержание определенного значения конкретного параметра упомянутого датчика. Вот и становится понятно, почему привод называется следящим — он следит за состоянием датчика.

Схема подключения сервомашинки к ардуино

Двигатель с установленным редуктором может иметь всего три или четыре провода, идущих от него. По двум проводам подается питание на двигатель, с третьего — снимается сигнал от датчика, четвертый может быть предназначен для питания датчика.

Обычно провода питания имеют красный и черный или красный и коричневый цвета — это плюсовой и минусовой (земля) провода питания. Белый или желтый — сигнальный провод с датчика, через этот провод на плату управления приходит сигнал обратной связи о текущем состоянии системы.

Простой сервопривод с редуктором (сервомашинка) и потенциометром — замечательный пример для того чтобы понять принцип работы обратной связи в системе управления сервоприводом.

Работа серомашинки от ардуино

Потенциометр имеет три вывода. На те выводы что по бокам — подается питание, а средний по сути — выход с резистивного делителя напряжения. Если изменить положение ручки потенциометра, то величина напряжения между минусом питания и средним его выводом измениться пропорционально изменению сопротивления между минусом и средним выводом.

Допустим, в крайнем левом положении напряжение на среднем выводе потенциометра будет минимальным, а в крайнем правом — максимальным. Получается что напряжение на среднем выводе потенциометра определяется положением его ручки, то есть тем, на какой угол она повернута от исходного положения, в котором напряжение на среднем выводе минимально. Обычно используют потенциометры с номинальным сопротивлением 5-10 кОм.

 

И как же здесь работает сервопривод? Ручка потенциометра в данном сервоприводе через редуктор соединена с валом двигателя. Значит, когда двигатель работает и его ротор вращается, ручка потенциометра поворачивается и следовательно сопротивление на среднем его выводе изменяется.

В крайнем левом положении, например, на среднем выводе будет 0 вольт, в среднем положении — 2,5 вольт, а в крайнем правом — 5 вольт. Для упрощения примем, что ручка потенциометра способна вращаться вокруг своей оси на 180 градусов, значит 2,5 вольта на среднем выводе будет соответствовать повороту ручки на 90 градусов.

Если плата управления получает информацию, что на среднем выводе 5 вольт, а необходимо создать поворот до 90 градусов, то к двигателю начнет автоматически подаваться питание определенной полярности до тех пор, пока он, поворачивая выход редуктора (а в месте с ним и ручку потенциометра) справа - налево, не доведет потенциометр до требуемого положения. Как только на среднем выводе потенциометра станет 2,5 вольт, двигатель прекратит получать питание от платы управления.

Аналогичным образом будет реализован поворот в другую сторону: если на среднем выводе 0 вольт, то полярность питания двигателя будет такой, что ручка потенциометра станет поворачиваться через редуктор слева — направо, пока напряжение не достигнет 2,5 вольт, соответствующих повороту ручки на 90 градусов. Это достаточно грубый пример, зато он достаточно нагляден.

Сервопривод в разобранном виде

Редуктор здесь необходим для того, чтобы высокие обороты вала маломощного мотора преобразовать в малые обороты с большим усилием, что позволит, во-первых, провернуть потенциометр, во-вторых, сделать это медленно и точно. Редуктор состоит из шестеренок, на валу двигателя находится маленькая, которая вращает большую, в центре которой маленькая и т. д.

Устройство сервопривода

Сервоприводы характеризуются несколькими главными параметрами. Первый главный параметр — усилие на валу (вращающий момент, деленный на ускорение свободного падения), которое измеряется у маленьких моделей в кг/см и определяется при номинальном напряжении питания мотора. Например, вращающий момент в 10 кг/см означает, что при расстоянии до оси выходного вала в 1 см, на нем можно удержать груз массой 10 кг.

Второй немаловажный параметр — скорость поворота, которая указывается в сек/60 градусов. Этот параметр показывает, сколько времени требуется сервоприводу для поворота его выходного вала на 60 градусов. Например 0,2сек/60 градусов. Далее идут такие параметры как напряжение питания, угол вращения (180 или 360 градусов) и тип редуктора (материал шестерней).

Андрей Повный

Особенности подключения устройств к Arduino

Управление двигателями и сервоприводами с помощью Ардуино

Что такое шим контроллер, как он устроен и работает, виды и схемы

10 интересных проектов для Arduino

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Управление двигателями и сервоприводами с помощью Ардуино
  • Как подключить инкрементальный энкодер к Ардуино
  • Особенности подключения устройств к Arduino
  • Виды и устройство регуляторов оборотов коллекторных двигателей
  • Как устроен и работает датчик линии
  • Механические и электрические характеристики асинхронных электродвигателей
  • Ардуино и шаговый двигатель: основы, схемы, подключение и управление
  • Подключение аналоговых датчиков к Ардуино, считывание показаний датчиков
  • Виды электрических двигателей и принципы их работы
  • Как отличить асинхронный двигатель от двигателя постоянного тока
  • Категория: Электрические приборы и устройства

    Робототехника, Ардуино, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Сергей |

    Сервопривод для Ардуино имеет три провода: питание, заземление и сигнал. Питание обычно красного цвета. Земля обычно черная или коричневая. Сигнал обычно желтый, оранжевый или белый.  

      Комментарии:

    #2 написал: Сергей Сергеевич |

    Серводвигатель — мотор для приводов (чаще всего электрический, но бывают и гидравлические, пневматические или даже паровые сервоприводы), в котором, в отличие от обычного мотора, можно задавать точное положение оси. Он управляет, например, подачей на станках с ЧПУ, считывает настройки головки с жесткого диска. Сервопривод также часто работает на значительно более низких скоростях, чем обычно для данного типа машины. С точки зрения общей причинности и теории систем серводвигатель является источником усилия, здесь мягким источником крутящего момента, в отличие от приводных двигателей, которые являются источником скорости. Сервоприводы могут иметь длительное и равномерное усилие, даже без движения, в крайнем случае их можно даже превратить в встречное движение, что служит для замедления движения системы, ее торможения (отвечает иному требованию, чем просто положение ). Сервоприводы для этих состояний рассчитаны: Чтобы выдерживать такие механические нагрузки (усиленная прочная конструкция), чтобы не перегреваться (оребрение для пассивного охлаждения). В более широком смысле серводвигатель — это любой двигатель, используемый для управления двигателем и заменяющий человеческий труд. В более узком смысле серводвигатель — это устройство позиционирования в определенном пространстве: с заданными пределами, с заданным числом степеней свободы (обычно единственной).

    Возможности серводвигателя улучшены за счет использования датчиков положения. Сигнал от этих датчиков можно использовать для дальнейшего управления приводом, например, для отключения двигателя при достижении конечного положения. За счет введения линейной отрицательной обратной связи серводвигатель может управлять положением устройства во всем диапазоне его рабочего пути. Для этого требуется система управления, называемая контроллером. Положение вала серводвигателя обычно определяется электрически с помощью фотоэлектрического датчика (энкодера) или с помощью декомпозера (сельсин). Для дешевых приложений можно использовать оптическое сканирование с использованием кодового колеса или полосы, кода Грея. Потенциометр не рекомендуется. Сигнал датчика положения подается на контроллер, который сравнивает фактическое положение двигателя с желаемым положением. Основываясь на разнице между заданным значением и фактическим положением, контроллер (часто очень сложный) управляет инвертором и таким образом настраивает двигатель на заданное значение.

    Серводвигатели переменного тока сегодня являются наиболее широко используемыми типами серводвигателей. Серводвигатели переменного тока представляют собой бесщеточные двигатели с трехфазной обмоткой статора: либо синхронные с постоянными магнитами на роторе, либо асинхронные с короткозамкнутым якорем. Современные системы управления уже способны регулировать точное положение асинхронных двигателей, что делает все решение очень дешевым и надежным. В современных конструкциях используются постоянные магниты на основе редкоземельных элементов (чаще всего типа неодим-железо-бор). Двигатели могут несколько раз перегружаться и поэтому подходят для динамических задач.

      Комментарии:

    #3 написал: Николай |

    Серводвигатель применяется в замкнутых системах, где точное управление положением необходимо для промышленных и коммерческих операций. Серводвигатель — это устройство, состоящее из двигателя, который может работать с постоянным или переменным током и в основном применяется в системах управления с обратной связью. Другими словами, электрические серводвигатели — это оборудование, которое имеет определенную автономию для точного вращения компонентов машины. Движение является одной из наиболее важных характеристик этих устройств, поскольку благодаря своему выходному валу он может перемещаться по размерам и с определенной скоростью, что отличает его от других типов двигателей. Работа этого оборудования основана на широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чтобы реализовать это на практике, он поддерживается тремя кабелями, два из которых отвечают за подачу питания Vcc и Gnd, а третий используется для подачи последовательности управляющих импульсов. Эта процедура позволяет внутренней схеме управления поместить прибор в указанное положение. Используемая частота составляет 50 Гц, при этом каждый цикл составляет каждые 20 мс. Указанная длительность импульсов расшифровывается как команды позиционирования. Со своей стороны, промежутки между каждым импульсом не имеют значения для работы. Типы серводвигателей классифицируются по разным стилям в зависимости от их применения, например, серводвигатель переменного тока и серводвигатель постоянного тока . Есть три основных соображения при оценке серводвигателей. Во-первых, по виду тока: переменный или постоянный, во-вторых, по типу используемой коммутации, если в двигателе используются щетки, и в-третьих, поле вращения двигателей, ротор, если вращение синхронное или асинхронный.

      Комментарии:

    #4 написал: Михаил |

    Сервопривод - это устройство, используемое для управления углом поворота или положением объекта. Он используется в различных приложениях, включая робототехнику, модельное производство, автоматизацию и другие области.

    Сервопривод состоит из двух основных компонентов: мотора и контроллера. Мотор может быть постоянного тока или бесщеточным. Контроллер управляет напряжением, подаваемым на мотор, и использует обратную связь для точного управления углом поворота или положением объекта.

    Контроллер сервопривода получает сигнал от источника управления, такого как пульт дистанционного управления или микроконтроллер, который определяет требуемое положение объекта. Затем контроллер сравнивает этот сигнал с обратной связью, которую он получает от датчика положения, и настраивает напряжение, подаваемое на мотор, чтобы точно управлять положением объекта.

    Сервоприводы могут быть однопозиционными, когда они принимают только два положения, или многопозиционными, когда они могут принимать несколько положений. Они также могут иметь различную мощность и скорость поворота.

    Применения сервоприводов очень разнообразны и включают использование в робототехнике для управления движением роботов, в авиации для управления поворотом руля и других управляющих поверхностей, в модельном производстве для управления движением моделей и т.д.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.