Nuolatinės srovės servo variklis: konstrukcija, darbas, sąsaja su „Arduino“ ir jo programomis

A servo variklis arba servo yra vieno tipo elektros varikliai, naudojami labai tiksliai sukti mašinos dalis. Šiame variklyje yra valdymo grandinė, kuri suteikia grįžtamąjį ryšį apie dabartinę variklio veleno vietą, todėl šis grįžtamasis ryšys leidžia šiems varikliams suktis labai tiksliai. Servo variklis yra naudingas sukant objektą tam tikru atstumu ar kampu. Šis variklis skirstomas į dviejų tipų AC servo variklius ir DC servo variklius. Jei servo variklis naudoja nuolatinę srovę, variklis vadinamas nuolatinės srovės servo varikliu, o jei jis veikia su kintamosios srovės varikliu, jis vadinamas kintamosios srovės servo varikliu. Šioje pamokoje pateikiama trumpa informacija apie DC servo variklis – darbas su programomis.

Kas yra nuolatinės srovės servo variklis?

Servovariklis, kuris naudoja nuolatinės srovės elektros įvestį mechaninei išeičiai, tokiai kaip padėtis, greitis ar pagreitis, gaminti, vadinamas nuolatinės srovės servovarikliu. Paprastai tokio tipo varikliai naudojami kaip pagrindiniai varikliai skaitmeniniu būdu valdomose mašinose, kompiuteriuose ir daugelyje kitų visur, kur jie paleidžiami ir sustabdomi. tiksliai ir labai greitai.

Nuolatinės srovės servo variklio konstrukcija ir darbas

Nuolatinės srovės servo variklis pagamintas iš skirtingų komponentų, pateiktų šioje blokinėje diagramoje. Šioje diagramoje kiekvienas komponentas ir jo funkcija aptariami toliau.

Šiame variklis yra tipiškas nuolatinės srovės variklis, įskaitant jo lauko apviją, kuri yra sužadinama atskirai. Taigi, atsižvelgiant į sužadinimo pobūdį, toliau galima priskirti armatūros ir lauko valdomus servovariklius.

Čia naudojama apkrova yra paprastas ventiliatorius arba pramoninė apkrova, kuri tiesiog prijungiama prie variklio mechaninio veleno.

Šios konstrukcijos pavarų dėžė veikia kaip mechaninis keitiklis, kad pakeistų variklio galią, pvz., pagreitį, padėtį ar greitį, priklausomai nuo taikymo.

Pagrindinė padėties jutiklio funkcija yra gauti grįžtamojo ryšio signalą, atitinkantį esamą krovinio padėtį. Paprastai tai yra potenciometras, naudojamas tiekti įtampą, proporcingą variklio veleno absoliučiam kampui per pavaros mechanizmą.

Palyginamoji funkcija yra palyginti padėties jutiklio ir atskaitos taško o/p, kad būtų gautas klaidos signalas ir perduodamas jį stiprintuvui. Jei nuolatinės srovės variklis veikia tiksliai valdydamas, klaidos nėra. Padėties jutiklis, pavarų dėžė ir komparatorius padarys sistemą uždara.

Stiprintuvo funkcija yra sustiprinti klaidą iš lygintuvo ir tiekti ją į nuolatinės srovės variklį. Taigi, jis veikia kaip proporcingas valdiklis visur, kur stiprinimas yra sustiprintas, kad būtų nulinė pastovios būsenos klaida.

Valdomas signalas perduoda įvestį į PWM (impulso pločio moduliatorių), priklausomai nuo grįžtamojo ryšio signalo, kad jis moduliuotų variklio įvestį, kad būtų galima tiksliai valdyti, kitaip nulinės pastovios būsenos paklaidos. Be to, šis impulsų pločio moduliatorius impulsams generuoti naudoja atskaitos bangos formą ir lyginamąjį elementą.

Sukūrus uždarojo ciklo sistemą, gaunamas pagreitis, greitis arba tiksli padėtis. Kaip rodo pavadinimas, servo variklis yra valdomas variklis, kuris suteikia pageidaujamą galią dėl grįžtamojo ryšio ir valdiklio efekto. Klaidos signalas tiesiog sustiprinamas ir naudojamas servo varikliui valdyti. Priklausomai nuo valdymo signalo ir impulsų pločio moduliatoriaus gamybos pobūdžio, šie varikliai turi geresnius valdymo metodus su FPGA lustais arba skaitmeniniais signalų procesoriais.

DC servo variklio darbas yra; kai įvesties signalas perduodamas nuolatinės srovės varikliui, jis sukasi veleną ir krumpliaračius. Taigi iš esmės pavarų sukimosi išvestis grąžinama į padėties jutiklį (potenciometrą), kurio rankenėlės sukasi ir keičia savo pasipriešinimą. Kai keičiama varža, keičiama įtampa, kuri yra klaidos signalas, kuris tiekiamas į valdiklį ir dėl to generuojamas PWM.

Norėdami sužinoti daugiau apie nuolatinės srovės servo variklių tipus, žr. šią nuorodą: Skirtingi servo variklių tipai .

Nuolatinės srovės servo variklio perdavimo funkcija

Perkėlimo funkcija gali būti apibrėžta kaip o/p kintamojo Laplaso transformacijos (LT) santykis su LT ( Laplaso transformacija ) iš i/p kintamojo. Paprastai nuolatinės srovės variklis keičia energiją iš elektrinės į mechaninę. Tiekiama elektros energija armatūros gnybtuose pakeičiama į valdomą mechaninę energiją.

Armatūra valdoma nuolatinės srovės servovariklio perdavimo funkcija parodyta žemiau.

θ(s)/Va(s) = (K1/(Js2 + Bs)*(Las + Ra)) /1 + (K1KbKs)/(Js2 + Bs)*(Las+Ra)

Žemiau parodyta lauko valdoma nuolatinės srovės servovariklio perdavimo funkcija.

θ (s) / Vf (s) = Kf / (sLf + Rf) * (s2J + Bs)

Armatūra valdomas nuolatinės srovės servovariklis užtikrina puikų našumą dėl uždaro ciklo sistemos, palyginti su lauko valdomu nuolatinės srovės servo varikliu, kuris yra atviros grandinės sistema. Be to, lauko valdymo sistemoje reakcijos greitis yra lėtas. Armatūros valdomu atveju armatūros induktyvumas yra nereikšmingas, o lauko valdymo atveju jis nėra tas pats. Tačiau naudojant lauko valdymą patobulintas slopinimas nepasiekiamas, o armatūros valdyme jį galima pasiekti.

Specifikacijos

Nuolatinės srovės servo variklis pateikia eksploatacines specifikacijas, įskaitant šias. Šios specifikacijos turėtų būti suderintos pagal apkrovos poreikį, kad būtų galima tinkamai nustatyti variklio dydį.

• Veleno greitis tiesiog apibrėžia greitį, kuriuo velenas sukasi, išreikštą RPM (apsukimų per minutę).
• Paprastai gamintojo siūlomas greitis yra tuščiosios eigos o/p veleno greitis arba greitis, kai variklio išėjimo momentas yra lygus nuliui.
• Gnybtų įtampa yra projektinė variklio įtampa, kuri lemia variklio greitį. Šis greitis yra tiesiog valdomas didinant arba sumažinant variklio tiekiamą įtampą.
• Sukimo jėgą, panašią į sukimo momentą, sukuria nuolatinės srovės servo variklio velenas. Taigi, reikalingas šio variklio sukimo momentas yra tiesiog nustatomas pagal skirtingų apkrovų, patiriamų tikslinėje programoje, greičio ir sukimo momento charakteristikas. Šie sukimo momentai yra dviejų tipų paleidimo ir nuolatinio sukimo momento.
• Pradinis sukimo momentas yra reikalingas sukimo momentas paleidžiant servo variklį. Šis sukimo momentas paprastai yra didesnis, palyginti su nuolatiniu sukimo momentu.
• Nepertraukiamas sukimo momentas yra išėjimo sukimo momentas, kuris yra variklio galia pastoviomis veikimo sąlygomis.
• Siekiant užtikrinti patikimumą, šie varikliai turi turėti pakankamą greitį ir sukimo momentą, įskaitant 20–30 % skirtumą tarp apkrovos poreikių ir variklio nominalų. Kai šios maržos viršija per didelę, sąnaudų efektyvumas sumažės „Faulhaber“ 12 V nuolatinės srovės belaidžio nuolatinės srovės servo variklio specifikacijos yra:
• Pavarų dėžės santykis yra 64: l planetinė trijų pakopų pavarų dėžė.
• Apkrovos srovė yra 1400 mA galia.
• Galia 17W.
• Greitis yra 120 RPM.
• Be apkrovos srovė yra 75 mA.
• Encoder tipas yra optinis.
• Koderio skiriamoji geba yra 768 CPR O/P Shaft.
• Skersmuo yra 30 mm.
• Ilgis 42mm.
• Visas ilgis 85mm.
• Veleno skersmuo yra 6 mm.
• Veleno ilgis 35mm.
• Stovo sukimo momentas 52kgcm.

Charakteristikos

The DC servo variklio charakteristikos įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Nuolatinės srovės servo variklio konstrukcija yra panaši į nuolatinį magnetą arba atskirai sužadintą nuolatinės srovės variklį.
• Šio variklio greičio valdymas atliekamas valdant armatūros įtampą.
• Servo variklis sukurtas su dideliu armatūros pasipriešinimu.
• Tai užtikrina greitą sukimo momento reakciją.
• Laipsniškas armatūros įtampos pokytis greitai keičia variklio greitį.

AC servo variklis vs DC servo variklis

Skirtumas tarp nuolatinės srovės servo variklio ir kintamosios srovės servo variklio yra toks.

Nuolatinės srovės servo variklio sąsaja su Arduino

Norint valdyti nuolatinės srovės servo variklį tiksliu ir reikiamu kampu, galima naudoti Arduino plokštę / bet kurį kitą mikrovaldiklį. Ši plokštė turi analoginį o/p, kuris generuoja PWM signalą, kad pasuktų servo variklį tiksliu kampu. Taip pat galite perkelti servo variklio kampo padėtį potenciometru arba mygtukais naudodami Arduino.

Servo variklį taip pat galima valdyti IR nuotolinio valdymo pulteliu, kuris yra lengvai pasiekiamas. Šis nuotolinio valdymo pultas yra naudingas norint perkelti nuolatinės srovės servo variklį į tam tikrą kampą arba padidinti arba sumažinti variklio kampą tiesiškai naudojant IR nuotolinio valdymo pultą.

Čia mes aptarsime, kaip perkelti servo variklį naudojant IR nuotolinio valdymo pultą naudojant Arduino tam tikru kampu, taip pat padidinti arba sumažinti servo variklio kampą nuotolinio valdymo pultu pagal laikrodžio rodyklę ir prieš laikrodžio rodyklę. Žemiau parodyta nuolatinės srovės servo variklio su Arduino ir IR nuotolinio valdymo pultu sąsajos schema. Šios sąsajos jungtys yra tokios;

Ši sąsaja daugiausia naudoja tris pagrindinius komponentus, tokius kaip nuolatinės srovės servo variklis, Arduino plokštė ir TSOP1738 IR jutiklis. Šis jutiklis turi tris gnybtus, tokius kaip Vcc, GND ir išvestis. Šio jutiklio Vcc gnybtas yra prijungtas prie Arduino Uno plokštės 5 V, šio jutiklio GND gnybtas yra prijungtas prie Arduino plokštės GND gnybto, o išvesties gnybtas yra prijungtas prie Arduino plokštės 12 kaiščio (skaitmeninis įėjimas).

Skaitmeninis išvesties kaištis 5 tiesiog prijungiamas prie servo variklio signalo įvesties kaiščio, kad variklis būtų valdomas
Nuolatinės srovės servo variklis + ve kaištis yra duotas išoriniam 5 V maitinimo šaltiniui, o servo variklio GND kaištis - Arduino GND kaiščiui.

Darbas

IR nuotolinio valdymo pultelis naudojamas atlikti du veiksmus 30 laipsnių, 60 laipsnių ir 90 laipsnių, taip pat padidinti / sumažinti variklio kampą nuo 0 iki 180 laipsnių.

Nuotolinio valdymo pulte yra daug mygtukų, pvz., skaitmenų mygtukai (0–9), kampo valdymo mygtukai, rodyklių klavišų mygtukai, aukštyn/žemyn mygtukai ir kt. Paspaudus bet kurį skaitmenų mygtuką nuo 1 iki 5, nuolatinės srovės servo variklis pereis prie to tikslus kampas ir paspaudus kampo aukštyn/žemyn mygtuką, variklio kampą galima tiksliai nustatyti ±5 laipsniais.

Nusprendus dėl mygtukų, reikia iššifruoti šių mygtukų kodus. Paspaudus bet kurį nuotolinio valdymo pulto mygtuką, jis išsiųs vieną kodą, kad būtų atliktas reikiamas veiksmas. Norint iššifruoti šiuos nuotolinius kodus, naudojama IR nuotolinė biblioteka iš interneto.

Įkelkite šią programą į Arduino ir prijunkite IR jutiklį. Dabar padėkite nuotolinio valdymo pultą link IR jutiklio ir paspauskite mygtuką. Po to atidarykite serijinį monitorių ir stebėkite paspausto mygtuko kodą skaičių pavidalu.

Arduino kodas

#include // pridėti IR nuotolinę biblioteką
#include // pridėti servo variklių biblioteką
Aptarnavimo paslauga1;
int IRpin = 12; // IR jutiklio kaištis
int motor_kampas=0;
IRrecv irrecv(IRpin);
decode_results rezultatai;
negaliojantis nustatymas ()
{
Serial.begin(9600); // inicijuoti nuoseklųjį ryšį
Serial.println („IR nuotoliniu būdu valdomas servo variklis“); // rodyti pranešimą
irrecv.enableIRIn(); // Paleiskite imtuvą
servo1.attach(5); // paskelbti servo variklio kaištį
servo1.write(variklio_kampas); // perkelkite variklį į 0 laipsnių
Serial.println („Servo variklio kampas 0 laipsnių“);
delsimas (2000);
}
void loop ()
{
while(!(irrecv.decode(&results))); // palaukite, kol nebus paspaustas joks mygtukas
if (irrecv.decode(&results)) // kai paspaudžiamas mygtukas ir gaunamas kodas
{
if(results.value==2210) // patikrinkite, ar paspaustas skaitmens 1 mygtukas
{
Serial.println ('servo variklio kampas 30 laipsnių');
variklio_kampas = 30;
servo1.write(variklio_kampas); // perkelkite variklį į 30 laipsnių
}
else if(results.value==6308) // jei paspaudžiamas skaitmens 2 mygtukas
{
Serial.println ('servo variklio kampas 60 laipsnių');
variklio_kampas = 60;
servo1.write(variklio_kampas); // perkelkite variklį į 60 laipsnių
}
else if(results.value==2215) // taip pat visiems skaitmenų mygtukams
{
Serial.println ('servo variklio kampas 90 laipsnių');
variklio_kampas = 90;
servo1.write(variklio_kampas);
}
else if(results.value==6312)
{
Serial.println („servo variklio kampas 120 laipsnių“);
variklio_kampas = 120;
servo1.write(variklio_kampas);
}
else if(results.value==2219)
{
Serial.println ('servo variklio kampas 150 laipsnių');
variklio_kampas = 150;
servo1.write(variklio_kampas);
}
else if(results.value==6338) // jei paspaustas garsumo didinimo mygtukas
{
if(variklio_kampas<150) variklio_kampas+=5; // padidinti variklio kampą
Serial.print('Variklio kampas yra');
Serial.println(variklio_kampas);
servo1.write(variklio_kampas); // ir perkelkite variklį į tą kampą
}
else if(results.value==6292) // jei paspaustas garsumo mažinimo mygtukas
{
if(variklio_kampas>0) variklio_kampas-=5; // sumažinti variklio kampą
Serial.print('Variklio kampas yra');
Serial.println(variklio_kampas);
servo1.write(variklio_kampas); // ir perkelkite variklį į tą kampą
}
delsimas(200); // palaukite 0,2 sek
irrecv.resume(); // vėl būkite pasirengę gauti kitą kodą
}
}

Maitinimas nuolatinės srovės servo varikliui tiekiamas iš išorinio 5 V, o IR jutiklio ir Arduino plokštės tiekimas iš USB. Kai servo varikliui suteikiama galia, jis pasislenka iki 0 laipsnių. Po to serijiniame monitoriuje pranešimas bus rodomas kaip „servo variklio kampas yra 0 laipsnių“.

Dabar nuotolinio valdymo pulte, paspaudus 1 mygtuką, nuolatinės srovės servo variklis pasisuks 30 laipsnių. Panašiai, paspaudus tokius mygtukus kaip 2, 3, 4 arba 5, variklis pasisuks norimais kampais, pvz., 60 laipsnių, 90 laipsnių, 120 laipsnių arba 150 laipsnių. Dabar serijinis monitorius rodys servo variklio kampo padėtį kaip „servo variklio kampas xx laipsnių“.

Paspaudus garsumo didinimo mygtuką, variklio kampas padidės 5 laipsniais, o tai reiškia, kad jei jis yra 60 laipsnių, tada jis pasisuks iki 65 laipsnių. Taigi, naujo kampo padėtis bus rodoma serijiniame monitoriuje.

Panašiai, paspaudus kampo žemyn mygtuką, variklio kampas bus sumažintas 5 laipsniais, o tai reiškia, kad jei kampas yra 90 laipsnių, jis pasisuks iki 85 laipsnių. IR nuotolinio valdymo pulto signalą suvokia IR jutiklis. Norėdami sužinoti, kaip jis jaučia ir kaip veikia IR jutiklis, spustelėkite čia

Taigi, naujo kampo padėtis bus rodoma serijiniame monitoriuje. Todėl nuolatinės srovės servo variklio kampą galime lengvai valdyti naudodami „Arduino“ ir IR nuotolinio valdymo pultą.

Norėdami sužinoti, kaip prijungti nuolatinės srovės variklį su 8051 mikrovaldikliu, spustelėkite čia

DC servo variklio pranašumai

The DC servo variklių pranašumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Nuolatinės srovės servo variklio veikimas yra stabilus.
• Šie varikliai turi daug didesnę išėjimo galią nei variklio dydis ir svoris.
• Kai šie varikliai veikia dideliu greičiu, jie nekelia jokio triukšmo.
• Šis variklis veikia be vibracijos ir rezonanso.
• Šio tipo varikliai turi didelį sukimo momento ir inercijos santykį ir gali labai greitai paimti apkrovas.
• Jie pasižymi dideliu efektyvumu.
• Jie duoda greitus atsakymus.
• Jie yra nešiojami ir lengvi.
• Galimas keturių kvadrantų veikimas.
• Važiuojant dideliu greičiu, jie girdimi tyliai.

The DC servo variklių trūkumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Nuolatinės srovės servo variklio aušinimo mechanizmas yra neefektyvus. Taigi šis variklis greitai užsiteršia, kai jis vėdinamas.
• Šis variklis sukuria didžiausią išėjimo galią esant didesniam sukimo momento greičiui ir jam reikia reguliarios pavaros.
• Šie varikliai gali būti sugadinti dėl perkrovos.
• Jie turi sudėtingą dizainą ir jiems reikia kodavimo.
• Norint stabilizuoti grįžtamojo ryšio kilpą, šiuos variklius reikia sureguliuoti.
• Tai reikalauja priežiūros.

Nuolatinės srovės servo variklių taikymas

The DC servo variklių pritaikymas įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Nuolatinės srovės servovarikliai naudojami metalo pjovimo ir formavimo staklėse.
• Jie naudojami antenų pozicionavimui, spausdinimui, pakavimui, medžio apdirbimui, tekstilei, virvių ar virvių gamybai, CMM (koordinačių matavimo mašinoms), medžiagų tvarkymui, grindų poliravimui, durų varstymui, X-Y stalui, medicininei įrangai, plokštelių verpimui.
• Šie varikliai naudojami orlaivių valdymo sistemose, kur dėl erdvės ir svorio apribojimų reikia, kad varikliai tiektų didelę galią kiekvienam vieneto tūriui.
• Jie taikomi ten, kur reikalingas didelis paleidimo sukimo momentas, pvz., orapūtės pavaros ir ventiliatoriai.
• Jie taip pat daugiausia naudojami robotams, programavimo įrenginiams, elektromechaninėms pavaroms, staklėms, procesų valdikliams ir kt.

Taigi, tai yra nuolatinės srovės apžvalga servo variklis veikia su programomis. Šie servo varikliai naudojami įvairiose pramonės šakose, kad būtų galima išspręsti daugelį mechaninių judesių. Dėl šių variklių savybių jie bus labai efektyvūs ir galingi. Štai jums klausimas, kas yra AC servo variklis?