Что представляют собой современные сервоприводы? В чем их особенности? По какому принципу они функционируют, в каких бытовых, специализированных, производственных сферах используются? Все перечисленные вопросы требуют максимально подробного рассмотрения и изучения.
Что это за устройство
Итак, сервопривод – это механизм, укомплектованный электрическим двигателем, допускающим возможность расположения, закрепления, фиксации под определенным углом, в нужной позиции. Управлять указанным устройством можно посредством отрицательной обратной связи, благодаря которой удается держать под контролем все особенности ее передвижения и перемещения. Управление может быть как ручным, так и автоматизированным, за сбор данных, контроль позиции отвечают датчики.
Содержание статьи
[Скрыть]Конструктивные особенности
Конструкция сервомотора выглядит следующим образом:
-
Привод, благодаря которому обеспечивается подвижность рабочих элементов. Он может представлять собой двигатель синхронного или асинхронного типа, пневматический, гидравлический цилиндр.
-
Механизм передачи усилия, крутящего момента. В зависимости от конкретной модели сервопривода, применяются шестерни, кривошипы, редукторы.
-
Рабочий модуль, благодаря которому происходит перемещение в пространстве.
-
Датчики, фиксирующие позицию элемента, передающие все данные по каналам обратной связи.
-
Блок питания. Он используется, если сервопривод напрямую подключен к сети питания, характеристики которой изначально не соответствуют номинальным значениям по напряжению, силе тока.
-
Электроника, активирующая или отключающая мотор, изменяющая текущую производительность и другие характеристики в соответствии с поставленными задачами, выполняемыми в конкретный момент времени операциями. В сложных системах используются полноценные ЦПУ, в менее производительных – микроконтроллеры с простой архитектурой.
Получается, что с конструктивной точки зрения это достаточно простое оборудование, однако, именно простота и делает его предельно надежным, универсальным, адаптированным к выполнению множества производственных, бытовых задач.
Принцип функционирования
В основу работы серводвигателя положено применение импульсных сигналов, для которых характерны три базовых показателя:
-
частота;
-
минимальная длительность;
-
максимальная длительность.
Именно длительность подачи сигнала определяет, на какой угол повернется устройство, за счет чего и становится возможным управление всей системой. Электроника сравнивает фактическое положение рабочего вала с тем, которое закреплено в программе, при этом допустимы три различных состояния:
-
Нулевое. Оно указывает на 100-процентное совпадение и говорит о том, что оборудование не функционирует.
-
Превышение сигнала управления над базовым, что обеспечивает разворот в заданном направлении.
-
Превышение базового сигнала над управляющим, благодаря чему привод начинает двигаться в обратную сторону.
Из перечисленного можно вывести следующий алгоритм функционирования сервопривода:
-
Получение входной команды, к примеру, на корректировку угла.
-
Анализ полученной команды блоком управления, сопоставление ее с фактической информацией, собранной датчиками.
-
Выдача команды на основе анализа данных электронной платой. Этой командой может быть движение в заданном направлении по определенной траектории, увеличение или снижение производительности сервопривода, в зависимости от актуальных потребностей и задач.
Режимы функционирования
Работа сервоприводов возможна в одном из следующих режимов:
-
Обеспечение точности положения. В данном случае устройство сохраняет определенный угол отклонения вала, исключает его недопустимые колебания и смещения, что важно при выполнении операций, требующих особой точности. Управляющие импульсы передают данные как о пространственной позиции, так и о скорости движения, направлении вращения.
-
Поддержание заданной скорости вращения. В данном случае управление базируется на росте или снижении выраженности сигнала, а также смене его полярности, что позволяет активировать вращение в противоположном направлении.
-
Стабилизация крутящего момента. Сервопривод постоянно поддерживает определенную частоту вращения, независимости от плотности контакта с обрабатываемой заготовкой и других нагрузок, создающих дополнительное сопротивление. В этой ситуации применяются как дискретные сигналы, так и аналоговые, с двумя полярностями.
Классификация
Сервоприводы представлены множеством типов, при их классификации допустимо ориентироваться на различные показатели и характеристики. Например, в соответствии с видом установленного мотора допустимо следующее разделение:
-
Синхронные. Быстро выходят на необходимые обороты, отличаются стабильностью и точностью их поддержания. Востребованы в технологичных производственных отраслях, например, автомобилестроении и машиностроении. Также применяются на специализированной технике, занятой в транспортировке тяжелых грузов, масса которых превышает 100 килограммов.
-
Асинхронные. Особенность – максимальная точность позиционирования вала, независимо от нагрузки.
-
Универсальные. Такие сервоприводы укомплектованы коллекторными моторами типа AC или DC. Как и предыдущие, они используются, в основном, в производственных станках.
Также нужно учитывать габариты устройства, вид редуктора (оптимальный – шестигранный), материал, из которого изготовлены шестерни. Для небольших нагрузок подойдет сервопривод с полимерными шестернями, для более серьезных – с металлическими.
Важный момент – конструкция двигателя. Наиболее технологичными являются бесколлекторные решения, коллекторные аналоги с сердечниками дешевле, однако, в работе они менее точны, что объясняется посторонними вибрациями, выраженность которых увеличивается вместе с ростом оборотов. Впрочем, такие моторы дешевле, их применение вполне оправдано в областях, где точность не является определяющим фактором.
Преимущества и недостатки
Ближайшими аналогами сервоприводов можно назвать шаговые двигатели, однако, с точек зрения конструкции и принципа работы — это совершенно разные устройства. Практика показывает, что первые гораздо более технологичны и совершенны, характеризуются целым набором достоинств:
● Совместимость с любыми электромоторами.
● Постоянная точность работы, не зависящая от оставшегося эксплуатационного ресурса, степени износа подвижных элементов, контактирующих друг с другом, появления зазоров, потери изначальной плотности соединения.
-
Оперативное обнаружение проблем и сбоев за счет датчиков, предоставляющих постоянную обратную связь.
-
Бесшумность.
-
Отсутствие сторонних вибраций, за счет чего обеспечивается точность.
-
Более высокая производительность, интенсивность вращения сервопривода выше, нежели у шагового мотора.
-
Стабильный крутящий момент, не зависящий от сопротивления и нагрузки, что важно для выполнения некоторых операций, требующих особой точности.
-
Возможность внесения изменений в программу управления в реальном времени.
-
Экономичность, более рациональное использование энергоресурсов.
Минусы сервоприводов достаточно условны. Например, более высокая цена и сложность настройки компенсируются производительностью и надежностью, недоступными шаговым аналогам. Определенные вопросы возникают к моделям, шестерни которых выполнены не из металла, а из полимера, не обладающего достаточной прочностью и жесткостью, но их использование вполне оправдано в системах, где исключены значительные механические нагрузки.
Где они используются
Сервопривод универсален, благодаря чему подходит для использования в совершенно разных областях, в том числе:
-
Промышленное производство при помощи роботизированных станков, манипуляторов, управление возможно как вручную, так и автоматически, по заданным алгоритмам.
-
Сборка автомобилей, сервоприводы обеспечивают точность активации передач в трансмиссии, подачу технических жидкостей на приборы-потребители.
-
Сборка специализированной техники, в особенности – грузоподъемной, погрузчиков, манипуляторов, где приводы гарантируют точность, удобство выполнения погрузочно-разгрузочных операций.
Востребованы сервоприводы и в быту, позволяют наладить автоматизированную работу систем кондиционирования и отопления, теплых полов, вентиляторов.
