Что такое сервопривод: как он работает и как им управлять?

Содержание статьи:

1. Сервопривод переменного тока
2. Режимы работы сервопривода переменного тока
3. Как устроены приборы постоянного тока
4. Принцип работы сервопривода
5. Особенности
6. Рекуперация

Cервоприводом называется мотор, который управляется посредством отрицательной обратной связи по определенным критериям. Сервоприводы по принципу работы бывают работающими с постоянным током и в трех фазах с переменным. У них есть датчик для фиксации значений заданных параметров, двигатель и управляющий модуль.

Сервопривод переменного тока

В устройствах работает синхронный двигатель с постоянными магнитами высокой мощности. Ротор вращается с частотой оборота магнитного поля, который наводится в обмотке статора.

Сервопривод на базе трехфазного синхронного двигателя работает следующим образом. На обмотки статора подается 3-фазное напряжение формирующее вращающееся магнитное поле. При контакте с постоянными магнитами в роторе оно обеспечивает вращение ротора со своей частотой.

Энкодер на роторном валу подает сигнал сервоусилителю. Одновременно на вход поступает управляющий сигнал. При сравнении сигналов формируется сигнал рассогласования, соответствующий разнице между необходимыми и реальными параметрами вращения двигателя. В итоге создается трехфазное напряжение с параметрами, обеспечивающими скорейшее сокращение рассогласования.

Режимы работы сервопривода переменного тока

Режим управления положением

Применяется для точного позиционирования элементов оборудования. При таком режиме контролируется угол поворота роторного вала. Серия импульсов может информировать о позиционировании, скорости, направленности движения мотора. Возможны сигналы трех типов:

• квадратурные импульсы (фазы сдвигаются на 90 градусов),
• кругового вращения поочередно в ту или иную сторону,
• скорости и направления.

Режим управления скоростью

Реализуется аналоговым сигналом. Скорость переключается подачей управляющих сигналов. При использовании управляющего сигнала различной полярности двигатель может поменять направление вращения. В данном режиме задаются такие параметры вроде разгона и замедления, наибольшая и наименьшая скорости.

Режим управления моментом

Мотор в таком режиме вращается или неподвижен, притом момент на валу задан. Устройство управляется дискретным или аналоговым сигналом двойной полярности. Текущий момент мотора оценивается с помощью датчика тока.

Как устроены приборы постоянного тока

Такие агрегаты обычно применяют в устройствах малой мощности, традиционно — в робототехнике. Устройство сервоприводов постоянного тока простое, но позволяет прибору эффективно работать, потому что обеспечивает наиболее точное управление движением.

Элементы сервопривода:

• шестерня редуктора,
• мотор постоянного тока,
• выходной вал,
• потенциометр,
• принимающая сигнал плата управления.

Привод формируют мотор и редуктор, который позволяет снизить скорость вращения мотора и сделать ее приемлемой для эксплуатации. К валу редуктора прикрепляется нагрузка — качалка, подвижный вал, толкающие механизмы.

Для преобразования в электросигнал угла поворота требуется датчик. Функции датчика реализует потенциометр, выдающий аналоговый сигнал с дискретностью, которую допускает принимающий сигнал АЦП.

Сердце сервопривода — электронная плата усилителя, принимающая и анализирующая импульсы управления. Устройство соотносит поступающие импульсы с данными потенциометра, запускает и отключает мотор.

Принцип работы сервопривода

Прибор задействует импульсный сигнал с такими параметрами, как частота повторения, минимум и максимум импульсной длительности от которой зависит угол поворота мотора.

Поступающие приводу импульсные сигналы со стандартной частотой, но их длительность варьируется в пределах 0,8-2,2 мс. По мере поступления управляющего импульса активнее генератор опорного импульса, связанный с потенциометром. Последний соединен с выходным валом, положение которого корректирует.

Электронная плата проводит анализ импульсов, учитывая длительность. На базе разностной величины она выявляет разницу между номинальным и реальным позиционированием вала. Реальное положение измеряется потенциометром. Позиционирование вала корректируется через подачу напряжения мотору.

Особенности

При совпадении длительности опорного и управляющего импульсов наблюдается нулевой момент. Тогда приводной мотор не работает, вал неподвижен.

С ростом продолжительности управляющего импульса этот рост фиксируется на плате, мотор получает напряжение и начинает двигаться. Редуктор передает импульс выходному валу. А тот вращается так, чтобы длительность опорного импульса увеличилась. При уравнивании опорного импульса с управляющим мотор останавливается.

При сокращении продолжительности управляющего импульса процесс тот же, но инверсный. Ведь мотор вращается в обратном направлении. Он останавливается при уравнивании импульсов.

Рекуперация

Когда направление (знак) момента нагрузки меняется относительно вращающего момента, говорят о процессе рекуперации. Если ее энергия небольшая, то скапливается на конденсаторах элемента постоянного тока, усиливая напряжение. При существенной разнице моментов нагрузки и двигателя напряжение на конденсаторах способно превысить пороговую величину. Тогда энергия рекуперации направляется в резистор торможения.

Сервопривод для контроля параметров оборудования, поддержания его правильной работы вы можете приобрести в компании «Эффективное производство».