Как работает сервопривод и что там внутри?

Что такое серводвигатель?

Сервомотор — это электрическое устройство, которое может толкать или вращать объект с большой точностью. Если вы хотите вращать и перемещать объекты с определенными углами или расстояниями, вы используете сервомотор. Он просто состоит из простого двигателя, который проходит через сервомеханизм. Если используется двигатель с питанием от постоянного тока, то он называется сервомотором постоянного тока, и если он работает от переменного тока, то он называется серводвигателем переменного тока. Мы можем получить сервомотор с очень высоким крутящим моментом в небольших и легких упаковках. До этого они используются во многих приложениях, таких как игрушечный автомобиль, вертолеты и самолеты RC, робототехника, машина и т. д.

Сервопривод

Сервомеханизм

Он состоит из трех частей:

  • Контроллер
  • Выходной датчик
  • Система обратной связи

Это замкнутая система, в которой для управления движением и конечным положением вала используется система положительной обратной связи. При этом устройство управляется посредством сигнала обратной связи, генерируемого посредством сравнения выходного сигнала и опорного входного сигнала.

Здесь опорный входной сигнал сравнивается с опорным выходным сигналом, а третий сигнал формируется системой обратной связи. И этот третий сигнал действует как входной сигнал для управляющего устройства. Этот сигнал присутствует, пока генерируется сигнал обратной связи, или существует разница между опорным входным сигналом и опорным выходным сигналом. Таким образом, главная задача сервомеханизма — поддерживать выход системы при желательном значении при наличии шумов.

Принцип работы сервомоторов

Сервопривод состоит из двигателя (постоянного или переменного тока), потенциометра, редуктора и схемы управления. Прежде всего, мы используем редуктор для уменьшения оборотов и увеличения крутящего момента двигателя. Скажем, в исходном положении вала серводвигателя положение ручки потенциометра таково, что на выходном порте потенциометра нет электрического сигнала. Теперь электрический сигнал подается на другой входной сигнал усилителя детектора ошибок. Теперь разница между этими двумя сигналами, одна из которых исходит от потенциометра, а другая — от другого источника, будет обработана в механизме обратной связи, и выход будет предоставлен в виде сигнала ошибки. Этот сигнал ошибки действует как вход для двигателя, и двигатель начинает вращаться. Теперь вал электродвигателя соединен с потенциометром, а так как двигатель вращается так, что потенциометр будет генерировать сигнал. Так как угловое положение потенциометра изменяется, его выходной сигнал обратной связи изменяется. Через некоторое время положение потенциометра достигает положения, при котором выход потенциометра будет таким же, как и внешний сигнал. При этом условии выходного сигнала от усилителя на вход двигателя не будет, поскольку нет никакой разницы между внешним приложенным сигналом и сигналом, генерируемым на потенциометре, и в этой ситуации двигатель перестает вращаться.

Управление серводвигателем:

Все двигатели имеют три провода, выходящие из них. Из которых два будут использоваться для питания (положительные и отрицательные), и один будет использоваться для сигнала, который должен быть отправлен из MCU.

Серводвигатель управляется PWM (импульсом с модуляцией), который обеспечивается управляющими проводами. Существует минимальный импульс, максимальный импульс и частота повторения. Сервомотор может поворачиваться на 90 градусов с любого направления в нейтральное положение. Сервомотор ожидает увидеть импульс каждые 20 миллисекунд (мс), и длина импульса определит, насколько сильно двигатель вращается. Например, импульс 1,5 мс заставит двигатель поворачиваться в положение 90 °, например, если импульс короче 1,5 мс, то он перемещается на 0 °, а если он превышает 1,5 мс, то он переключит сервопривод на 180 °.

Сервомотор работает по принципу PWM (широтно-импульсная модуляция), его угол поворота контролируется длительностью применяемого импульса до его ПИН-кода управления. В основном сервомотор состоит из двигателя постоянного тока, который управляется переменным резистором (потенциометром) и некоторыми передачами. Высокая скорость двигателя постоянного тока преобразуется в крутящий момент с помощью Gears. Мы знаем, что WORK = FORCE X DISTANCE, в двигателе постоянного тока меньше, а расстояние (скорость) велико, а в сервоприводе сила выше, а расстояние меньше. Потенциометр подключен к выходному валу сервопривода, чтобы рассчитать угол и остановить двигатель постоянного тока на требуемом угле.

Фазы сервомотора

Сервомотор можно поворачивать от 0 до 180 градусов, но он может достигать 210 градусов, в зависимости от производства. Эту степень вращения можно контролировать, применяя электрический импульс соответствующей ширины, к его управляющему выводу. Servo проверяет импульс каждые 20 миллисекунд. Пульс шириной 1 мс (1 миллисекунда) может вращать сервопривод до 0 градусов, 1,5 мс может вращаться до 90 градусов (нейтральное положение) и импульс 2 мс может вращать его до 180 градусов.

Похожие публикации

Комментарии