Устройство сервоприводов постоянного тока

В основном сервомоторы постоянного тока можно встретить в устройствах позиционирования, которые не отличаются большой мощностью. Стандартная сфера их применения — робототехника.  

Конструкция современных сервоприводов отличается простотой, но при этом она довольна эффективна, поскольку с ее помощью можно обеспечить как можно более точное управление движением. В конструкцию сервопривода входят:

• двигатель постоянного тока;
• шестерни редуктора;
• выходной вал;
• потенциометр;
• плата управления, на которую происходит подача управляющего сигнала.

Двигатель и редуктор образуют привод. Редуктор используется с целью снижения скорости вращения двигателя, которую надо приспособить для практического использования. К выходному валу редуктора крепится требуемая нагрузка. Это может быть качалка, вращающийся вал, механизмы тянущего или толкающего типа.

Чтобы угол поворота преобразовать в электрический сигнал, требуется датчик. Его функции в сервоприводе постоянного тока выполняет потенциометр. Он выдает аналоговый сигнал (в основном в диапазоне 0-10В) с дискретностью, которая ограничена аналогово-цифровым преобразователем — на него и поступает данный сигнал.

Наиболее важный элемент сервомотора — электронная плата сервоусилителя. На нее возложена функция принятия и анализа управляющих импульсов, соотношения их данными потенциометра. Помимо этого, именно ответственна на включение/выключение силового агрегата.

Принцип работы

Серводвигатель для станка отличается принципом работы. Он основывается на применении импульсного сигнала, у которого 3 важных аппарата: 

• частота повторений;
• минимальная продолжительность;
• максимальная продолжительность.

Угол поворота двигателя определяется продолжительностью импульса.

Импульсные сигналы, получаемые на сервомотор, стандартной частоты, в их продолжительность находится в диапазоне 0,8-2,2 мс, что зависит от модели прибора. Одновременно с поступлением управляющего импульса происходит активация работы генератора опорного импульса, связанного с потенциометром. У этого изделия механическое сопряжение с выходным валом. Помимо этого, потенциометр ответственен за изменения положения.

Анализ импульсов в зависимости от длительности происходит в электронной схеме. На базе разностной величины определяет разницу между заданным положением вала и измеренным потенциометром. После этого осуществляется корректировка посредством подачи напряжения на питание двигателя.

Рассмотрим серводвигатель постоянного тока 80SYT004F 01. Его габариты составляют 86 мм, встраиваемые в серводвигатели энкодеры совершают 512 импульсов за оборот. Максимальное напряжение этой модели составляет 90В, наибольший ток фазы равен 20А. Весит данное устройство 4,2 кг.

Сервомоторы встречаются в таких оборудованиях:

• промышленные роботы;
• станки с ЧПУ;
• швейные машинки для производства;
• полиграфическая техника;
• измерительные приборы.    

Режимы управления

Сервопривод переменного тока может работать в одном из трех режимах. 

1. Режим управления положением. Главное в этом случае контролировать угол поворота вала ротора. Управление осуществляется последовательностью импульсов. Данный режим используется, чтобы точно позиционировать разные узлы техоборудования.Комбинация импульсов для управления положением может передавать данные не только по положению, но и по скорости и направлению вращения двигателя. Для этого могут использоваться три типа сигналов: квадратурные импульсы, импульсы вращения по или против часовой стрелки, действующие поочередно, импульсы скорости и потенциал направления, подающиеся на два входа. Зачастую во всех сервоусилителях входы управления определны так: PULSE, SIGN.
2. Режим управления скоростью. В данном случае управление осуществляется аналоговым сигналом. Значения скорости тоже могут переключаться на фиксированные величины подачей сигналов на нужные дискретные входы. В случае использования разнополярного аналогового управляющего сигнала есть возможность изменить направление вращения серводвигателя. Режим управления скоростью напоминает работу асинхронного двигателя, которому правляет преобразователь частоты. Задаются время разгона и замедления, максимальная и минимальная скорости и пр.
3. Режим управления моментом. В данном режиме двигатель может вращаться или стоять на месте, но при этом момент на валу будет заданным. Управлением может управлять дискретный или аналоговый двухполярный сигнал. Этот режим может использоваться для машин, где требуется менять усилие прижима, давление и пр.

Оценка текущего момента двигателя, нужного для управления, производится благодаря встроенному датчику тока.