Co je servo, servo řízení

Servopohon je pohon, jehož přesné řízení se provádí prostřednictvím negativní zpětné vazby a umožňuje tak dosáhnout potřebných parametrů pohybu pracovního tělesa.

Mechanismy tohoto typu mají snímač, který hlídá konkrétní parametr, například rychlost, polohu nebo sílu, a dále řídicí jednotku (mechanické tyče nebo elektronický obvod), jejímž úkolem je automaticky udržovat požadovaný parametr během provozu zařízení. v závislosti na signálu ze senzoru v libovolném okamžiku.

Počáteční hodnota provozního parametru se nastavuje například pomocí ovladače knoflík potenciometru nebo pomocí jiného externího systému, kde se zadává číselná hodnota. Servopohon tedy automaticky provede přidělenou úlohu — v závislosti na signálu ze snímače přesně upraví nastavený parametr a udržuje jej na pohonu stabilní.

Mnoho zesilovačů a regulátorů s negativní zpětnou vazbou lze nazvat servy.Například servopohony zahrnují brzdění a řízení v automobilech, kde má ručně ovládaný zesilovač nutně negativní zpětnou vazbu polohy.

Hlavní komponenty serva:

• Pohonná jednotka;

• Senzor;

• Řídící jednotka;

• Konvertor.

Jako pohon lze použít například pneumatický válec s tyčí nebo elektromotor s převodovkou. Senzor zpětné vazby může být kodér (snímač úhlu) nebo například Hallův senzor… Řídicí jednotka — samostatný invertor, frekvenční měnič, servozesilovač (anglicky Servodrive). Řídicí zařízení může okamžitě obsahovat snímač řídicího signálu (převodník, vstup, otřesový snímač).

Řídicí jednotka elektrického servopohonu je ve své nejjednodušší podobě založena na obvodu pro porovnávání hodnot nastavených signálů a signálu přicházejícího ze zpětnovazebního snímače, v důsledku čehož je přiváděno napětí příslušné polarity. k elektromotoru.

Pokud je požadována plynulá akcelerace nebo plynulá decelerace, aby se zabránilo dynamickému přetížení elektromotoru, pak se uplatňují složitější řídicí schémata založená na mikroprocesorech, která dokážou pracovní těleso přesněji polohovat. Tak je například uspořádáno zařízení pro umístění hlav na pevných discích.

Přesného řízení skupin nebo jednotlivých servopohonů je dosaženo pomocí CNC řídicích jednotek, které mimochodem mohou být postaveny na programovatelných logických automatech. Servopohony založené na těchto regulátorech dosahují výkonu 15 kW a mohou vyvinout točivý moment až 50 Nm.

Rotační servopohony jsou synchronní s možností extrémně přesného nastavení rychlosti otáčení, úhlu natočení a zrychlení a asynchronní, kde jsou otáčky velmi přesně udržovány i při extrémně nízkých otáčkách.

Synchronní servomotory jsou schopny velmi rychle zrychlit na jmenovité otáčky. Běžná jsou také kruhová a plochá lineární serva, která umožňují zrychlení až 70 m/s².

Obecně se servozařízení dělí na elektrohydromechanické a elektromechanické. U prvního je pohyb generován systémem píst-válec a odezva je velmi vysoká.Ten druhý používá jednoduše elektromotor s převodovkou, ale výkon je o řád nižší.

Rozsah použití servopohonů je dnes velmi široký, díky možnosti extrémně přesného polohování pracovního tělesa.

Jsou zde mechanické zámky, ventily a pracovní tělesa různých nástrojů a obráběcích strojů zejména s CNC, včetně automatů pro tovární výrobu desek plošných spojů a různých průmyslových robotů a mnoha dalších přesných nástrojů. Vysokorychlostní servomotory jsou u modelů letadel velmi oblíbené. Zejména servomotory se vyznačují charakteristickou rovnoměrností pohybu a účinností z hlediska spotřeby energie.

Třípólové komutátorové motory se původně používaly jako pohony pro servomotory, kde rotor obsahoval vinutí a stator permanentní magnety. Měl také sběrací kartáč. Později se počet cívek zvýšil na pět a točivý moment se zvýšil a zrychlení se zrychlilo.

Další fáze vylepšení — vinutí byla umístěna mimo magnety, takže hmotnost rotoru byla snížena a doba zrychlení byla zkrácena, ale náklady se zvýšily. V důsledku toho byl podniknut klíčový krok ke zlepšení — opustili rozdělovač (zejména se rozšířily rotorové motory s permanentními magnety) a motor se ukázal jako bezkomutátorový, ještě účinnější, protože zrychlení, rychlost a točivý moment byly nyní ještě vyšší.

Servomotory jsou v posledních letech velmi oblíbené. Ovládá Arduino, která otevírá široké možnosti jak pro amatérské letectví a robotiku (kvadrokoptéry apod.), tak pro tvorbu přesných kovoobráběcích strojů.

Konvenční servomotory většinou používají k provozu tři vodiče. Jeden z nich je pro napájení, druhý je signál, třetí je společný. Na signální vodič je přiveden řídící signál, podle kterého je nutné upravit polohu výstupního hřídele. Polohu hřídele určuje obvod potenciometru.

Ovladač prostřednictvím odporu a hodnoty řídicího signálu určuje, kterým směrem je třeba otočit, aby hřídel dosáhla požadované polohy. Čím vyšší je napětí odebrané z potenciometru, tím větší je točivý moment.

Díky vysoké energetické účinnosti, přesným ovládacím schopnostem a vynikajícímu výkonu se servopohony založené na bezkomutátorových motorech stále častěji nacházejí v hračkách, domácích spotřebičích (vysavače pro vysoké zatížení s HEPA filtry) a průmyslových zařízeních.