DC-servomoottori: Rakentaminen, työskentely, liitäntä Arduinoon ja sen sovelluksiin

A Servo moottori tai servo on yksi sähkömoottorityyppi, jota käytetään koneen osien pyörittämiseen erittäin tarkasti. Tämä moottori sisältää ohjauspiirin, joka antaa palautetta moottorin akselin nykyisestä sijainnista, joten tämä palaute mahdollistaa näiden moottoreiden pyörimisen erittäin tarkasti. Servomoottori on hyödyllinen kohteen pyörittämisessä tietyllä etäisyydellä tai kulmassa. Tämä moottori on luokiteltu kahteen tyyppiin: AC-servomoottori ja DC-servomoottori. Jos servomoottori käyttää tasavirtaa toimiakseen, moottoria kutsutaan DC-servomoottoriksi, kun taas jos se toimii AC-virralla, sitä kutsutaan AC-servomoottoriksi. Tämä opetusohjelma tarjoaa lyhyttä tietoa DC servomoottori – sovellusten parissa työskenteleminen.

Mikä on DC-servomoottori?

Servomoottoria, joka käyttää DC-sähkötuloa mekaanisen tehon, kuten asennon, nopeuden tai kiihtyvyyden, tuottamiseen, kutsutaan DC-servomoottoriksi. Yleensä tämän tyyppisiä moottoreita käytetään voimanlähteinä numeerisesti ohjatuissa koneissa, tietokoneissa ja monissa muissa missä tahansa käynnistyksessä ja pysäytyksessä. tarkasti ja nopeasti.

DC-servomoottorin rakentaminen ja työskentely

DC-servomoottori on rakennettu eri komponenteista, jotka on esitetty seuraavassa lohkokaaviossa. Tässä kaaviossa jokaista komponenttia ja sen toimintoja käsitellään alla.

Tässä käytetty moottori on tyypillinen tasavirtamoottori sisältäen sen kenttäkäämin, joka viritetään erikseen. Joten herätyksen luonteesta riippuen edelleen voidaan luokitella ankkuriohjatuiksi ja kenttäohjatuiksi servomoottoreiksi.

Tässä käytetty kuorma on yksinkertainen puhallin tai teollisuuskuorma, joka liitetään yksinkertaisesti moottorin mekaaniseen akseliin.

Tämän rakenteen vaihteisto toimii mekaanisena muuntimena ja muuttaa moottorin tehoa, kuten kiihtyvyyttä, asentoa tai nopeutta sovelluksesta riippuen.

Asentoanturin päätehtävä on saada palautesignaali, joka vastaa kuorman nykyistä sijaintia. Yleensä tämä on potentiometri, jota käytetään antamaan jännite, joka on verrannollinen moottorin akselin absoluuttiseen kulmaan vaihdemekanismin kautta.

Vertailutoiminto on vertailla asentoanturin o/p-arvoa ja vertailupistettä virhesignaalin tuottamiseksi ja sen lähettämiseksi vahvistimelle. Jos DC-moottori toimii tarkalla ohjauksella, virhettä ei ole. Asentoanturi, vaihteisto ja komparaattori tekevät järjestelmästä suljetun silmukan.

Vahvistimen tehtävänä on vahvistaa vertailijan virhe ja syöttää se tasavirtamoottoriin. Joten se toimii kuin suhteellinen ohjain aina, kun vahvistusta vahvistetaan nolla vakaan tilan virhettä varten.

Ohjattu signaali antaa sisääntulon PWM:lle (pulssinleveysmodulaattori) takaisinkytkentäsignaalista riippuen siten, että se moduloi moottorin tuloa tarkkaa ohjausta varten, muuten nolla vakaan tilan virhe. Lisäksi tämä pulssinleveysmodulaattori käyttää referenssiaaltomuotoa ja vertailijaa pulssien tuottamiseen.

Tekemällä suljetun silmukan järjestelmän saadaan kiihtyvyys, nopeus tai tarkka sijainti. Kuten nimestä voi päätellä, servomoottori on ohjattu moottori, joka tarjoaa ensisijaisen tehon takaisinkytkentä- ja ohjainefektin ansiosta. Virhesignaali yksinkertaisesti vahvistetaan ja sitä käytetään servomoottorin ohjaamiseen. Ohjaussignaalin ja pulssinleveysmodulaattorin luonteesta riippuen näissä moottoreissa on ylivoimaiset ohjausmenetelmät FPGA-siruilla tai digitaalisilla signaaliprosessoreilla.

DC-servomoottorin toiminta on; aina kun tulosignaali syötetään tasavirtamoottoriin, se pyörittää akselia ja vaihteita. Pohjimmiltaan siis vaihteiden pyöriminen syötetään takaisin asentoanturiin (potentiometriin), jonka nupit pyörivät ja muuttavat vastustaan. Aina kun vastusta muutetaan, jännite muuttuu, mikä on virhesignaali, joka syötetään ohjaimeen ja sen seurauksena PWM syntyy.

Lisätietoja DC-servomoottorityypeistä saat tästä linkistä: Eri tyyppiset servomoottorit .

DC-servomoottorin siirtotoiminto

Siirtofunktio voidaan määritellä o/p-muuttujan Laplace-muunnoksen (LT) suhteeksi LT ( Laplace-muunnos ) i/p-muuttujasta. Yleensä DC-moottori muuttaa energian sähköisestä mekaaniseksi. Ankkurin liittimissä syötetty sähköenergia muutetaan ohjatuksi mekaaniseksi energiaksi.

Alla on esitetty ankkuriohjattu DC-servomoottorin siirtotoiminto.

θ(s)/Va(s) = (K1/(Js2 + Bs)*(Las + Ra)) /1 + (K1KbKs)/(Js2 + Bs)*(Las+Ra)

Kenttäohjattu tasavirtaservomoottorin siirtotoiminto on esitetty alla.

θ(s)/Vf(s) = Kf / (sLf + Rf) * (s2J + Bs)

Ankkuriohjattu tasavirtaservomoottori tarjoaa erinomaisen suorituskyvyn suljetun silmukan järjestelmän ansiosta verrattuna kentällä ohjattuun tasavirtaservomoottoriin, joka on avoimen silmukan järjestelmä. Lisäksi vastenopeus on hidas kenttäohjausjärjestelmässä. Ankkuria ohjatussa tapauksessa ankkurin induktanssi on mitätön, kun taas kenttäohjauksessa se ei ole sama. Mutta Infield-ohjauksessa parannettu vaimennus ei ole saavutettavissa, kun taas ankkuriohjauksessa se voidaan saavuttaa.

Tekniset tiedot

DC-servomoottori tarjoaa suorituskykyä koskevia tietoja, jotka sisältävät seuraavat tiedot. Nämä tekniset tiedot on sovitettava sovelluksen kuormitustarpeiden mukaan moottorin oikean koon saamiseksi.

• Akselin nopeus määrittelee yksinkertaisesti nopeuden, jossa akseli pyörii, ilmaistaan ​​kierroslukuina (kierrokset minuutissa).
• Yleensä valmistajan tarjoama nopeus on o/p-akselin tyhjäkäyntinopeus tai nopeus, jossa moottorin lähtömomentti on nolla.
• Liitinjännite on moottorin suunnittelujännite, joka määrää moottorin nopeuden. Tätä nopeutta ohjataan yksinkertaisesti lisäämällä tai vähentämällä moottoriin syötettyä jännitettä.
• Pyörimisvoima, kuten vääntömomentti, syntyy tasavirtaservomoottorin akselista. Joten tämän moottorin vaadittava vääntömomentti määräytyy yksinkertaisesti kohdesovelluksessa koettujen eri kuormien nopeus-vääntömomenttiominaisuuksien perusteella. Näitä vääntömomentteja on kahta tyyppiä käynnistysmomentti ja jatkuva vääntömomentti.
• Käynnistysmomentti on vääntömomentti, joka vaaditaan servomoottoria käynnistettäessä. Tämä vääntömomentti on yleensä suurempi kuin jatkuva vääntömomentti.
• Jatkuva vääntömomentti on ulostulomomentti, joka on moottorin kapasiteetti vakiokäyttöolosuhteissa.
• Näillä moottoreilla on oltava riittävä nopeus- ja vääntömomenttikapasiteetti sovellukseen, mukaan lukien 20–30 %:n marginaali kuormitustarpeiden ja moottorin nimellisarvojen välillä luotettavuuden varmistamiseksi. Kun nämä marginaalit ylittävät liikaa, kustannustehokkuus vähenee Faulhaberin 12 V DC Coreless DC -servomoottorin tekniset tiedot ovat:
• Vaihteiston suhde on 64:l Planetaarinen kolmivaiheinen vaihdelaatikko.
• Kuormitusvirta on 1400 mA.
• Teho on 17W.
• Nopeus on 120 rpm.
• Ei kuormitusta virta on 75mA.
• Enkooderin tyyppi on optinen.
• Anturin resoluutio on O/P-akselin 768 CPR.
• Halkaisija on 30 mm.
• Pituus on 42 mm.
• Kokonaispituus on 85 mm.
• Akselin halkaisija on 6 mm.
• Akselin pituus on 35 mm.
• Kiinnitysmomentti on 52 kgcm.

Ominaisuudet

The DC-servomoottorin ominaisuudet Sisällytä seuraavat.

• DC-servomoottorin rakenne on samanlainen kuin kestomagneetti tai erikseen viritetty tasavirtamoottori.
• Tämän moottorin nopeudensäätö tapahtuu säätämällä ankkurijännitettä.
• Servomoottorissa on korkea ankkurivastus.
• Se tarjoaa nopean vääntömomentin vasteen.
• Askelmuutos ankkurijännitteen sisällä saa aikaan nopean muutoksen moottorin nopeuteen.

AC-servomoottori vs DC-servomoottori

Ero DC-servomoottorin ja AC-servomoottorin välillä sisältää seuraavat.

DC-servomoottorin liitäntä Arduinon kanssa

DC-servomoottorin ohjaamiseen tarkassa ja vaaditussa kulmassa voidaan käyttää Arduino-korttia / mitä tahansa muuta mikro-ohjainta. Tässä kortissa on analoginen o/p, joka tuottaa PWM-signaalin kääntääkseen servomoottorin tarkkaan kulmaan. Voit myös siirtää servomoottorin kulma-asentoa potentiometrillä tai painikkeilla Arduinon avulla.

Servomoottoria voidaan ohjata myös helposti saatavilla olevalla infrapunakaukosäätimellä. Tämä kaukosäädin auttaa siirtämään tasavirtaservomoottoria tiettyyn kulmaan tai lisäämään tai pienentämään moottorin kulmaa lineaarisesti infrapunakaukosäätimellä.

Täällä keskustelemme siitä, kuinka servomoottoria liikutetaan infrapunakaukosäätimellä käyttämällä Arduinoa tietyssä kulmassa ja myös servomoottorin kulmaa lisäämällä tai vähentämällä kaukosäätimellä myötä- ja vastapäivään. Alla on esitetty DC-servomoottorin liitäntäkaavio Arduinon ja IR-kaukosäätimen kanssa. Tämän rajapinnan liitännät ovat seuraavat:

Tämä liitäntä käyttää pääasiassa kolmea olennaista komponenttia, kuten tasavirtaservomoottoria, Arduino-korttia ja TSOP1738 IR-anturia. Tässä anturissa on kolme liitintä, kuten Vcc, GND ja lähtö. Tämän anturin Vcc-liitin on kytketty Arduino Uno -kortin 5 V:iin, tämän anturin GND-liitin on kytketty Arduino-kortin GND-liittimeen ja lähtöliitin on kytketty Arduino-levyn nastaan ​​12 (digitaalinen tulo).

Digitaalinen lähtönasta 5 kytketään yksinkertaisesti servomoottorin signaalitulonastan moottorin käyttämiseksi
Tasavirta-servomoottori + ve-nasta annetaan ulkoiselle 5V-syötölle ja servomoottorin GND-nasta annetaan Arduinon GND-nastalle.

Työskentely

IR-kaukosäätimellä voidaan suorittaa kaksi toimintoa 30 astetta, 60 astetta ja 90 astetta sekä moottorin kulman suurentamiseen/vähentämiseen 0:sta 180 asteeseen.

Kaukosäätimessä on monia painikkeita, kuten numeropainikkeita (0-9), painikkeita kulman säätöön, nuolinäppäimiä, ylös/alas painikkeita jne. Kun mitä tahansa numeropainiketta 1-5 painetaan, tasavirtaservomoottori siirtyy siihen. tarkka kulma ja kun kulma ylös/alas -painiketta painetaan, moottorin kulma voidaan asettaa tarkasti ±5 asteeseen.

Kun painikkeet on päätetty, näiden painikkeiden koodit on purettava. Kun mitä tahansa kaukosäätimen painiketta painetaan, se lähettää yhden koodin vaaditun toiminnon suorittamiseksi. Näiden etäkoodien purkamiseen käytetään IR-etäkirjastoa Internetistä.

Lataa seuraava ohjelma Arduinoon ja liitä IR-anturi. Aseta nyt kaukosäädin IR-anturia kohti ja paina painiketta. Sen jälkeen avaa sarjamonitori ja seuraa painetun painikkeen koodia numeroiden muodossa.

Arduino koodi

#include // lisää IR-etäkirjasto
#include // lisää servomoottorikirjasto
Palvelupalvelu1;
int IRpin = 12; // IR-anturin pin
int moottori_kulma=0;
IRrecv irrecv(IRpin);
decode_results tulokset;
void setup()
{
Serial.begin(9600); // alusta sarjaliikenne
Serial.println('IR-kaukosäätävä servomoottori'); // näytä viesti
irrecv.enableIRIn(); // Käynnistä vastaanotin
servo1.attach(5); // ilmoittaa servomoottorin nasta
servo1.write(moottorin_kulma); // siirrä moottori 0 asteeseen
Serial.println('Servomoottorin kulma 0 astetta');
viive (2000);
}
void loop()
{
while(!(irrecv.decode(&results))); // odota, kunnes mitään painiketta ei paineta
if (irrecv.decode(&results)) // kun painiketta painetaan ja koodi vastaanotetaan
{
if(results.value==2210) // tarkista, onko numeroa 1 painettu
{
Serial.println('servomoottorin kulma 30 astetta');
moottori_kulma = 30;
servo1.write(moottorin_kulma); // siirrä moottori 30 asteeseen
}
else if(results.value==6308) // jos numero 2 -painiketta painetaan
{
Serial.println('servomoottorin kulma 60 astetta');
moottori_kulma = 60;
servo1.write(moottorin_kulma); // siirrä moottori 60 asteeseen
}
else if(results.value==2215) // samoin kaikille numeropainikkeille
{
Serial.println('servomoottorin kulma 90 astetta');
moottori_kulma = 90;
servo1.write(moottorin_kulma);
}
else if(results.value==6312)
{
Serial.println('servomoottorin kulma 120 astetta');
moottori_kulma = 120;
servo1.write(moottorin_kulma);
}
else if(results.value==2219)
{
Serial.println('servomoottorin kulma 150 astetta');
moottori_kulma = 150;
servo1.write(moottorin_kulma);
}
else if(results.value==6338) // jos äänenvoimakkuuden lisäyspainiketta painetaan
{
jos(moottorin_kulma<150) moottorin_kulma+=5; // lisää moottorin kulmaa
Serial.print('Moottorikulma on');
Serial.println(moottorin_kulma);
servo1.write(moottorin_kulma); // ja siirrä moottori tähän kulmaan
}
else if(results.value==6292) // jos äänenvoimakkuuden vähennyspainiketta painetaan
{
jos(moottori_kulma>0) moottori_kulma-=5; // pienennä moottorin kulmaa
Serial.print('Moottorikulma on');
Serial.println(moottorin_kulma);
servo1.write(moottorin_kulma); // ja siirrä moottori tähän kulmaan
}
viive (200); // odota 0,2 sekuntia
irrecv.resume(); // ole taas valmis vastaanottamaan seuraavan koodin
}
}

DC-servomoottorin syöttö tulee ulkoisesta 5V:sta & IR-anturin & Arduino-levyn syöttö USB:stä. Kun servomoottorille on annettu teho, se siirtyy 0 asteeseen. Sen jälkeen sarjanäytössä näkyy viesti 'servomoottorin kulma on 0 astetta'.

Nyt kaukosäätimessä, kun painiketta 1 painetaan, tasavirtaservomoottori liikkuu 30 astetta. Vastaavasti, kun painikkeita, kuten 2, 3, 4 tai 5, painetaan, moottori liikkuu halutuissa kulmissa, kuten 60 astetta, 90 astetta, 120 astetta tai 150 astetta. Nyt sarjamonitori näyttää servomoottorin kulma-asennon muodossa 'servomoottorin kulma xx astetta'.

Kun äänenvoimakkuuden lisäyspainiketta painetaan, moottorin kulma kasvaa 5 astetta, mikä tarkoittaa, että jos se on 60 astetta, se siirtyy 65 asteeseen. Joten uuden kulman sijainti näytetään sarjanäytössä.

Samoin, kun kulma alas -painiketta painetaan, moottorin kulmaa pienennetään 5 astetta, mikä tarkoittaa, että jos kulma on 90 astetta, se siirtyy 85 asteeseen. IR - kaukosäätimen signaali havaitaan IR - anturilla . Jos haluat tietää, miten se tunnistaa ja kuinka IR-anturi toimii, napsauta tässä

Joten uuden kulman sijainti näytetään sarjanäytössä. Siksi voimme helposti ohjata tasavirtaservomoottorin kulmaa Arduino- ja IR-kaukosäätimellä.

Jos haluat tietää, miten DC-moottori liitetään 8051-mikrokontrolleriin, napsauta tässä

DC-servomoottorin edut

The DC-servomoottorien edut Sisällytä seuraavat.

• DC-servomoottorin toiminta on vakaa.
• Näillä moottoreilla on paljon suurempi lähtöteho kuin moottorin koko ja paino.
• Kun nämä moottorit käyvät suurilla nopeuksilla, ne eivät aiheuta ääntä.
• Tämä moottorin toiminta on tärinä- ja resonanssivapaata.
• Tämän tyyppisillä moottoreilla on korkea vääntömomentin ja hitaussuhteen suhde ja ne pystyvät vastaanottamaan kuormia erittäin nopeasti.
• Niillä on korkea hyötysuhde.
• He antavat nopeita vastauksia.
• Nämä ovat kannettavia ja kevyitä.
• Neljän kvadrantin toiminta on mahdollista.
• Suurilla nopeuksilla nämä ovat kuuluvasti hiljaisia.

The DC-servomoottorien haitat Sisällytä seuraavat.

• DC-servomoottorin jäähdytysmekanismi on tehoton. Joten tämä moottori saastuu nopeasti, kun se tuuletetaan.
• Tämä moottori tuottaa suurimman lähtötehon suuremmalla vääntömomentin nopeudella ja vaatii säännöllistä vaihteistoa.
• Nämä moottorit voivat vaurioitua ylikuormituksen vuoksi.
• Niillä on monimutkainen rakenne ja ne tarvitsevat kooderin.
• Nämä moottorit tarvitsevat viritystä takaisinkytkentäsilmukan vakauttamiseksi.
• Se vaatii huoltoa.

DC-servomoottorisovellukset

The DC-servomoottorien sovellukset Sisällytä seuraavat.

• DC-servomoottoreita käytetään työstökoneissa metallin leikkaamiseen ja muotoiluun.
• Niitä käytetään antennien sijoitteluun, painamiseen, pakkaamiseen, puuntyöstöön, tekstiileihin, langan tai köyden valmistukseen, CMM:iin (Coordinate Measuring Machines), materiaalien käsittelyyn, lattian kiillotukseen, ovien avaamiseen, X-Y-pöytään, lääketieteellisiin laitteisiin ja kiekkojen kehruuun.
• Näitä moottoreita käytetään lentokoneiden ohjausjärjestelmissä, joissa tila- ja painorajoitukset edellyttävät moottoreita tuottamaan suurta tehoa kullekin yksikkötilavuudelle.
• Näitä voidaan käyttää silloin, kun tarvitaan suurta käynnistysmomenttia, kuten puhallinkäytöt ja tuulettimet.
• Niitä käytetään myös pääasiassa robotiikassa, ohjelmointilaitteissa, sähkömekaanisissa toimilaitteissa, työstökoneissa, prosessiohjaimissa jne.

Tämä on siis yleiskatsaus dc:stä servomoottori toimii sovellusten kanssa. Näitä servomoottoreita käytetään eri teollisuudenaloilla tarjoamaan ratkaisu moniin mekaanisiin liikkeisiin. Näiden moottoreiden ominaisuudet tekevät niistä erittäin tehokkaita ja tehokkaita. Tässä on kysymys sinulle, mikä on AC-servomoottori?