Slovo SERVO ( Latinské Servus) znamená otroka. Slovo servo poskytuje velmi široký výklad. Zde se budeme pouze zabývat elektrickým servosystémem.
Typické servo se skládá z následujících částí:
• Servomotor
• Zdroj vstupního signálu pro nastavení rychlosti a /nebo pozice
• Pohonná elektronika
• Řídící elektronika
Pohonná – silová - elektronika je často nazývána servozesilovač a spolu s řídící elektronikou má úkol neustále kontrolovat hodnotu vstupního signálu a provést korekci skutečné rychlosti , aby rozdíl mezi skutečnou a požadovanou hodnotou byla co nejmenší. Hranici mezi silovou částí a řídící elektronikou je někdy obtížné určit, protože většina zesilovačů se také obsahuje řídící elektroniku.
Většina servopohonů dnes obsahuje take PLC jednotku. Toto je specifické pro jednotlivé výrobce a nebudeme se tím zde zabývat.
Servo systém se skládá ze dvou nebo tří řídících obvodů (smyček ):
1. Proudová smyčka, velmi rychlý vnitřní obvod, který řídí proud do vinutí motoru, a tím přímo ovlivňuje točivý moment motoru.
2. Rychlostní smyčka je nadřazená proudové smyčce. Zde vstupuje do systému nějaká forma externího senzoru, např. stejnosměrný tachogenerátor. Signál z tachogenerátoru je údaj o skuteřné rychlosti . Ten se srovnáná s hodnotou požadované hodnoty, která může pocházet z potenciometru, řídícího systému nebo polohovacího systému. Tato smyčka je pomalejší než proudová smyčka. Touto kombinací se získá rychlostní servo pro přesnou regulaci rychlosti ve velkém regulačním rozsahu.
3. Polohovací smyčka srovnává skutečnou hodnotu z pozičního senzoru s požadovanou hodnotou a řídí proudovou a rychlostnísmyčku aby bylo dosaženo minimální odchylky.
Proudová smyčka je často zcela proporcionální. To se dobře hodí, jelikož rychlá reakce je důležitější než aby aktuální hodnota produ byla zcela přesná.
Rychlostní smyčka má často interující trend, aby zajistila stabilní a přesné otáčky. Smyčce velmi usnadňuje práci pokud je rychlost je rychlost tak blízko očekávané rychlosti, jak je to jen možné. Rychlostní smyčka mívá filtr kterým lze snížit účinek nedostatečné mechanické tuhosti nebo mezery mezi dvěma osami poháněného systému.
Polohová smyčka obsahuje často několik termínů: proporcionální, integrální, diferenciální, rychlostně - feedforward a někdy i další varianty, které výrobcem systému bylo zjištěno, že dávají dobré výsledky. Polohová smyčka je nejpomalejší ze všech. Je nadřazená všem ostatním , a musí proto počkat na výsledek změn v rychlostní smyčce než múže vydat pokyny pro hodnoty pozice.
Je dobré si uvědomit, že servo je systém řízený odchylkami . Je tedy nutné mít odchylku mezi skutečnou a požadovanou hodnotu aby se motor uvedl do pohybu. To znamená, že dokonalé sledování pozice neexistuje. Jedinou otázkou je, zda chyba je dostatečná aby mohly být vyhodnocena pro konkrétní akci. U servo-pohonů, které pracují metodou „ z bodu do bodu“ se obvykle nehledí na přesnost při pohybu, ale zaměřuje se na dosažení požadované přesnosti při zastavení motoru. Při řízení, jehož průběh je dán nějakou křivkou, jako je v střihacím nebo řezacím stroji,je velikost chyby při pohybu rozhodující pro výsledek.
Servo, musejí být vytrimováno tak, aby chyba nikdy přesáhla specifikaci stroje. Někdy je třeba udělat kompromis v rychlosti aby se dosáhlo dostatečné přesnosti.
Obrázek níže ukazuje princip kompletního pozičního systému se servomotorem. Některé systémy minou rychlostní smyčku, řídí moment motoru a ne otáčky. Toho se dosáhne řízením proudu místo řízení otáček (točivý moment je úměrný proudu).
Tyto serva jsou často vhodná pro ”z bodu do bodu ” systémy. Naproti tomu nejsou vhodná pro serva, které vyžadují velmi stabilní rychlostí, jako například pro napájení motorů ve strojích pro opracování – soustruhy, frézy ap.
Existují také systémy, které mají integrované ovládání a pohon zařízení a stejný procesor zvládá všechny algoritmy v servu, a řídí výkonové tranzistorů přímo. Některé servopohony jsou řízeny lidskými smysly - posilovač řízení vozidla je typický příklad. Motor je mechanický zesilovač lidského pohybu. Tyto aplikace často nevyžadují jinou odezvu než to co oko vnímá.
Nejčastější je však programovatelný řídící systém který řídí motor aby pohyboval systémem mezi různými pozicemi. Např. obráběcí stroje, průmyslové roboty a řezací zařízení používají tuto technologii.
Výhody a nevýhodyZde projdeme výhody a nevýhody u tří nejčastějších typů motorů. Uvedené vlastnosti mohou být více či méně výrazné, jak mohou lišit mezi různými motory a výrobci.
Typické servo se skládá z následujících částí:
• Servomotor
• Zdroj vstupního signálu pro nastavení rychlosti a /nebo pozice
• Pohonná elektronika
• Řídící elektronika
Pohonná – silová - elektronika je často nazývána servozesilovač a spolu s řídící elektronikou má úkol neustále kontrolovat hodnotu vstupního signálu a provést korekci skutečné rychlosti , aby rozdíl mezi skutečnou a požadovanou hodnotou byla co nejmenší. Hranici mezi silovou částí a řídící elektronikou je někdy obtížné určit, protože většina zesilovačů se také obsahuje řídící elektroniku.
Většina servopohonů dnes obsahuje take PLC jednotku. Toto je specifické pro jednotlivé výrobce a nebudeme se tím zde zabývat.
Servo systém se skládá ze dvou nebo tří řídících obvodů (smyček ):
1. Proudová smyčka, velmi rychlý vnitřní obvod, který řídí proud do vinutí motoru, a tím přímo ovlivňuje točivý moment motoru.
2. Rychlostní smyčka je nadřazená proudové smyčce. Zde vstupuje do systému nějaká forma externího senzoru, např. stejnosměrný tachogenerátor. Signál z tachogenerátoru je údaj o skuteřné rychlosti . Ten se srovnáná s hodnotou požadované hodnoty, která může pocházet z potenciometru, řídícího systému nebo polohovacího systému. Tato smyčka je pomalejší než proudová smyčka. Touto kombinací se získá rychlostní servo pro přesnou regulaci rychlosti ve velkém regulačním rozsahu.
3. Polohovací smyčka srovnává skutečnou hodnotu z pozičního senzoru s požadovanou hodnotou a řídí proudovou a rychlostnísmyčku aby bylo dosaženo minimální odchylky.
Proudová smyčka je často zcela proporcionální. To se dobře hodí, jelikož rychlá reakce je důležitější než aby aktuální hodnota produ byla zcela přesná.
Rychlostní smyčka má často interující trend, aby zajistila stabilní a přesné otáčky. Smyčce velmi usnadňuje práci pokud je rychlost je rychlost tak blízko očekávané rychlosti, jak je to jen možné. Rychlostní smyčka mívá filtr kterým lze snížit účinek nedostatečné mechanické tuhosti nebo mezery mezi dvěma osami poháněného systému.
Polohová smyčka obsahuje často několik termínů: proporcionální, integrální, diferenciální, rychlostně - feedforward a někdy i další varianty, které výrobcem systému bylo zjištěno, že dávají dobré výsledky. Polohová smyčka je nejpomalejší ze všech. Je nadřazená všem ostatním , a musí proto počkat na výsledek změn v rychlostní smyčce než múže vydat pokyny pro hodnoty pozice.
Je dobré si uvědomit, že servo je systém řízený odchylkami . Je tedy nutné mít odchylku mezi skutečnou a požadovanou hodnotu aby se motor uvedl do pohybu. To znamená, že dokonalé sledování pozice neexistuje. Jedinou otázkou je, zda chyba je dostatečná aby mohly být vyhodnocena pro konkrétní akci. U servo-pohonů, které pracují metodou „ z bodu do bodu“ se obvykle nehledí na přesnost při pohybu, ale zaměřuje se na dosažení požadované přesnosti při zastavení motoru. Při řízení, jehož průběh je dán nějakou křivkou, jako je v střihacím nebo řezacím stroji,je velikost chyby při pohybu rozhodující pro výsledek.
Servo, musejí být vytrimováno tak, aby chyba nikdy přesáhla specifikaci stroje. Někdy je třeba udělat kompromis v rychlosti aby se dosáhlo dostatečné přesnosti.
Obrázek níže ukazuje princip kompletního pozičního systému se servomotorem. Některé systémy minou rychlostní smyčku, řídí moment motoru a ne otáčky. Toho se dosáhne řízením proudu místo řízení otáček (točivý moment je úměrný proudu).
Tyto serva jsou často vhodná pro ”z bodu do bodu ” systémy. Naproti tomu nejsou vhodná pro serva, které vyžadují velmi stabilní rychlostí, jako například pro napájení motorů ve strojích pro opracování – soustruhy, frézy ap.
Existují také systémy, které mají integrované ovládání a pohon zařízení a stejný procesor zvládá všechny algoritmy v servu, a řídí výkonové tranzistorů přímo. Některé servopohony jsou řízeny lidskými smysly - posilovač řízení vozidla je typický příklad. Motor je mechanický zesilovač lidského pohybu. Tyto aplikace často nevyžadují jinou odezvu než to co oko vnímá.
Nejčastější je však programovatelný řídící systém který řídí motor aby pohyboval systémem mezi různými pozicemi. Např. obráběcí stroje, průmyslové roboty a řezací zařízení používají tuto technologii.
DC motor se sběrnými kartáči
VÝHODY Je osvědčený. DC motor s kartáči je dlouho známá konstrukce vyráběná v mnoha různých konfiguracích s různými vlastnostmi. Měkký chod Vysoká účinnost v celém rozsahu otáček. Tento motor má obvykle vysoký poměr mezi vrcholovým a průběžným točivým momentem a se správným nastavením pohonu je možné získat konstantní moment v celém rozsahu otáček. Dobrá účinnost i při vyšších rychlostech. Ekonomický Automaticky vyráběné motory v základním provedení bez výkonných magnetů (Neodym), mohou být nabízeny za nízké ceny. Pohony jsou také jednodušší a tudíž levnější než krokové motory a bezkartáčové motory. Tichý Mechanický zvuk je mnohem tišší než u krokového motoru. |
NEVÝHODY
Opotřebení. Mechanická konstrukce s komutátorem a uhlíkovými kartáčky má omezenou životnost a zvyšuje náklady na údržbu. Skutečná životnost kartáče závisí na materiálu, jak dobře je propracovaná kostrukce pro dobrou komutaci (malé jiskření při provozu) a především jak se v aplikaci používá. Často opakovaný start/stop s vyským zatěžovým momentem a při vysokých rychlostech nebo provoz při nízkých rychlostech když relativní vlhkost vzduchu je nízká (špatné mazání vodními molekulami) přispívá ke snížení životnosti. Jiskření Jelikož při komutaci vzniká jiskření ve větším či menším rozsahu nehodí se tento motor pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu. Elektrické rušení Komutace s kartáčky vytváří elektrické rušení, které musí být redukováno nějakou metodou. | |
| | ||
Krokový motor | ||
| VÝHODY | NEVÝHODY | |
| Nízké náklady. Jednoduchá a robusní konstrukce, nízké nebo žádné náklady na údržbu. Relativně nízká pořizovací cena. Ideální pro regulaci pozice. Narozdíl od ostatních typů motoru nepotřebujete snímač polohy rotoru v pohonech pro regulaci polohy. Vysoký točivý moment při nízkých otáčkách Při nízkých otáčkách má krokový motor v poměru k jeho fyzické velikosti, velmi vysoký točivý moment. | Hlučnost Vzhledem k tomu, zvuk motoru je poháněn tokem elektrickým impulsů dojde k pulzaci momentu a ten způsobuje hluk. Rezonance V určitých frekvencích toku pulsů může dojít k rezonanci která má za následek selhání točivého momentu a ztratě pozice. Nízký točivý moment při vysokých otáčkách. Křivka moment/otáčky ukazují klesající moment při růstu otáček. Je důležité výbrat krokový motor pro danou aplikaci dle požadavků na točivý moment v celém rozsahu rychlostí, jinak je riziko, že se motor zastaví, nebo ztratí pozici. Polohovací pohony s krokovými motory obvykle nemají snímač polohy rotoru, takže provozní stav, kdy dojde ke ztrátě pozice je zničující pro danou aplikaci. | |
Bezkartáčový DC motor | ||
| VÝHODY | NEVÝHODY | |
| Tichý . (Žádná rezonance pulzů, žádný mechanický hluk. Výkonové ztráty, které se vyskytují ve statoru, jsou snadno chladitelné. Efektivní . Bezkartáčový stejnosměrný motor má obvykle vysoký poměr mezi vrcholovým a průběžným točivým momentem. Tzto motory mají velmi vysoký točivý moment v poměru k momentu setrvačnosti , což znamená, že dominují jako rychlé servopohony. Všude vhodný . Jelikož kartáče zcela chybějí, jsou motory vhodné do všech aplikací. Jsou ideální pro aplikace s velmi vysokou rychlostí, rychlým uměnám start/stop a může pracovat v prostředí s nebezpečím výbuchu a ve vakuu. | Materiál magnetu Pro využití všech dobrých elektrických vlastností motoru je třeba aby setrvačnost rotoru byla nízká a proto je obvykle použito vysoce kvalitního magnetického materiálu (kobalt-samarium nebo neodyn železa) Výroba Průměr rotoru je malý a tedy s nízkým momentem setrvačnosti. Bohužel se zvyšují náklady, když např. magnetický materiál je dražší než feritových magnetů. Pokud je rotor dlouhý s malým průměrem je také stator delší a užší. To znamená, že je více pracné a nákladné vkládat vinutí do statoru. Pohonné elektronika Pro řízení motoru je třeba snímač polohy rotoru pro řízení komutace. Tento snímač a složitější pohonná elektronika zvyšují náklady na kompletní servopohon. | |
| | ||
Lineární motor (synchronní) | ||
VÝHODY | NEVÝHODY | |
| Vysoká rychlost přibližně 10 m/s Bezhlučnost žádný mechanický hluk Vysoké rozlišení může být vybaven lineárním snímačem s vysokým rozlišením - s přesností mikrometrů. Žádné mezera z nepřesnosti Provoz neobsahuje žádné součásti, které mohou poskytnout mechanickou nepřesnost. | Magnetické materiály. Je třeba vysoce kvalitních magnetických materiálů aby se využilo dobrých vlastností motoru. Měřítko a linearita Lineární snímač musí mít stejnou třídu přesností aby se dalo dosáhnout vysokých rychlostí a vysokého rozlišení. Zapouzdření Je třeba vnější kryt, pokud bude motor použit v náročném prostředí. | |
没有评论:
发表评论