Серводвигун

Серводвигун

Три режими керування серводвигунами:

• Режим контролю швидкості
• Режим контролю моменту
• Режим контролю положення

Щодо швидкості відгуку сервоприводів, моментний режим передбачає найменше обчислювальне навантаження, забезпечуючи найшвидшу реакцію на керуючі сигнали. Режим позиціонування вимагає найбільших обчислень, що призводить до найповільнішої реакції на керуючі сигнали.

Коли потрібна висока динамічна продуктивність під час руху, -потрібне коригування двигуна в реальному часі. Якщо сам контролер має повільну швидкість обробки (наприклад, ПЛК або низько{4}}контролери руху), використовуйте режим керування позицією. Якщо контролер має високу швидкість обробки, можна використовувати швидкісний режим. Це зміщує петлю позиції від приводу до контролера, зменшуючи робоче навантаження приводу та покращуючи ефективність (наприклад, більшість контролерів руху середнього-–-вищого-класу). Якщо доступний контролер вищого-рівня, режим крутного моменту також можна використовувати, віддаляючи контур швидкості від приводу. Зазвичай це можливо лише зі спеціалізованими контролерами-високого класу, і в таких випадках серводвигуни взагалі не потрібні.

Режим контролю крутного моменту

Режим керування крутним моментом встановлює величину вихідного крутного моменту вала двигуна через зовнішній аналоговий вхід або пряме призначення адреси. Наприклад, якщо 10 В відповідає 5 Нм, встановлення зовнішнього аналогового входу на 5 В призводить до вихідного вала двигуна 2,5 Нм: - Якщо навантаження на валу двигуна менше 2,5 Нм, двигун обертається вперед. - Коли зовнішнє навантаження дорівнює 2,5 Нм, двигун припиняє обертатися. - Якщо навантаження перевищує 2,5 Нм, двигун обертається назад (Зазвичай відбувається в умовах гравітаційного-навантаження). Величину крутного моменту можна регулювати, миттєво змінюючи налаштування аналогового входу або змінюючи відповідне значення адреси за допомогою протоколів зв’язку.

Ця програма в основному використовується в пристроях для намотування та розмотування із суворими вимогами до сили матеріалу, наприклад устаткування для намотування дроту або машини для протягування волокон. Параметри крутного моменту повинні динамічно регулюватися на основі змін радіуса обмотки, щоб забезпечити постійність сили матеріалу незалежно від зміни радіуса.

Режим контролю положення

Керування положенням зазвичай визначає швидкість обертання через частоту зовнішніх вхідних імпульсів і обчислює кут обертання на основі кількості імпульсів. Деякі сервоприводи також підтримують пряме призначення швидкості та переміщення через протоколи зв’язку. Завдяки точному контролю як над швидкістю, так і над положенням, цей режим зазвичай використовується в системах позиціонування.

Застосування включають верстати з ЧПК, друкарське обладнання тощо.

Режим контролю швидкості

Швидкістю обертання можна керувати через аналоговий вхід або частоту імпульсів. У разі інтеграції із зовнішнім-регулюванням ПІД-регулятора верхнього{1}}контролера рівня швидкість також може виконувати позиціонування. Однак для цього необхідно передати сигнал положення двигуна або сигнал положення прямого навантаження на контролер верхнього-рівня для розрахунку. Режим позиції також підтримує пряме виявлення-сигналу кінцевого положення навантаження. У цьому випадку енкодер на кінці вала двигуна контролює лише швидкість двигуна, тоді як сигнал положення надається пристроєм виявлення безпосередньо на кінці кінцевого навантаження. Цей підхід зменшує помилки, що виникають через проміжні механізми передачі, підвищуючи загальну точність позиціонування системи.

Принцип роботи лінійних двигунів

Лінійний двигун — це пристрій приводу, який безпосередньо перетворює електричну енергію в лінійний механічний рух шляхом розгортання замкнутого магнітного поля у відкрите, усуваючи потребу в будь-яких проміжних механізмах перетворення.

Структура

Структуру лінійного двигуна можна візуалізувати, розрізавши роторний двигун радіально [див. рис. 3] і розгорнувши його окружність у пряму лінію. Статор відповідає первинній обмотці лінійного двигуна, тоді як ротор відповідає вторинній обмотці. Коли струм протікає через первинну обмотку, у повітряному проміжку між первинною та вторинною обмотками створюється магнітне поле біжучої хвилі. Це магнітне поле біжучої хвилі взаємодіє з постійними магнітами у вторинній обмотці, створюючи рушійну силу, завдяки чому досягається лінійний рух рухомих компонентів. В останні роки кілька розвинених країн почали застосовувати технологію лінійного двигуна в системах приводу лінійного руху верстатів з ЧПК, замінивши традиційну систему серводвигуна + кулькового гвинта, досягнувши величезного успіху.

Рис. 3 Радіальний поперечний-розріз двигуна, що обертається

Порівняння між лінійними двигунами та традиційними роторними двигунами + кульково-гвинтовими системами руху

У системах подачі верстатів головна відмінність між прямим приводом із використанням лінійних двигунів і звичайною передачею роторного двигуна полягає в усуненні механічних компонентів передачі між двигуном і робочим столом (сідлом). Це зменшує довжину ланцюга передачі подачі верстата до нуля, тому цей спосіб передачі також називають «нульовою передачею». Цей підхід «нульової передачі» забезпечує показники продуктивності та переваги, недосяжні зі звичайними роторними приводами.

1. Висока-швидкість відгуку

Завдяки виключенню механічних компонентів трансмісії зі значними константами часу відгуку (таких як кулькові гвинти) загальна динамічна характеристика-системи керування із замкнутим циклом значно покращується, що забезпечує винятково швидку та чутливу реакцію.

2. Точність

Система лінійного приводу усуває люфт трансмісії та помилки, спричинені механічними компонентами, такими як ходові гвинти, зменшуючи помилки відстеження під час руху інтерполяції, які є результатом затримки системи трансмісії. Завдяки контролю зворотного зв’язку з визначенням лінійного положення можна значно підвищити точність позиціонування верстатів.

3. Висока динамічна жорсткість

Підхід «прямого приводу» усуває затримку руху, викликану пружною деформацією, зносом тертя та люфтом у проміжних ланках передачі під час запуску, зміни швидкості та зміни напрямку. Це також підвищує жорсткість трансмісії.

4. Висока швидкість і короткі цикли прискорення/уповільнення

Спочатку розроблені для поїздів на магнітній подушці (які досягають швидкості до 500 км/год), лінійні двигуни легко задовольняють над-високі швидкості подачі (60–100 м/хв або вище), необхідні для високо-швидкісної обробки. Їхня конструкція «нульової передачі» забезпечує виняткову -відповідність швидкості, різко скорочуючи цикли прискорення та уповільнення. Це забезпечує миттєвий високошвидкісний-запуск і точну миттєву зупинку під час високошвидкісної-роботи. Досяжні високі швидкості прискорення/уповільнення, які зазвичай досягають 2–10g (g=9.8m/s²), тоді як роликові гвинтові приводи зазвичай досягають максимального прискорення лише 0,1–0,5g.

5. Необмежена довжина ходу

З’єднуючи лінійні двигуни послідовно вздовж напрямної, довжину ходу можна збільшувати необмежено.

6. Тиха робота з низьким рівнем шуму

Завдяки усуненню механічного тертя від таких компонентів, як гвинти трансмісії, і використанню напрямних кочення або напрямних магнітної левітації (без механічного контакту) робочий шум значно зменшується.

7. Висока ефективність

Відсутність проміжних елементів передачі виключає втрати енергії від механічного тертя, істотно підвищуючи ефективність передачі.

Порівняння лінійних і традиційних роторних двигунів показано в таблиці 1-1:

Порівняння лінійних і звичайних роторних двигунів