ѕон€тие слова —ервопривод.

05.02.2013, 12:35
»сточник www.amg-rc.ru


“ипы и принцип работы


Ўтатные сервоприводы будут предоставлены нам »здательством вместе со следующими номерами журналов. ќднако, быть может, имеет смысл задуматьс€ об альтернативных вариантах? —колько существует фирм-производителей, модификаций и характеристик сервоприводов? ќчень много! ƒавайте разберемс€ в том, какие бывают сервоприводы и чем нужно руководствоватьс€ при их выборе.

так выгл€дит сервопривод

Ќачнем с самого начала Ц что это такое и как они работают?

¬ энциклопедии Ђ ругосветї определение звучит так:

Ђ—≈–¬ќћ≈’јЌ»«ћ, след€ща€ система автоматического регулировани€, котора€ работает по принципу обратной св€зи и в которой один или больше системных сигналов, сформированных в управл€ющий сигнал, оказывают механическое регулирующее воздействие на объект. “ермин "серво-" (от лат. servus Ч слуга) используетс€ дл€ обозначени€ механизмов и систем, выходна€ величина которых поступает на вход, где сравниваетс€ с задающим воздействием. —ервосистемы обладают, как правило, двум€ особенност€ми: способностью усиливать мощность и информационной обратной св€зью.

энциклопеди€ Ђ ругосветї


”силение необходимо потому, что требуема€ на выходе энерги€ обычно велика (беретс€ от внешнего источника), а на входе незначительна. ќбратна€ св€зь представл€ет собой замкнутый контур, в котором рассогласование сигналов входа и выхода используетс€ дл€ управлени€. —ледовательно, в пр€мом направлении контур передает энергию, а в обратном обеспечивает информацию, необходимую дл€ точного управлени€.ї

принцип работы сервопривода на примере блок-схемы

Ќа первый взгл€д схема кажетс€ довольно сложной. я предлагаю взгл€нуть на эту схему на другом примере:
ѕредставьте, что перед ¬ами стоит задача ехать на автомобиле со скоростью 55 км/ч. »менно это будет у нас задающим воздействием. ѕреобразование скорости в цифровую форму (например, дорожный знак), это Ц первый пр€моугольник. Ќогой (усилитель) мы давим на педаль, это Ц сервопривод. —корость автомобил€ растет. —оответственно, начинает поворачиватьс€ стрелка спидометра, это Ц обратна€ св€зь, а преобразование скорости в угол стрелки спидометра Ц это квадрат (преобразование). ј вот перечеркнутый кружок Ц это место, где наш мозг сравнивает показани€ спидометра и дорожного знака и, в зависимости от величины и знака, выдает сигнал дл€ ноги (усилител€) отпустить педаль или нажать на нее.
¬от так работает система автоматического регулировани€ с обратной св€зью.
ј дл€ модельного сервопривода картинка будет така€:



разбираем сервопривод и изучаем из чего он состоит


” сервопривода на вход с приемника подаетс€ пр€моугольный импульс, длительность которого определ€ет угол поворота качалки серво. «начение, через которое повтор€ютс€ импульсы, в стандарте PPM Ц 20 миллисекунд. ƒлительность мен€етс€ от 1 до 2 миллисекунд.

импульсы, определ€ющие угол поворота качалки серво


ѕитание и цоколевка разъемов:

¬се сервомоторы, используемые в радиоуправл€емых модел€х, обычно имеют 3 провода:

1. —игнальный провод, по которому поступает управл€ющий импульс (обычно провод белого, желтого или оранжевого цвета).
2. ѕитание, как правило от 4,8 ¬ до 6 ¬ (обычно провод красного цвета).
3. «емл€ (обычно провод черного или коричневого цвета).

√абариты:

ѕо габаритам сервоприводы дел€тс€ на 3 основных размера: микро, стандартные и большие. Ѕывают сервомоторы и другого размера, однако перечисленные 3 вида покрывают 95% всех типоразмеров. ¬ модели AMG Mercedes от DeAgostini примен€ютс€ сервоприводы стандартного размера.

’арактеристики:
ќсновные характеристики сервоприводов - скорость поворота и усилие на валу.  ак правило, перва€ величина указывает за какое врем€, в секундах, сервомотор поворачивает качалку на 60∞. ”силие измер€етс€ кг/см т.е. какое усилие развивает сервопривод на конце качалки с рычагом от центра вращени€ 1 см. Ќапример, если этот параметр равен 1.2 кг/см, то усилие, развиваемое серводвигателем на качалке в 2 раза длиннее (т.е. 2см), будет равно 0.6 кг.
¬ообще, этот параметр зависит в первую очередь от назначени€ двигател€ и уже потом от передаточного числа редуктора и примен€емых в приводе узлов.
—тоит заметить, что сейчас производ€т сервоприводы, которые работают с напр€жением питани€ от 4.8 ¬ до 6 ¬.  ак правило, на 6 ¬, характеристики сервопривода чуть выше, чем на 4.8 ¬. ќднако не все сервоприводы расчитаны на весь диапазон напр€жений - некоторые расчитаны строго на 4.8 ¬, либо строго на 6 ¬ (последние встречаютс€ реже).

јналоговые или цифровые сервоприводы:

Ќесколько лет назад все сервоприводы были аналоговыми. —ейчас этих типов два Ц аналоговые и цифровые. ¬ чем же разница между этими двум€ типами? ƒавайте обратимс€ к официальной информации, предоставленной фирмой Futaba.
«а последние несколько лет, серво приводы стали обладать значительно лучшими характеристиками, чем ранее Ц меньшими габаритами, более высокими скорост€ми вращени€ и значени€ми крут€щих моментов. ѕоследний виток развити€ Ц по€вление цифровых сервоприводов. ” цифровых серводвигателей есть существенные эксплуатационные преимущества перед аналоговыми, даже с коллекторными моторами. ’от€ существуют и некоторые недостатки. ƒавайте рассмотрим и сравним их:

¬нешне аналоговые и цифровые сервоприводы практически не отличаютс€. ќтличи€ заметны на платах. “еперь вместо специализированной микросхемы мы можем увидеть на плате микропроцессор, который анализирует сигнал с приемника и управл€ет двигателем. Ќеверно полагать, что аналоговые и цифровые серво решительно отличаютс€ в физическом исполнении, они могут иметь одинаковые двигатели, механизмы и потенциометры (переменные резисторы). ќсновное же отличие заключаетс€ в способе обработки сигнала приемника и управлени€ двигателем.

ќба сервопривода получают одинаковый сигнал с приемника. ¬ случае аналогового сервопривода, получаемое значение сравниваетс€ с текущим положением сервомотора и, затем, на двигатель аналогового серводвигател€ поступает сигнал от специального усилител€ сервомотора, который вызывает перемещение двигател€ в определенную позицию. Ёто происходит с частотой 50 раз в секунду. ѕолучаемый сигнал определ€ет когда начать вращатьс€ двигателю и в какую сторону. “ак как это случаетс€ 50 раз в секунду, то это - минимальное врем€ реакции. ƒругими словами, если ¬ы отклонили ручку на передатчике, то на двигатель сервопривода начали поступать короткие импульсы, промежуток между которыми - чуть меньше 20 мсек.

ћежду этими импульсами на мотор ничего не поступает и, вообще говор€, внешнее воздействие может изменить положение исполнительного механизма в любую сторону Ц такой промежуток времени называетс€ Ђмертвой зонойї. ÷ифровые серводвигатель используют специальный процессор, работающий на высокой частоте, который обрабатывает получаемый от приемника сигнал и посылает управл€ющие импульсы в двигатель сервомотора с частотой 300 (и более) раз в секунду. “ак как этот сигнал получен двигателем сервомотора чаще, он в состо€нии реагировать намного быстрее и держать заданную позицию лучше. Ёто означает лучшее центрирование и значительно более высокий крут€щий момент. ќднако такой метод управлени€ двигателем увеличивает потребление энергии, поэтому батаре€, котора€ использовалась раньше дл€ питани€ аналогового сервопривода, в случае использовани€ цифрового будет разр€жатьс€ быстрее.

Ќа графике сравниваютс€ два практически идентичных сервопривода с точки зрени€ механики.  ак мы видим, цифровой сервопривод S9450 гораздо быстрее аналогового S9002 реагирует на управл€ющий сигнал. ¬ращающий момент выше, а, значит, более точно устанавливаетс€ положение исполнительного механизма.

Ќо за все приходитс€ платить (в том числе и в пр€мом смысле). —тоимость цифровых сервоприводов значительно выше, чем стоимость стандартных.  роме того, цифровые сервоприводы, облада€ всеми своими преимуществами, имеют заметно большее энергопотребление. Ёто вызывает необходимость увеличени€ емкости используемых батарей, что, в свою очередь, приводит к увеличению веса модели.

ќднако многие из тех, кто хоть однажды использовал цифровые сервоприводы, отмечают, что различие с аналоговыми настолько существенно, что они никогда не вернулись бы к аналоговым серво, если есть возможность использовать цифровые.

»так, если ¬ы нуждаетесь в:

Х повышенной разрешающей способности
Х минимальных "мертвых зонах", более точном позиционировании
Х быстром реагировании на команды
Х посто€нном усилии на валу в процессе его поворота
Х увеличенной мощности
Х и при этом имеете достаточно средств

тогда цифровые серво - решение ¬аших проблем!

 оллекторные и бесколлекторные двигатели в сервоприводах:

¬ основном в сервоводах использовались 3-полюсные коллекторные двигатели, в которых т€желый ротор с обмотками вращаетс€ внутри магнитов.

ѕервое усовершенствование, которое было применено Ц увеличение количества обмоток до 5. “аким образом, вырос вращающий момент и скорость разгона. ¬торое усовершенствование Ц это изменение конструкции мотора. —тальной сердечник с обмотками очень сложно раскрутить быстро. ѕоэтому конструкцию изменили - обмотки наход€тс€, снаружи магнитов и исключено вращение стального сердечника.

“аким образом, уменьшилс€ вес двигател€, уменьшилось врем€ разгона, но также возросла и стоимость.

Ќу и, наконец, третий шаг Ц применение бесколлектроных двигателей. ” бесколлекторных двигателей выше  ѕƒ, т.к. нет щеток и трущихс€ частей. ќни более эффективны, обеспечивают бќльшую мощность, скорость, ускорение, вращающий момент.

Ўарикоподшипник против втулки:

¬ сервоприводе есть одна ось, на которой крепитс€ качалка. »менно на нее ложатс€ все нагрузки. Ёта ось проходит через шарикоподшипник или втулку. »спользование шарикоподшипника уменьшает потери на трение, предупреждает образование люфта и, естественно, повышает стоимость сервопривода.

ћатериал шестерней редуктора:

Ќейлоновые шестерни Ц больше всего распространены в сервоприводах. ќни имеют отличное качество поверхности, малый вес, однако не выдерживают больших нагрузок и недолговечны.

 арбоновые шестерни Ц по€вились относительно недавно на рынке. ќни почти в п€ть раз прочнее нейлоновых и у них выше износостойкость. ѕосле более чем 300 000 циклов на них фактически не видно следов износа. —ервоприводы с этими механизмами более дороги, но это окупаетс€ большей долговечностью.  арбоновые шестерни также легкие, однако металлические все равно оказываютс€ прочнее.

ћеталлические шестерни Ц €вл€ютс€ самыми т€желыми. ” них самый большой уровень износа, однако, они обеспечивают беспрецедентную прочность. ≈сли у ¬ас достаточно средств, ¬ы можете приобрести сервопривод с механизмом из титана.

“аким образом, выбор сервопривода с шестерн€ми из определенного материала зависит от области применени€. Ќапример, дл€ микро-сервоприводов, обычно, главное Ц это их вес. —корее всего, ¬ы не будете использовать такой серводвигатель с металлическими шестерн€ми. »деальный пример серво-привода, в котором обоснованно используетс€ металлический редуктор, будет рулевое серво радиоуправл€емого внедорожного автомобил€ или багги.

¬ы этой статье мы рассмотрели принципы работы, разновидности узлов, и характеристики сервоприводов. », все-таки, осталс€ один вопрос:

—уществует ли идеальный сервопривод? ќтвет зависит от того, дл€ чего ¬ы хотите его использовать. ¬ообще, идеальный сервопривод - тот, который поворачиваетс€ так быстро, как ¬ам это нужно и, в тоже врем€, обладает высоким крут€щим моментом, силой удержани€, высокой точностью, малым весом и низкой ценой. Ќетрудно догадатьс€, что выпустить продукт, отвечающий всем этим требовани€м, еще никому не удавалось!

 ажда€ компани€-производитель будет делать все от них завис€щее, чтобы убедить ¬ас в том, что их сервоприводы превосход€т по характеристикам все остальные. ¬ конце концов, выбор серводвигател€ зависит от области его применени€ и ¬аших личных потребностей, потому что независимо от того, насколько хорошие показатели или цена написаны на упаковке сервопривода, ¬ы не будете его использовать, если он не выполн€ет свою задачу и не может обеспечить соответствующее управление дл€ ¬ашей модели.




 лючевые слова:
сервопривод
цифровые сервоприводы
аналоговые сервоприводы
—≈–¬ќћ≈’јЌ»«ћ
коллекторные двигатели
бесколлекторные двигатели
шестерни редуктора
сигнал
серво
шестерни
двигатели
провод
правило управлени€
спидометр
редуктор
приемник
размер модели
импульсы
ѕон€тие слова сервопривод
—ловарик робототехника
робот
робототехника


¬ернутьс€ в рубрику:

—ловарик робототехника

¬озможно ¬ас заинтересует:

ѕон€тие слова робототехника
ѕон€тие слова робототехника



≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
—мотрите также:

ќбратите внимание полезна€ информаци€.