Alalisvoolu servomootor: ehitus, töö, liides Arduino ja selle rakendustega

A servo mootor või servo on ühte tüüpi elektrimootorid, mida kasutatakse masinaosade suure täpsusega pööramiseks. See mootor sisaldab juhtahelat, mis annab tagasisidet mootori võlli praeguse asukoha kohta, nii et see tagasiside võimaldab neil mootoritel lihtsalt suure täpsusega pöörelda. Servomootor on kasulik objekti pööramisel teatud kaugusel või nurga all. See mootor jaguneb kahte tüüpi vahelduvvoolu servomootoriks ja alalisvoolu servomootoriks. Kui servomootor kasutab töötamiseks alalisvoolu, nimetatakse mootorit alalisvoolu servomootoriks, samas kui see töötab vahelduvvooluga, nimetatakse seda vahelduvvoolu servomootoriks. See õpetus sisaldab lühikest teavet selle kohta DC servomootor – rakendustega töötamine.

Mis on alalisvoolu servomootor?

Servomootorit, mis kasutab alalisvoolu elektrisisendit mehaanilise väljundi (nt asend, kiirus või kiirendus) tekitamiseks, nimetatakse alalisvoolu servomootoriks. Üldiselt kasutatakse seda tüüpi mootoreid arvjuhtimisega masinates, arvutites ja paljudes muudes käivitumiste ja seiskamiste puhul peamootoritena. täpselt ja väga kiiresti.

Alalisvoolu servomootorite ehitus ja töö

Alalisvoolu servomootor on valmistatud erinevatest komponentidest, mis on toodud järgmisel plokkskeemil. Selles diagrammis käsitletakse allpool iga komponenti ja selle funktsiooni.

Selles kasutatav mootor on tüüpiline alalisvoolumootor koos selle väljamähisega, mida ergastatakse eraldi. Seega, sõltuvalt ergastuse olemusest, saab edasi liigitada armatuuriga juhitavateks ja väljajuhitavateks servomootoriteks.

Selles kasutatav koormus on lihtne ventilaator või tööstuslik koormus, mis on lihtsalt ühendatud mootori mehaanilise võlliga.

Selles konstruktsioonis olev käigukast töötab nagu mehaaniline muundur, et muuta mootori väljundit, nagu kiirendus, asend või kiirus, olenevalt rakendusest.

Asendianduri põhifunktsioon on saada tagasisidesignaali, mis on võrdne koormuse hetkeasendiga. Üldiselt on see potentsiomeeter, mida kasutatakse mootori võlli absoluutnurgaga ülekandemehhanismi kaudu võrdelise pinge saamiseks.

Võrdlusfunktsioon on positsioonianduri ja võrdluspunkti o/p võrdlemine, et tekitada veasignaal ja anda see võimendile. Kui alalisvoolumootor töötab täpse juhtimisega, siis viga pole. Asendiandur, käigukast ja komparaator muudavad süsteemi suletud ahelaks.

Võimendi funktsioon on võimendada võrdlusseadme viga ja toita see alalisvoolumootorile. Seega töötab see nagu proportsionaalne kontroller, kus võimendust suurendatakse nulli püsioleku vea jaoks.

Juhitav signaal annab sisendi PWM-ile (impulsi laiuse modulaator) olenevalt tagasiside signaalist, nii et see moduleerib mootori sisendit täpseks juhtimiseks, vastasel juhul nulli püsiseisundi viga. Lisaks kasutab see impulsi laiuse modulaator impulsside tekitamiseks võrdluslainekuju ja komparaatorit.

Tehes suletud ahela süsteemi, saadakse kiirendus, kiirus või täpne asukoht. Nagu nimigi ütleb, on servomootor juhitav mootor, mis annab tagasiside ja kontrolleri efekti tõttu eelistatud väljundi. Veasignaali lihtsalt võimendatakse ja seda kasutatakse servomootori juhtimiseks. Sõltuvalt juhtsignaali ja impulsi laiuse modulaatorit tootvast olemusest on neil mootoritel FPGA-kiipide või digitaalsete signaaliprotsessoritega suurepärased juhtimismeetodid.

DC servomootori töö on; alati, kui sisendsignaal rakendatakse alalisvoolumootorile, pöörab see võlli ja hammasrattaid. Põhimõtteliselt suunatakse hammasrataste väljund tagasi asendiandurile (potentsiomeetrile), mille nupud pöörlevad ja muudavad oma takistust. Iga kord, kui takistust muudetakse, muutub pinge, mis on veasignaal, mis juhitakse kontrollerisse ja sellest tulenevalt genereeritakse PWM.

Alalisvoolu servomootorite tüüpide kohta lisateabe saamiseks vaadake seda linki: Erinevat tüüpi servomootorid .

Alalisvoolu servomootori ülekandefunktsioon

Ülekandefunktsiooni saab defineerida kui o/p muutuja Laplace'i teisenduse (LT) suhet LT-sse ( Laplace'i teisendus ) i/p muutujast. Üldiselt muudab alalisvoolumootor energiat elektrilisest mehaaniliseks. Armatuuri klemmides toidetav elektrienergia muudetakse juhitavaks mehaaniliseks energiaks.

Armatuuriga juhitav alalisvoolu servomootori ülekandefunktsioon on näidatud allpool.

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

Välja juhitud alalisvoolu servomootori ülekandefunktsioon on näidatud allpool.

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

Armatuuriga juhitav alalisvoolu servomootor tagab tänu suletud ahelaga süsteemile suurepärase jõudluse, võrreldes välijuhitava alalisvoolu servomootoriga, mis on avatud ahelaga süsteem. Lisaks on reageerimiskiirus põllujuhtimissüsteemis aeglane. Armatuuri juhitava puhul on armatuuri induktiivsus tühine, samas kui väljajuhtimise korral pole see sama. Kuid sisemise juhtimise korral ei ole paremat summutamist võimalik saavutada, samas kui armatuuri juhtimisel on see võimalik.

Tehnilised andmed

Alalisvoolu servomootor pakub jõudlusspetsifikatsioone, mis hõlmavad järgmist. Need spetsifikatsioonid tuleks mootori õige suuruse määramiseks kohandada vastavalt rakenduse koormusvajadustele.

• Võlli kiirus lihtsalt määratleb kiiruse, mille juures võll pöörleb, väljendatuna pöörete minutis (pöörded minutis).
• Tavaliselt on tootja pakutud kiiruseks o/p võlli tühikäigu pöörlemissagedus või kiirus, mille juures mootori väljundmoment on null.
• Klemmpinge on mootori arvestuslik pinge, mis määrab mootori kiiruse. Seda kiirust juhitakse lihtsalt mootorile toidetava pinge suurendamise või vähendamisega.
• Pöörlemisjõu nagu pöördemoment genereerib alalisvoolu servomootori võll. Seega määratakse selle mootori jaoks vajalik pöördemoment lihtsalt sihtrakenduses kogetavate erinevate koormuste kiirus-momendi karakteristikute järgi. Need pöördemomendid on kahte tüüpi käivitusmoment ja pidev pöördemoment.
• Käivitusmoment on servomootori käivitamisel nõutav pöördemoment. See pöördemoment on tavaliselt suurem kui pidev pöördemoment.
• Pidev pöördemoment on väljundmoment, mis on mootori võimsus pidevates töötingimustes.
• Nendel mootoritel peab töökindluse tagamiseks olema piisav kiirus ja pöördemoment, sealhulgas 20–30% varu koormusvajaduste ja mootori nimiväärtuste vahel. Kui need marginaalid ületavad liiga palju, väheneb kulude tõhusus Faulhaberi 12 V alalisvoolu südamikuta alalisvoolu servomootori spetsifikatsioonid on:
• Käigukasti suhe on 64: l planetaarne kolmeastmeline käigukast.
• Koormusvool on 1400 mA võimsus.
• Võimsus on 17W.
• Kiirus on 120 RPM.
• Koormusvool on 75 mA.
• Kodeerija tüüp on optiline.
• Kodeerija eraldusvõime on O/P Shaft 768CPR.
• Läbimõõt on 30 mm.
• Pikkus on 42mm.
• Kogupikkus on 85 mm.
• Võlli läbimõõt on 6 mm.
• Varre pikkus on 35 mm.
• Pöördemoment on 52 kgcm.

Omadused

The DC servomootori omadused sisaldama järgmist.

• Alalisvoolu servomootori konstruktsioon sarnaneb püsimagneti või eraldi ergastava alalisvoolumootoriga.
• Selle mootori kiiruse reguleerimine toimub armatuuri pinge juhtimisega.
• Servomootor on konstrueeritud suure armatuuritakistusega.
• See tagab kiire reageerimise pöördemomendile.
• Astmeline muutus armatuuri pinges tekitab kiire muutuse mootori kiiruses.

Vahelduvvoolu servomootor vs alalisvoolu servomootor

Alalisvoolu servomootori ja vahelduvvoolu servomootori erinevus hõlmab järgmist.

DC servomootori liides Arduinoga

Alalisvoolu servomootori juhtimiseks täpse ja vajaliku nurga all saab kasutada Arduino plaati/mis tahes muud mikrokontrollerit. Sellel plaadil on analoog o/p, mis genereerib PWM-signaali servomootori täpse nurga all pööramiseks. Servomootori nurga asendit saate liigutada ka potentsiomeetri või Arduino abil nuppudega.

Servomootorit saab juhtida ka infrapuna kaugjuhtimispuldiga, mis on hõlpsasti saadaval. See kaugjuhtimispult on abiks alalisvoolu servomootori liigutamisel kindla nurga alla või mootori nurga lineaarseks suurendamiseks või vähendamiseks infrapunapuldiga.

Siin arutleme selle üle, kuidas servomootorit IR-kaugjuhtimispuldi abil Arduino abil teatud nurga all liigutada, samuti servomootori nurga suurendamist või vähendamist puldiga päri- ja vastupäeva. Alalisvoolu servomootori liideseskeem Arduino ja IR-kaugjuhtimispuldiga on näidatud allpool. Selle liidese ühendused on järgmised;

See liides kasutab peamiselt kolme olulist komponenti, nagu alalisvoolu servomootor, Arduino plaat ja TSOP1738 IR-andur. Sellel anduril on kolm terminali nagu Vcc, GND ja väljund. Selle anduri Vcc-klemm on ühendatud Arduino Uno plaadi 5V-ga, selle anduri GND-klemm on ühendatud Arduino plaadi GND-klemmiga ja väljundklemm on ühendatud Arduino plaadi viiguga 12 (digitaalne sisend).

Digitaalne väljundviik 5 ühendatakse mootori käitamiseks lihtsalt servomootori signaalisisendi viiguga
Alalisvoolu servomootor + ve viik antakse välisele 5 V toiteallikale ja servomootori GND tihv Arduino GND tihvtile.

Töötab

IR-kaugjuhtimispulti kasutatakse kahe toimingu tegemiseks 30 kraadi, 60 kraadi ja 90 kraadi ning ka mootori nurga suurendamiseks/vähendamiseks 0-180 kraadini.

Kaugjuhtimispuldil on palju nuppe, nagu numbrinupud (0–9), nurga juhtimise nupud, nooleklahvide nupud, üles/alla nupud jne. Kui vajutate mõnda numbrinuppu vahemikus 1–5, liigub alalisvoolu servomootor sellele. täpne nurk ja nurga üles/alla nuppu vajutades saab mootori nurga täpselt seada ±5 kraadi.

Kui nupud on otsustatud, tuleb nende nuppude koodid dekodeerida. Kui vajutate mõnda kaugjuhtimispuldi nuppu, saadab see vajaliku toimingu tegemiseks ühe koodi. Nende kaugkoodide dekodeerimiseks kasutatakse IR-kaugteeki Internetist.

Laadige Arduinosse üles järgmine programm ja ühendage IR-andur. Nüüd asetage kaugjuhtimispult IR-anduri poole ja vajutage nuppu. Pärast seda avage jadamonitor ja jälgige vajutatud nupu koodi numbrite kujul.

Arduino kood

#include // lisage IR-kaugteek
#include // servomootorite raamatukogu lisamine
Teenindusteenus1;
int IRpin = 12; // IR-anduri pin
int mootori_nurk=0;
IRrecv irrecv(IRpin);
decode_results tulemused;
tühine seadistus ()
{
Serial.begin(9600); // initsialiseeri jadaside
Serial.println ('IR-kaugjuhitav servomootor'); // kuva sõnum
irrecv.enableIRIn(); // Käivitage vastuvõtja
servo1.attach(5); // kuulutab servomootori tihvt
servo1.write(mootori_nurk); // liigutage mootor 0 kraadi peale
Serial.println('Servomootori nurk 0 kraadi');
viivitus (2000);
}
void loop ()
{
while(!(irrecv.decode(&results))); // oodake, kuni ühtegi nuppu ei vajutata
if (irrecv.decode(&results)) // kui nuppu vajutatakse ja kood võetakse vastu
{
if(results.value==2210) // kontrollige, kas numbri 1 nuppu on vajutatud
{
Serial.println('servomootori nurk 30 kraadi');
mootori_nurk = 30;
servo1.write(mootori_nurk); // liigutage mootor 30 kraadini
}
else if(results.value==6308) // kui vajutada numbri 2 nuppu
{
Serial.println('servomootori nurk 60 kraadi');
mootori_nurk = 60;
servo1.write(mootori_nurk); // liigutage mootor 60 kraadi peale
}
else if(results.value==2215) // samamoodi kõigi numbrinuppude puhul
{
Serial.println('servomootori nurk 90 kraadi');
mootori_nurk = 90;
servo1.write(mootori_nurk);
}
else if(results.value==6312)
{
Serial.println('servomootori nurk 120 kraadi');
mootori_nurk = 120;
servo1.write(mootori_nurk);
}
else if(results.value==2219)
{
Serial.println('servomootori nurk 150 kraadi');
mootori_nurk = 150;
servo1.write(mootori_nurk);
}
else if(results.value==6338) // kui vajutatakse helitugevuse suurendamise nuppu
{
if(mootori_nurk<150) mootori_nurk+=5; // mootori nurga suurendamine
Serial.print('Mootori nurk on');
Serial.println(mootori_nurk);
servo1.write(mootori_nurk); // ja liigutage mootor selle nurga alla
}
else if(results.value==6292) // kui vajutatakse helitugevuse vähendamise nuppu
{
if(mootori_nurk>0) mootori_nurk-=5; // mootori nurga vähendamine
Serial.print('Mootori nurk on');
Serial.println(mootori_nurk);
servo1.write(mootori_nurk); // ja liigutage mootor selle nurga alla
}
viivitus(200); // oodake 0,2 sek
irrecv.resume(); // olge taas valmis järgmise koodi vastuvõtmiseks
}
}

Alalisvoolu servomootori toide antakse välisest 5V-st & IR-anduri ja Arduino plaadi toide USB-lt. Kui servomootorile on antud toide, liigub see 0 kraadini. Pärast seda kuvatakse seeriamonitoril teade 'servomootori nurk on 0 kraadi'.

Nüüd kaugjuhtimispuldil, kui vajutate nuppu 1, liigub alalisvoolu servomootor 30 kraadi. Samamoodi, kui vajutada nuppe nagu 2, 3, 4 või 5, liigub mootor soovitud nurga all, näiteks 60 kraadi, 90 kraadi, 120 kraadi või 150 kraadi. Nüüd kuvab jadamonitor servomootori nurga asendit kui 'servomootori nurk xx kraadi'.

Kui helitugevuse suurendamise nuppu on vajutatud, suurendatakse mootori nurka 5 kraadi võrra, mis tähendab, et kui see on 60 kraadi, liigub see 65 kraadini. Seega kuvatakse seeriamonitoril uue nurga asukoht.

Samamoodi, kui nurga alla vajutamise nuppu on vajutatud, siis mootori nurka vähendatakse 5 kraadi võrra, mis tähendab, et kui nurk on 90 kraadi, liigub see 85 kraadini. IR-kaugjuhtimispuldi signaali tajub infrapunasensor. Et teada saada, kuidas see tajub ja kuidas infrapunasensor töötab, klõpsake nuppu siin

Seega kuvatakse seeriamonitoril uue nurga asukoht. Seetõttu saame Arduino & IR kaugjuhtimispuldiga hõlpsasti juhtida alalisvoolu servomootori nurka.

Kui soovite teada, kuidas alalisvoolumootorit 8051 mikrokontrolleriga liidestada, klõpsake siin

DC servomootori eelised

The DC servomootorite eelised sisaldama järgmist.

• DC servomootori töö on stabiilne.
• Nendel mootoritel on palju suurem väljundvõimsus kui mootori suurus ja kaal.
• Kui need mootorid töötavad suurel kiirusel, ei tekita nad müra.
• See mootori töö on vibratsiooni- ja resonantsivaba.
• Seda tüüpi mootoritel on kõrge pöördemomendi ja inertsi suhe ning nad suudavad koormust väga kiiresti vastu võtta.
• Neil on kõrge efektiivsus.
• Nad annavad kiireid vastuseid.
• Need on kaasaskantavad ja kerged.
• Nelja kvadrandi kasutamine on võimalik.
• Suurel kiirusel on need kuuldavalt vaiksed.

The alalisvoolu servomootorite puudused sisaldama järgmist.

• Alalisvoolu servomootori jahutusmehhanism on ebaefektiivne. Nii et see mootor saastub kiiresti, kui see on ventileeritud.
• See mootor genereerib maksimaalse väljundvõimsuse suurema pöördemomendi kiirusel ja vajab regulaarset käiguvahetust.
• Neid mootoreid võib ülekoormus kahjustada.
• Neil on keeruline disain ja nad vajavad kodeerijat.
• Need mootorid vajavad tagasisideahela stabiliseerimiseks häälestamist.
• See nõuab hooldust.

Alalisvoolu servomootori rakendused

The alalisvoolu servomootorite rakendused sisaldama järgmist.

• Alalisvoolu servomootoreid kasutatakse metalli lõikamiseks ja vormimiseks tööpinkides.
• Neid kasutatakse antennide positsioneerimiseks, trükkimiseks, pakendamiseks, puidutöötlemiseks, tekstiiliks, nööri või köie tootmiseks, CMM-i (koordinaatmõõtmismasinate) valmistamiseks, materjalide käsitsemiseks, põranda poleerimiseks, uste avamiseks, X-Y lauaks, meditsiiniseadmeteks ja vahvlite ketramiseks.
• Neid mootoreid kasutatakse õhusõiduki juhtimissüsteemides, kus ruumi- ja kaalupiirangud nõuavad mootoreid, mis tagaksid iga ühiku mahu jaoks suure võimsuse.
• Neid saab kasutada siis, kui on vaja suurt käivitusmomenti, näiteks puhuri ajamid ja ventilaatorid.
• Neid kasutatakse ka peamiselt robootika, programmeerimisseadmete, elektromehaaniliste ajamite, tööpinkide, protsessikontrollerite jms jaoks.

Seega on see ülevaade alalisvoolust servomootor töötab rakendustega. Neid servomootoreid kasutatakse erinevates tööstusharudes, et pakkuda lahendust paljudele mehaanilistele liikumistele. Nende mootorite omadused muudavad need väga tõhusaks ja võimsaks. Siin on teile küsimus, mis on vahelduvvoolu servomootor?