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什么是簡單伺服電機?

關注:109 發表時間:2019-09-20 14:52:54

伺服電機的廣義定義是具有一些傳感機制以校正其性能的自動裝置。這是簡單伺服電機的定義。


        簡單伺服電機用于定位應用程序。它們最初設計用于控制遙控飛機,它們的低成本和高扭矩使它們在原型應用中作為執行器非常有用??梢灾甘綬C伺服通過控制器移動到期望的位置。在內部,它監控當前位置,并盡可能快地驅動電機,直到達到所需位置。這是一種非常便宜且簡單的控制電機的方法。它有一些限制 - 控制器無法知道電機的當前位置和速度。想要平穩移動的應用程序受到激進加速的影響。
伺服電機 已經存在很長時間并且在許多應用中使用。它們體積小但打包很大,非常節能。由于這些功能,它們可用于操作遙控或無線電控制的玩具車、 機器人和飛機。伺服電機還用于工業應用、機器人、線制造、藥劑學和食品服務。
伺服電機是一種旋轉致動器,其允許角位置的精確控制,速度和加速度。它由一個合適的電機和一個傳感器組成,用于位置反饋。它還需要一個相對復雜的控制器,通常是專門為伺服電機設計的專用模塊。
伺服電機在基本工作原理的基礎上不是一類不同的電機,而是采用伺服機構通過通用開環電機實現閉環控制。伺服電機用于機器人,  CNC  機械或自動化制造等應用。

    伺服機制
        顧名思義,伺服電機是 伺服機構。更具體地說,它是一種閉環伺服機構,它使用位置反饋來控制其運動和最終位置。其控制輸入是一些模擬或數字信號,代表輸出軸的指令位置。 
電機與某種類型的編碼器配對,以提供位置和速度反饋。在最簡單的情況下,僅測量位置。將測量的輸出位置與命令位置(控制器的外部輸入)進行比較。如果輸出位置與所需位置不同,則會產生一個錯誤信號,然后根據需要使電機沿任一方向旋轉,以使輸出軸到達適當的位置。當位置接近時,誤差信號減小到零并且電動機停止。
        最簡單的伺服電機通過電位計 和電機的bang-bang控制使用僅位置傳感器  ; 電機始終以全速(或停止)旋轉。這種類型的伺服電動機并未廣泛用于工業運動控制,但它們構成了用于無線電控制模型的簡單且廉價的伺服電機的基礎。

       伺服電機與步進電機
        伺服電機通常用作步進電機的高性能替代品。步進電機具有一些控制位置的固有能力,因為它們具有內置輸出步驟。這通常允許它們用作開環位置控制,而沒有任何反饋編碼器,因為它們的驅動信號指定了旋轉運動的步數。這種缺乏反饋雖然限制了它們的性能,因為步進電機只能驅動一個在其容量范圍內的負載,否則在負載下錯過的步驟可能會導致定位錯誤。
    編碼器和控制器的伺服電機是額外的費用,但是它們優化整個系統(所有速度,功率和精度)相對于所述基本馬達的容量的性能。對于較大的系統,強大的電機占系統成本的比例越來越大,伺服電機具有優勢。

    伺服電機與直流電機
        DC電機具有兩線連接。通過這兩根電線提供所有驅動電源 - 想想一個燈泡。當您打開直流電機時,它只會開始旋轉。大多數直流電機非???,大約5000轉(每分鐘轉數)。
使用直流電機,其速度(或更準確地說,其功率水平)使用稱為脈沖寬度調制的技術或簡單的PWM來控制。這是通過選通電源來控制電機功率的想法。這里的關鍵概念是占空比 - “開啟時間”與“關閉時間”的百分比。如果電源僅在1/2時間開啟,則電機以其全開操作的功率運行1/2。
伺服馬達是一個完全不同的故事。伺服電機實際上是四件事的組合:普通直流電機,齒輪減速單元,位置感應裝置(通常是電位計 - 音量控制旋鈕)和控制電路。
        伺服功能是接收表示伺服軸所需輸出位置的控制信號,并向其直流電機供電,直到其軸轉到該位置。它使用位置傳感裝置來確定軸的旋轉位置,因此它知道電機必須轉向哪種方式才能將軸移動到指令位置。軸通常不像DC電動機那樣自由地繞圓形和圓形旋轉,而是僅能來回轉動200度左右。
伺服電機有3線連接:電源,接地和控制。必須不斷施加電源; 伺服電機有自己的驅動電子設備,從電源引線吸取電流來驅動電機。
        控制信號是脈沖寬度調制(PWM),但是這里正向脈沖的持續時間決定了伺服軸的位置。例如,1.520毫秒脈沖是Futaba S148伺服的中心位置。較長的脈沖使伺服轉向順時針從中心位置,較短的脈沖使伺服轉向逆時針從中心位置。
        伺服控制脈沖每20毫秒重復一次。從本質上講,每告知伺服器20毫秒,“就到這里”。

        總結一下,伺服電機的控制脈沖與直流電機之間存在兩個重要的區別。首先,在伺服電機上,占空比(導通時間與關斷時間)沒有任何意義 - 所有重要的是正向脈沖的絕對持續時間,其對應于伺服軸的指令輸出位置。其次,伺服系統有自己的電力電子設備,因此控制信號上的功率很小。所有功率都來自其電源線,必須簡單地連接到5伏的高電流源。


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