Līdzstrāvas servomotors: konstrukcija, darbība, saskarne ar Arduino un tā lietojumprogrammas

A servo motors vai servo ir viena veida elektromotors, ko izmanto, lai ar augstu precizitāti pagrieztu mašīnas daļas. Šis motors ietver vadības ķēdi, kas nodrošina atgriezenisko saiti par motora vārpstas pašreizējo atrašanās vietu, tāpēc šī atgriezeniskā saite vienkārši ļauj šiem motoriem griezties ar augstu precizitāti. Servo motors ir noderīgs, pagriežot objektu noteiktā attālumā vai leņķī. Šis motors ir klasificēts divu veidu maiņstrāvas servomotoros un līdzstrāvas servomotoros. Ja servomotors darbam izmanto līdzstrāvu, motoru sauc par līdzstrāvas servomotoru, savukārt, ja tas darbojas ar maiņstrāvu, to sauc par maiņstrāvas servomotoru. Šī apmācība sniedz īsu informāciju par Līdzstrāvas servo motors – darbs ar aplikācijām.

Kas ir līdzstrāvas servomotors?

Servomotoru, kas izmanto līdzstrāvas elektrisko ievadi, lai radītu mehānisku izvadi, piemēram, pozīciju, ātrumu vai paātrinājumu, sauc par līdzstrāvas servomotoru. Parasti šāda veida motorus izmanto kā galvenos dzinējus ciparu vadāmās iekārtās, datoros un daudzās citās vietās, kur tiek veikta iedarbināšana un apturēšana. precīzi un ļoti ātri.

Līdzstrāvas servomotoru uzbūve un darbība

Līdzstrāvas servomotors ir izgatavots no dažādām sastāvdaļām, kas ir norādītas nākamajā blokshēmā. Šajā diagrammā katrs komponents un tā funkcija ir aplūkoti turpmāk.

Šajā gadījumā izmantotais motors ir tipisks līdzstrāvas motors, ieskaitot tā lauka tinumu, kas tiek ierosināts atsevišķi. Tātad atkarībā no ierosmes rakstura tālāk var tikt klasificēti kā armatūras kontrolēti un lauka kontrolēti servomotori.

Šajā gadījumā izmantotā slodze ir vienkārša ventilatora vai rūpnieciskā slodze, kas ir vienkārši savienota ar motora mehānisko vārpstu.

Šīs konstrukcijas pārnesumkārba darbojas kā mehānisks devējs, lai atkarībā no pielietojuma mainītu motora jaudu, piemēram, paātrinājumu, pozīciju vai ātrumu.

Pozīcijas sensora galvenā funkcija ir iegūt atgriezeniskās saites signālu, kas līdzvērtīgs pašreizējai slodzes pozīcijai. Parasti tas ir potenciometrs, ko izmanto, lai nodrošinātu spriegumu, kas ir proporcionāls motora vārpstas absolūtajam leņķim, izmantojot pārnesumu mehānismu.

Salīdzinājuma funkcija ir salīdzināt pozīcijas sensora un atskaites punkta o/p, lai radītu kļūdas signālu un nodotu to pastiprinātājam. Ja līdzstrāvas motors darbojas ar precīzu vadību, tad kļūdu nav. Pozīcijas sensors, pārnesumkārba un komparators padarīs sistēmu par slēgtu cilpu.

Pastiprinātāja funkcija ir pastiprināt kļūdu no salīdzinājuma un padot to līdzstrāvas motoram. Tātad, tas darbojas kā proporcionāls kontrolieris visur, kur pastiprinājums tiek pastiprināts, lai līdzsvara stāvokļa kļūdas nebūtu nulles.

Vadāmais signāls dod ievadi PWM (impulsa platuma modulatoram) atkarībā no atgriezeniskās saites signāla, lai tas modulētu motora ievadi precīzai vadībai, pretējā gadījumā līdzsvara stāvokļa kļūdai nav nulles. Turklāt šis impulsa platuma modulators izmanto atsauces viļņu formu un salīdzinājumu, lai radītu impulsus.

Izveidojot slēgtā cikla sistēmu, tiek iegūts paātrinājums, ātrums vai precīza pozīcija. Kā norāda nosaukums, servomotors ir kontrolēts motors, kas nodrošina vēlamo jaudu atgriezeniskās saites un kontrollera efekta dēļ. Kļūdas signāls tiek vienkārši pastiprināts un izmantots servomotora darbināšanai. Atkarībā no vadības signāla un impulsa platuma modulatora ražošanas rakstura šiem motoriem ir labākas vadības metodes ar FPGA mikroshēmām vai digitālajiem signālu procesoriem.

Līdzstrāvas servomotora darbība ir; ikreiz, kad ieejas signāls tiek pielietots līdzstrāvas motoram, tas griež vārpstu un zobratus. Tātad būtībā pārnesumu griešanās izvade tiek atgriezta pozīcijas sensorā (potenciometrā), kura pogas griežas un maina pretestību. Ikreiz, kad tiek mainīta pretestība, tiek mainīts spriegums, kas ir kļūdas signāls, kas tiek ievadīts kontrollerī, un tādējādi tiek ģenerēts PWM.

Lai uzzinātu vairāk par līdzstrāvas servomotoru veidiem, lūdzu, skatiet šo saiti: Dažādu veidu servomotori .

Līdzstrāvas servomotora pārsūtīšanas funkcija

Pārsūtīšanas funkciju var definēt kā o/p mainīgā Laplasa transformācijas (LT) attiecību pret LT ( Laplasa transformācija ) no i/p mainīgā. Parasti līdzstrāvas motors maina enerģiju no elektriskās uz mehānisko. Armatūras spailēs piegādātā elektriskā enerģija tiek pārveidota par kontrolētu mehānisko enerģiju.

Armatūras kontrolētā līdzstrāvas servomotora pārsūtīšanas funkcija ir parādīta zemāk.

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

Lauka kontrolētā līdzstrāvas servomotora pārsūtīšanas funkcija ir parādīta zemāk.

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

Armatūras kontrolētais līdzstrāvas servomotors nodrošina izcilu veiktspēju, pateicoties slēgtā cikla sistēmai, salīdzinot ar lauka kontrolētu līdzstrāvas servomotoru, kas ir atvērtā cikla sistēma. Turklāt lauka kontroles sistēmā reakcijas ātrums ir lēns. Armatūras kontrolētā gadījumā armatūras induktivitāte ir niecīga, savukārt lauka vadības gadījumā tā nav vienāda. Bet iekšzemes kontrolē uzlabota amortizācija nav sasniedzama, turpretim armatūras kontrolē to var panākt.

Specifikācijas

Līdzstrāvas servomotors nodrošina veiktspējas specifikācijas, kas ietver šādas. Šīs specifikācijas ir jāsaskaņo, pamatojoties uz lietojumprogrammas slodzes vajadzībām, lai pareizi noteiktu motora izmēru.

• Vārpstas ātrums vienkārši nosaka ātrumu, kurā vārpsta griežas, kas izteikts RPM (apgriezienu skaits minūtē).
• Parasti ražotāja piedāvātais ātrums ir tukšgaitas vārpstas ātrums bez slodzes vai ātrums, kurā motora izejas griezes moments ir nulle.
• Termināla spriegums ir motora projektētais spriegums, kas nosaka motora ātrumu. Šo ātrumu vienkārši kontrolē, palielinot vai samazinot motoram pievadīto spriegumu.
• Rotācijas spēku, piemēram, griezes momentu, ģenerē līdzstrāvas servomotora vārpsta. Tātad šim motoram nepieciešamo griezes momentu vienkārši nosaka dažādu slodžu ātruma un griezes momenta raksturlielumi, kas rodas mērķa lietojumā. Šie griezes momenti ir divu veidu palaišanas griezes moments un nepārtraukts griezes moments.
• Palaišanas griezes moments ir nepieciešamais griezes moments, iedarbinot servomotoru. Šis griezes moments parasti ir lielāks, salīdzinot ar nepārtrauktu griezes momentu.
• Nepārtrauktais griezes moments ir izejas griezes moments, kas ir motora jauda pastāvīgas darbības apstākļos.
• Lai nodrošinātu uzticamību, šiem motoriem jābūt ar pietiekamu ātrumu un griezes momentu, tostarp 20 līdz 30% starpību starp slodzes vajadzībām, kā arī motora nominālvērtībām. Ja šīs rezerves pārsniedz pārāk daudz, izmaksu efektivitāte tiks samazināta Faulhaber 12 V līdzstrāvas bezvada līdzstrāvas servomotora specifikācijas ir:
• Pārnesumkārbas attiecība ir 64: l planētu trīspakāpju pārnesumkārba.
• Slodzes strāva ir 1400 mA jauda.
• Jauda ir 17 W.
• Ātrums ir 120 RPM.
• Bez slodzes strāva ir 75 mA.
• Kodētāja veids ir optiskais.
• Kodētāja izšķirtspēja ir 768CPR no O/P Shaft.
• Diametrs ir 30 mm.
• Garums ir 42 mm.
• Kopējais garums ir 85 mm.
• Vārpstas diametrs ir 6 mm.
• Vārpstas garums ir 35 mm.
• Stabiņa griezes moments ir 52 kgcm.

Raksturlielumi

The līdzstrāvas servomotora īpašības iekļaujiet tālāk norādīto.

• Līdzstrāvas servomotora dizains ir līdzīgs pastāvīgajam magnētam vai atsevišķi ierosinātam līdzstrāvas motoram.
• Šī motora ātruma kontrole tiek veikta, kontrolējot armatūras spriegumu.
• Servo motors ir izstrādāts ar augstu armatūras pretestību.
• Tas nodrošina ātru griezes momenta reakciju.
• Armatūras sprieguma pakāpeniska maiņa rada ātru motora ātruma izmaiņas.

Maiņstrāvas servomotors vs līdzstrāvas servomotors

Atšķirība starp līdzstrāvas servomotoru un maiņstrāvas servomotoru ir šāda.

Līdzstrāvas servomotora saskarne ar Arduino

Lai vadītu līdzstrāvas servomotoru precīzā un vajadzīgajā leņķī, var izmantot Arduino plati/jebkuru citu mikrokontrolleri. Šai platei ir analogais o/p, kas ģenerē PWM signālu, lai pagrieztu servomotoru precīzā leņķī. Varat arī pārvietot servomotora leņķa pozīciju ar potenciometru vai spiedpogām, izmantojot Arduino.

Servo motoru var vadīt arī ar IR tālvadības pulti, kas ir viegli pieejama. Šī tālvadības pults ir noderīga, lai pārvietotu līdzstrāvas servomotoru noteiktā leņķī vai lineāri palielinātu vai samazinātu motora leņķi ar IR tālvadības pulti.

Šeit mēs apspriedīsim, kā pārvietot servomotoru, izmantojot IR tālvadības pulti, izmantojot Arduino noteiktā leņķī, kā arī palielināt vai samazināt servomotora leņķi ar tālvadības pulti pulksteņrādītāja virzienā un pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Līdzstrāvas servomotora saskarnes shēma ar Arduino un IR tālvadības pulti ir parādīta zemāk. Šīs saskarnes savienojumi ir šādi;

Šajā saskarnē galvenokārt tiek izmantoti trīs būtiski komponenti, piemēram, līdzstrāvas servomotors, Arduino plate un TSOP1738 IR sensors. Šim sensoram ir trīs spailes, piemēram, Vcc, GND un izeja. Šī sensora Vcc spaile ir savienota ar Arduino Uno plates 5 V, šī sensora GND spaile ir savienota ar Arduino plates GND spaile un izejas spaile ir savienota ar Arduino plates 12. kontaktu (digitālā ieeja).

Digitālās izejas tapas 5 ir vienkārši savienotas ar servomotora signāla ievades tapu, lai darbinātu motoru
Līdzstrāvas servomotora + ve tapa tiek piešķirta ārējam 5 V barošanas avotam, un servomotora GND tapa tiek piešķirta Arduino GND tapai.

Darbojas

IR tālvadības pulti izmanto, lai veiktu divas darbības par 30 grādiem, 60 grādiem un 90 grādiem, kā arī palielinātu/samazinātu motora leņķi no 0 līdz 180 grādiem.

Tālvadības pults satur daudzas pogas, piemēram, ciparu pogas (0-9), pogas leņķa kontrolei, bulttaustiņu pogas, pogas uz augšu/uz leju utt. Tiklīdz tiek nospiesta jebkura ciparu poga no 1 līdz 5, līdzstrāvas servomotors pārvietosies uz to. precīzs leņķis un, nospiežot leņķa augšup/uz leju pogu, motora leņķi var precīzi iestatīt uz ±5 grādiem.

Kad pogas ir izlemtas, šo pogu kodi ir jāatšifrē. Kad tiek nospiesta jebkura tālvadības pults poga, tā nosūtīs vienu kodu, lai veiktu nepieciešamo darbību. Lai atšifrētu šos attālos kodus, tiek izmantota IR attālā bibliotēka no interneta.

Augšupielādējiet šo programmu Arduino un pievienojiet IR sensoru. Tagad novietojiet tālvadības pulti pret infrasarkano staru sensoru un nospiediet pogu. Pēc tam atveriet seriālo monitoru un uzraugiet nospiestās pogas kodu ciparu veidā.

Arduino kods

#include // pievienot IR attālo bibliotēku
#include // pievienot servomotoru bibliotēku
Servisa serviss1;
int IRpin = 12; // IS sensora tapa
int motor_leņķis=0;
IRrecv irrecv(IRpin);
decode_results rezultāti;
nederīgs iestatījums ()
{
Serial.begin(9600); // inicializēt seriālo komunikāciju
Serial.println (“IR tālvadības servomotors”); // parādīt ziņojumu
irrecv.enableIRIn(); // Palaidiet uztvērēju
servo1.attach(5); // deklarēt servomotora tapu
servo1.write(motora_leņķis); // pārvietojiet motoru uz 0 grādiem
Serial.println(“Servo motora leņķis 0 grādi”);
kavēšanās (2000);
}
tukšuma cilpa ()
{
while(!(irrecv.decode(&results))); // pagaidiet, līdz netiek nospiesta neviena poga
if (irrecv.decode(&results)) // kad tiek nospiesta poga un kods tiek saņemts
{
if(results.value==2210) // pārbaudīt, vai ir nospiesta cipara 1 poga
{
Serial.println(“servomotora leņķis 30 grādi”);
motora_leņķis = 30;
servo1.write(motora_leņķis); // pārvietojiet motoru uz 30 grādiem
}
else if(results.value==6308) // ja ir nospiesta cipara 2 poga
{
Serial.println(“servomotora leņķis 60 grādi”);
motora_leņķis = 60;
servo1.write(motora_leņķis); // pārvietojiet motoru uz 60 grādiem
}
else if(results.value==2215) // tāpat kā visām ciparu pogām
{
Serial.println(“servomotora leņķis 90 grādi”);
motora_leņķis = 90;
servo1.write(motora_leņķis);
}
else if(results.value==6312)
{
Serial.println(“servomotora leņķis 120 grādi”);
motora_leņķis = 120;
servo1.write(motora_leņķis);
}
else if(results.value==2219)
{
Serial.println(“servomotora leņķis 150 grādi”);
motora_leņķis = 150;
servo1.write(motora_leņķis);
}
else if(results.value==6338) // ja ir nospiesta skaļuma palielināšanas poga
{
if(motora_leņķis<150) motora_leņķis+=5; // palielināt motora leņķi
Serial.print('Motora leņķis ir');
Serial.println(motora_leņķis);
servo1.write(motora_leņķis); // un pārvietojiet motoru šajā leņķī
}
else if(results.value==6292) // ja ir nospiesta skaļuma samazināšanas poga
{
if(motora_leņķis>0) motora_leņķis-=5; // samazināt motora leņķi
Serial.print('Motora leņķis ir');
Serial.println(motora_leņķis);
servo1.write(motora_leņķis); // un pārvietojiet motoru šajā leņķī
}
kavēšanās(200); // pagaidiet 0,2 sek
irrecv.resume(); // atkal esiet gatavs saņemt nākamo kodu
}
}

Padeve līdzstrāvas servomotoram tiek nodrošināta no ārējā 5 V & barošana IR sensoram un Arduino platei tiek nodrošināta no USB. Kad servomotoram tiek piešķirta jauda, ​​tas pāriet uz 0 grādiem. Pēc tam sērijas monitorā tiks parādīts ziņojums “servomotora leņķis ir 0 grādi”.

Tagad uz tālvadības pults, kad tiek nospiesta 1. poga, līdzstrāvas servomotors pārvietosies par 30 grādiem. Līdzīgi, kad tiek nospiestas tādas pogas kā 2, 3, 4 vai 5, motors pārvietosies vēlamajos leņķos, piemēram, 60 grādi, 90 grādi, 120 grādi vai 150 grādi. Tagad seriālais monitors parādīs servomotora leņķa pozīciju kā “servomotora leņķis xx grādi”.

Kad skaļuma palielināšanas poga ir nospiesta, motora leņķis tiks palielināts par 5 grādiem, kas nozīmē, ka, ja tas ir 60 grādi, tas pārvietosies uz 65 grādiem. Tātad jaunā leņķa pozīcija tiks parādīta sērijas monitorā.

Tāpat, tiklīdz tiek nospiesta leņķa samazināšanas poga, motora leņķis tiks samazināts par 5 grādiem, kas nozīmē, ka, ja leņķis ir 90 grādi, tas pārvietosies uz 85 grādiem. IS tālvadības pults signālu uztver IS sensors. Lai uzzinātu, kā tas uztver un kā darbojas IR sensors, noklikšķiniet šeit

Tātad jaunā leņķa pozīcija tiks parādīta sērijas monitorā. Tāpēc mēs varam viegli kontrolēt līdzstrāvas servomotora leņķi ar Arduino un IR tālvadības pulti.

Lai uzzinātu, kā savienot līdzstrāvas motoru ar 8051 mikrokontrolleri, noklikšķiniet šeit

Līdzstrāvas servomotora priekšrocības

The Līdzstrāvas servomotoru priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.

• Līdzstrāvas servomotora darbība ir stabila.
• Šiem motoriem ir daudz lielāka izejas jauda nekā motora izmērs un svars.
• Kad šie motori darbojas ar lielu ātrumu, tie nerada nekādu troksni.
• Šī motora darbība ir bez vibrācijām un rezonanses.
• Šāda veida motoriem ir augsta griezes momenta un inerces attiecība, un tie var ļoti ātri uzņemt slodzi.
• Viņiem ir augsta efektivitāte.
• Viņi sniedz ātras atbildes.
• Tie ir pārnēsājami un viegli.
• Iespējama Četru kvadrantu darbība.
• Braucot lielā ātrumā, tie ir dzirdami klusi.

The Līdzstrāvas servomotoru trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.

• Līdzstrāvas servomotora dzesēšanas mehānisms ir neefektīvs. Tātad šis motors ātri tiek piesārņots, tiklīdz tas tiek ventilēts.
• Šis motors ģenerē maksimālo izejas jaudu pie lielāka griezes momenta ātruma, un tam ir nepieciešams regulārs pārnesums.
• Šos motorus var sabojāt pārslodze.
• Viņiem ir sarežģīts dizains, un tiem ir nepieciešams kodētājs.
• Šiem motoriem ir nepieciešama regulēšana, lai stabilizētu atgriezeniskās saites cilpu.
• Tam nepieciešama apkope.

Līdzstrāvas servomotoru lietojumprogrammas

The līdzstrāvas servomotoru pielietojumi iekļaujiet tālāk norādīto.

• Līdzstrāvas servomotorus izmanto metāla griešanas un formēšanas darbgaldos.
• Tos izmanto antenu pozicionēšanai, drukāšanai, iepakošanai, kokapstrādei, tekstilizstrādājumiem, auklu vai virvju ražošanai, CMM (koordinātu mērierīcēm), pārvietošanai ar materiāliem, grīdas pulēšanai, durvju atvēršanai, X-Y galdam, medicīnas aprīkojumam un vafeļu vērpšanai.
• Šos motorus izmanto gaisa kuģu vadības sistēmās, kur telpas un svara ierobežojumiem ir nepieciešami motori, kas nodrošina lielu jaudu katram vienības tilpumam.
• Tie ir piemērojami gadījumos, kad ir nepieciešams liels palaišanas griezes moments, piemēram, pūtēju piedziņas un ventilatori.
• Tos galvenokārt izmanto arī robotikai, programmēšanas ierīcēm, elektromehāniskiem izpildmehānismiem, darbgaldiem, procesu kontrolieriem utt.

Tādējādi šis ir līdzstrāvas pārskats servomotors - darbojas ar aplikācijām. Šie servomotori tiek izmantoti dažādās nozarēs, lai nodrošinātu risinājumu daudzām mehāniskām kustībām. Šo motoru īpašības padarīs tos ļoti efektīvus un jaudīgus. Šeit ir jautājums jums, kas ir maiņstrāvas servomotors?