ДЦ серво мотор: конструкција, рад, интерфејс са Ардуином и његове апликације

А серво мотор или серво је један тип електричног мотора који се користи за ротирање делова машине са високом прецизношћу. Овај мотор укључује управљачко коло које даје повратну информацију о тренутној локацији осовине мотора тако да ова повратна информација једноставно омогућава овим моторима да се окрећу са великом прецизношћу. Серво мотор је користан у ротирању објекта на одређеној удаљености или углом. Овај мотор је класификован у два типа АЦ серво мотор и ДЦ серво мотор. Ако серво мотор користи ДЦ напајање за рад, онда се мотор назива ДЦ серво мотор, док ако ради са наизменичном струјом онда је познат као АЦ серво мотор. Овај водич пружа кратке информације о ДЦ серво мотор – рад са апликацијама.

Шта је ДЦ серво мотор?

Сервомотор који користи ДЦ електрични улаз за производњу механичког излаза као што је положај, брзина или убрзање назива се ДЦ сервомотор Генерално, ови типови мотора се користе као главни покретачи у нумерички контролисаним машинама, рачунарима и многим другим где год се покрећу и заустављају прецизно и веома брзо.

Конструкција и рад серво мотора једносмерне струје

ДЦ серво мотор је конструисан са различитим компонентама које су дате у следећем блок дијаграму. У овом дијаграму, свака компонента и њена функција су размотрени у наставку.

Мотор који се користи у овом случају је типичан ДЦ мотор укључујући његов намотај поља који се посебно побуђује. Дакле, у зависности од природе побуде, даље се могу категорисати као серво мотори контролисани арматуром и теренски контролисани серво мотори.

Оптерећење које се користи у овом случају је једноставан вентилатор или индустријско оптерећење које је једноставно повезано са механичком осовином мотора.

Мењач у овој конструкцији ради као механички претварач за промену излазне снаге мотора попут убрзања, положаја или брзине у зависности од примене.

Главна функција сензора положаја је да добије повратни сигнал еквивалентан тренутној позицији терета. Генерално, ово је потенциометар који се користи да обезбеди напон који је пропорционалан апсолутном углу осовине мотора кроз механизам зупчаника.

Функција компаратора је да упореди о/п сензора положаја и референтне тачке како би се произвео сигнал грешке и дао га појачавачу. Ако ДЦ мотор ради са прецизном контролом, онда нема грешке. Сензор положаја, мењач и компаратор ће учинити систем затвореном петљом.

Функција појачала је да појача грешку из компаратора и доведе је до ДЦ мотора. Дакле, ради као пропорционални контролер где год је појачање појачано за нулту грешку у стабилном стању.

Контролисани сигнал даје улаз за ПВМ (модулатор ширине импулса) у зависности од сигнала повратне спреге, тако да модулира улаз мотора за прецизну контролу иначе нема грешке у стабилном стању. Даље, овај модулатор ширине импулса користи референтни таласни облик и компаратор за производњу импулса.

Прављењем система затворене петље добија се убрзање, брзина или тачна позиција. Као што име сугерише, серво мотор је контролисан мотор који обезбеђује жељени излаз због повратне спреге и ефекта контролера. Сигнал грешке се једноставно појачава и користи за покретање серво мотора. У зависности од природе контролног сигнала и модулатора ширине импулса, ови мотори имају супериорне контролисане методе са ФПГА чиповима или дигиталним процесорима сигнала.

Рад ДЦ серво мотора је; кад год се улазни сигнал примени на ДЦ мотор, он ротира осовину и зупчанике. Дакле, у основи, ротација излаза зупчаника се враћа назад на сензор положаја (потенциометар) чија се дугмад окрећу и мењају свој отпор. Кад год се промени отпор, тада се мења напон који је сигнал грешке који се уноси у контролер и последично се генерише ПВМ.

Да бисте сазнали више о типовима ДЦ серво мотора, погледајте ову везу: Различити типови серво мотора .

Преносна функција ДЦ серво мотора

Функција преноса се може дефинисати као однос Лапласове трансформације (ЛТ) о/п променљиве према ЛТ ( Лапласова трансформација ) променљиве и/п. Генерално, ДЦ мотор мења енергију из електричне у механичку. Испоручена електрична енергија на терминалима арматуре се мења у контролисану механичку енергију.

Функција преноса ДЦ серво мотора контролисана арматуром је приказана испод.

θ(с)/Ва(с) = (К1/(Јс2 + Бс)*(Лас + Ра)) /1 + (К1КбКс)/(Јс2 + Бс)*(Лас+Ра)

Функција преноса сервомотора ДЦ контролисаног поља је приказана испод.

θ(с)/Вф (с) = Кф / (сЛф + Рф) * (с2Ј + Бс)

Дц серво мотор контролисан арматуром пружа супериорне перформансе због система затворене петље у поређењу са серво мотором ДЦ контролисаног на терену који је систем отворене петље. Поред тога, брзина одговора је спора унутар система контроле поља. У случају контроле арматуре, индуктивност арматуре је занемарљива, док у случају контроле поља није иста. Али, у контроли инфиелда, побољшано пригушење није могуће постићи, док се у контроли арматуре може постићи.

Спецификације

ДЦ серво мотор пружа спецификације перформанси које укључују следеће. Ове спецификације треба да буду усклађене на основу потреба за оптерећењем апликације да би се правилно димензионисао мотор.

• Брзина осовине једноставно дефинише брзину у којој се осовина окреће, изражена у броју обртаја у минути (окрети у минути).
• Обично је брзина коју нуди произвођач брзина у празном ходу о/п вратила или брзина у којој је излазни обртни момент мотора нула.
• Напон на терминалу је пројектовани напон мотора који одређује брзину мотора. Ова брзина се једноставно контролише повећањем или смањењем напона који се доводи до мотора.
• Ротациону силу попут обртног момента генерише осовина серво мотора једносмерне струје. Дакле, потребан обртни момент за овај мотор је једноставно одређен карактеристикама брзине и обртног момента различитих оптерећења која се доживљавају у оквиру циљне примене. Ови обртни моменти су два типа почетни и континуирани обртни момент.
• Почетни момент је потребан обртни момент при покретању серво мотора. Овај обртни момент је обично већи у поређењу са континуираним обртним моментом.
• Континуирани обртни момент је излазни обртни момент који је капацитет мотора у условима константног рада.
• Ови мотори морају имати довољан капацитет брзине и обртног момента за примену, укључујући маргину од 20 до 30% између неопходног оптерећења, као и оцене мотора да би се осигурала поузданост. Када ове марже пређу превише онда ће ефективност трошкова бити смањена спецификације 12В ДЦ серво мотора без језгре ДЦ из Фаулхабера су:
• Однос мењача је 64: л планетарни тростепени мењач.
• Струја оптерећења је 1400 мА снаге.
• Снага је 17В.
• Брзина је 120 РПМ.
• Струја без оптерећења је 75мА.
• Тип енкодера је оптички.
• Резолуција енкодера је 768ЦПР О/П осовине.
• Пречник је 30 мм.
• Дужина је 42 мм.
• Укупна дужина је 85 мм.
• Пречник осовине је 6 мм.
• Дужина осовине је 35 мм.
• Обртни моменат је 52 кгцм.

Карактеристике

Тхе карактеристике једносмерног серво мотора укључи следеће.

• Дизајн ДЦ серво мотора је сличан трајном магнету или посебно побуђеном ДЦ мотору.
• Контрола брзине овог мотора се врши контролом напона арматуре.
• Серво мотор је дизајниран са високим отпором арматуре.
• Омогућава брз одзив обртног момента.
• Промена корака унутар напона арматуре генерише брзу промену брзине мотора.

АЦ серво мотор вс ДЦ серво мотор

Разлика између ДЦ серво мотора и АЦ серво мотора укључује следеће.

Повезивање ДЦ серво мотора са Ардуином

За контролу ДЦ серво мотора под тачним и потребним углом, може се користити Ардуино плоча/било који други микроконтролер. Ова плоча има аналогни о/п који генерише ПВМ сигнал за окретање серво мотора под прецизним углом. Такође можете померити угаону позицију серво мотора помоћу потенциометра или тастера користећи Ардуино.

Серво мотор се такође може контролисати помоћу ИР даљинског управљача који је лако доступан. Овај даљински управљач помаже у померању серво мотора једносмерне струје до одређеног угла или линеарном повећању или смањењу угла мотора помоћу ИР даљинског управљача.

Овде ћемо разговарати о томе како да померимо серво мотор помоћу ИР даљинског управљача користећи Ардуино под одређеним углом и такође повећамо или смањимо угао серво мотора са даљинским управљачем у смеру казаљке на сату и супротно. Дијаграм повезивања ДЦ серво мотора са Ардуино и ИР даљинским управљачем је приказан испод. Везе овог повезивања следе као;

Ово повезивање углавном користи три основне компоненте као што су ДЦ серво мотор, Ардуино плоча и ТСОП1738 ИР сензор. Овај сензор има три терминала као што су Вцц, ГНД и излаз. Вцц терминал овог сензора је повезан на 5В Ардуино Уно плоче, ГНД терминал овог сензора је повезан са ГНД терминалом Ардуино плоче, а излазни терминал је повезан на пин 12 (дигитални улаз) Ардуино плоче.

Дигитални излазни пин 5 је једноставно повезан са улазним сигналним пином серво мотора за покретање мотора
Пин +ве серво мотора једносмерне струје се даје на екстерно напајање од 5В, а ГНД пин серво мотора се даје на ГНД пин Ардуина.

Рад

ИР даљински управљач се користи за обављање две радње од 30 степени, 60 степени и 90 степени, као и за повећање/смањење угла мотора са 0  на 180 степени.

Даљински управљач садржи много дугмади као што су дугмад са бројевима (0-9), дугмад за контролу угла, тастери са стрелицама, дугмад за горе/доле, итд. Једном када се притисне било које дугме са бројевима од 1 до 5, серво мотор ће се померити на то тачан угао и када се притисне дугме за угао горе/доле онда се угао мотора може тачно подесити на ±5 степени.

Када су дугмад одређена, кодови ових дугмади морају да се декодирају. Када се притисне било које дугме на даљинском управљачу, он ће послати један код за обављање потребне радње. За декодирање ових удаљених кодова користи се ИР удаљена библиотека са интернета.

Отпремите следећи програм у Ардуино и повежите ИР сензор. Сада поставите даљински према ИР сензору и притисните дугме. Након тога отворите серијски монитор и пратите код притиснутог дугмета у облику бројева.

Ардуино код

#инцлуде <ИРремоте.х> // додај ИР удаљену библиотеку
#инцлуде <Серво.х> // додај библиотеку серво мотора
Сервице сервице1;
инт ИРпин = 12; // пин за ИР сензор
инт мотор_англе=0;
ИРрецв иррецв(ИРпин);
децоде_ресултс ресултс;
воид сетуп()
{
Сериал.бегин(9600); // иницијализује серијску комуникацију
Сериал.принтлн(„ИР даљински управљани серво мотор“); // приказ поруке
иррецв.енаблеИРИн(); // Покрени пријемник
серво1.аттацх(5); // декларисати пин серво мотора
серво1.врите(мотор_англе); // померите мотор на 0 степени
Сериал.принтлн(“Угао серво мотора 0 степени”);
кашњење (2000);
}
воид лооп()
{
вхиле(!(иррецв.децоде(&ресултс))); // сачекајте док се не притисне ниједно дугме
иф (иррецв.децоде(&ресултс)) // када се притисне дугме и добије се код
{
иф(ресултс.валуе==2210) // проверава да ли је притиснуто дугме цифре 1
{
Сериал.принтлн(“угао серво мотора 30 степени”);
мотор_англе = 30;
серво1.врите(мотор_англе); // померите мотор на 30 степени
}
елсе иф(ресултс.валуе==6308) // ако се притисне дугме цифра 2
{
Сериал.принтлн(“угао серво мотора 60 степени”);
мотор_англе = 60;
серво1.врите(мотор_англе); // померите мотор на 60 степени
}
елсе иф(ресултс.валуе==2215) // слично за сва дугмад са цифрама
{
Сериал.принтлн(“угао серво мотора 90 степени”);
мотор_англе = 90;
серво1.врите(мотор_англе);
}
елсе иф(ресултс.валуе==6312)
{
Сериал.принтлн(“угао серво мотора 120 степени”);
мотор_англе = 120;
серво1.врите(мотор_англе);
}
елсе иф(ресултс.валуе==2219)
{
Сериал.принтлн(“угао серво мотора 150 степени”);
мотор_англе = 150;
серво1.врите(мотор_англе);
}
елсе иф(ресултс.валуе==6338) // ако се притисне дугме за повећање јачине звука
{
иф(мотор_англе<150) мотор_англе+=5; // повећати моторни угао
Сериал.принт(“Угао мотора је “);
Сериал.принтлн(мотор_англе);
серво1.врите(мотор_англе); // и померимо мотор до тог угла
}
елсе иф(ресултс.валуе==6292) // ако се притисне дугме за смањивање јачине звука
{
иф(мотор_англе>0) мотор_англе-=5; // смањи моторни угао
Сериал.принт(“Угао мотора је “);
Сериал.принтлн(мотор_англе);
серво1.врите(мотор_англе); // и померимо мотор до тог угла
}
кашњење(200); // сачекајте 0,2 сек
иррецв.ресуме(); // поново буди спреман да прими следећи код
}
}

Напајање ДЦ серво мотора се даје са екстерног 5В, а напајање ИР сензора и Ардуино плоче се даје са УСБ-а. Када се серво мотор да на напајање, он се помера на 0 степени. Након тога, порука ће бити приказана као „угао серво мотора је 0 степени“ на серијском монитору.

Сада на даљинском, једном када се притисне дугме 1, серво мотор ће се померити за 30 степени. Слично томе, када се притисну дугмад попут 2, 3, 4 или 5, мотор ће се кретати под жељеним угловима као што су 60 степени, 90 степени, 120 степени или 150 степени. Сада ће серијски монитор приказати позицију угла серво мотора као „угао серво мотора кк степени“

Када се притисне дугме за повећање јачине звука, угао мотора ће се повећати за 5 степени, што значи да ако је 60 степени, онда ће се померити на 65 степени. Дакле, позиција новог угла ће бити приказана на серијском монитору.

Слично томе, када се притисне дугме за смањење угла, угао мотора ће се смањити за 5 степени, што значи, ако је угао 90 степени, онда ће се померити на 85 степени. Сигнал са ИР даљинског управљача региструје ИР сензор. Да бисте сазнали како осећа и како ради ИР сензор, кликните овде

Дакле, позиција новог угла ће бити приказана на серијском монитору. Због тога можемо лако контролисати угао ДЦ серво мотора помоћу Ардуино & ИР даљинског управљача.

Да бисте сазнали како да повежете ДЦ мотор са 8051 микроконтролером, кликните овде

Предности ДЦ серво мотора

Тхе предности ДЦ серво мотора укључи следеће.

• Рад ДЦ серво мотора је стабилан.
• Ови мотори имају много већу излазну снагу од величине и тежине мотора.
• Када ови мотори раде великом брзином, онда не стварају никакву буку.
• Овај рад мотора је без вибрација и резонанција.
• Ови типови мотора имају висок однос обртног момента и инерције и могу да подигну оптерећење веома брзо.
• Имају високу ефикасност.
• Дају брзе одговоре.
• Ови су преносиви и лагани.
• Могућа је операција Четири квадранта.
• При великим брзинама, ови су звучно тихи.

Тхе недостаци ДЦ серво мотора укључи следеће.

• Механизам хлађења ДЦ серво мотора је неефикасан. Дакле, овај мотор се брзо загађује када се вентилира.
• Овај мотор генерише максималну излазну снагу при већој брзини обртног момента и треба му редовно мењање.
• Ови мотори се могу оштетити преоптерећењем.
• Имају сложен дизајн и потребан им је енкодер.
• Овим моторима је потребно подешавање за стабилизацију повратне спреге.
• Захтева одржавање.

Примене ДЦ серво мотора

Тхе примена ДЦ серво мотора укључи следеће.

• ДЦ серво мотори се користе у алатним машинама за сечење и обликовање метала.
• Користе се за позиционирање антена, штампање, паковање, обраду дрвета, текстила, производњу канапа или ужади, ЦММ (координатне мерне машине), руковање материјалима, полирање пода, отварање врата, Кс-И сто, медицинску опрему и предење обланда.
• Ови мотори се користе у системима управљања авионима где су због ограничења простора и тежине потребни мотори за испоруку велике снаге за сваку јединицу запремине.
• Они су применљиви тамо где је неопходан велики почетни обртни момент, као што су погони вентилатора и вентилатори.
• Они се такође користе углавном за роботику, уређаје за програмирање, електромеханичке актуаторе, алатне машине, контролере процеса итд.

Дакле, ово је преглед дц серво мотор – ради са апликацијама. Ови серво мотори се користе у разним индустријама да би пружили решење за многе механичке покрете. Карактеристике ових мотора ће их учинити веома ефикасним и моћним. Ево питања за вас, шта је АЦ серво мотор?