Τι είναι σέρβο, σερβο τιμόνι

Ο σερβοκινητήρας είναι μια μονάδα δίσκου της οποίας ο ακριβής έλεγχος πραγματοποιείται μέσω αρνητικής ανάδρασης και έτσι σας επιτρέπει να επιτύχετε τις απαραίτητες παραμέτρους της κίνησης του σώματος εργασίας.

Οι μηχανισμοί αυτού του τύπου έχουν έναν αισθητήρα που παρακολουθεί μια συγκεκριμένη παράμετρο, για παράδειγμα ταχύτητα, θέση ή δύναμη, καθώς και μια μονάδα ελέγχου (μηχανικές ράβδοι ή ηλεκτρονικό κύκλωμα) που έχει ως αποστολή να διατηρεί αυτόματα την απαιτούμενη παράμετρο κατά τη λειτουργία της συσκευής , ανάλογα με το σήμα από τον αισθητήρα ανά πάσα στιγμή.

Η αρχική τιμή της παραμέτρου λειτουργίας ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας ένα στοιχείο ελέγχου, για παράδειγμα πόμολο ποτενσιόμετρου ή χρησιμοποιώντας άλλο εξωτερικό σύστημα όπου εισάγεται μια αριθμητική τιμή. Έτσι, η μονάδα σερβομηχανισμού εκτελεί αυτόματα την εργασία που της έχει ανατεθεί — βασιζόμενη στο σήμα από τον αισθητήρα, προσαρμόζει με ακρίβεια την καθορισμένη παράμετρο και τη διατηρεί σταθερή στη μονάδα.

Πολλοί ενισχυτές και ρυθμιστές με αρνητική ανάδραση μπορούν να ονομαστούν σερβομηχανισμοί.Για παράδειγμα, οι σερβοκινητήρες περιλαμβάνουν το φρενάρισμα και το τιμόνι στα αυτοκίνητα, όπου ένας χειροκίνητος ενισχυτής έχει αναγκαστικά αρνητική ανάδραση θέσης.

Κύρια στοιχεία του σερβομηχανισμού:

• Μονάδα οδήγησης;

• Αισθητήρας;

• Μονάδα ελέγχου;

• Μετατροπέας.

Για παράδειγμα, ένας πνευματικός κύλινδρος με ράβδο ή ένας ηλεκτροκινητήρας με κιβώτιο ταχυτήτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κίνηση. Ο αισθητήρας ανάδρασης μπορεί να είναι κωδικοποιητής (αισθητήρας γωνίας) ή για παράδειγμα Αισθητήρας Hall… Μονάδα ελέγχου — ατομικός μετατροπέας, μετατροπέας συχνότητας, σερβοενισχυτής (Αγγλικά Servodrive). Η συσκευή ελέγχου μπορεί να περιλαμβάνει αμέσως έναν αισθητήρα σήματος ελέγχου (μορφοτροπέα, είσοδος, αισθητήρας κραδασμών).

Στην απλούστερη μορφή της, η μονάδα ελέγχου για μια ηλεκτρική σερβομηχανή βασίζεται σε ένα κύκλωμα σύγκρισης των τιμών των ρυθμισμένων σημάτων και του σήματος που προέρχεται από τον αισθητήρα ανάδρασης, ως αποτέλεσμα του οποίου παρέχεται μια τάση της κατάλληλης πολικότητας στον ηλεκτροκινητήρα.

Εάν απαιτείται ομαλή επιτάχυνση ή ομαλή επιβράδυνση για την αποφυγή δυναμικών υπερφορτώσεων του ηλεκτροκινητήρα, τότε εφαρμόζονται πιο πολύπλοκα σχήματα ελέγχου που βασίζονται σε μικροεπεξεργαστές, τα οποία μπορούν να τοποθετήσουν το σώμα εργασίας με μεγαλύτερη ακρίβεια. Έτσι, για παράδειγμα, είναι διατεταγμένη η συσκευή για την τοποθέτηση των κεφαλών σε σκληρούς δίσκους.

Ο ακριβής έλεγχος ομάδων ή μεμονωμένων σερβομηχανισμών επιτυγχάνεται με τη χρήση ελεγκτών CNC, οι οποίοι παρεμπιπτόντως μπορούν να κατασκευαστούν σε προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές. Οι σερβοκινητήρες που βασίζονται σε τέτοιους ελεγκτές φτάνουν τα 15 kW ισχύος και μπορούν να αναπτύξουν ροπή έως και 50 Nm.

Οι περιστροφικοί σερβομηχανισμοί είναι σύγχρονοι, με δυνατότητα εξαιρετικά ακριβούς ρύθμισης της ταχύτητας περιστροφής, της γωνίας και της επιτάχυνσης περιστροφής, και ασύγχρονοι, όπου η ταχύτητα διατηρείται με μεγάλη ακρίβεια ακόμη και σε εξαιρετικά χαμηλές ταχύτητες.

Οι σύγχρονοι σερβοκινητήρες είναι ικανοί να επιταχύνουν πολύ γρήγορα στην ονομαστική ταχύτητα. Οι κυκλικοί και οι επίπεδοι γραμμικοί σερβομηχανισμοί είναι επίσης συνηθισμένοι, επιτρέποντας επιταχύνσεις έως και 70 m/s².

Γενικά, οι σερβο συσκευές υποδιαιρούνται σε ηλεκτροϋδρομηχανικές και ηλεκτρομηχανικές. Στο πρώτο, η κίνηση δημιουργείται από το σύστημα εμβόλου-κύλινδρου και η απόκριση είναι πολύ υψηλή.Το δεύτερο χρησιμοποιεί απλώς έναν ηλεκτροκινητήρα με κιβώτιο ταχυτήτων, αλλά η απόδοση είναι μια τάξη μεγέθους χαμηλότερη.

Το πεδίο εφαρμογής των σερβοκινητήρων σήμερα είναι πολύ ευρύ, λόγω της δυνατότητας εξαιρετικά ακριβούς τοποθέτησης του σώματος εργασίας.

Υπάρχουν μηχανικές κλειδαριές, βαλβίδες και σώματα εργασίας διαφόρων εργαλείων και εργαλειομηχανών, ειδικά με CNC, συμπεριλαμβανομένων αυτόματων μηχανών για την εργοστασιακή παραγωγή πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων και διαφόρων βιομηχανικών ρομπότ και πολλών άλλων εργαλείων ακριβείας. Οι σερβοκινητήρες υψηλής ταχύτητας είναι πολύ δημοφιλείς στα μοντέλα αεροσκαφών. Ειδικότερα, οι σερβοκινητήρες διακρίνονται για τη χαρακτηριστική ομοιομορφία κίνησης και την απόδοση τους όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας.

Οι τριπολικοί κινητήρες μεταγωγέα χρησιμοποιήθηκαν αρχικά ως κινητήρες για σερβοκινητήρες, όπου ο ρότορας περιείχε περιελίξεις και ο στάτορας περιείχε μόνιμους μαγνήτες. Είχε και συλλεκτική βούρτσα. Αργότερα, ο αριθμός των πηνίων αυξήθηκε σε πέντε, και η ροπή έγινε μεγαλύτερη και η επιτάχυνση έγινε πιο γρήγορη.

Το επόμενο στάδιο βελτίωσης - οι περιελίξεις τοποθετήθηκαν έξω από τους μαγνήτες, έτσι το βάρος του ρότορα μειώθηκε και ο χρόνος επιτάχυνσης μειώθηκε, αλλά το κόστος αυξήθηκε. Ως αποτέλεσμα, έγινε ένα βασικό βήμα βελτίωσης - εγκατέλειψαν την πολλαπλή (ιδίως, οι κινητήρες ρότορα μόνιμου μαγνήτη έγιναν ευρέως διαδεδομένοι) και ο κινητήρας αποδείχθηκε ότι ήταν χωρίς ψήκτρες, ακόμη πιο αποτελεσματικός, αφού η επιτάχυνση, η ταχύτητα και η ροπή ήταν πλέον ακόμη υψηλότερες.

Οι σερβοκινητήρες έχουν γίνει πολύ δημοφιλείς τα τελευταία χρόνια. Ελέγχεται από το Arduino, που ανοίγει ευρείες δυνατότητες τόσο για την ερασιτεχνική αεροπορία και τη ρομποτική (τετρακόπτερα κ.λπ.), όσο και για τη δημιουργία μηχανημάτων κοπής μετάλλων ακριβείας.

Ως επί το πλείστον, οι συμβατικοί σερβοκινητήρες χρησιμοποιούν τρία καλώδια για να λειτουργήσουν. Ένα από αυτά είναι για ισχύ, το δεύτερο είναι σήμα, το τρίτο είναι κοινό. Ένα σήμα ελέγχου παρέχεται στο καλώδιο σήματος, σύμφωνα με το οποίο είναι απαραίτητο να ρυθμίσετε τη θέση του άξονα εξόδου. Η θέση του άξονα καθορίζεται από το κύκλωμα του ποτενσιόμετρου.

Ο ελεγκτής, μέσω της αντίστασης και της τιμής του σήματος ελέγχου, καθορίζει σε ποια κατεύθυνση είναι απαραίτητο να στρίψει για να φτάσει ο άξονας στην επιθυμητή θέση. Όσο μεγαλύτερη είναι η τάση που αφαιρείται από το ποτενσιόμετρο, τόσο μεγαλύτερη είναι η ροπή.

Χάρη στην υψηλή ενεργειακή τους απόδοση, τις δυνατότητες ακριβούς ελέγχου και την εξαιρετική απόδοση, οι σερβοκινητήρες που βασίζονται σε κινητήρες χωρίς ψήκτρες βρίσκονται όλο και περισσότερο σε παιχνίδια, οικιακές συσκευές (ηλεκτρικές σκούπες βαρέως τύπου με φίλτρα HEPA) και βιομηχανικό εξοπλισμό.