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什么是简单伺服电机?
伺服电机的广义定义是具有一些传感机制以校正其性能的自动装置。这是简单伺服电机的定义。
简单伺服电机用于定位应用程序。它们最初设计用于控制遥控飞机,它们的低成本和高扭矩使它们在原型应用中作为实行器非常有用。可以指示RC伺服通过控制器移动到希望的位置。在内部,它监控当前位置,并尽可能快地驱动电机,直到达到所需位置。这是一种非常便宜且简单的控制电机的方法。它有一些限制 - 控制器无法知道电机的当前位置和速度。想要平稳移动的应用程序受到激进加速的影响。
伺服电机 已经存在很长时间并且在许多应用中使用。它们体积小但打包很大,非常节能。由于这些功能,它们可用于操作遥控或无线电控制的玩具车、 机器人和飞机。伺服电机还用于工业应用、机器人、线制造、药剂学和食品服务。
伺服电机是一种旋转致动器,其允许角位置的精确控制,速度和加速度。它由一个合适的电机和一个传感器组成,用于位置反馈。它还需要一个相对复杂的控制器,通常是专门为伺服电机设计的专用模块。
伺服电机在基本工作原理的基础上不是一类不同的电机,而是采用伺服机构通过通用开环电机实现闭环控制。伺服电机用于机器人, CNC 机械或自动化制造等应用。
伺服机制
顾名思义,伺服电机是 伺服机构。更具体地说,它是一种闭环伺服机构,它使用位置反馈来控制其运动和最终位置。其控制输入是一些模拟或数字信号,代表输出轴的指令位置。
电机与某种类型的编码器配对,以提供位置和速度反馈。在最简单的情况下,仅测量位置。将测量的输出位置与命令位置(控制器的外部输入)进行比较。如果输出位置与所需位置不同,则会产生一个错误信号,然后根据需要使电机沿任一方向旋转,以使输出轴到达适当的位置。当位置接近时,误差信号减小到零并且电动机停止。
最简单的伺服电机通过电位计 和电机的bang-bang控制使用仅位置传感器 ; 电机始终以全速(或停止)旋转。这种类型的伺服电动机并未广泛用于工业运动控制,但它们构成了用于无线电控制模型的简单且低价的伺服电机的基础。
伺服电机与步进电机
伺服电机通常用作步进电机的高性能替代品。步进电机具有一些控制位置的固有能力,因为它们具有内置输出步骤。这通常允许它们用作开环位置控制,而没有任何反馈编码器,因为它们的驱动信号指定了旋转运动的步数。这种缺乏反馈虽然限制了它们的性能,因为步进电机只能驱动一个在其容量范围内的负载,否则在负载下错过的步骤可能会导致定位错误。
编码器和控制器的伺服电机是额外的费用,但是它们优化整个系统(所有速度,功率和精度)相对于所述基本马达的容量的性能。对于较大的系统,强大的电机占系统成本的比例越来越大,伺服电机具有优势。
伺服电机与直流电机
DC电机具有两线连接。通过这两根电线提供所有驱动电源 - 想想一个灯泡。当您打开直流电机时,它只会开始旋转。大多数直流电机非常快,大约5000转(每分钟转数)。
使用直流电机,其速度(或更准确地说,其功率水平)使用称为脉冲宽度调制的技术或简单的PWM来控制。这是通过选通电源来控制电机功率的想法。这里的关键概念是占空比 - “开启时间”与“关闭时间”的百分比。如果电源仅在1/2时间开启,则电机以其全开操作的功率运行1/2。
伺服马达是一个完全不同的故事。伺服电机实际上是四件事的组合:普通直流电机,齿轮减速单元,位置感应装置(通常是电位计 - 音量控制旋钮)和控制电路。
伺服功能是接收表示伺服轴所需输出位置的控制信号,并向其直流电机供电,直到其轴转到该位置。它使用位置传感装置来确定轴的旋转位置,因此它知道电机必须转向哪种方式才能将轴移动到指令位置。轴通常不像DC电动机那样自由地绕圆形和圆形旋转,而是仅能来回转动200度左右。
伺服电机有3线连接:电源,接地和控制。必须不断施加电源; 伺服电机有自己的驱动电子设备,从电源引线汲取电流来驱动电机。
控制信号是脉冲宽度调制(PWM),但是这里正向脉冲的持续时间决定了伺服轴的位置。例如,1.520毫秒脉冲是Futaba S148伺服的中心位置。较长的脉冲使伺服转向顺时针从中心位置,较短的脉冲使伺服转向逆时针从中心位置。
伺服控制脉冲每20毫秒重复一次。从本质上讲,每告知伺服器20毫秒,“就到这里”。
总结一下,伺服电机的控制脉冲与直流电机之间存在两个重要的区别。首先,在伺服电机上,占空比(导通时间与关断时间)没有任何意义 - 所有重要的是正向脉冲的绝对持续时间,其对应于伺服轴的指令输出位置。其次,伺服系统有自己的电力电子设备,因此控制信号上的功率很小。所有功率都来自其电源线,必须简单地连接到5伏的高电流源。