DC szervomotor: építés, működés, interfész az Arduino-val és alkalmazásaival

A szervómotor vagy a szervo egyfajta elektromos motor, amelyet a gépalkatrészek nagy pontosságú forgatására használnak. Ez a motor tartalmaz egy vezérlő áramkört, amely visszajelzést ad a motor tengelyének aktuális helyzetéről, így ez a visszacsatolás egyszerűen lehetővé teszi, hogy ezek a motorok nagy pontossággal forogjanak. A szervomotor előnyös egy tárgy bizonyos távolságban vagy szögben történő elforgatásakor. Ez a motor két típusba sorolható: AC szervomotor és DC szervomotor. Ha egy szervomotor egyenáramot használ a működéshez, akkor a motort egyenáramú szervomotornak nevezik, míg ha váltakozó árammal működik, akkor AC szervomotornak nevezik. Ez az oktatóanyag rövid tájékoztatást nyújt a DC szervo motor – alkalmazásokkal való munka.

Mi az a DC szervomotor?

Az olyan szervomotort, amely egyenáramú elektromos bemenetet használ mechanikai kimenetek (például helyzet, sebesség vagy gyorsulás) előállítására, egyenáramú szervomotornak nevezik. Általában az ilyen típusú motorokat numerikus vezérlésű gépekben, számítógépekben és sok más eszközben használják hajtómotorként, bárhol, ahol indítás és leállítás történik. pontosan és nagyon gyorsan.

Egyenáramú szervomotor építése és működése

Az egyenáramú szervomotor különböző alkatrészekből épül fel, amelyeket a következő blokkdiagram mutatja. Ezen a diagramon az alábbiakban az egyes összetevőket és azok funkcióit tárgyaljuk.

Az ehhez használt motor egy tipikus egyenáramú motor, beleértve a külön gerjesztett terepi tekercset. Tehát a gerjesztés jellegétől függően további kategóriába sorolhatók az armatúra-vezérelt és a terepi vezérlésű szervomotorok.

Az ehhez használt terhelés egy egyszerű ventilátor vagy ipari terhelés, amelyet egyszerűen a motor mechanikus tengelyéhez csatlakoztatnak.

Ebben a konstrukcióban a sebességváltó mechanikus jelátalakítóként működik, és az alkalmazástól függően megváltoztatja a motor teljesítményét, például a gyorsulást, a pozíciót vagy a sebességet.

A helyzetérzékelő fő funkciója, hogy a terhelés aktuális helyzetével egyenértékű visszacsatolójelet kapjon. Általában ez egy potenciométer, amelyet a motor tengelyének abszolút szögével arányos feszültség biztosítására használnak a fogaskerék-mechanizmuson keresztül.

Az összehasonlító funkció egy helyzetérzékelő és egy referenciapont o/p-jének összehasonlítása a hibajel előállítása érdekében, és azt az erősítőnek továbbítja. Ha az egyenáramú motor precíz vezérléssel működik, akkor nincs hiba. A helyzetérzékelő, a sebességváltó és a komparátor zárt hurkává teszi a rendszert.

Az erősítő funkciója felerősíti a komparátor hibáját és betáplálja az egyenáramú motorba. Tehát úgy működik, mint egy arányos vezérlő, ahol az erősítést megerősítik a nulla állandósult hiba miatt.

A vezérelt jel a visszacsatolójeltől függően adja a bemenetet a PWM-nek (impulzusszélesség-modulátor), így az modulálja a motor bemenetét a precíz vezérlés érdekében, különben nulla állandósult állapotú hiba. Ezenkívül ez az impulzusszélesség-modulátor referencia hullámformát és komparátort használ az impulzusok előállításához.

A zárt hurkú rendszer elkészítésével gyorsulást, sebességet vagy pontos pozíciót kapunk. Ahogy a neve is sugallja, a szervomotor egy vezérelt motor, amely a visszacsatolás és a vezérlő hatás miatt az előnyben részesített kimenetet biztosítja. A hibajelet egyszerűen felerősítik és a szervomotor meghajtására használják. A vezérlőjeltől és az impulzusszélesség-modulátor előállító jellegétől függően ezek a motorok kiváló vezérlési módszerekkel rendelkeznek FPGA chipekkel vagy digitális jelprocesszorokkal.

Az egyenáramú szervomotor működése: amikor a bemeneti jel az egyenáramú motorra kerül, akkor az forgatja a tengelyt és a fogaskerekeket. Tehát alapvetően a fogaskerekek forgásának kimenete vissza van táplálva a helyzetérzékelőre (potenciométer), amelynek gombjai forognak és megváltoztatják az ellenállásukat. Amikor az ellenállás megváltozik, a feszültség megváltozik, ami egy hibajel, amely a vezérlőbe kerül, és ennek következtében PWM generálódik.

Ha többet szeretne megtudni a DC szervomotorok típusairól, kérjük, tekintse meg ezt a linket: Különböző típusú szervomotorok .

Az egyenáramú szervomotor átviteli funkciója

Az átviteli függvény az o/p változó Laplace-transzformációjának (LT) és az LT-hez viszonyított arányaként határozható meg. Laplace transzformáció ) az i/p változóból. Általában az egyenáramú motor az energiát elektromosról mechanikusra változtatja. Az armatúra kapcsokon betáplált elektromos energia szabályozott mechanikai energiává alakul.

Az armatúra által vezérelt DC szervomotor átviteli funkció az alábbiakban látható.

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

A mezővezérelt egyenáramú szervomotor átviteli funkció az alábbiakban látható.

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

Az armatúrával vezérelt egyenáramú szervomotor kiváló teljesítményt nyújt a zárt hurkú rendszernek köszönhetően, összehasonlítva a terepi vezérlésű egyenáramú szervomotorral, amely a nyílt hurkú rendszer. Ezenkívül a terepi vezérlőrendszeren belül lassú a válaszsebesség. Armatúra vezérlésű esetben az armatúra induktivitása elhanyagolható, míg a terepi vezérlés esetén nem ugyanaz. De a beltéri vezérlésben a jobb csillapítás nem érhető el, míg az armatúra vezérlésnél ez elérhető.

Műszaki adatok

Az egyenáramú szervomotor teljesítményspecifikációi a következőket tartalmazzák. Ezeket a specifikációkat az alkalmazás terhelési szükségletei alapján kell megfeleltetni a motor megfelelő méretéhez.

• A tengely fordulatszáma egyszerűen meghatározza azt a fordulatszámot, amelyen a tengely forog, RPM-ben (percenkénti fordulatszám) kifejezve.
• Általában a gyártó által kínált fordulatszám az O/P tengely terhelés nélküli fordulatszáma, vagy az a fordulatszám, amelyen a motor kimenő nyomatéka nulla.
• A sorkapocsfeszültség a motor tervezési feszültsége, amely meghatározza a motor fordulatszámát. Ez a fordulatszám egyszerűen szabályozható a motor tápfeszültségének növelésével vagy csökkentésével.
• A forgási erőt, mint a nyomatékot, az egyenáramú szervomotor tengelye hozza létre. Tehát ehhez a motorhoz a szükséges nyomatékot egyszerűen a célalkalmazáson belül tapasztalt különböző terhelések fordulatszám-nyomaték jellemzői határozzák meg. Ezek a nyomatékok kétféle indítónyomaték és folyamatos nyomaték.
• Az indítónyomaték a szervomotor indításakor szükséges nyomaték. Ez a nyomaték általában nagyobb, mint a folyamatos nyomaték.
• A folyamatos nyomaték az a kimeneti nyomaték, amely a motor kapacitása állandó futási körülmények között.
• Ezeknek a motoroknak elegendő fordulatszámmal és nyomatékkapacitással kell rendelkezniük az alkalmazáshoz, beleértve a 20-30%-os különbséget a terhelési szükségletek és a motorok névleges értékei között a megbízhatóság biztosítása érdekében. Ha ezek az árrések túl sokat meghaladnak, akkor a költségek hatékonysága csökken a Faulhaber 12 V-os DC Coreless DC szervomotorjának specifikációi vannak:
• A sebességváltó áttétele 64: l bolygóműves háromfokozatú sebességváltó.
• A terhelési áram 1400 mA.
• Teljesítménye 17W.
• A sebesség 120 RPM.
• A terhelés nélküli áram 75 mA.
• A kódoló típusa optikai.
• Az Encoder felbontása az O/P tengely 768CPR.
• Átmérője 30 mm.
• A hossza 42 mm.
• A teljes hossza 85 mm.
• A tengely átmérője 6 mm.
• A tengely hossza 35 mm.
• Az istálló nyomatéka 52 kgcm.

Jellemzők

Az DC szervomotor jellemzői a következőket tartalmazzák.

• Az egyenáramú szervomotor felépítése hasonló az állandó mágneses vagy külön gerjesztésű egyenáramú motorhoz.
• Ennek a motornak a fordulatszám-szabályozása az armatúra feszültségének szabályozásával történik.
• A szervomotort nagy armatúra ellenállással tervezték.
• Gyors nyomatékválaszt biztosít.
• Az armatúra feszültségének fokozatos változása gyors változást generál a motor fordulatszámában.

AC szervomotor vs DC szervomotor

Az egyenáramú szervomotor és az AC szervomotor közötti különbség a következőket tartalmazza.

DC szervomotor interfész az Arduino-val

Az egyenáramú szervomotor pontos és szükséges szögben történő vezérléséhez Arduino kártya/bármilyen más mikrokontroller használható. Ez a kártya analóg o/p-vel rendelkezik, amely PWM jelet generál a szervomotor pontos szögben történő elfordításához. A szervomotor szöghelyzetét potenciométerrel vagy nyomógombokkal is mozgathatja egy Arduino segítségével.

A szervomotor IR távirányítóval is vezérelhető, amely könnyen elérhető. Ez a távirányító hasznos az egyenáramú szervomotor meghatározott szögbe mozgatásához, vagy a motor szögének lineáris növeléséhez vagy csökkentéséhez infravörös távirányítóval.

Itt megvitatjuk, hogyan mozgathatjuk a szervomotort egy infravörös távirányítóval Arduino használatával meghatározott szögben, valamint hogyan lehet növelni vagy csökkenteni a szervomotor szögét a távirányítóval az óramutató járásával megegyező és ellentétes irányban. Az alábbiakban látható az Arduino és az IR távvezérlő DC szervomotorjának interfész diagramja. Ennek az interfésznek a kapcsolatai a következők:

Ez az interfész főként három alapvető komponenst használ, például egyenáramú szervomotort, Arduino kártyát és TSOP1738 IR érzékelőt. Ennek az érzékelőnek három csatlakozója van, például Vcc, GND és kimenet. Ennek az érzékelőnek a Vcc terminálja az Arduino Uno kártya 5 V-os feszültségéhez, ennek az érzékelőnek a GND kivezetése az Arduino kártya GND kivezetéséhez, a kimeneti terminál pedig az Arduino kártya 12-es érintkezőjéhez (digitális bemenet) csatlakozik.

Az 5-ös digitális kimeneti érintkező egyszerűen csatlakoztatható a szervomotor jelbemeneti lábához a motor meghajtásához
Az egyenáramú szervomotor + ve érintkező a külső 5 V-os táphoz, a szervomotor GND érintkezője pedig az Arduino GND lábához kerül.

Dolgozó

Az infravörös távirányító két művelet végrehajtására szolgál 30 fokos, 60 fokos és 90 fokos szögben, valamint a motor szögének növelésére/csökkentésére 0-ról 180 fokra.

A távirányító számos gombot tartalmaz, például számgombokat (0-9), szögszabályozási gombokat, nyílbillentyűket, fel/le gombokat stb. Ha megnyom egy 1-től 5-ig terjedő számjegygombot, az egyenáramú szervomotor erre lép. pontos szög és a szög fel/le gomb megnyomásával a motor szöge pontosan ±5 fokban állítható be.

A gombok kiválasztása után ezeknek a gomboknak a kódjait dekódolni kell. Ha a távirányító bármelyik gombját megnyomja, egy kódot küld a szükséges művelet végrehajtásához. Ezeknek a távoli kódoknak a dekódolásához infravörös távoli könyvtárat használnak az internetről.

Töltse fel a következő programot az Arduino-ba, és csatlakoztassa az infravörös érzékelőt. Most helyezze a távirányítót az infravörös érzékelő felé, és nyomja meg a gombot. Ezután nyissa meg a soros monitort, és figyelje meg a megnyomott gomb kódját számok formájában.

Arduino kód

#include // IR távoli könyvtár hozzáadása
#include // szervomotor könyvtár hozzáadása
Szerviz szolgáltatás1;
int IRpin = 12; // tű az IR érzékelőhöz
int motor_szög=0;
IRrecv irrecv(IRpin);
decode_results eredmények;
void setup()
{
Serial.begin(9600); // soros kommunikáció inicializálása
Serial.println ('IR Távvezérelt szervomotor'); // üzenet megjelenítése
irrecv.enableIRIn(); // Indítsa el a vevőt
szervo1.attach(5); // deklarálja a szervomotor érintkezőjét
szervo1.write(motor_szög); // mozgassa a motort 0 fokra
Serial.println(“Szervomotor szöge 0 fok”);
késleltetés (2000);
}
void loop()
{
while(!(irrecv.decode(&results))); // várja meg, amíg egyetlen gombot sem nyom meg
if (irrecv.decode(&results)) // a gomb megnyomásakor és a kód fogadásakor
{
if(results.value==2210) // ellenőrizze, hogy meg van-e nyomva az 1-es számgomb
{
Serial.println(“szervomotor szöge 30 fok”);
motor_szög = 30;
szervo1.write(motor_szög); // mozgassa a motort 30 fokra
}
else if(results.value==6308) // ha megnyomja a 2-es számgombot
{
Serial.println('szervomotor szöge 60 fok');
motor_szög = 60;
szervo1.write(motor_szög); // mozgassa a motort 60 fokra
}
else if(results.value==2215) // hasonlóan az összes számgombhoz
{
Serial.println(“szervomotor szöge 90 fok”);
motor_szög = 90;
szervo1.write(motor_szög);
}
else if(eredmények.érték==6312)
{
Serial.println(“szervomotor szöge 120 fok”);
motor_szög = 120;
szervo1.write(motor_szög);
}
else if(eredmények.érték==2219)
{
Serial.println(“szervomotor szöge 150 fok”);
motor_szög = 150;
szervo1.write(motor_szög);
}
else if(results.value==6338) // ha megnyomja a hangerő FEL gombot
{
if(motor_szög<150) motor_szög+=5; // motorszög növelése
Serial.print('A motor szöge');
Serial.println(motor_angle);
szervo1.write(motor_szög); // és mozgassa a motort abba a szögbe
}
else if(results.value==6292) // ha megnyomja a hangerő csökkentő gombot
{
if(motor_szög>0) motor_szög-=5; // motorszög csökkentése
Serial.print('A motor szöge');
Serial.println(motor_angle);
szervo1.write(motor_szög); // és mozgassa a motort abba a szögbe
}
késleltetés(200); // várjon 0,2 másodpercet
irrecv.resume(); // ismét készen áll a következő kód fogadására
}
}

Az egyenáramú szervomotor tápellátása a külső 5 V-ról, az infravörös érzékelő és az Arduino kártya tápellátása USB-ről történik. Miután a szervomotor tápellátást kap, 0 fokra vált. Ezt követően a „szervomotor szöge 0 fok” üzenet jelenik meg a soros monitoron.

Most a távirányítón az 1-es gomb megnyomása után az egyenáramú szervomotor 30 fokkal elmozdul. Hasonlóképpen, ha megnyomja a 2-es, 3-as, 4-es vagy 5-ös gombokat, akkor a motor a kívánt szögben, például 60 fokban, 90 fokban, 120 fokban vagy 150 fokban mozog. Most a soros monitor a szervomotor szöghelyzetét „szervomotor szöge xx fok” formában jeleníti meg.

A hangerőnövelő gomb megnyomása után a motor szöge 5 fokkal megnő, ami azt jelenti, hogy ha 60 fok, akkor 65 fokra mozdul el. Tehát az új szög helyzete megjelenik a soros monitoron.

Hasonlóképpen, ha megnyomja a szög le gombot, akkor a motor szöge 5 fokkal csökken, ami azt jelenti, hogy ha a szög 90 fok, akkor 85 fokra mozdul el. Az infravörös távirányító jelét az IR érzékelő érzékeli . Ha meg szeretné tudni, hogyan érzékeli és hogyan működik az infravörös érzékelő, kattintson a gombra itt

Tehát az új szög helyzete megjelenik a soros monitoron. Ezért Arduino & IR távirányítóval könnyedén szabályozhatjuk az egyenáramú szervomotor szögét.

Az egyenáramú motor és a 8051 mikrokontroller interfészének megismeréséhez kattintson itt

Az egyenáramú szervomotor előnyei

Az Az egyenáramú szervomotorok előnyei a következőket tartalmazzák.

• Az egyenáramú szervomotor működése stabil.
• Ezeknek a motoroknak sokkal nagyobb a kimenő teljesítménye, mint a motor mérete és súlya.
• Ha ezek a motorok nagy fordulatszámon működnek, akkor nem keltenek zajt.
• Ez a motor működése vibráció- és rezonanciamentes.
• Az ilyen típusú motorok nagy nyomaték/tehetetlenségi viszonyokkal rendelkeznek, és nagyon gyorsan képesek felvenni a terhelést.
• Nagy hatékonysággal rendelkeznek.
• Gyors válaszokat adnak.
• Ezek hordozhatóak és könnyűek.
• A Négy Kvadráns működése lehetséges.
• Nagy sebességnél ezek hallhatóan halk.

Az Az egyenáramú szervomotorok hátrányai a következőket tartalmazzák.

• Az egyenáramú szervomotor hűtőmechanizmusa nem hatékony. Így ez a motor gyorsan szennyeződik, ha szellőztetik.
• Ez a motor maximális kimeneti teljesítményt generál nagyobb nyomaték-fordulatszám mellett, és rendszeres áttételre van szüksége.
• Ezek a motorok a túlterhelés miatt károsodhatnak.
• Összetett felépítésűek, és kódolóra van szükségük.
• Ezeket a motorokat hangolni kell a visszacsatoló hurok stabilizálásához.
• Karbantartást igényel.

DC szervomotor alkalmazások

Az DC szervomotorok alkalmazásai a következőket tartalmazzák.

• Az egyenáramú szervomotorokat fém vágására és alakítására szolgáló szerszámgépekben használják.
• Antenna pozicionáláshoz, nyomtatáshoz, csomagoláshoz, famegmunkáláshoz, textíliákhoz, zsineg- vagy kötélgyártáshoz, CMM-hez (koordináta mérőgépekhez), anyagok kezeléséhez, padló polírozásához, ajtónyitáshoz, X-Y asztalhoz, orvosi berendezésekhez, ostyafonáshoz használják.
• Ezeket a motorokat repülőgép-vezérlő rendszerekben használják, ahol a hely- és súlykorlátozás miatt motorokra van szükség ahhoz, hogy minden egységtérfogathoz nagy teljesítményt adjanak.
• Ezek olyan esetekben alkalmazhatók, ahol nagy indítónyomatékra van szükség, mint például a fúvóhajtások és ventilátorok.
• Ezeket is főleg robotikához, programozó eszközökhöz, elektromechanikus aktuátorokhoz, szerszámgépekhez, folyamatvezérlőkhöz stb.

Így ez a dc áttekintése szervo motor – működik alkalmazásokkal. Ezeket a szervomotorokat különféle iparágakban használják számos mechanikai mozgás megoldására. Ezeknek a motoroknak a tulajdonságainak köszönhetően nagyon hatékonyak és erősek. Itt egy kérdés, hogy mi az a AC szervomotor?