Servomoottorin toimintaperiaate

A servomoottorion moottori, joka pystyy tarkasti ohjaamaan asentoa, nopeutta ja kiihtyvyyttä, ja sitä käytetään tyypillisesti sovelluksissa, jotka vaativat erittäin tarkkaa liikkeenohjausta. Se voidaan ymmärtää moottorina, joka tottelee ohjaussignaalin käskyä: ennen ohjaussignaalin antamista roottori on paikallaan; kun ohjaussignaali lähetetään, roottori pyörii välittömästi; kun ohjaussignaali katoaa, roottori voi pysähtyä välittömästi. Sen toimintaperiaatteeseen kuuluu ohjausjärjestelmä, kooderi ja takaisinkytkentäsilmukka. Seuraavassa on yksityiskohtainen selitys servomoottorien toiminnasta:

Ohjausjärjestelmä: Servomoottorin ohjausjärjestelmä koostuu yleensä ohjaimesta, ajurista ja moottorista. Ohjain vastaanottaa ulkopuolelta ohjaussignaaleja, kuten asento- tai nopeusohjeita, ja muuntaa nämä signaalit virta- tai jännitesignaaleiksi ja lähettää ne ajurille. Ohjain ohjaa moottorin pyörimistä ohjaussignaalin mukaisesti halutun asento- tai nopeussäädön saavuttamiseksi.

Enkooderi: Servomoottorit on yleensä varustettu enkooderilla, joka mittaa moottorin roottorin todellisen asennon. Enkooderi syöttää roottorin asentotiedon takaisin ohjausjärjestelmälle, jotta ohjausjärjestelmä voi valvoa moottorin asentoa reaaliajassa ja säätää sitä.

Takaisinkytkentäsilmukka: Servomoottoreiden ohjausjärjestelmässä käytetään yleensä suljetun silmukan ohjausta, joka säätää moottorin lähtöä mittaamalla jatkuvasti todellista asentoa ja vertaamalla sitä haluttuun asentoon. Tämä takaisinkytkentäsilmukka varmistaa, että moottorin asento, nopeus ja kiihtyvyys ovat yhdenmukaisia ohjaussignaalin kanssa, mikä mahdollistaa tarkan liikkeenohjauksen.

Ohjausalgoritmi: Servomoottorin ohjausjärjestelmässä käytetään yleensä PID-ohjausalgoritmia (proportional-integral-derivative), joka säätää jatkuvasti moottorin lähtötehoa pitääkseen todellisen aseman mahdollisimman lähellä haluttua asentoa. PID-ohjausalgoritmi voi säätää moottorin lähtötehoa todellisen aseman ja halutun aseman välisen eron perusteella tarkan asemanohjauksen saavuttamiseksi.

Käytännön työssä, kun ohjausjärjestelmä vastaanottaa paikka- tai nopeusohjeita, ajuri ohjaa moottorin pyörimistä näiden ohjeiden perusteella. Samaan aikaan enkooderi mittaa jatkuvasti moottorin roottorin todellista asentoa ja syöttää tämän tiedon takaisin ohjausjärjestelmälle. Ohjausjärjestelmä säätää moottorin lähtöä PID-säätöalgoritmin avulla enkooderin takaisin syöttämän todellisen paikkatiedon perusteella siten, että todellinen paikka on mahdollisimman lähellä haluttua paikkaa.

Servomoottorin toimintaperiaate voidaan ymmärtää suljetun silmukan ohjausjärjestelmänä, joka mittaa jatkuvasti todellista asentoa ja vertaa sitä haluttuun asentoon ja säätää moottorin lähtöä eron mukaan tarkan paikan, nopeuden ja kiihtyvyyden säädön saavuttamiseksi. Tämän vuoksi servomoottoreita käytetään laajalti sovelluksissa, jotka vaativat erittäin tarkkaa liikkeenohjausta, kuten CNC-työstökoneissa, roboteissa, automaatiolaitteissa ja muilla aloilla.