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Servomotor

Jun 29, 2017

Mechanismus

Ein Servomotor ist ein Servomechanismus mit geschlossener Schleife, der eine Positionsrückmeldung verwendet, um seine Bewegungs- und Endposition zu steuern. Der Eingang zu seiner Steuerung ist ein Signal (entweder analog oder digital), das die für die Ausgangswelle befohlene Position darstellt.

Der Motor ist gepaart mit irgendeinem Encoder, um Positions- und Geschwindigkeitsrückmeldung zu liefern. Im einfachsten Fall wird nur die Position gemessen. Die gemessene Position des Ausgangs wird mit der Befehlsposition, dem externen Eingang des Reglers, verglichen. Wenn sich die Ausgangsposition von der erforderlichen unterscheidet, wird ein Fehlersignal erzeugt, das dann den Motor in jede Richtung dreht, um die Ausgangswelle in die entsprechende Position zu bringen. Wenn sich die Positionen annähern, reduziert sich das Fehlersignal auf Null und der Motor stoppt.

Die einfachsten Servomotoren verwenden Positions-nur-Sensing über ein Potentiometer und Bang-Bang-Steuerung ihres Motors; Der Motor dreht sich immer mit voller Geschwindigkeit (oder wird gestoppt). Diese Art von Servomotor ist nicht weit verbreitet in der industriellen Motion Control, aber es bildet die Grundlage der einfachen und billigen Servos für funkgesteuerte Modelle verwendet.

Mehr anspruchsvolle Servomotoren verwenden optische Drehgeber zur Messung der Drehzahl der Abtriebswelle und eines drehzahlgeregelten Antriebs zur Steuerung der Motordrehzahl. Beide dieser Erweiterungen, in der Regel in Kombination mit einem PID-Regelalgorithmus, erlauben es dem Servomotor, schneller und präziser in seine befohlene Position gebracht zu werden, mit weniger Überschwingen.

Servomotoren gegen Schrittmotoren

Ein Servomotor verbraucht Kraft, wenn er sich in die befohlene Position dreht, aber der Servomotor ruht. Schrittmotoren verbrauchen weiterhin Strom, um sich zu verriegeln und die gebotene Position zu halten.

Servomotoren werden in der Regel als Hochleistungsalternative zum Schrittmotor eingesetzt. Schrittmotoren haben einige inhärente Fähigkeit, Position zu kontrollieren, da sie eingebaute Ausgabeschritte haben. Dies ermöglicht es oft, dass sie als offene Lageregelung ohne Rückkopplungscodierer verwendet werden können, da ihr Antriebssignal die Anzahl der Bewegungsschritte zur Drehung angibt, aber dafür muss der Regler die Position des Schrittmotors kennen beim Einschalten. Daher muss der Regler beim ersten Einschalten den Schrittmotor aktivieren und ihn in eine bekannte Position drehen, zB bis er einen Endendschalter aktiviert. Dies kann beim Einschalten eines Tintenstrahldruckers beobachtet werden. Der Regler bewegt den Tintenstrahlträger nach rechts und rechts, um die Endpositionen zu etablieren. Ein Servomotor wendet sich sofort an den Winkel, den der Regler anweist, unabhängig von der Ausgangsposition beim Einschalten.

Die fehlende Rückkopplung eines Schrittmotors begrenzt seine Leistung, da der Schrittmotor nur eine Last fahren kann, die gut in seiner Kapazität ist, sonst können verpasste Schritte unter Last zu Positionierfehlern führen und das System muss neu gestartet oder neu kalibriert werden. Der Encoder und die Steuerung eines Servomotors sind zusätzliche Kosten, aber sie optimieren die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems (für alle Geschwindigkeit, Leistung und Genauigkeit) relativ zur Kapazität des Grundmotors. Bei größeren Systemen, bei denen ein starker Motor einen steigenden Anteil der Systemkosten darstellt, haben Servomotoren den Vorteil.

In den letzten Jahren hat es in den Schrittmotoren mit geschlossener Schleife zunehmend an Popularität gewonnen. Sie handeln wie Servomotoren, aber haben einige Unterschiede in ihrer Software-Steuerung, um eine reibungslose Bewegung zu erhalten. Die Top 3 Hersteller von Schrittmotoren mit geschlossener Schleife betreiben magnetische Encoder als Rückkopplungseinrichtung der Wahl durch niedrige Kosten und Vibrationsbeständigkeit. Der Hauptvorteil eines Schrittschiebereglers mit geschlossener Schleife ist das Leistungs-Leistungs-Verhältnis. Es besteht auch keine Notwendigkeit, den PID-Regler auf einem geschlossenen Schleppsystem zu stimmen.

Viele Anwendungen wie Laserschneidmaschinen können in zwei Baureihen angeboten werden, die preisgünstige Baureihe mit Schrittmotoren und dem leistungsstarken Einsatzbereich mit Servomotoren.