Jak funguje servomotor? Servomotor je elektromechanické zařízení, které vytváří točivý moment a rychlost na základě dodávaného proudu a napětí. Servomotor pracuje jako součást systému s uzavřenou smyčkou poskytující točivý moment a rychlost podle příkazů ze servoregulátoru využívajícího zpětnovazební zařízení k uzavření smyčky. Zpětnovazební zařízení dodává informace, jako je proud, rychlost nebo poloha do servoregulátoru, který upravuje činnost motoru v závislosti na zadaných parametrech.
Servomotory jsou k dispozici v široké škále typů, tvarů a velikostí. Termín servo byl poprvé použit v roce 1859 Josephem Facortem, který implementoval mechanismus zpětné vazby na pomoc při řízení lodi pomocí páry pro ovládání kormidel. Servomotor je součástí servo mechanismu sestávajícího ze tří klíčových prvků – motoru, zpětnovazebního zařízení a řídicí elektroniky. Motor může být AC nebo DC, kartáčovaný nebo bezkomutátorový, rotační nebo lineární a jakékoli velikosti. Zpětnovazebním zařízením může být potenciometr, zařízení s Hallovým jevem, otáčkoměr, resolver, kodér, lineární převodník nebo jakýkoli jiný vhodný snímač. Systém servomotoru doplňuje řídicí elektronika, která napájí motor a porovnává data zpětné vazby a referenci příkazu, aby ověřila, že servomotor pracuje podle příkazu. Existuje mnoho typů aplikací servomotorů, od jednoduchých stejnosměrných motorů používaných v hobby aplikacích (jako jsou modely letadel) až po sofistikované bezkomutátorové motory poháněné složitými regulátory pohybu používané pro víceosá obráběcí centra. Jedním příkladem běžného servo mechanismu je tempomat vozidla, který se skládá z motoru (motoru), snímače rychlosti (zpětná vazba) a elektroniky pro porovnání rychlosti vozidla s nastavenou rychlostí. Pokud vozidlo zpomalí, senzor předá tato data elektronice, která zase zvýší plyn do motoru, aby zvýšil rychlost na požadovanou hodnotu – jednoduchý systém s uzavřenou smyčkou.
Jednoduchý průmyslový servomotor se skládá z stejnosměrného motoru s permanentním magnetem s integrovaným otáčkoměrem, který poskytuje výstupní napětí úměrné rychlosti. Elektronika pohonu dodává potřebné napětí a proud do motoru na základě napětí přiváděného zpět z otáčkoměru. V tomto příkladu je nařízená rychlost (reprezentovaná jako povelové referenční napětí) nastavena v ovladači, poté obvody v ovladači porovnají napětí zpětné vazby otáčkoměru a určí, zda bylo dosaženo požadované rychlosti – známé jako uzavřená rychlostní smyčka. Rychlostní smyčka monitoruje přikázanou rychlost a zpětnou vazbu otáčkoměru, zatímco řidič upravuje výkon motoru tak, aby udržel požadovanou přikázanou rychlost.
V sofistikovanějším servosystému je několik vestavěných smyček vyladěno pro optimální výkon, aby poskytovaly přesné řízení pohybu. Systém se skládá z proudových, rychlostních a polohových smyček, které využívají přesné zpětnovazební prvky. Každá smyčka signalizuje následující smyčku a monitoruje příslušné prvky zpětné vazby, aby v reálném čase provedla korekce, aby odpovídaly zadaným parametrům.
Základní smyčka je proudová nebo momentová smyčka. Proud je úměrný točivému momentu v rotačním motoru (nebo síle v lineárním motoru), který zajišťuje zrychlení nebo tah. Proudový senzor je zařízení, které poskytuje zpětnou vazbu související s proudem procházejícím motorem. Snímač posílá signál zpět do řídicí elektroniky - typicky analogový nebo digitální signál úměrný proudu motoru. Tento signál se odečte od přikázaného signálu. Když je servomotor na přikázaném proudu, smyčka bude spokojená, dokud proud neklesne pod přikázaný proud. Smyčka pak bude zvyšovat proud, dokud není dosaženo přikázaného proudu, přičemž cyklus bude pokračovat rychlostí aktualizace pod sekundu.
Rychlostní smyčka pracuje stejným způsobem s napětím úměrným rychlosti. Rychlostní smyčka pošle proudové smyčce příkaz ke zvýšení proudu (a tím ke zvýšení napětí), když rychlost klesne pod přikázanou rychlost.
Polohová smyčka přijímá povel pro PLC nebo ovladač pohybu, který zase poskytuje rychlostní povel, který je přiváděn do rychlostní smyčky, která zase poveluje požadovaný proud pro zrychlení, udržení a zpomalení motoru, aby se přesunul do zadané polohy. . Všechny tři smyčky pracují v optimalizované synchronizaci, aby poskytovaly hladké a přesné ovládání servo mechanismu.