Hoe de servo is geregeld en werkt

Lage stroom servo's aangedreven door Arduino (micro servomotor) worden tegenwoordig veel gebruikt in amateurrobots, ze maken kleine desktopmachines en vele andere dingen interessant en nuttig in het huishouden. Zelfs op hobbyniveau vinden dergelijke servo's een heleboel verschillende toepassingen. Laten we eens kijken wat een servo is in zijn eenvoudigste vorm, hoe het fundamenteel is ontworpen en hoe het werkt.

Het woord "servo drive" zelf kan worden vertaald als "servo drive". Dat wil zeggen, het is zo'n aandrijfapparaat dat een motor bevat die wordt bestuurd door negatieve feedback, die precieze bewegingen mogelijk maakt met geverifieerde positionering van het werkende lichaam.

In principe kan een servoaandrijving een elektromotor worden genoemd, in het besturingssysteem waarvan er een positiesensor van het werkapparaat (of alleen een as) is, waarvan de huidige parameters bepalen hoe, waar en hoeveel de motorrotor wel of niet moet draaien om het gewenste resultaat te verkrijgen. Typisch is er in een dergelijk systeem een ​​aandrijfbesturingseenheid die de parameters van de sensor analyseert en, in overeenstemming daarmee, het motorvermogen regelt.

Dus, hoewel de servoaandrijving automatisch werkt, is het positioneringsproces van het werklichaam zeer nauwkeurig vanwege de juiste verwerking van het signaal van de sensor door de besturingskaart. Het besturingsdoel kan bijvoorbeeld eenvoudigweg zijn om een ​​specifieke waarde voor een bepaalde parameter van de sensor te handhaven. Het wordt dus duidelijk waarom de schijf tracking wordt genoemd - deze controleert de status van de sensor.

Een motor met een geïnstalleerde versnellingsbak kan er slechts drie of vier draden uit hebben. Twee draden leveren stroom aan de motor, vanaf de derde - het signaal van de sensor wordt verwijderd, de vierde kan worden ontworpen om de sensor van stroom te voorzien.

Gewoonlijk zijn de voedingsdraden rood en zwart of rood en bruin - dit zijn de plus- en minus (aardings) voedingsdraden. Wit of geel - een signaaldraad van de sensor, via deze draad komt een feedbacksignaal over de huidige status van het systeem naar de besturingskaart.

Een eenvoudige servo met versnellingsbak (servo) en potentiometer is een goed voorbeeld om te begrijpen hoe de feedback in het servobesturingssysteem werkt.

De potentiometer heeft drie uitgangen. Over die conclusies die aan de zijkanten - stroom wordt geleverd, en het gemiddelde in feite - output met resistieve spanningsdeler. Als u de positie van de hendel van de potentiometer wijzigt, zal de grootte van de spanning tussen de voeding minus en de gemiddelde output veranderen in verhouding tot de verandering in weerstand tussen de min en de gemiddelde output.

Stel dat in de meest linkse positie de spanning op de middelste aansluiting van de potentiometer minimaal is, en uiterst rechts - maximaal. Het blijkt dat de spanning op de middelste aansluiting van de potentiometer wordt bepaald door de positie van de handgreep, dat wil zeggen door welke hoek deze wordt gedraaid vanuit de beginpositie, waarin de spanning op de middelste aansluiting minimaal is. Gewoonlijk worden potentiometers met een nominale weerstand van 5-10 kΩ gebruikt.

En hoe werkt de servo hier? De potentiometerhendel in deze servoaandrijving is via een versnellingsbak verbonden met de motoras. Dit betekent dat wanneer de motor draait en de rotor roteert, de hendel van de potentiometer roteert en daarom de weerstand bij de gemiddelde output verandert.

In de uiterste linker positie, bijvoorbeeld, op de middelste terminal zal er 0 volt zijn, in de middelste positie - 2,5 volt en in extreem rechts - 5 volt. Om te vereenvoudigen gaan we ervan uit dat de knop van de potentiometer 180 graden om zijn as kan roteren, wat betekent dat 2,5 volt op de gemiddelde output overeenkomt met een draaiing van de knop 90 graden.

Als de besturingskaart informatie ontvangt dat de gemiddelde uitgang 5 volt is en het nodig is om een ​​draaiing van maximaal 90 graden te maken, wordt automatisch een bepaalde polariteit aan de motor geleverd totdat deze de uitgang van de versnellingsbak draait (en, op zijn plaats, de potentiometerknop) van rechts naar links, zal de potentiometer niet in de gewenste positie brengen. Zodra 2,5 volt op de middelste uitgang van de potentiometer komt, ontvangt de motor geen stroom meer van de besturingskaart.

Op een vergelijkbare manier wordt een draaiing in de tegenovergestelde richting gerealiseerd: als de gemiddelde output 0 volt is, zal de polariteit van de motortoevoer zodanig zijn dat de potentiometerknop van links naar rechts door de versnellingsbak draait, totdat de spanning 2,5 volt bereikt, wat overeenkomt met een draaiing van de knop 90 graden. Dit is een nogal grof voorbeeld, maar het is vrij duidelijk.

De versnellingsbak is hier nodig om de hoge omwentelingen van de motoras met laag vermogen met grote inspanning om te zetten in lage omwentelingen, die het mogelijk maken om eerst de potentiometer te draaien en ten tweede om het langzaam en nauwkeurig te doen. De versnellingsbak bestaat uit tandwielen, op de motoras is er een kleine die een grote roteert, in het midden waarvan een kleine, enz.

Servo's worden gekenmerkt door verschillende hoofdparameters. De eerste hoofdparameter is de kracht op de as (koppel gedeeld door de versnelling van de zwaartekracht), die wordt gemeten in kleine modellen in kg / cm en wordt bepaald bij de nominale voedingsspanning van de motor. Een koppel van 10 kg / cm betekent bijvoorbeeld dat wanneer de afstand tot de as van de uitgaande as 1 cm is, er een belasting van 10 kg op kan worden gehouden.

De tweede belangrijke parameter is de draaisnelheid, die wordt aangegeven in sec / 60 graden. Deze parameter geeft aan hoe lang de servo nodig heeft om zijn uitgaande as 60 graden te roteren. Bijvoorbeeld 0,2 sec / 60 graden. Vervolgens komen parameters zoals de voedingsspanning, rotatiehoek (180 of 360 graden) en het type versnellingsbak (versnellingsmateriaal).

Functies apparaten verbinden met Arduino

Motor- en servobesturing met Arduino

10 interessante projecten voor Arduino