سروو موتور چیست؟ کاربرد، مزایا و معایب سرو موتورها
سروو موتور چیست و چه کاربردی دارد؟
آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چطور یک وسیله نقلیه روباتیک که معمولاً در کاربردهای نظامی با مهار بمب استفاده می شود، کنترل گردد؟ و یا چگونه ماشین های برش و شکل دهی فلز، حرکت دقیقی را برای فرز، تراش و خمش برای ساخت فلز فراهم می‌کنند؟ یا اینکه چگونه یک سیستم موقعیت یابی آنتن، دقت را در زاویه آزیموت و ارتفاع کنترل می‌کند؟
در این مقاله خواهید آموخت که کاربردهای سروو موتور بیشتر در سیستم های حلقه بسته است که در آن کنترل موقعیت دقیق معمولاً در کاربردهای صنعتی و تجاری یافت می شود. و در ادامه به این خواهیم پرداخت که سروو موتور چیست و چگونه کار می کند، بنابراین اجازه دهید ابتدا به توضیح سروو موتور و برخی از ویژگی های منحصر به فرد انواع سروو موتور و همچنین کاربرد آن را بپردازیم. پس برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای مقاله با ما همراه باشید.
سروو موتور چیست؟
سروو موتورها که به آنها سروو نیز گفته می شود، دستگاه های الکتریکی مستقلی هستند که در کنترل حرکت استفاده می گردند. آنها حاوی یک موتور الکتریکی دوار بدون برس و یک دستگاه فیدبک چرخشی هستند. این دسته از موتورها بسیار متنوع هستند، آنها نرم و روان با چسبندگی کم کار می کنند و نسبت به گشتاور خروجی خود نسبتا فشرده هستند. این باعث می شود آنها برای طیف وسیعی از برنامه ها مناسب باشند.
به عبارت دیگر، سروو موتور دستگاهی است که حاوی یک رمزگذار است که حرکت مکانیکی (چرخش شفت) را به پالس های دیجیتالی که توسط یک کنترل کننده حرکت تفسیر می شود، تبدیل می کند. همچنین شامل یک درایور است و در پیوند، مداری را تشکیل می دهند که موقعیت، گشتاور و سرعت را کنترل می کند. مشخصه های اصلی آنها گشتاور و سرعت است. سروموتورها را می توان در زوم دوربین، درهای بالابر یا ابزارهایی که ممکن است در خانه داشته باشیم، پیدا کرد. ما اشاره کردیم که سروموتور چیست، اما دقیقاً از چه چیزی تشکیل شده است؟ چگونه کار می کند؟ این را در ادامه خواهیم دید.
قطعات تشکیل دهنده سروو موتور
سروو موتور از موارد زیر تشکیل شده است:
موتور الکتریکی: که وظیفه ایجاد حرکت از طریق محور خود را بر عهده دارد.
سیستم کنترل: این سیستم امکان کنترل حرکت موتور را با ارسال پالس های الکتریکی فراهم می کند.
سیستم محرک یا درایو: توسط چرخ دنده هایی تشکیل می شود که ممکن است سرعت و گشتاور را افزایش یا کاهش دهند.
پتانسیومتر: به شفت مرکزی متصل است و همیشه زاویه ای که شفت موتور در آن قرار دارد را نشان می دهد.
نحوه کار سروو موتور چگونه است؟
سروو موتور یک دستگاه الکترومکانیکی است که بر اساس جریان و ولتاژ عرضه شده، گشتاور و سرعت تولید می کند. سروو موتور به عنوان بخشی از کنترل حلقه بسته عمل می کند و گشتاور و سرعتی را که توسط یک کنترل کننده سروو فرمان می دهد ارائه می نماید که از یک دستگاه فیدبک برای بستن حلقه استفاده می کند.
دستگاه فیدبک اطلاعاتی مانند جریان، سرعت یا موقعیت را در اختیار سروو کنترلر قرار می دهد که عملکرد موتور را بسته به پارامترهای دستوری تنظیم می کند.
سرووها با ارسال یک پالس الکتریکی با عرض متغیر یا مدولاسیون عرض پالس (PWM) روی کابل کنترل، کنترل می شوند. یک سروو موتور به طور معمول فقط می تواند 90 درجه در هر جهت بچرخد. که مجموعاً 180 درجه حرکت می کند.
موقعیت خنثی موتور به عنوان موقعیتی تعریف می شود که در آن سروو دارای پتانسیل چرخش یکسانی در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت است. PWM ارسال شده به موتور موقعیت شفت را تعیین می کند و بر اساس مدت زمان پالس ارسال شده روی کابل کنترل است. روتور به موقعیت مورد نظر تبدیل می شود.
سروو موتور هر 20 میلی ثانیه یک پالس انتظار دارد و طول پالس تعیین می کند که موتور چقدر بچرخد. برای مثال، یک پالس 1.5 میلی ثانیه باعث می شود که موتور به موقعیت 90 درجه بچرخد.
برای کمتر از 1.5 میلی ثانیه در خلاف جهت عقربه های ساعت به سمت موقعیت 0 درجه حرکت می کند و بیشتر از 1.5 میلی ثانیه سروو را در جهت عقربه های ساعت به سمت موقعیت 180 درجه می چرخاند.
هنگامی که یک فرمان حرکت به این سرووها داده می شود، آنها در موقعیت حرکت کرده و آن موقعیت را حفظ می کنند. اگر یک نیروی خارجی به آن فشار بیاورد در حالی که سروو در موقعیتی قرار دارد، سروو در برابر حرکت از آن موقعیت مقاومت می کند.
حداکثر نیرویی که سروو می تواند اعمال کند، گشتاور سروو نامیده می شود. با این حال، سرووها موقعیت خود را برای همیشه حفظ نخواهند کرد. پالس موقعیت باید تکرار شود تا به سروو بگوید در موقعیت خود بماند.
انواع سروو موتور
سروموتورها در اندازه های مختلف و در سه نوع اصلی تولید می شوند. این سه نوع شامل چرخش موقعیتی، چرخش پیوسته و خطی است.
- سرووهای چرخشی در موقعیتی 180 درجه می چرخند. آنها همچنین دارای توقف هایی در جعبه دنده برای محافظت از شفت خروجی در برابر چرخش بیش از حد هستند.
- سروو موتور با چرخش پیوسته سروویی است که دامنه حرکت آن محدود نیست. به جای اینکه اجازه دهید سیگنال ورودی تعیین کند که سروو در کدام موقعیت باید بچرخد. چرخش مداوم سروو ورودی را به سرعت خروجی و جهت مرتبط می کند. حرکت بی حد و حصر این موتورها به آنها اجازه می دهد در هر دو جهت CW و CCW حرکت کنند.
- سرووهای خطی از مکانیزم رک و پینیون برای تغییر عملکرد خود استفاده می کنند. قفسه و پینیون حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل می کند.
مزایای سروو موتور
مزایای سروو موتور عبارتند از:
- توان خروجی بالا نسبت به اندازه و وزن موتور
- رمزگذار، دقت و وضوح را تعیین می کند
- راندمان و کارآیی بالا که در بارهای سبک می تواند به 90٪ نزدیک شود
- نسبت گشتاور به اینرسی بالا. سروو موتورها می توانند به سرعت بارها را شتاب دهند
- دارای 2-3 برابر قدرت مداوم بیشتر برای دوره های کوتاه
- دارای گشتاور نامی 5-10 برابر بیشتر برای دوره های کوتاه
- سروو موتورها در مقادیر گشتاور بالا به سرعت بالایی دست می یابند
- آرام در سرعت های بالا
معایب سروو موتور
مهمترین معایب سروو موتور عبارتند از:
- برای تثبیت حلقه فیدبک نیاز به تنظیم دارد
- زمانی که چیزی خراب شود غیرقابل پیش بینی می شود. بنابراین، مدارهای ایمنی مورد نیاز است
- کنترل کننده پیچیده نیاز به رمزگذار و پشتیبانی الکترونیکی دارد
- حداکثر گشتاور به یک سیکل کاری 1% محدود می شود. سروو موتورها ممکن است در اثر اضافه بار مستمر آسیب ببینند.
- گیربکس ها اغلب برای انتقال قدرت در سرعت های بالاتر مورد نیاز هستند.
- هزینه کلی سیستم بالاتر و هزینه نصب یک سیستم سروو موتور ممکن است به دلیل نیاز به اجزای فیدبک بیشتر از یک موتور پله ای باشد.
کاربردهای سروو موتور
سروو موتورها کوچک و کارآمد هستند اما برای استفاده در کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق موقعیت دارند بسیار حیاتی هستند. سروو موتور توسط یک سیگنال (داده) که بیشتر به عنوان مدولاتور پهنای پالس (PWM) شناخته می شود، کنترل می شود. در اینجا چندین مورد از رایج ترین کاربردهای سروو موتور که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، آورده شده است.
- رباتیک: یک سروو موتور در هر “مفصل” یک ربات برای تحریک حرکات استفاده می شود و به بازوی ربات زاویه دقیق می دهد.
- تسمه نقاله: موتورهای سروو حرکت، توقف و شروع تسمه های نقاله حمل محصول را در مراحل مختلف، به عنوان مثال، در بسته بندی محصول و برچسب‌گذاری انجام می دهند.
- فوکوس خودکار دوربین: یک سروو موتور بسیار دقیق تعبیه شده در دوربین، لنز دوربین را تصحیح می کند تا تصاویر خارج از فوکوس را واضح کند.
- وسیله نقلیه رباتیک: معمولاً در کاربردهای نظامی و انفجار بمب استفاده می شود، موتورهای سروو چرخ های وسیله نقلیه روباتیک را کنترل می کنند و تولید گشتاور کافی برای حرکت، توقف و روشن کردن خودرو و همچنین کنترل سرعت آن را بر عهده دارند.
- سیستم ردیابی خورشیدی: سروو موتورها زاویه پنل های خورشیدی را در طول روز تنظیم می کنند تا هر پنل همچنان رو به خورشید باشد و حداکثر انرژی را از غروب خورشید تا غروب خورشید مهار کند.
- ماشین های برش شکل دهی فلز: سروو موتورها کنترل حرکت دقیقی را برای ماشین های فرز، ماشین های تراش، سنگ زنی، مرکز کردن، پانچ کردن، فشار دادن و خمش در ساخت فلزات برای مواردی مانند درب شیشه تا چرخ های خودرو فراهم می کنند.
- موقعیت یابی آنتن: سروو موتورها در هر دو محور حرکتی آزیموت و ارتفاع آنتن ها و تلسکوپ ها مانند آنچه توسط رصدخانه ملی رادیویی نجوم (NRAO) استفاده می شود، استفاده می گردد.
- نجاری/CNC: سروو موتورها مکانیسم های خراطی چوب (تراش) را کنترل می کنند که پایه های میز و دوک پله ها را شکل می دهند، همچنین سوراخ کردن سوراخ های لازم برای مونتاژ آن محصولات در مراحل بعد را بر عهده دارند.
- منسوجات: موتورهای سروو ماشین های ریسندگی و بافندگی صنعتی را کنترل می کنند که منسوجاتی مانند فرش و پارچه و همچنین اقلام پوشیدنی مانند جوراب، کلاه، دستکش و دستکش تولید می‌کنند.
- ماشین‌های چاپ/چاپگرها: سروو موتورها هدهای چاپ را دقیقاً روی صفحه متوقف و روشن می کنند و همچنین کاغذ را به امتداد حرکت می دهند تا چندین ردیف متن یا گرافیک را در خطوط دقیق چاپ کنند، خواه روزنامه، مجله یا گزارش سالانه.
- درب بازکن های اتوماتیک: سوپرمارکت ها و ورودی های بیمارستان نمونه های بارز درب بازکن های خودکار هستند که توسط موتورهای سروو کنترل می شوند. سیگنال باز شدن از طریق صفحه فشاری در کنار در برای دسترسی افراد معلول باشد یا از طریق فرستنده رادیویی که در بالای سر قرار دارد.
به طور کلی می توان گفت که بدون سروو موتورها دنیا جای بسیار متفاوتی خواهد بود. چه در تولید صنعتی و چه در کاربردهای تجاری استفاده شوند، زندگی ما را بهتر و آسان تر می کنند.