سروو موتور

سروو موتور - سرو موتور قدرتی و خطی - AC و DC

سرووموتور یک عملگر چرخشی یا خطی است که امکان کنترل دقیق زاویه یا حرکت خطی، سرعت و شتاب با استفاده ازآن امکان پذیر است. چنانچه بخواهید یک شیء را در یک زاویه خاص بچرخانید و یا آن را در یک فاصله مشخص بصورت خطی حرکت دهید، می توانید از سرووموتور استفاده کنید.
 سیستم سروو، شامل یک موتورمعمولی است که به شفت آن یک انکودر نصب شده است و توسط یک سیستم کنترل که سرووسیستم نامیده می شود کنترل می گردد. با ارسال یک سیگنال کنترلی به سرووموتور امکان امکان حرکت شفت به یک زاویه یا موقعیت خاص وجود دارد. سرووموتور در موقعیت شفت فرمان داده شده باقی می ماند تا زمانیکه سیگنال تغییر کند، با تغییر سیگنال فرمان ، موقعیت و زاویه شفت تغییر خواهد کرد. ادامه اطلاعات در پایین صفحه


سرووموتور در واقع، یک مکانیسم حلقه بسته خودکار جهت راه اندازی ماشین ها می باشد که از فیدبک موقعیت برای کنترل حرکت و رسیدن به موقعیت نهایی استفاده می کند. ورودی سیستم کنترلی سرووموتور یک سیگنال آنالوگ یا دیجیتال است که دستورات موقعیت را به شفت خروجی اعلام می کند. یک انکودر به شفت موتور متصل می شود تا فیدبک موقعیت و سرعت را به سیستم کنترل ارسال کند.در ساده ترین مورد، فقط موقعیت ، اندازه گیری می شود. موقعیت اندازه گیری شده در خروجی با دستور موقعیت ارسالی از سیستم کنترل و عدد تعریف شده که بصورت دستی برای سیستم کنترل تعریف شده است ، مقایسه می شود. چنانچه موقعیت خروجی با مقدار تعریف شده و موردنیاز تفاوت داشته باشد، یک سیگنال خطا تولید می شود که موجب می شود موتور در هر دو جهت بچرخد تا آنجا که خروجی شفت را به موقعیت مناسب برساند. زمانیکه شفت به موقعیت مورد نظر می رسد ، سیگنال خطا به مقدار صفر رسیده و موتور می ایستد.

دسته بندی سرووموتورها:
اصطلاح سرووموتور اغلب برای موتوری بکار می رود که برای استفاده در سیستم کنترل حلقه بسته مناسب باشد و ازانواع موتورها ممکن است برای این منظور استفاده شود .
سرووموتورها را می توان بر اساس برق مصرفی و کاربردشان به انواع AC یا DC تقسیم بندی کرد.
سرووموتورهای RC ، سرووموتورهای کوچکی هستند که امکان راه اندازی آنها با باتری یا برق DC از 100 میلی آمپر تا 2 آمپر وجود دارد. به دلیل توانایی، قابلیت اطمینان وسادگی کنترل با میکروپروسسورها، از سرووموتورهای RC ، برای سیستم های رباتیک و تجهیزات کوچک استفاده می شود . همچنین از انواع سرووموتورهای توان بالا که از برق AC تغذیه می کنند در موارد صنعتی استفاده می شود.
ساده ترین سرووموتورها، از طریق یک پتانسیومتر فقط موقعیت را سنس می کنند و موتور همیشه در سرعت کامل خود می چرخد (و یا می ایستد). معمولا از این نوع سرووموتورها بصورت وسیعی در صنعت کنترل موقعیت استفاده نمی شود، اما در عوض این مدل های ساده و ارزان قیمت سروو، در سیستم های کنترل رادیویی مورد استفاده قرار می گیرد.
سرووموتورهای پیچیده تر، برای اندازه گیری سرعت شفت خروجی از انکودرهای نوری و برای کنترل سرعت موتور از درایوهای کنترل سرعت متغیر (Variable-Speed Drive) استفاده می کنند.استفاده از این دو آپشن، معمولا در ترکیب با یک الگوریتم PID، به سرووموتور این امکان را می دهد که سریع تر و دقیق تر، خود را با کمترین خطا به وضعیت فرمان موقعیت ارسال شده برساند.

مشخصات فنی شناسایی یک سرووموتور:
سرووموتورها مثل انواع موتورهای دیگرخصوصیات مشخصی دارند مثل: ولتاژ، جریان، سرعت عملکرد، گشتاور، پالس کنترلی ، رزولوشن و پالس و وزن.
ولتاژ تغذیه و جریان:ولتاژ تغذیه و مقدار جریان برای هر سرووموتور بر اساس کاربرد آن مشخص می شود. معمولا سرووموتورهای RC، دارای ولتاژ تغذیه 4 الی 6 ولت و جریان 100 میلی آمپر الی 2 آمپر می باشند.
سرعت عملکرد: سرعت یک سرووموتور بر حسب زمان مورد نیاز شفت جهت رسیدن به یک موقعیت معلوم ، مشخص می شود.
گشتاور: گشتاور با سرعت سرووموتور نسبت عکس دارد. هرچه سرعت یک سرووموتور با یک توان مشخص بالاتر باشد، گشتاور آن پایین تر می آید.
پالس کنترلی: از پالس کنترلی برای تعیین موقعیت شفت استفاده می شود.
رزولوشن: رزولوشن دقت موقعیت شفت را در زمان دریافت سیگنال فرمان مشخص می کند .معمولا رزولوشن سرووموتورها بین 1 تا 10 درجه است.
سایز و وزن: این خصویات در طراحی مکانیکی پروژه حائز اهمیت است. وزن سرووموتورهای RC ، بین 15 تا 200 گرم است.

ساختار یک سرووموتور:

بلوک دیاگرام کنترلی سروموتور
 
انکودرها:
اولین سرووموتورهای تولید شده از یک سری همگام ساز به جای انکودر استفاده می کردند. طی جنگ جهانی دوم بسیاری از سیستم ها نظیر رادارها و ضد هوایی ها از این نوع سرووموتورها استفاده می کردند.
سرووموتورهای ساده از پتانسیومترهای مقاومتی به جای انکودر برای تشخیص موقعیت استفاده می کنند.از این مدل سرووموتورها در سیستم های بسیار ساده و ارزان قیمت استفاده می شود و در رقابت بسیار نزدیکی با استپرموتورها می باشند. پتانسیومتر باعث ایجاد نویز الکتریکی و سایش در این سرووموتورها می شود.
سرووموتورهای مدرن از انکودرهای چرخشی مطلق (Absolute) و یا افزایشی (Incremental) استفاده می کنند.انکودرهای مطلق زمانی که برق وصل است قادر به تشخیص موقعیت هستند ، اما بسیار پیچیده تر و گران تر هستند.انکودرهای افزایشی ساده تروارزان تر هستند و با سرعت بالاتری کار می کنند.سیستم های افزایشی (Incremental) مانند استپرموتورها ، اغلب با استفاده ازقابلیت داخلی خود که یک سنسور تشخیص موقعیت صفرمی باشد ، اندازه گیری وقفه های چرخش وتنظیم موقعیت خود در زمان استارت موتور، را انجام می دهند.
گاهی اوقات به جای سروموتورها ، از یک موتور با یک انکودر خطی خارجی جداگانه استفاده می شود.این موتورها + سیستم های انکودر خطی، خطای ایجاد شده در انتقال قدرت از موتور به حرکت خطی را از بین می برد ، اما به دلیل اینکه پکیج انکودرخطی و موتور در کارخانه مونتاژ و به هم متصل نشده ، کار طراحی متفاوت تر و پیچیده تر می باشد.

مزیت سرووموتورها نسبت به استپر موتور:
تفاوت اصلی سرووموتورها و استپر موتورها ، در نوع استفاده از فیدبک است. انکودر نصب شده بر روی شفت سرووموتورها ، موقعیت واقعی شفت سرووموتور را به سیستم کنترل گزارش می دهد. بنابراین ، کنترلر سرووموتور در زمان سیگنال خطا می تواند دستور مناسب را ارسال کند. اما استپر موتورها فقط می توانند فرمان حرکت را صادر کنند و کاربر هیچ راهی جهت اطمینان از اینکه موتور به موقعیت مطلوب رسیده است ندارد. در سیستم های سرووموتور ، همیشه مشخص است که موتور در چه موقعیتی است ، بنابراین همه دستورات انجام می شود و هیچ پالسی گم نمی شود.
سرووموتورها در گشتاور کامل و سرعت بالا کار می کنند در حالی گشتاور استپرموتورها افت می کند ومتعاقبا سرعت آن افزایش می یابد.این مشکل استپرموتورها به دلیل ثابت زمانی الکتریکی و مصرف جریان ضعیف می باشد.
سرووموتورها به دلیل استفاده از انکودرهای با رزولوشن بالا، ذاتا بسیار نرم هستند وتعداد موقعیت های آن حداقل 10 برابر تعدادموقعیت های استپر موتور در یک چرخش می باشد.
سرووموتورها فقط به مقدار مورد نیاز برق مصرف می کنند و مصرف توان به میزان گشتاور بار اعمال شده به موتور دارد. در صورتیکه استپرموتورها جریان کامل را مصرف می کنند حتی زمانی که در حالت بی باری هستند.

کاربرد سروموتورها:
سرووموتور در صنایع مختلف از جمله موارد زیر کاربرد دارد:
-    در دوربین ها برای تنظیم لنز دوربین و زوم عکس
-    کنترل وسایل رباتیک شامل : کنترل چرخ ها ، کنترل سرعت ، تولید گشتاورهای مختلف برای حرکت و استپ و استارت ربات
-    کنترل زاویه چرخش در سولار پنل ها ، به نحوی که پنل رو به تابش نور خورشید قرار بگیرد
-    دستگاههای برش و فرم دهی قطعات
-    ماشین های بافت صنایع منسوجات
-     باز و بسته شدن درهای اتوماتیک در مکان های عمومی مثل بیمارستانها ، سالن های تئاتر سوپرمارکت ها و ...
-    آنتن های ردیاب ماهواره
-    سیستم های اتوماتیک هدایت قایق ها و هواپیماها
-    مسلسل های ضد هوایی