مقالات, سروو موتور Servo Motor

معرفی سروو موتورها Servo Motors، کارایی آنها در حوزه برق و نحوه کارکرد آنها

سروو موتور اشنایدر

امروزه با افزایش مداوم هزینه برق موتورهایی که بتوانند به طور کارآمد و به‌صرفه کار کنند، بسیار مهم و مورد توجه هستند. یک سروو موتور با طراحی مناسب به طور ذاتی کارآمد است. با این حال، نحوه بکارگیری و استفاده از سروو موتور است که تعیین می‌کند که آیا از این کارایی سود خواهید برد یا خیر.

سروو موتورها عملکرد ماشین و سیستم حرکتی را از چند جهت بهبود می‌بخشند. پاسخ فوری این موتور‌ها، اقدام سریع‌تر را امکان‌پذیر کرده که به موقعیت‌یابی سریع کمک می‌کند. دقت بسیار بالای آن‌ها کیفیت و ثبات بخشی فرآیندها را بهبود می‎بخشد. همگام‌سازی دقیق آنها امکان حرکت و واکنش در زمان مناسب را فراهم می‌کند.

سروو موتور چیست؟

سروو موتور نوعی موتور است که می‌تواند با دقت بسیار بالایی بچرخد. به طور معمول این نوع موتور از یک مدار کنترلی تشکیل شده است که بازخوردی را در مورد موقعیت فعلی شفت موتور ارائه می‌دهد، این بازخورد به سروو موتورها اجازه می‌دهد تا با دقت زیادی بچرخند. اگر می‌خواهید یک جسم را در بعضی زوایای خاص یا فاصله بچرخانید، از موتور سروو استفاده کنید.

اگر موتور از منبع تغذیه DC تغذیه شود، به آن سروو موتور DC و اگر موتور AC باشد، به آن موتور سروو AC می‌گویند. جدای از این دسته بندی‌های اصلی، انواع دیگری از سروو موتورها بر اساس نوع آرایش‌دنده و ویژگی‌های عملکردی وجود دارند.

سروو موتور معمولاً با آرایش چرخ دنده‌ای عرضه می‌شود که به ما امکان می‌دهد یک سروو موتور با گشتاور بسیار بالا در بسته‌بندی‌های کوچک و سبک داشته باشیم. با توجه به این ویژگی‌ها، آنها در بسیاری از کاربردها مانند ماشین اسباب بازی، هلیکوپترها و هواپیماهای آرسی، رباتیک و غیره استفاده می‌شوند.

وظیفه سروو موتور تبدیل سیگنال کنترل کنترلر به جابجایی زاویه‌ای چرخشی یا سرعت زاویه‌ای شفت خروجی موتور است. موتور سروو برای به حرکت درآوردن مفاصل دستگاه‌ها استفاده می‌شود.

به طور کلی سروو موتورهای مورد استفاده در ربات‌ها باید دارای ویژگی‌های قدرت پاسخ سریع، گشتاور راه‌اندازی بالا، محدوده سرعت گسترده و… باشند. بهترین انواع این موتورها، سروو موتورهای اشنایدر هستند.

اجزای سروو موتورها

در این قسمت به تفکیک اجزای مختلف سروو موتور اشاره کرده‌ایم:

موتور الکتریکی

یک موتور از طریق شفت حرکت ایجاد می‌کند.

سنسور فیدبک

سنسور (رمزگذار) که برای بازخورد موقعیت زاویه ای/خطی، سرعت یا مقدار جریان به واحد کنترل استفاده می‌شود.

مدار کنترل

این مدار موتور سری با استفاده از پالس‌های الکتریکی کنترل حرکت موتور را فراهم می‌کند.

چرخ دنده‌های محرک

چرخ دنده‌ها سرعت و گشتاور موتور را افزایش یا کاهش می‌دهند.

نحوه کارکرد سروو موتورها چگونه است؟

سروو از یک موتور (DC یا AC)، یک پتانسیومتر، مجموعه دنده و یک مدار کنترل تشکیل شده است. برای کاهش دور در دقیقه و افزایش گشتاور موتور از مجموعه دنده استفاده می‌شود. 

به طور مثال در موقعیت اولیه شفت سروو موتور، موقعیت دستگیره پتانسیومتر به گونه‌ای است که هیچ سیگنال الکتریکی در پورت خروجی پتانسیومتر تولید نمی‌شود. 

سپس یک سیگنال الکتریکی به پایانه ورودی دیگر تقویت‌کننده آشکارساز خطا داده می‌شود. حال تفاوت این دو سیگنال، یکی از پتانسیومتر و دیگری از منابع دیگر، در مکانیزم فیدبک پردازش شده و خروجی از نظر سیگنال خطا ارائه خواهد شد. 

این سیگنال خطا به عنوان ورودی موتور عمل کرده و موتور شروع به چرخش می‌کند. اکنون شفت موتور به پتانسیومتر متصل می‌شود و با چرخش موتور پتانسیومتر نیز سیگنال تولید می‌کند؛ بنابراین با تغییر موقعیت زاویه ای پتانسیومتر، سیگنال بازخورد خروجی آن تغییر می‌کند.

پس از مدتی موقعیت پتانسیومتر به موقعیتی می‌رسد که خروجی پتانسیومتر با سیگنال خارجی ارائه شده برابر است. در این شرایط هیچ سیگنال خروجی از تقویت کننده به ورودی موتور وجود نخواهد داشت، زیرا بین سیگنال اعمال شده خارجی و سیگنال تولید شده در پتانسیومتر تفاوتی وجود ندارد و در این شرایط موتور از چرخش می‌ایستد.

سیستم کنترلی سروو موتور

سروموتور توسط PWM (Pulse with Modulation) کنترل می‌شود که سیم‌های کنترلی دارد. در این سیستم حداقل پالس، حداکثر پالس و سرعت تکرار وجود دارد. 

سروو موتور می‌تواند 90 درجه از هر جهت از موقعیت خنثی خود بچرخد. سروو موتور انتظار دارد هر 20 میلی ثانیه یک پالس ببیند و طول پالس تعیین می‌کند که موتور تا چه اندازه بچرخد. 

برای مثال، یک پالس 1.5 میلی‌ثانیه باعث می‌شود موتور به حالت 90 درجه بچرخد، مثلاً اگر پالس کوتاه‌تر از 1.5 میلی‌ثانیه باشد، شفت به 0 درجه می‌رود و اگر بیشتر از 1.5 میلی‌ثانیه باشد، سروو را به 180 درجه می‌رساند.

سروو موتورها چگونه درجه بندی میشوند؟

سروو موتورها بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر درجه‌بندی می‌شوند که اکثر سروو موتورهای سرگرمی دارای 3 کیلوگرم بر سانتی‌متر یا 6 کیلوگرم بر سانتی‌متر یا 12 کیلوگرم بر سانتی متر هستند. 

این کیلوگرم بر سانتی‌متر به شما می‌گوید که سروو موتور شما چقدر وزن می‌تواند در یک فاصله خاص بلند کند. به عنوان مثال: یک سرو موتور 6 کیلوگرم بر سانتی‌متر باید بتواند 6 کیلوگرم را بلند کند، اگر بار در فاصله 1 سانتی متری از محور موتور معلق باشد، هرچه فاصله بیشتر باشد، ظرفیت تحمل وزن کمتر می‌شود. 

موقعیت یک سروو موتور توسط پالس الکتریکی تعیین می‌شود و مدار آن در کنار موتور قرار می‌گیرد.