DC Servo Motor : Yapım, Çalışma, Arduino ile Arayüz ve Uygulamaları

A servo motor veya servo, makine parçalarını yüksek hassasiyetle döndürmek için kullanılan bir tür elektrik motorudur. Bu motor, motor şaftının mevcut konumu hakkında geri bildirim sağlayan bir kontrol devresi içerir, böylece bu geri bildirim, bu motorların yüksek hassasiyetle dönmesini sağlar. Servo motor, bir nesneyi belirli bir mesafede veya açıda döndürmede faydalıdır. Bu motor iki tip AC servo motor ve DC servo motor olarak sınıflandırılır. Bir servo motor çalışmak için DC gücü kullanıyorsa motora DC servo motor, AC gücüyle çalışıyorsa AC servo motor olarak bilinir. Bu eğitim, hakkında kısa bilgi sağlar. dc servo motor – uygulamalarla çalışmak.

DC Servo Motor Nedir?

Konum, hız veya ivme gibi mekanik çıktılar üretmek için DC elektrik girdisi kullanan bir servo motora DC servo motor denir. hassas ve çok hızlı.

DC Servo Motor Yapısı ve Çalışması

DC servo motor, aşağıdaki blok şemada verilen farklı bileşenlerle oluşturulmuştur. Bu şemada, her bir bileşen ve işlevi aşağıda tartışılmaktadır.

Burada kullanılan motor, ayrı olarak uyarılan alan sargısı da dahil olmak üzere tipik bir DC motordur. Bu nedenle, uyarım doğasına bağlı olarak, armatür kontrollü ve alan kontrollü servo motorlar olarak da kategorize edilebilir.

Burada kullanılan yük, motorun mekanik miline basit bir şekilde bağlanan basit bir fan veya endüstriyel yüktür.

Bu yapıdaki dişli kutusu, uygulamaya bağlı olarak motorun hızlanma, konum veya hız gibi çıkışını değiştirmek için mekanik bir dönüştürücü gibi çalışır.

Bir konum sensörünün ana işlevi, yükün mevcut konumuna eşdeğer geri bildirim sinyali almaktır. Genel olarak bu, dişli mekanizması boyunca motor milinin mutlak açısıyla orantılı bir voltaj sağlamak için kullanılan bir potansiyometredir.

Karşılaştırıcı işlevi, hata sinyali üretmek ve bunu amplifikatöre vermek için bir konum sensörünün o/p'sini ve bir referans noktasını karşılaştırmaktır. DC motor hassas kontrol ile çalışıyorsa hata yoktur. Konum sensörü, dişli kutusu ve karşılaştırıcı, sistemi kapalı bir döngü haline getirecektir.

Amplifikatör işlevi, karşılaştırıcıdan gelen hatayı yükseltmek ve DC motora beslemektir. Dolayısıyla, sıfır sabit durum hatası için kazancın güçlendirildiği her yerde oransal bir denetleyici gibi çalışır.

Kontrollü sinyal, geri besleme sinyaline bağlı olarak girişi PWM'ye (darbe genişliği modülatörü) verir, böylece kesin kontrol için motor girişini modüle eder, aksi takdirde sabit durum hatası sıfırdır. Ayrıca, bu darbe genişliği modülatörü, darbeler üretmek için bir referans dalga biçimi ve karşılaştırıcı kullanır.

Kapalı döngü sistemi yapılarak ivme, hız veya tam konum elde edilir. Adından da anlaşılacağı gibi servo motor, geri besleme ve kontrolör etkisi nedeniyle tercih edilen çıkışı sağlayan kontrollü bir motordur. Hata sinyali basitçe yükseltilir ve servo motoru sürmek için kullanılır. Kontrol sinyali ve darbe genişlik modülatörü üreten doğasına bağlı olarak, bu motorlar FPGA yongaları veya dijital sinyal işlemcileri ile üstün kontrol yöntemlerine sahiptir.

DC servo motorun çalışma prensibi; giriş sinyali dc motora her uygulandığında, şaftı ve dişlileri döndürür. Temel olarak, dişli çıkışının dönüşü, düğmeleri dönen ve dirençlerini değiştiren konum sensörüne (potansiyometre) geri beslenir. Direnç her değiştiğinde, kontrolöre beslenen bir hata sinyali olan bir voltaj değişir ve sonuç olarak PWM üretilir.

DC servo motor tipleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen bu bağlantıya bakın: Farklı Servo Motor Çeşitleri .

DC Servo Motorun Transfer Fonksiyonu

Transfer fonksiyonu, o/p değişkeninin Laplace dönüşümünün (LT) LT'ye oranı olarak tanımlanabilir ( Laplace dönüşümü ) i/p değişkeninin. Genel olarak, DC motor enerjiyi elektrikten mekanik enerjiye değiştirir. Armatür terminallerinde sağlanan elektrik enerjisi, kontrollü mekanik enerjiye dönüştürülür.

Armatür kontrollü DC servo motor transfer fonksiyonu aşağıda gösterilmiştir.

θ(s)/Va(s) = (K1/(Js2 + Bs)*(Las + Ra)) /1 + (K1KbKs)/(Js2 + Bs)*(Las+Ra)

Saha kontrollü dc servo motor transfer fonksiyonu aşağıda gösterilmiştir.

θ(s)/Vf (s) = Kf / (sLf + Rf) * (s2J + Bs)

Armatür kontrollü dc servo motor, açık çevrim sistem olan alan kontrollü dc servo motora kıyasla kapalı çevrim sistem olması nedeniyle üstün performans sağlar. Ayrıca saha kontrol sistemi içinde yanıt verme hızı yavaştır. Armatür kontrollü durumda armatürün endüktansı ihmal edilebilirken, alan kontrol durumunda aynı değildir. Ancak, Alan içi kontrolünde geliştirilmiş sönümleme elde edilemezken, armatür kontrolünde elde edilebilir.

Özellikler

DC servo motor, aşağıdakileri içeren performans özelliklerini sağlar. Bu spesifikasyonlar, bir motoru doğru şekilde boyutlandırmak için uygulamanın yük gerekliliklerine göre eşleştirilmelidir.

• Şaft hızı, basitçe şaftın döndüğü noktada RPM (dönüş/dakika) cinsinden ifade edilen hızı tanımlar.
• Genellikle üretici tarafından sunulan hız, çalışma milinin yüksüz hızı veya motorun çıkış torkunun sıfır olduğu hızdır.
• Terminal voltajı, motor hızını belirleyen motorun tasarım voltajıdır. Bu hız, motora sağlanan voltajı artırarak veya azaltarak basitçe kontrol edilir.
• Tork gibi dönme kuvveti, dc servo motorun şaftı tarafından üretilir. Bu nedenle, bu motor için gereken tork, hedef uygulamada yaşanan farklı yüklerin hız-tork karakteristiklerine göre belirlenir. Bu torklar iki tip başlangıç ​​torku ve sürekli torktur.
• Başlangıç ​​torku, servo motoru çalıştırırken gerekli olan torktur. Bu tork normalde sürekli torka kıyasla daha yüksektir.
• Sürekli tork, motorun sabit çalışma koşullarındaki kapasitesi olan çıkış torkudur.
• Bu motorlar, güvenilirlikten emin olmak için motor değerlerinin yanı sıra yük gereksinimleri arasında %20 ila 30'luk bir marj dahil olmak üzere uygulama için yeterli hız ve tork kapasitesine sahip olmalıdır. Bu marjlar çok fazla aşıldığında, maliyetin etkinliği azalacaktır. Faulhaber'den 12V DC Çekirdeksiz DC Servo Motorun teknik özellikleri bunlar:
• Şanzıman Oranı 64: l Planet Üç Kademeli Redüktör.
• Yük Akımı 1400 mA Güçtür.
• Güç 17W.
• Hız 120 RPM'dir.
• Yüksüz Akım 75mA'dır.
• Enkoder tipi Optiktir.
• Kodlayıcının çözünürlüğü, O/P Şaftının 768CPR'sidir.
• Çap 30 mm'dir.
• Uzunluk 42 mm'dir.
• Toplam Uzunluk 85 mm'dir.
• Şaft Çapı 6mm'dir.
• Şaft Uzunluğu 35 mm'dir.
• Durma Torku 52kgcm'dir.

Özellikler

bu DC servo motorun özellikleri aşağıdakileri dahil edin.

• DC Servo motor tasarımı, Kalıcı Mıknatıslı veya ayrı uyarmalı DC Motora benzer.
• Bu motorun hız kontrolü armatür gerilimi kontrol edilerek yapılır.
• Servo motor, yüksek armatür direnci ile tasarlanmıştır.
• Hızlı tork tepkisi sağlar.
• Armatür voltajındaki bir adım değişikliği, motorun hızında hızlı bir değişiklik oluşturur.

AC Servo Motor Vs DC Servo Motor

Bir DC servo motor ile bir AC servo motor arasındaki fark aşağıdakileri içerir.

Arduino ile DC Servo Motor Arayüzü

Bir DC servo motoru tam ve gerekli açıda kontrol etmek için bir Arduino kartı/herhangi bir mikrodenetleyici kullanılabilir. Bu kart, servo motoru kesin bir açıda döndürmek için bir PWM sinyali üreten analog o/p'ye sahiptir. Ayrıca servo motorun açı konumunu bir arduino kullanarak bir potansiyometre veya basmalı düğmeler ile hareket ettirebilirsiniz.

Servo motor, hazır bulunan bir IR uzaktan kumanda ile de kontrol edilebilir. Bu uzaktan kumanda, dc servo motoru belirli bir açıya hareket ettirmek veya bir IR uzaktan kumanda ile motorun açısını doğrusal olarak artırmak veya azaltmak için yararlıdır.

Burada, Arduino kullanarak bir IR uzaktan kumanda kullanarak servo motorun belirli bir açıda nasıl hareket ettirileceğini ve ayrıca uzaktan kumanda ile servo motorun açısını saat yönünde ve saat yönünün tersine artırmayı veya azaltmayı tartışacağız. Arduino ve IR uzaktan kumanda ile DC servo motorun arabirim şeması aşağıda gösterilmiştir. Bu arayüzün bağlantıları şu şekildedir;

Bu arabirim esas olarak dc servo motor, Arduino kartı ve TSOP1738 IR sensörü gibi üç temel bileşeni kullanır. Bu sensörün Vcc, GND ve çıkış gibi üç terminali vardır. Bu sensörün Vcc terminali Arduino Uno kartının 5V'una, bu sensörün GND terminali Arduino kartının GND terminaline ve çıkış terminali Arduino kartının 12. pinine (dijital giriş) bağlanır.

Dijital çıkış pimi 5, motoru sürmek için servo motorun sinyal giriş pimine basitçe bağlanır
DC servo motor +ve pini harici 5V beslemeye, servo motorun GND pini Arduino'nun GND pinine verilir.

Çalışma

Kızılötesi uzaktan kumanda, 30 derece, 60 derece ve 90 derece olmak üzere iki eylem gerçekleştirmek ve ayrıca motor açısını 0'dan 180 dereceye Artırmak/azaltmak için kullanılır.

Uzaktan kumanda, rakam düğmeleri (0-9), açı kontrolü için düğmeler, ok tuşu düğmeleri, yukarı/aşağı düğmeleri vb. gibi birçok düğme içerir. 1 – 5 arasındaki herhangi bir rakam düğmesine basıldığında, dc servo motor buna hareket edecektir. tam açı ve açı yukarı/aşağı düğmesine basıldığında motorun açısı tam olarak ±5 dereceye ayarlanabilir.

Düğmelere karar verildikten sonra, bu düğmelerin kodlarının çözülmesi gerekir. Uzaktan kumandadan herhangi bir düğmeye basıldığında, gerekli eylemi gerçekleştirmek için bir kod gönderecektir. Bu uzak kodların kodunu çözmek için internetten IR uzak kitaplığı kullanılır.

Aşağıdaki programı Arduino'ya yükleyin ve IR sensörünü bağlayın. Şimdi uzaktan kumandayı IR sensörüne doğru yerleştirin ve düğmesine basın. Bundan sonra, seri monitörü açın ve basılan düğmenin kodunu sayı şeklinde izleyin.

Arduino Kodu

#include // IR uzak kitaplığı ekle
#include // servo motor kütüphanesini ekleyin
Servis hizmeti1;
int IRpin = 12; // IR sensörü için pin
int motor_açı=0;
IRrecv irrecv(IRpin);
decode_results sonuçları;
geçersiz kurulum()
{
Serial.begin(9600); // seri iletişimi başlat
Serial.println(“IR Uzaktan kumandalı servo motor”); // Mesajı görüntüle
irrecv.enableIRIn(); // Alıcıyı başlat
servo1.attach(5); // servo motor pinini bildir
servo1.write(motor_açı); // motoru 0 dereceye getirin
Serial.println('Servo motor açısı 0 derece');
gecikme(2000);
}
boşluk döngüsü()
{
while(!(irrecv.decode(&results)); // hiçbir tuşa basılmayana kadar bekleyin
if (irrecv.decode(&results)) // butona basıldığında ve kod alındığında
{
if(results.value==2210) // 1. hane butonuna basılıp basılmadığını kontrol edin
{
Serial.println(“servo motor açısı 30 derece”);
motor açısı = 30;
servo1.write(motor_açı); // motoru 30 dereceye getirin
}
else if(results.value==6308) // 2. rakam butonuna basılırsa
{
Serial.println(“servo motor açısı 60 derece”);
motor açısı = 60;
servo1.write(motor_açı); // motoru 60 dereceye getirin
}
else if(results.value==2215) // tüm rakam butonları için aynı şekilde
{
Serial.println(“servo motor açısı 90 derece”);
motor açısı = 90;
servo1.write(motor_açı);
}
başka if(results.value==6312)
{
Serial.println(“servo motor açısı 120 derece”);
motor açısı = 120;
servo1.write(motor_açı);
}
else if(results.value==2219)
{
Serial.println(“servo motor açısı 150 derece”);
motor açısı = 150;
servo1.write(motor_açı);
}
else if(results.value==6338) // ses açma tuşuna basılırsa
{
if(motor_açı<150) motor_açı+=5; // motor açısını arttır
Serial.print('Motor açısı ');
Serial.println(motor_angle);
servo1.write(motor_açı); // ve motoru o açıya getirin
}
else if(results.value==6292) // ses kısma tuşuna basılırsa
{
if(motor_angle>0) motor_angle-=5; // motor açısını azalt
Serial.print('Motor açısı ');
Serial.println(motor_angle);
servo1.write(motor_açı); // ve motoru o açıya getirin
}
gecikme(200); // 0,2 saniye bekleyin
irrecv.resume(); // bir sonraki kodu almaya tekrar hazır olun
}
}

DC servo motora besleme harici 5V'tan verilir ve IR sensörüne ve Arduino kartına besleme USB'den verilir. Servo motora güç verildikten sonra 0 dereceye hareket eder. Bundan sonra seri monitörde “servo motor açısı 0 derecedir” mesajı görüntülenecektir.

Şimdi uzaktan kumandada, 1. düğmeye basıldığında dc servo motor 30 derece hareket edecektir. Benzer şekilde 2, 3, 4, 5 gibi butonlara basıldığında motor 60 derece, 90 derece, 120 derece veya 150 derece gibi istenilen açılarda hareket edecektir. Şimdi, seri monitör servo motorun açı konumunu 'servo motor açısı xx derece' olarak gösterecektir.

Ses açma tuşuna basıldığında motorun açısı 5 derece artacaktır yani 60 derece ise 65 dereceye hareket edecektir. Böylece, yeni açının konumu seri monitörde gösterilecektir.

Aynı şekilde açı aşağı butonuna basıldığında motorun açısı 5 derece azalacaktır yani açı 90 derece ise 85 dereceye hareket edecektir. Kızılötesi uzaktan kumandadan gelen sinyal, kızılötesi sensör tarafından algılanır. Nasıl algıladığını ve IR sensörünün nasıl çalıştığını öğrenmek için tıklayın burada

Böylece, yeni açının konumu seri monitörde gösterilecektir. Bu nedenle dc servo motorun açısını Arduino & IR uzaktan kumanda ile kolayca kontrol edebiliyoruz.

8051 mikrodenetleyici ile DC Motorun nasıl arayüzleneceğini öğrenmek için tıklayın burada

DC Servo Motorun Avantajları

bu DC servo motorların avantajları aşağıdakileri dahil edin.

• DC servo motor çalışması stabildir.
• Bu motorlar, motorun boyut ve ağırlığından çok daha yüksek çıkış gücüne sahiptir.
• Bu motorlar yüksek hızlarda çalıştıklarında herhangi bir ses çıkarmazlar.
• Bu motor çalışması titreşimsiz ve rezonanssızdır.
• Bu tip motorlar yüksek tork-atalet oranına sahiptir ve yükleri çok hızlı bir şekilde alabilirler.
• Yüksek verimliliğe sahiptirler.
• Hızlı yanıtlar veriyorlar.
• Bunlar taşınabilir ve hafiftir.
• Dört Çeyreğin çalışması mümkündür.
• Yüksek hızlarda, bunlar işitilebilir şekilde sessizdir.

bu DC servo motorların dezavantajları aşağıdakileri dahil edin.

• DC servo motorun soğutma mekanizması verimsizdir. Dolayısıyla bu motor havalandırıldığında hızla kirlenir.
• Bu motor, daha yüksek bir tork hızında maksimum çıkış gücü üretir ve düzenli vitese ihtiyaç duyar.
• Bu motorlar aşırı yük nedeniyle hasar görebilir.
• Karmaşık bir tasarıma sahiptirler ve bir kodlayıcıya ihtiyaç duyarlar.
• Bu motorların geri besleme döngüsünü stabilize etmek için ayarlanması gerekir.
• Bakım gerektirir.

DC Servo Motor Uygulamaları

bu DC servo motorların uygulamaları aşağıdakileri dahil edin.

• DC servo motorlar, metal kesmek ve şekillendirmek için takım tezgahlarında kullanılır.
• Bunlar anten konumlandırma, baskı, paketleme, ağaç işleri, tekstil, sicim veya halat imalatı, CMM (Koordinat ölçüm makineleri), malzemeleri taşıma, zemini cilalama, kapıları açma, X-Y masası, tıbbi ekipman ve gofret eğirme için kullanılır.
• Bu motorlar, alan ve ağırlık sınırlamalarının motorların her birim hacim için yüksek güç sağlamasına ihtiyaç duyduğu uçak kontrol sistemlerinde kullanılır.
• Bunlar, fan tahrikleri ve fanlar gibi yüksek başlangıç ​​torkunun gerekli olduğu yerlerde uygulanabilir.
• Bunlar ayrıca esas olarak robotik, programlama cihazları, elektromekanik aktüatörler, takım tezgahları, proses kontrolörleri vb. için kullanılır.

Bu nedenle, bu dc'ye genel bir bakıştır. servo motor – çalışıyor uygulamalarla. Bu servo motorlar, çeşitli endüstrilerde birçok mekanik harekete çözüm sağlamak için kullanılmaktadır. Bu motorların özellikleri onları çok verimli ve güçlü yapacaktır. İşte size bir soru, AC Servo Motor nedir?