Miten servomoottori toimii? Servomoottori on sähkömekaaninen laite, joka tuottaa vääntömomentin ja nopeuden syötetyn virran ja jännitteen perusteella. Servomoottori toimii osana suljetun silmukan järjestelmää, joka tarjoaa vääntömomentin ja nopeuden servoohjaimen käskyn mukaisesti, joka käyttää takaisinkytkentälaitetta silmukan sulkemiseen. Takaisinkytkentälaite toimittaa tietoja, kuten virtaa, nopeutta tai asentoa, servoohjaimelle, joka säätää moottorin toimintaa käskettävien parametrien mukaan.
Servomoottoreita on saatavana laaja valikoima tyyppejä, muotoja ja kokoja. Termiä servo käytti ensimmäisen kerran vuonna 1859 Joseph Facort, joka otti käyttöön palautemekanismin auttamaan aluksen ohjaamista höyryllä ohjaamaan peräsimiä. Servomoottori on osa servomekanismia, joka koostuu kolmesta avainelementistä – moottorista, takaisinkytkentälaitteesta ja ohjauselektroniikasta. Moottori voi olla AC tai DC, harjattu tai harjaton, pyörivä tai lineaarinen ja minkä kokoinen tahansa. Takaisinkytkentälaite voi olla potentiometri, Hall-ilmiölaite, takometri, resolveri, kooderi, lineaarianturi tai mikä tahansa muu sopiva anturi. Servojärjestelmän täydentää ohjauselektroniikka, joka antaa virran moottorille ja vertaa palautetietoja ja komentoviittausta varmistaakseen, että servomoottori toimii käskyn mukaisesti. Servomoottorisovelluksia on monenlaisia yksinkertaisista harrastesovelluksissa käytettävistä tasavirtamoottoreista (kuten lentokonemalleista) kehittyneisiin harjattomiin moottoreihin, joita ohjaavat moniakselisissa työstökeskuksissa käytettävät monimutkaiset liikeohjaimet. Yksi esimerkki yleisestä servomekanismista on ajoneuvon vakionopeussäädin, joka koostuu moottorista (moottorista), nopeusanturista (palaute) ja elektroniikasta, joka vertaa ajoneuvon nopeutta asetettuun nopeuteen. Jos ajoneuvo hidastuu, anturi syöttää nämä tiedot elektroniikkaan, joka puolestaan lisää moottoriin menevää kaasua nostaakseen nopeutta haluttuun asetusarvoon – yksinkertainen suljetun kierron järjestelmä.
Yksinkertainen teollisuusservomoottori koostuu kestomagneettista DC-moottorista, jossa on kiinteä kierroslukumittari, joka tuottaa nopeuteen verrannollisen lähtöjännitteen. Käyttöelektroniikka toimittaa tarvittavan jännitteen ja virran moottorille kierroslukumittarista takaisin syötetyn jännitteen perusteella. Tässä esimerkissä komentonopeus (esitetty komentoviitejännitteenä) asetetaan ohjaimeen, sitten ajurin piiri vertaa takometrin takaisinkytkentäjännitettä ja määrittää, onko haluttu nopeus saavutettu - tunnetaan suljettuna nopeussilmukana. Nopeussilmukka valvoo käskettyä nopeutta ja kierroslukumittarin palautetta, kun taas kuljettaja säätää moottorin tehoa halutun käsketyn nopeuden ylläpitämiseksi.
Kehittyneemmässä servojärjestelmässä useita upotettuja silmukoita on viritetty optimaalista suorituskykyä varten, mikä takaa tarkan liikkeenhallinnan. Järjestelmä koostuu virta-, nopeus- ja paikkasilmukoista, jotka hyödyntävät tarkkoja takaisinkytkentäelementtejä. Jokainen silmukka signaloi seuraavaa silmukkaa ja tarkkailee asianmukaisia palauteelementtejä tehdäkseen reaaliaikaisia korjauksia vastaamaan käskettyjä parametreja.
Perussilmukka on virta- tai vääntömomenttisilmukka. Virta on verrannollinen vääntömomenttiin pyörivässä moottorissa (tai voimaan lineaarimoottorissa), joka tuottaa kiihtyvyyden tai työntövoiman. Virta-anturi on laite, joka antaa palautetta moottorin läpi kulkevaan virtaan liittyen. Anturi lähettää signaalin takaisin ohjauselektroniikkaan - tyypillisesti analogisen tai digitaalisen signaalin, joka on verrannollinen moottorin virtaan. Tämä signaali vähennetään käskystä. Kun servomoottori on käsketyllä virralla, silmukka täyttyy, kunnes virta laskee käsketyn virran alapuolelle. Silmukka lisää sitten virtaa, kunnes käsketty virta on saavutettu, ja sykli jatkuu sekuntia pienempi päivitysnopeuksilla.
Nopeussilmukka toimii samalla tavalla nopeuteen verrannollisella jännitteellä. Nopeussilmukka lähettää virtasilmukalle komennon lisätä virtaa (täten jännitettä), kun nopeus putoaa komennon nopeuden alapuolelle.
Asentosilmukka hyväksyy PLC:lle tai liikeohjaimelle komennon, joka puolestaan antaa nopeuskomennon, joka syötetään nopeussilmukkaan, joka puolestaan komentoi tarvittavan virran moottorin kiihdyttämiseksi, ylläpitämiseksi ja hidastamiseksi siirtyäkseen käskettyyn asentoon. . Kaikki kolme silmukkaa toimivat optimoidussa tahdissa servomekanismin tasaisen ja tarkan ohjauksen takaamiseksi.