Hur fungerar en servomotor? En servomotor är en elektromekanisk anordning som producerar vridmoment och hastighet baserat på den tillförda strömmen och spänningen. En servomotor fungerar som en del av ett slutet slingasystem som tillhandahåller vridmoment och hastighet enligt kommando från en servostyrenhet som använder en återkopplingsanordning för att stänga slingan. Återkopplingsenheten tillhandahåller information såsom ström, hastighet eller position till servostyrenheten, som justerar motorns verkan beroende på de beordrade parametrarna.
Servomotorer finns i en mängd olika typer, former och storlekar. Termen servo användes först 1859 av Joseph Facort, som implementerade en återkopplingsmekanism för att hjälpa till att styra ett skepp med ånga för att kontrollera rodren. En servomotor är en del av en servomekanism som består av tre nyckelelement – en motor, en återkopplingsenhet och styrelektronik. Motorn kan vara AC eller DC, borstad eller borstlös, roterande eller linjär och av valfri storlek. Återkopplingsanordningen kan vara en potentiometer, Hall-effektanordning, varvräknare, resolver, kodare, linjär givare eller någon annan sensor som är lämpligt. Kompletterande av servosystemet är styrelektroniken som driver motorn och jämför återkopplingsdata och kommandoreferens för att verifiera att servomotorn fungerar enligt kommandot. Det finns många typer av servomotorapplikationer, från enkla likströmsmotorer som används i hobbyapplikationer (som modellflygplan) till sofistikerade borstlösa motorer som drivs av komplexa rörelsekontroller som används för fleraxliga bearbetningscentra. Ett exempel på en vanlig servomekanism är en fordonsfarthållare som består av en motor (motorn), en hastighetssensor (återkoppling) och elektronik för att jämföra fordonshastigheten med den inställda hastigheten. Om fordonet saktar ner matar sensorn dessa data till elektroniken som i sin tur ökar gasen till motorn för att öka hastigheten till önskat börvärde – ett enkelt system med sluten slinga.
En enkel industriell servomotor består av en permanentmagnet DC-motor med en inbyggd varvräknare som ger en utspänning proportionell mot hastigheten. Drivelektroniken levererar nödvändig spänning och ström till motorn baserat på spänningen som återkopplas från varvräknaren. I det här exemplet ställs en beordrad hastighet (representerad som en kommandoreferensspänning) in i föraren, sedan jämför kretsen i föraren varvräknarens återkopplingsspänning och avgör om den önskade hastigheten har uppnåtts - känd som en sluten hastighetsslinga. Hastighetsslingan övervakar den beordrade hastigheten och varvräknarfeedbacken, medan föraren justerar kraften till motorn för att bibehålla den önskade beordrade hastigheten.
I ett mer sofistikerat servosystem är flera inbäddade slingor avstämda för optimal prestanda för att ge exakt rörelsekontroll. Systemet består av ström-, hastighets- och positionsslingor som använder precisionsåterkopplingselement. Varje slinga signalerar den efterföljande slingan och övervakar lämpliga återkopplingselement för att göra realtidskorrigeringar för att matcha de beordrade parametrarna.
Basslingan är ström- eller vridmomentsslingan. Strömmen är proportionell mot vridmomentet i en roterande motor (eller kraften i en linjärmotor), vilket ger acceleration eller dragkraft. En strömsensor är en enhet som ger feedback relaterad till strömmen som flyter genom motorn. Sensorn skickar en signal tillbaka till styrelektroniken - vanligtvis en analog eller digital signal som är proportionell mot motorströmmen. Denna signal subtraheras från den beordrade signalen. När servomotorn är på den beordrade strömmen, kommer slingan att uppfyllas tills strömmen sjunker under den beordrade strömmen. Slingan kommer sedan att öka strömmen tills den beordrade strömmen uppnås, med cykeln som fortsätter med uppdateringshastigheter under en sekund.
Hastighetsslingan fungerar på samma sätt med en spänning som är proportionell mot hastigheten. Hastighetsslingan skickar strömslingan ett kommando att öka strömmen (och därmed öka spänningen) när hastigheten faller under den beordrade hastigheten.
Positionsslingan accepterar ett kommando för en PLC eller rörelsekontroll, som i sin tur ger ett hastighetskommando som matas till hastighetsslingan, som i sin tur beordrar den erforderliga strömmen för att accelerera, bibehålla och bromsa motorn att flytta till det beordrade läget . Alla tre slingorna arbetar i optimerad synkronisering för att ge smidig och exakt kontroll av servomekanismen.