Что такое сервопривод и как он устроен. Какие бывают виды сервоприводов. Как работает сервопривод. Каковы преимущества и недостатки сервоприводов. Где применяются сервоприводы в промышленности и робототехнике.
Что такое сервопривод и его основные компоненты
Сервопривод представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для точного позиционирования и управления движением различных механизмов. Основными компонентами типичного сервопривода являются:
- Электродвигатель (как правило, постоянного тока)
- Редуктор для снижения скорости вращения
- Датчик обратной связи (энкодер или потенциометр)
- Электронный блок управления
- Выходной вал
Благодаря наличию датчика обратной связи и системы управления, сервопривод способен с высокой точностью контролировать положение, скорость и ускорение выходного вала. Это позволяет применять сервоприводы в самых различных областях, где требуется прецизионное управление движением.

Принцип работы сервопривода
Как же работает сервопривод? Принцип его действия основан на использовании отрицательной обратной связи:
- На вход блока управления поступает сигнал с заданным положением вала
- Блок управления подает питание на электродвигатель
- Вал двигателя начинает вращаться, приводя в движение через редуктор выходной вал
- Датчик обратной связи непрерывно отслеживает текущее положение вала
- Блок управления сравнивает заданное и текущее положение
- При достижении нужного положения питание двигателя отключается
Такой алгоритм позволяет сервоприводу быстро и точно отрабатывать заданное положение, а также удерживать его при воздействии внешних нагрузок. Частота опроса датчика обратной связи может достигать нескольких килогерц, что обеспечивает высокое быстродействие системы.
Основные виды сервоприводов
Существует несколько основных типов сервоприводов, различающихся по конструкции и принципу действия:
1. Электромеханические сервоприводы
Наиболее распространенный тип, использующий электродвигатель в качестве привода. Подразделяются на:

- Коллекторные — с щеточно-коллекторным узлом
- Бесколлекторные — без механического коммутатора
2. Гидравлические сервоприводы
Используют гидравлическую жидкость для создания усилия. Отличаются высокой мощностью, но сложнее в обслуживании.
3. Пневматические сервоприводы
Работают на сжатом воздухе. Обладают высоким быстродействием, но меньшей точностью позиционирования.
4. Линейные сервоприводы
Обеспечивают прямолинейное перемещение штока вместо вращательного движения вала.
Ключевые характеристики сервоприводов
При выборе сервопривода для конкретной задачи следует учитывать его основные параметры:
- Крутящий момент — максимальное усилие на валу
- Скорость вращения — число оборотов в минуту
- Точность позиционирования — минимальный угол поворота
- Время отработки — скорость реакции на управляющий сигнал
- Диапазон рабочих углов — максимальный угол поворота вала
- Напряжение питания
- Потребляемая мощность
Правильный подбор этих параметров позволяет оптимизировать работу сервопривода в конкретном применении.

Преимущества и недостатки сервоприводов
Как и любая технология, сервоприводы имеют свои сильные и слабые стороны:
Преимущества:
- Высокая точность позиционирования
- Большой крутящий момент
- Быстрый отклик на управляющий сигнал
- Возможность удержания заданного положения
- Компактные размеры
- Широкий диапазон регулирования скорости
Недостатки:
- Относительно высокая стоимость
- Необходимость настройки системы управления
- Чувствительность к перегрузкам
- Сложность ремонта
Несмотря на некоторые недостатки, преимущества сервоприводов обеспечивают их широкое применение в различных отраслях.
Области применения сервоприводов
Благодаря своим уникальным характеристикам, сервоприводы нашли применение во многих сферах:
Промышленная автоматизация
- Станки с ЧПУ
- Промышленные роботы
- Конвейерные линии
- Упаковочное оборудование
Робототехника
- Манипуляторы
- Шагающие роботы
- Беспилотные летательные аппараты
Транспорт
- Автопилоты в авиации
- Системы рулевого управления
- Активная подвеска автомобилей
Бытовая техника
- Стиральные машины
- Кондиционеры
- Автоматические двери
Это лишь некоторые примеры использования сервоприводов. Их универсальность позволяет находить все новые области применения.

Выбор сервопривода для конкретной задачи
При выборе сервопривода для определенного применения следует учитывать несколько ключевых факторов:
- Требуемый крутящий момент и скорость вращения
- Необходимая точность позиционирования
- Условия эксплуатации (температура, влажность, вибрации)
- Габаритные ограничения
- Совместимость с системой управления
- Стоимость и доступность запчастей
Правильный выбор сервопривода позволяет оптимизировать производительность и надежность всей системы в целом.
Перспективы развития сервоприводов
Технологии сервоприводов продолжают активно развиваться. Основные тенденции включают:
- Повышение энергоэффективности
- Уменьшение габаритов при сохранении мощности
- Интеграция с системами искусственного интеллекта
- Разработка «умных» сервоприводов с функциями самодиагностики
- Применение новых материалов для снижения веса
Эти инновации позволят расширить области применения сервоприводов и повысить их эффективность в существующих задачах.
Принципы работы и виды сервоприводов
09.11.2020
Сервопривод — это механизм с двигателем, в основе работы которого лежит отрицательная обратная связь, что дает возможность точно управлять движениями, задав нужные параметры. По сути, это любой тип механического привода, в котором есть датчик (положения, скорости, усилия и т.д.) и блок управления, сохраняющий заданные показатели на датчике и всем устройстве в автоматическом режиме.
Главная область применения сервоприводов – это робототехника. Также они устанавливаются в станках с ЧПУ, полиграфическом оборудовании, промышленных швейных линиях и на других производствах.
В данной статье мы подробно расскажем Вам о принципах работы и видах сервоприводов.
Конструкция
Устройство современных сервоприводов достаточно просто и при этом эффективно, так как создает условия для точного регулирования их работы. Конструкция включает:
- привод. Это может быть электродвигатель с редуктором или пневмоцилиндр.
Редуктор необходим для уменьшения скорости вращения мотора до тех значений, которые нужны в работе. К выходному валу редуктора прилагается требуемая нагрузка: качалка, вращающийся вал, тянущие или толкающие устройства;
- датчик обратной связи. В качестве него выступает датчик угла поворота выходного вала (энкодер) или потенциометр. Функция – преобразование угла поворота в электрический сигнал;
- блок питания и управления (сервоусилитель, преобразователь частоты, инвертор). Данный элемент принимает и анализирует управляющие импульсы, сравнивает их с показателями датчика, отвечает за пуск и остановку двигателя. В состав блока управления может входить конвертер (датчик управляющего сигнала или воздействия).
Принцип работы
Принцип работы сервоприводов сводится к использованию импульсного сигнала, который изменяется по трем параметрам – частоте повторения, минимальной и максимальной продолжительности. Именно длительность импульса задает угол поворота мотора.
Сигналы, поступающие на сервопривод, имеют стандартную частоту, а их продолжительность может равняться от 0,8 до 2,2 мс (в зависимости от модели). Параллельно с получением управляющего импульса начинается работа генератора опорного импульса, который связан с датчиком обратной связи. Тот, в свою очередь, механически соединен с выходным валом и отвечает за изменение его положения.
Электронный блок анализирует импульсы по длительности и на основе полученных величин определяет разницу между заданным извне положением вала и реальным (измеренным датчиком). С учетом этого происходит корректировка работы путем подачи напряжения на питание двигателя.
Виды
Сервоприводы вращательного движения. Чаще всего используются в полиграфических, упаковочных станках, авиамоделировании. Делятся на:
- синхронные – дают возможность точно задавать степень поворота (с точностью до угловых минут), скорость, ускорение.
Достигают максимальных оборотов быстрее асинхронных, дороже их в несколько раз;
- асинхронные — позволяют точно выполнять команды скорости даже на малых оборотах.
Сервоприводы линейного движения. Данные устройства могут развивать значительную скорость (до 70 м/с²), что делает их востребованными в автоматах монтажа электронных деталей на печатную плату. Делятся на плоские и круглые модели.
Также сервоприводы классифицируются по принципу действия на электромеханические, где движение обеспечивают мотор и редуктор, и электрогидромеханические, где действует система ил поршня и цилиндра. Вторая группа устройств дает более высокие показатели быстродействия.
Сервопривод или шаговый двигатель?
Сервопривод – это мотор с дополнительным датчиком контроля, обеспечивающим обратную связь. При работе двигатель удерживается в заданном положении, а все отклонения вала фиксируются и исправляются уже на следующем шаге. Шаговый двигатель – это электромотор, функционирующий на основе тандема плата-драйвер и обеспечивающий точность хода только на малых оборотах. Каждый вид оборудования используется в своих целях, и между собой эти виды двигателей не конкурируют.
Сравнительный анализ
Факторы выбора между сервоприводом и шаговым двигателем, их преимущества и недостатки наглядно представлены в таблице.
Параметр |
Шаговые двигатели |
Сервоприводы |
Момент |
Сильно падает с повышением скорости. Максимален при остановленном вале |
Высокий на всех скоростях. Максимален на высоких оборотах |
Ускорение |
Инертны, номинальная скорость не превышает 1000 об/мин. При слишком быстром разгоне пропускают шаги, вал может остановиться |
Высокое, способны на короткое время увеличить ток обмоток в 3-4 раза от номинального значения. |
Мощность |
Низкая, не превышает 1 кВт |
Высокая, может достигать 15 кВт |
Удельная мощность |
Низкая. Очень малый КПД – потребляет много тока, основная часть энергии расходуется в виде тепла |
Высокая. Потребляемый ток пропорционален нагрузке |
Обратная связь по положению |
Отсутствует. Не выполненный шаг будет не замечен в системе ЧПУ. Однако, при грамотном проектировании станка обратная связь не нужна |
Есть. Положение вала корректируется во время работы, при сбое обратной связи (например, заклинило вал) система укажет на ошибку |
Плавность хода |
Низкая. |
Большая |
Точность позиционирования |
Не более 5% от величины шага |
Определяется энкодером |
Безопасность |
Высокая. Если вал заклинило, двигатель просто пропустит шаги |
Низкая. При заклинивании вала устройство может провернуть передачу, что приведет к поломке. Может сгореть в случае некорректной настройки поведения драйвера при перегрузке |
Сложность настройки |
Просты в настройке, работают по принципу включения и выключения |
Множество настраиваемых параметров, что требует предельной внимательности и опыта в использовании |
Резонанс ротора
|
Сильный, что приводит к пропуску шагов, ухудшению качества обработки и др. |
Отсутствует, что делает их моторами выбора в крупном оборудовании (рабочее поле более 1,2 м2, масса свыше 50 кг)
|
Звук |
Сильный гул |
Незначительный |
Нагрев |
Сильный, что может потребовать дополнительного охлаждения радиатором и вентилятором |
Слабый |
Стоимость |
Значительно дешевле сервоприводов, но только до размера фланца 110 мм |
Дороже шаговых моторов, но при размере фланца 110 мм и выше цены схожи |
Выводы
Сервопривод и шаговый двигатель выбираются под каждую задачу, причем в одном станке или устройстве могут быть использованы одновременно оба вида.
Сервоприводы востребованы в тех механизмах, где необходимо точное позиционирование узлов для их синхронизации с другими деталями. В частности, сервоприводы широко применяются в обрабатывающих станках. Шаговые двигатели прочно заняли свою нишу в станках с ЧПУ (3D-принтеры, гравировальные машины, оборудование для металлообработки и лазерной резки) и в робототехнике.
Сервопривод: виды, управление, принцип работы
В конструкциях оборудования, создаваемого на базе высоких технологий, постоянно развиваются и совершенствуются различные автоматические процессы. Среди них широкое распространение получил сервопривод, устанавливаемый с целью совершения отдельными элементами и деталями постоянных динамических движений. Эти устройства обеспечивают постоянный контроль над углами поворота вала, устанавливают нужную скорость в приборах электромеханического типа.
Составной частью этих систем являются серводвигатели, которые дают возможность управлять скоростями в нужном диапазоне в установленный промежуток времени. Таким образом, все процессы и движения могут периодически повторяться, а частота этих повторов закладывается в системе управления.
Содержание
Устройство сервопривода
Основные детали, из которых состоит типовой серводвигатель – ротор и статор. Для коммутации применяются специальные комплектующие в виде штекеров и клеммных коробок. Управление, контроль и коррекция процессов осуществляется с помощью отдельного управляющего узла. Для включения и выключения сервопривода используется отдельная система. Все детали, помещаются в общем корпусе.
Практически во всех сервоприводах имеется датчик, работающий и отслеживающий определенные параметры, такие как положение, усилие или скорость вращения. С помощью управляющего блока поддерживается автоматический режим необходимых параметров при работе устройства. Выбор того или иного параметра происходит в зависимости от сигналов, поступающих от датчика в установленные промежутки времени.
Разница между сервоприводом и обычным электродвигателем заключается в возможности установки вала в точно заданное положение, измеряемое в градусах. Установленное положение, так же, как и другие параметры, поддерживаются блоком управления.
Их принцип работы заключается в преобразовании электрической энергии в механическую, с помощью электродвигателя. В качестве привода используется редуктор, позволяющий снизить скорость вращения до требуемого значения. В состав данного устройства входят валы с шестернями, преобразующими и передающими крутящий момент.
Как работает сервопривод
Вращение выходного вала редуктора, связанного шестернями с сервоприводом, осуществляется путем запуска и остановки электродвигателя. Сам редуктор необходим для регулировки числа оборотов. Выходной вал может быть соединен с механизмами или устройствами, которыми необходимо управлять. Положение вала контролируется с помощью датчика обратной связи, способного преобразовывать угол поворота в электрические сигналы и на котором построен принцип работы всего устройства.
Этот датчик известен также, под названием энкодера или потенциометра. При повороте бегунка, его сопротивление будет изменяться. Изменения сопротивления находится в прямой пропорциональной зависимости с углом поворота энкодера. Данный принцип работы позволяет устанавливать и фиксировать механизмы в определенном положении.
Дополнительно каждый серводвигатель имеет электронную плату, обрабатывающую внешние сигналы, поступающие от потенциометра. Далее выполняется сравнение параметров, по результатам которого производится запуск или остановка электродвигателя. Следовательно, с помощью электронной платы поддерживается отрицательная обратная связь.
Подключить серводвигатель можно с помощью трех проводников. По двум из них подается питание к электродвигателю, а третий служит для прохождения сигналов управления, приводящих вал в определенное положение.
Предотвратить чрезмерные динамические нагрузки на электродвигатель возможно с помощью плавного разгона или такого же плавного торможения. Для этого применяются более сложные микроконтроллеры, обеспечивающие более точный контроль и управление позицией рабочего элемента. В качестве примера можно привести жесткий диск компьютера, в котором головки устанавливаются в нужную позицию с помощью точного привода.
Управление серводвигателем
Основное условие, чтобы серводвигатель мог нормально работать, заключается в их функционировании совместно с так называемой системой G-кодов. Эти коды представляют собой набор команд управления, заложенный в специальную программу.
Если в качестве примера взять ЧПУ – числовое программное управление, то в данном случае сервоприводы будут взаимодействовать с преобразователями. В соответствии с уровнем входного напряжения они способны изменить значение напряжения на возбуждающей обмотке или якоре электродвигателя.
Непосредственное управление серводвигателем и всей системой осуществляется из одного места – блока управления. Когда отсюда поступает команда на прохождение определенного расстояния по оси координат Х, в цифровом аналоговом преобразователе возникает напряжение определенной величины, которое и поступает в качестве питания привода этой координаты. В серводвигателе начинается вращательное движение ходового винта, связанного с энкодером и исполнительным органом основного механизма.
В энкодере вырабатываются импульсы, подсчитываемые блоком, выполняющим управление сервоприводом. В программе заложено соответствие определенного количества сигналов с энкодера, установленному расстоянию, которое должен пройти исполняющий механизм. В нужное время аналоговый преобразователь, получив установленное число импульсов, прекращает выдачу выходного напряжения, в результате, серводвигатель останавливается. Точно так же под влиянием импульсов восстанавливается напряжение, и возобновляется работа всей системы.
Виды и характеристики
Серводвигатели выпускаются в самых разных вариантах, позволяющих использовать их во многих областях. Основные конструкции разделяются на коллекторные и бесколлекторные, предназначенные для работы от постоянного и переменного тока.
Кроме того, каждый сервомотор может быть синхронным и асинхронным. Синхронные устройства обладают способностью задавать высокоточную скорость вращения, а также углы поворотов и ускорение. Эти приводы очень быстро набирают номинальную скорость вращения. Сервоприводы в асинхронном исполнении управляются за счет изменения параметров питающего тока, когда его частота меняется с помощью инвертора. Они с высокой точностью выдерживают заданную скорость даже при самых низких оборотах.
В зависимости от принципиальной схемы и конструкции, сервоприводы могут быть электромеханическими и электрогидромеханическими. Первый вариант, включающий редуктор и двигатель, отличается низким быстродействием. Во втором случае действие происходит очень быстро за счет движения поршня в цилиндре.
Каждый сервопривод характеризуется определенными параметрами:
- Крутящий момент или усилие, создаваемое на валу. Считается наиболее важным показателем работы сервопривода. Для каждой величины напряжения существует собственный крутящий момент, отражаемый в паспорте изделия.
- Скорость поворота. Данный параметр представляет собой определенный период времени, который требуется, чтобы изменить позицию выходного вала на 600. Эта характеристика также зависит от конкретного значения напряжения.
- Максимальный угол поворота, на который может развернуться выходной вал. Чаще всего эта величина составляет 180 или 3600.
- Все сервоприводы разделяются на цифровые и аналоговые. В зависимости от этого и осуществляется управление сервоприводом.
- Питание серводвигателей. В большинстве моделей используется напряжение от 4,8 до 7,2В. Питание и управление осуществляется с помощью трех проводников.
- Возможность модернизации в сервопривод постоянного вращения.
- Материалы для редуктора могут использоваться самые разные. Шестерни изготавливаются из металла, карбона, пластика или комбинированных составов. Каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками. Например, пластиковые детали плохо выдерживают ударные нагрузки, но устойчивы к износу в процессе длительной эксплуатации.
Металлические шестерни, наоборот, быстро изнашиваются, зато они обладают высокой устойчивостью к динамическим нагрузкам.
Плюсы и минусы сервомоторов
Благодаря унифицированным размерам, эти устройства легко и просто устанавливаются в любые конструкции. Они безотказны и надежны, каждый из них работает практически бесшумно, что имеет большое значение при их эксплуатации на сложных и ответственных участках. Даже на невысоких скоростях можно добиться точности и плавных перемещений. Каждый сервопривод может быть настроен персоналом, в зависимости решения тех или иных задач.
Что такое сервопривод (сервомеханизм)? | Определение из TechTarget
К
- Участник TechTarget
Сервопривод (сервомеханизм) — это электромагнитное устройство, которое преобразует электричество в точное контролируемое движение с помощью механизмов отрицательной обратной связи.
могут использоваться для создания линейного или кругового движения, в зависимости от их типа. Состав типичного сервопривода включает двигатель постоянного тока, зубчатую передачу, потенциометр, интегральную схему (ИС) и выходной вал. Требуемое положение сервопривода вводится и поступает в виде закодированного сигнала на ИС. ИС направляет двигатель, направляя энергию двигателя через шестерни, которые задают скорость и желаемое направление движения, пока сигнал от потенциометра не обеспечит обратную связь о том, что желаемое положение достигнуто, и ИС остановит двигатель.
Потенциометр делает возможным управляемое движение, передавая текущее положение, позволяя при этом корректировать внешние силы, действующие на управляющие поверхности: после перемещения поверхности потенциометр выдает сигнал положения, а ИС сигнализирует о необходимом движении двигателя до тех пор, пока правильное положение не будет восстановлено. .
Комбинация сервоприводов и многоступенчатых электродвигателей может быть организована вместе для выполнения более сложных задач в различных типах систем, включая роботов, транспортных средств, производственных и беспроводных сетей датчиков и приводов (WSAN).
Последнее обновление: ноябрь 2015 г.
Продолжить чтение О сервоприводе (сервомеханизме)- Покупка вашей первой резервной ленточной библиотеки: что вам нужно знать
- Как работают серводвигатели
словарь данных
Словарь данных — это набор описаний объектов данных или элементов модели данных, на которые могут ссылаться программисты и другие лица.
Сеть
- доступность сети
Доступность сети — это время безотказной работы сетевой системы в течение определенного интервала времени.
- NFV MANO (управление и оркестрация виртуализации сетевых функций)
NFV MANO (управление виртуализацией и оркестровкой сетевых функций), также называемый MANO, представляет собой архитектурную основу для …
- Сетевой коммутатор
Сетевой коммутатор соединяет устройства в сети друг с другом, позволяя им общаться путем обмена пакетами данных.
Безопасность
- GPS-глушение
Подавление сигналов GPS — это использование устройства, передающего частоту, для блокирования или создания помех радиосвязи.
- контрольная сумма
Контрольная сумма — это значение, представляющее количество битов в передаваемом сообщении, которое используется ИТ-специалистами для обнаружения…
- информация о безопасности и управление событиями (SIEM)
Управление информацией о безопасности и событиями (SIEM) — это подход к управлению безопасностью, который объединяет информацию о безопасности …
ИТ-директор
- доказательство концепции (POC)
Доказательство концепции (POC) — это упражнение, в котором работа сосредоточена на определении того, можно ли превратить идею в реальность.
- зеленые ИТ (зеленые информационные технологии)
Green IT (зеленые информационные технологии) — это практика создания и использования экологически безопасных вычислений.
- ориентир
Контрольный показатель — это стандарт или точка отсчета, которые люди могут использовать для измерения чего-либо еще.
HRSoftware
- самообслуживание сотрудников (ESS)
Самообслуживание сотрудников (ESS) — это широко используемая технология управления персоналом, которая позволяет сотрудникам выполнять множество связанных с работой …
- платформа обучения (LXP)
Платформа обучения (LXP) — это управляемая искусственным интеллектом платформа взаимного обучения, предоставляемая с использованием программного обеспечения как услуги (…
- Поиск талантов
Привлечение талантов — это стратегический процесс, который работодатели используют для анализа своих долгосрочных потребностей в талантах в контексте бизнеса …
Служба поддержки клиентов
- прямой электронный маркетинг
Прямой маркетинг по электронной почте — это формат кампаний по электронной почте, в котором отдельные рекламные объявления рассылаются целевому списку .
..
- полезные идеи
Практическая информация — это выводы, сделанные на основе данных, которые можно превратить непосредственно в действие или ответ.
- интеграция
Интеграция — это процесс объединения небольших компонентов или информации, хранящейся в разных подсистемах, в единую …
сервоприводов | Аллен-Брэдли
Управления движением
Многоосевое управление
Чтобы конкурировать на промышленном рынке завтрашнего дня, ваши процессы должны быть гибкими и оптимизированными для повышения производительности. Эти диски помогут вам справиться с этими проблемами. Выберите из широкого спектра конфигураций, чтобы повысить производительность вашего оборудования, предоставляя при этом важные производственные данные, которые способствуют достижению ваших целей в области интеллектуального производства. Ваши многоосевые процессы могут быть сложными, но ваше решение по движению не обязательно должно быть таким. Легко интегрируйте эти приводы с контроллерами Logix и другими устройствами, чтобы упростить архитектуру управления и расширить возможности машины.
Управление одной осью
Расширьте возможности своих новых или модернизированных конструкций машин с помощью сервоприводов, позволяющих максимально эффективно использовать одноосевые процессы. Благодаря широкому диапазону вариантов питания и инновационных функций эти накопители могут обеспечить производительность и возможности для самых разных приложений.
Автономный блок управления
Для полного раскрытия потенциала ваших производственных машин требуется оптимизированное управление.