电机专项(伺服电机)

伺服电机基础介绍:

您现在看到的,是一个MeArm机械臂。如图中蓝色部分所示,他一共由四个舵机控制,分别控制旋转,前臂,后臂,和抓取钳。当然,航模上使用的也比较多。

这是一个舵机,包含一个舵机主体和三个摇臂,图中的三根线为两根电源线和一根(PWM)控制线,我们可以控制他的速度,旋转方向,转矩和旋转角度。

这是舵机的控制系统,输入指令 ->电机旋转 ->舵机比对当前状态 ->不符合 ->返回电机旋转

->继续比对 ->复合则完成指令,不符合则继续。那伺服电机是如何知道自己当前位置的呢?请看下图:

舵机里面由控制电路,电机,电位器和齿轮组组成。下面逐一介绍。

控制电路:负责接收指令与协调舵机工作

电机:为舵机提供动力

电位器:负责读取舵机当前的角度信息

齿轮组:可以给电机减速,提升力矩

注意:舵机是不能连续旋转的,只能在一定角度范围内转动,具体角度范围应以舵机说明书为准。上图的舵机角度范围是0-180度,通过特殊代码可达到更大的角度范围。

舵机控制方式:

1)转矩控制:转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,具体表现为例如10V对应5Nm的话,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转,外部负载等于2.5Nm时电机不转,大于2.5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。
应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中,例如饶线装置或拉光纤设备,转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。
(2)位置控制:位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。
应用领域如数控机床、印刷机械等等。
(3)速度模式:通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号,此时的电机轴端的编码器只检测电机转速,位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增加了整个系统的定位精度。

伺服电机的性能:

(1)控制精度

(2)齿轮材质(常见的有塑料的和金属的)

(3)力矩和功耗(一般大力矩对应大功耗)

对于伺服电机不能连续旋转且转速较慢的情况,我们可以使用步进电机来解决,明天我将为大家介绍步进电机的基础知识。

 

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