Это слово сервопривод стало синонимом слов «серводвигатель», «сервомеханизм» и «сервосистема» для обозначения системы с замкнутым контуром управления.
Автор: Херли Гилл • Старший инженер по приложениям и системам | Kollmorgen, бренд Regal Rexnord
A сервопривод проще всего определить как любой управляемый механизм, зависящий от данных обратной связи, полученных в результате непрерывного мониторинга данного процесса, с последующей систематической корректировкой этого же основного процесса для достижения целевого результата.
На самом деле, сервопривод является и всегда ассоциировалось с некоторым уровнем автоматизированного управления с помощью сервомеханизма усилием, крутящим моментом, скоростью и/или положением. Сервомеханизм в свою очередь, это, как правило, некоторая форма пневматического, гидравлического, электрического или химического процесса с замкнутым контуром управления или форма приведения в действие. Термин серводвигатель часто определяется как основной компонент сервомеханизма; часто это специфический компонент, делающий машину сервомеханизированной.
Следовательно, в сфере движения и автоматизации, серводвигатель и сервомеханизм часто используются взаимозаменяемо для любого конкретного проекта или приложения.
Серводвигатель — это двунаправленный сервопривод и машина с замкнутым контуром управления, обеспечивающая получение точного результата от заданной операции. Непрерывная обратная связь по отслеживаемым данным, связанным с движением (например, положение, скорость, крутящий момент или усилие в зависимости от тока), сравнивается с командой или заданным значением. Это, в свою очередь, стимулирует динамическую корректировку для устранения разницы между фактическими и заданными значениями.
На текущие корректировки для данного процесса может влиять один или несколько замкнутых контуров, получающих данные обратной связи. Каждый контур управления, в свою очередь, динамически зависит от непрерывно получаемых данных и сравнивается с командами. Эта активная обратная связь, передающая информацию в виде замкнутого контура в контроллер механизма, непрерывно поступает от одного или нескольких датчиков обратной связи. В некоторых приложениях одно устройство обратной связи может выполнять несколько функций контура управления с обратной связью посредством запрограммированных алгебраических манипуляций с полученными данными. Например, для пропорционального, интегрального, производного (PID) замыкания контура каждого контура управления может использоваться одно устройство обратной связи для отдельных замыканий контура скорости и положения.
Системы автоматического управления, как правило, бывают одного из двух типов.
• Конструкции с разомкнутым контуром это системы ВКЛЮЧЕНИЯ-выключения, такие как обогреватели и кондиционеры воздуха, которые предполагают некоторую контролируемую разницу (зону нечувствительности) между точками включения и выключения.
• Конструкции с замкнутым контуром это постоянно работающие механизмы, такие как, например, автомобильный круиз-контроль. Они включают в себя один или несколько датчиков, которые непрерывно передают информацию в режиме реального времени в блок управления, чтобы свести к минимуму разницу между целевой командой (заданным значением) и тем, что происходит на самом деле (обратная связь).
Таким образом, в значительно упрощенном смысле сервомеханизм (замкнутый контур) можно рассматривать как систему управления включением-выключением, в которой зона нечувствительности процесса сведена к бесконечно малому значению. Это небольшое значение зоны нечувствительности представляет собой, казалось бы, систематическую корректировку, эффективно приводящую к непрерывному сравнению (работа в режиме замкнутого цикла) данных обратной связи в реальном времени (например, фактической температуры) с запрошенным и желаемым результатом (например, некоторой целевой температурой или другим заданным значением) для оптимизации процесса.
Каждое замыкание сервоконтура (управление по замкнутому циклу) происходит с помощью контроллера процесса — он сравнивает данные в реальном времени с заданными целевыми данными, чтобы постоянно вносить систематические коррективы в процесс для получения более точного результата, чем можно было бы достичь иным способом. Непрерывные корректировки процесса часто вызываются управляемым приводом — пневматическим или гидравлическим, электрическим двигателем или чем-то еще. Эти различные приводы часто называются раб в сфере их общего пользования.
Сервоконтроллер с замкнутым контуром управления может обеспечить постоянную коррекцию и сведение к минимуму любой разницы (ошибки) между заданным заданным значением контроллера и измеренной выходной мощностью (процесс/установка/исполнительный механизм) с помощью некоторого датчика обратной связи.
В реальных системах управления движением, таких как позиционирование линейного привода, команда скорости, поступающая в контур управления положением контроллера, постоянно меняется в зависимости от ускорений, изменения хода, замедления, возмущений нагрузки и так далее. Достижение наилучшей возможной производительности зависит от оптимального регулирования динамической реакции оси на эти условия с помощью ПИД-регулятора в каждом контуре управления схемы/алгоритма.
Рассмотрим круиз—контроль автомобиля с электрическим приводом — упрощенную систему контроля скорости с замкнутым контуром.
При использовании круиз—контроля в автомобиле водитель устанавливает заданное значение скорости — значение команды. Всякий раз, когда автомобиль замедляет ход, разница между заданной и фактической скоростями увеличивается. Эта увеличивающаяся положительная погрешность приводит к тому, что сервоконтроллер подает команду на увеличение мощности двигателя автомобиля, что, в свою очередь, увеличивает скорость автомобиля (несмотря на изменение передачи в трансмиссии) до тех пор, пока ошибка не будет устранена.
Аналогичным образом, если автомобиль начинает ускоряться на спуске с холма и его фактическая скорость превышает заданную, сервоконтроллер вычисляет увеличивающуюся отрицательную ошибку. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению мощности двигателя. Возникающее в результате замедление снижает фактическую скорость до тех пор, пока возникшая ошибка не будет устранена.
В этой конструкции автоматическая коррекция осуществляется с помощью замкнутого контура управления скоростью (сервопривода), который непрерывно отслеживает фактическую скорость автомобиля. Она сравнивается со скоростью, установленной водителем (и передаваемой на контроллер). Разница в скорости имеет положительную или отрицательную полярность по отношению к замедлению автомобиля ниже или увеличению скорости выше установленной.
Давайте подробнее рассмотрим пример автомобильного круиз-контроля. С добавлением внешнего сигнала обратной связи конструкция может обеспечить адаптивный круиз-контроль. В данном случае датчик позволяет корректировать дифференциальную скорость в зависимости от скорости движения впереди идущего автомобиля. Скорость движущегося впереди автомобиля постоянно сравнивается со скоростью управляемого автомобиля; затем, если движущийся впереди автомобиль замедляется и между транспортными средствами нарушается некоторое минимальное расстояние, сервоуправление запрашивает регулировку скорости, чтобы замедлить управляемый автомобиль. Если движущийся впереди автомобиль возобновит движение с большей скоростью, сервосистема управляемого автомобиля предложит ускорить движение до новой скорости, установленной ранее водителем (setpoint) скорости.
Более того, можно настроить условия, позволяющие избежать аварии. Эта функция использует непрерывный мониторинг с обратной связью конкретных условий, таких как минимальное расстояние между транспортными средствами (позиционный цикл) и скорость изменения расстояния между транспортными средствами.
Давайте подробнее остановимся на примере автомобильного круиз-контроля. Добавление данных о местоположении автомобиля в режиме реального времени, постоянно отслеживаемых с помощью камеры слежения за полосой движения, а также данных глобальной системы позиционирования (GPS), позволяет получать (в определенных пределах) сигналы об ошибках сервопривода для своевременной корректировки, необходимой для удержания автомобиля на дороге. В ближайшем будущем такая технология может даже распространить автономное вождение к заранее запрограммированному пункту назначения.
Сервомеханизмы чаще всего используются из-за их способности обеспечивать точное положение, скорость или крутящий момент (или усилие), необходимые для сложных конструкций. Все более сложные требования, предъявляемые к производству и другим областям применения, стимулируют все более широкое использование серводвигательных систем и их постоянное развитие для достижения все более высокой производительности.
Представьте себе сервомеханизм, подобный естественной экосистеме. Природа любит баланс (определенные уставки), поэтому все постоянно работает в направлении достижения этой заданной точки равновесия. Это целевое равновесие само по себе постоянно меняется с течением времени, в то время как природа непрерывно и последовательно приспосабливается множеством (±) способов, чтобы приспособиться ко всем изменениям. Эти изменения происходят из-за одного или нескольких нарушений, а также из-за последовательных изменений точки равновесия (в пределах возможностей, конечно). Разница заключается в эксплуатационных ограничениях, частоте дискретизации в реальном времени каждой индивидуально контролируемой системы обратной связи и времени взаимодействия этих индивидуально контролируемых природных систем, которые последовательно реагируют на постоянно меняющуюся долгосрочную точку равновесия.
Примечание: Не всегда осознается, что во время работы сервопривода обычные серводвигатели (в отличие от двигателей с разомкнутым контуром) всегда будут работать определенным образом.
1. Типичное приложение для серводвигателей всегда использует информацию обратной связи в режиме реального времени, так что можно автоматически вносить коррективы в процесс или механизм — другими словами, корректировать с учетом помех, изменений нагрузки, команд и так далее.
2. Типичное применение серводвигателя использует только энергию, необходимую оси или механизму для выполнения того, что им приказано делать.
3. Обычно серводвигатель работает в одном из трех рабочих режимов, в зависимости от области применения и выбранного метода управления. К ним относятся режим тока/крутящего момента (с замыканием токового контура), режим скорости (с замыканием vel-контура) или режим положения (с замыканием pos-контура).
Замыкание ПИД-регулятора текущего контура может осуществляться самостоятельно, поскольку это самый внутренний и быстрый контур управления. В отличие от этого, замыкание ПИД-регулятора скоростного контура включает в себя внутренний контур тока, а замыкание ПИД-регулятора позиционного контура включает в себя как внутренний контур скорости, так и внутренний контур тока.
4. Типичное применение серводвигателя будет постоянно вносить небольшие коррективы в его приведение в действие по команде, демонстрируя небольшие перемещения или изменения относительно их уставок.
• При регулировании скорости ожидайте небольших движений вперед-назад или по часовой стрелке и против часовой стрелки (CW, CCW, CW, CCW), пока система пытается поддерживать заданную установившуюся скорость.
• При использовании функции управления положением следует ожидать небольших непрерывных корректировок положения (поиска) относительно конечного заданного положения. Если во время поиска неподвижного положения возникает достаточное заедание, возникающее в результате этого трения колебание может нежелательно увеличить отклонения перемещения.
5. Типичное применение серводвигателя обеспечивает непрерывную коррекцию любого нарушения в работе механизма или технологического процесса в пределах его проектных возможностей для коррекции. Это означает, что каждый сервомеханизм работает только в пределах установленных пределов — своего диапазона работы — для поддержания сервопривода в рабочем состоянии. Для нормальной работы сервопривода необходимо поддерживать его способность автоматически подстраиваться под такие факторы, как нарушения технологического процесса, изменение внешних воздействий, команд и так далее.
Напротив, когда сервомеханизм намеренно или по ошибке приводится в действие на одном из своих физических эксплуатационных пределов или в каком-либо напряженном состоянии, он по определению больше не работает как сервосистема. В этом случае сервопривод, как это определено, недоступен для внесения необходимых изменений и/или корректировок, необходимых для устранения помех, изменения внешнего усилия или изменения команды, при этом регулировки доступны только в одном направлении.
Наконец, когда требуется, чтобы сервомеханизм работал ненормальным образом в течение некоторой части своего рабочего цикла (например, при удержании положения под нагрузкой), необходимо учитывать все особые условия для обеспечения надлежащего размера сервосистемы (включая серводвигатель и привод).
Kollmorgen, Королевский бренд Rexnord | kollmorgen.com
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии