Типы и принцип работы
Штатные сервоприводы будут предоставлены нам Издательством вместе со следующими номерами журналов. Однако, быть может, имеет смысл задуматься об альтернативных вариантах? Сколько существует фирм-производителей, модификаций и характеристик сервоприводов? Очень много! Давайте разберемся в том, какие бывают сервоприводы и чем нужно руководствоваться при их выборе.
Начнем с самого начала – что это такое и как они работают?
В энциклопедии «Кругосвет» определение звучит так:
«СЕРВОМЕХАНИЗМ, следящая система автоматического регулирования, которая работает по принципу обратной связи и в которой один или больше системных сигналов, сформированных в управляющий сигнал, оказывают механическое регулирующее воздействие на объект. Термин «серво-» (от лат. servus — слуга) используется для обозначения механизмов и систем, выходная величина которых поступает на вход, где сравнивается с задающим воздействием. Сервосистемы обладают, как правило, двумя особенностями: способностью усиливать мощность и информационной обратной связью.
энциклопедия «Кругосвет»
Усиление необходимо потому, что требуемая на выходе энергия обычно велика (берется от внешнего источника), а на входе незначительна. Обратная связь представляет собой замкнутый контур, в котором рассогласование сигналов входа и выхода используется для управления. Следовательно, в прямом направлении контур передает энергию, а в обратном обеспечивает информацию, необходимую для точного управления.»
На первый взгляд схема кажется довольно сложной. Я предлагаю взглянуть на эту схему на другом примере:
Представьте, что перед Вами стоит задача ехать на автомобиле со скоростью 55 км/ч. Именно это будет у нас задающим воздействием. Преобразование скорости в цифровую форму (например, дорожный знак), это – первый прямоугольник. Ногой (усилитель) мы давим на педаль, это – сервопривод. Скорость автомобиля растет. Соответственно, начинает поворачиваться стрелка спидометра, это – обратная связь, а преобразование скорости в угол стрелки спидометра – это квадрат (преобразование). А вот перечеркнутый кружок – это место, где наш мозг сравнивает показания спидометра и дорожного знака и, в зависимости от величины и знака, выдает сигнал для ноги (усилителя) отпустить педаль или нажать на нее.
Вот так работает система автоматического регулирования с обратной связью.
А для модельного сервопривода картинка будет такая:
У сервопривода на вход с приемника подается прямоугольный импульс, длительность которого определяет угол поворота качалки серво. Значение, через которое повторяются импульсы, в стандарте PPM – 20 миллисекунд. Длительность меняется от 1 до 2 миллисекунд.
Питание и цоколевка разъемов:
Все сервомоторы, используемые в радиоуправляемых моделях, обычно имеют 3 провода:
1. Сигнальный провод, по которому поступает управляющий импульс (обычно провод белого, желтого или оранжевого цвета).
2. Питание, как правило от 4,8 В до 6 В (обычно провод красного цвета).
3. Земля (обычно провод черного или коричневого цвета).
По габаритам сервоприводы делятся на 3 основных размера: микро, стандартные и большие. Бывают сервомоторы и другого размера, однако перечисленные 3 вида покрывают 95% всех типоразмеров. В модели AMG Mercedes от DeAgostini применяются сервоприводы стандартного размера.
Характеристики:
Основные характеристики сервоприводов — скорость поворота и усилие на валу. Как правило, первая величина указывает за какое время, в секундах, сервомотор поворачивает качалку на 60°. Усилие измеряется кг/см т.е. какое усилие развивает сервопривод на конце качалки с рычагом от центра вращения 1 см. Например, если этот параметр равен 1.2 кг/см, то усилие, развиваемое серводвигателем на качалке в 2 раза длиннее (т.е. 2см), будет равно 0.6 кг.
Вообще, этот параметр зависит в первую очередь от назначения двигателя и уже потом от передаточного числа редуктора и применяемых в приводе узлов.
Стоит заметить, что сейчас производят сервоприводы, которые работают с напряжением питания от 4.8 В до 6 В. Как правило, на 6 В, характеристики сервопривода чуть выше, чем на 4.8 В. Однако не все сервоприводы расчитаны на весь диапазон напряжений — некоторые расчитаны строго на 4.8 В, либо строго на 6 В (последние встречаются реже).
Аналоговые или цифровые сервоприводы:
Несколько лет назад все сервоприводы были аналоговыми. Сейчас этих типов два – аналоговые и цифровые. В чем же разница между этими двумя типами? Давайте обратимся к официальной информации, предоставленной фирмой Futaba.
За последние несколько лет, серво приводы стали обладать значительно лучшими характеристиками, чем ранее – меньшими габаритами, более высокими скоростями вращения и значениями крутящих моментов. Последний виток развития – появление цифровых сервоприводов. У цифровых серводвигателей есть существенные эксплуатационные преимущества перед аналоговыми, даже с коллекторными моторами. Хотя существуют и некоторые недостатки. Давайте рассмотрим и сравним их:
Внешне аналоговые и цифровые сервоприводы практически не отличаются. Отличия заметны на платах. Теперь вместо специализированной микросхемы мы можем увидеть на плате микропроцессор, который анализирует сигнал с приемника и управляет двигателем. Неверно полагать, что аналоговые и цифровые серво решительно отличаются в физическом исполнении, они могут иметь одинаковые двигатели, механизмы и потенциометры (переменные резисторы). Основное же отличие заключается в способе обработки сигнала приемника и управления двигателем.
Оба сервопривода получают одинаковый сигнал с приемника. В случае аналогового сервопривода, получаемое значение сравнивается с текущим положением сервомотора и, затем, на двигатель аналогового серводвигателя поступает сигнал от специального усилителя сервомотора, который вызывает перемещение двигателя в определенную позицию. Это происходит с частотой 50 раз в секунду. Получаемый сигнал определяет когда начать вращаться двигателю и в какую сторону. Так как это случается 50 раз в секунду, то это — минимальное время реакции. Другими словами, если Вы отклонили ручку на передатчике, то на двигатель сервопривода начали поступать короткие импульсы, промежуток между которыми — чуть меньше 20 мсек.
Между этими импульсами на мотор ничего не поступает и, вообще говоря, внешнее воздействие может изменить положение исполнительного механизма в любую сторону – такой промежуток времени называется «мертвой зоной». Цифровые серводвигатель используют специальный процессор, работающий на высокой частоте, который обрабатывает получаемый от приемника сигнал и посылает управляющие импульсы в двигатель сервомотора с частотой 300 (и более) раз в секунду. Так как этот сигнал получен двигателем сервомотора чаще, он в состоянии реагировать намного быстрее и держать заданную позицию лучше. Это означает лучшее центрирование и значительно более высокий крутящий момент. Однако такой метод управления двигателем увеличивает потребление энергии, поэтому батарея, которая использовалась раньше для питания аналогового сервопривода, в случае использования цифрового будет разряжаться быстрее.
На графике сравниваются два практически идентичных сервопривода с точки зрения механики. Как мы видим, цифровой сервопривод S9450 гораздо быстрее аналогового S9002 реагирует на управляющий сигнал. Вращающий момент выше, а, значит, более точно устанавливается положение исполнительного механизма.
Но за все приходится платить (в том числе и в прямом смысле). Стоимость цифровых сервоприводов значительно выше, чем стоимость стандартных. Кроме того, цифровые сервоприводы, обладая всеми своими преимуществами, имеют заметно большее энергопотребление. Это вызывает необходимость увеличения емкости используемых батарей, что, в свою очередь, приводит к увеличению веса модели.
Однако многие из тех, кто хоть однажды использовал цифровые сервоприводы, отмечают, что различие с аналоговыми настолько существенно, что они никогда не вернулись бы к аналоговым серво, если есть возможность использовать цифровые.
Итак, если Вы нуждаетесь в:
• повышенной разрешающей способности
• минимальных «мертвых зонах», более точном позиционировании
• быстром реагировании на команды
• постоянном усилии на валу в процессе его поворота
• увеличенной мощности
• и при этом имеете достаточно средств
тогда цифровые серво — решение Ваших проблем!
Коллекторные и бесколлекторные двигатели в сервоприводах:
В основном в сервоводах использовались 3-полюсные коллекторные двигатели, в которых тяжелый ротор с обмотками вращается внутри магнитов.
Первое усовершенствование, которое было применено – увеличение количества обмоток до 5. Таким образом, вырос вращающий момент и скорость разгона. Второе усовершенствование – это изменение конструкции мотора. Стальной сердечник с обмотками очень сложно раскрутить быстро. Поэтому конструкцию изменили — обмотки находятся, снаружи магнитов и исключено вращение стального сердечника.
Таким образом, уменьшился вес двигателя, уменьшилось время разгона, но также возросла и стоимость.
Ну и, наконец, третий шаг – применение бесколлектроных двигателей. У бесколлекторных двигателей выше КПД, т.к. нет щеток и трущихся частей. Они более эффективны, обеспечивают бОльшую мощность, скорость, ускорение, вращающий момент.
Шарикоподшипник против втулки:
В сервоприводе есть одна ось, на которой крепится качалка. Именно на нее ложатся все нагрузки. Эта ось проходит через шарикоподшипник или втулку. Использование шарикоподшипника уменьшает потери на трение, предупреждает образование люфта и, естественно, повышает стоимость сервопривода.
Материал шестерней редуктора:
Нейлоновые шестерни – больше всего распространены в сервоприводах. Они имеют отличное качество поверхности, малый вес, однако не выдерживают больших нагрузок и недолговечны.
Карбоновые шестерни – появились относительно недавно на рынке. Они почти в пять раз прочнее нейлоновых и у них выше износостойкость. После более чем 300 000 циклов на них фактически не видно следов износа. Сервоприводы с этими механизмами более дороги, но это окупается большей долговечностью. Карбоновые шестерни также легкие, однако металлические все равно оказываются прочнее.
Металлические шестерни – являются самыми тяжелыми. У них самый большой уровень износа, однако, они обеспечивают беспрецедентную прочность. Если у Вас достаточно средств, Вы можете приобрести сервопривод с механизмом из титана.
Таким образом, выбор сервопривода с шестернями из определенного материала зависит от области применения. Например, для микро-сервоприводов, обычно, главное – это их вес. Скорее всего, Вы не будете использовать такой серводвигатель с металлическими шестернями. Идеальный пример серво-привода, в котором обоснованно используется металлический редуктор, будет рулевое серво радиоуправляемого внедорожного автомобиля или багги.
Вы этой статье мы рассмотрели принципы работы, разновидности узлов, и характеристики сервоприводов. И, все-таки, остался один вопрос:
Существует ли идеальный сервопривод? Ответ зависит от того, для чего Вы хотите его использовать. Вообще, идеальный сервопривод — тот, который поворачивается так быстро, как Вам это нужно и, в тоже время, обладает высоким крутящим моментом, силой удержания, высокой точностью, малым весом и низкой ценой. Нетрудно догадаться, что выпустить продукт, отвечающий всем этим требованиям, еще никому не удавалось!
Каждая компания-производитель будет делать все от них зависящее, чтобы убедить Вас в том, что их сервоприводы превосходят по характеристикам все остальные. В конце концов, выбор серводвигателя зависит от области его применения и Ваших личных потребностей, потому что независимо от того, насколько хорошие показатели или цена написаны на упаковке сервопривода, Вы не будете его использовать, если он не выполняет свою задачу и не может обеспечить соответствующее управление для Вашей модели.
Какой сервопривод лучше – аналоговый или цифровой: особенности и преимущества
Сервопривод служит для обеспечения связи двигателя и системой контроля над шасси самолета, колесами автомобиля, лопастями вертолета или мультикоптера и даже над подвесом камеры у RC-моделей для аэрофотосъемки. Это один из главных элементов системы управления RC-техники.
Огромный выбор сервоприводов (их еще называют «сервомашинка», «рулевая машинка» или просто «серва») обусловлен тем, что у каждого класса радиоуправляемых моделей свое предназначение и, соответственно, каждая модель нуждается в комплектующих определенного типа. То есть производители пока не создали «идеального» сервопривода, универсального и одинаково эффективного для любого аппарата.
Классический сервопривод внешне выглядит как прямоугольная коробочка (пластиковый корпус), внутри которой установлены плата управления, сам мотор сервомашинки и редуктор с передающими шестернями.
По габаритам, различают:
микро-сервомашинки – размеры в среднем 24 мм Х 12 мм Х 24 мм, вес: 5-10 г.
мини-сервомашинки – размеры в среднем 30 мм Х 15 мм Х 35 мм, вес: 20-25 г.
стандартные сервоприводы – размеры в среднем 40 мм Х 20 мм Х 37 мм, вес: 50-60 г.
и гигантские (нестандартные).
Некоторые модели оснащены системой влагозащиты, что ценно для монстров-внедорожников и особенно важно для катеров, лодок и других судомоделей.
Независимо от габаритов, все сервоприводы работают по единому принципу и отличаются только способом управления.
Тут и возникает вопрос: какой тип сервомашинки лучше выбрать для конкретной радиоуправляемой модели – аналоговый или цифровой?
Аналоговый сервопривод: принцип работы, достоинства и недостатки
Принцип работы любой рулевой машинки:
Сервопривод получает сигнал от радиоприемника, установленного на борту RC-модели. Сигнал определяет угол поворота сервы.
Блок управления сравнивает поступившие с приемника данные со значением на своем датчике.
После сравнения данных, блок управления отсылает обратный сигнал, который и определяет дальнейшие действия RC-модели: что нужно сделать (повернуть, ускориться или притормозить), чтобы значения стали одинаковыми.
И так множество раз, пока желаемый результат (нужная скорость, остановка или необходимый угол поворота) не будет достигнут.
Как это происходит в аналоговом сервоприводе: данные анализируются логическим способом. Блок управления сравнивает текущее положение двигателя и необходимое (согласно поставленной задачи), определяет разницу и посылает команду на смену положения. Импульс (сигнал) подается с частотой 50 раз в секунду и определяет как, когда и в какую сторону вращать мотор.
Но поскольку сигнал создается только 50 раз в секунду, между этими моментами возникает задержка реакции, так называемая «мертвая зона», когда на двигатель не поступает никаких команд. В эти краткие периоды (длительность каждого около 20 мсек), любое внешнее воздействие может повлиять на работу двигателя.
Еще несколько лет назад моделистам были доступны только аналоговые сервоприводы, что повлияло на их доступность и распространенность.
Из вышесказанного вытекает вывод о главном преимуществе аналогового сервопривода: малый ток и доступная цена.
Цифровой сервопривод: достоинства и недостатки
Отличить «на глаз» аналоговую сервомашинку от цифровой сложно. Различия видны только на платах управления: у цифровой сервы тут установлен специальный микропроцессор.
Этот высокочастотный контроллер принимает и анализирует сигналы приемника и полностью управляет работой двигателя. Электронный микропроцессор отвечает за быстрый отклик модели на команды пилота, точно устанавливает положение и хорошо удерживает серву.
Микроконтроллер посылает импульсы с частотой около 300-400 раз в секунду, то есть почти в 10 раз чаще, чем в ситуации с аналоговым сервоприводом. Каждый сигнал короче по длине, но благодаря высокой частоте подачи таких импульсов, мотор радиоуправляемой модели быстрее откликается на команды, более резво и плавно разгоняется, тормозит в нужном месте и в нужное время, а еще, что очень важно, обеспечивает постоянный крутящий момент.
Все эти составляющие слаженной работы цифрового сервопривода ускоряют время отклика RC-модели на команды с пульта дистанционного управления.
Еще один весомый плюс цифровых сервомашинок – программируемость. Опытный пользователь может изменять по своему желанию поведение сервопривода, таким образом повышая производительность радиоуправляемой модели.
Но за улучшения нужно платить. Высокая частота подачи импульсов увеличивает энергопотребление и поднимает конечную стоимость оборудования.
Типы Сервоприводов.
На первый взгляд схема кажется довольно сложной. Я предлагаю взглянуть на эту схему на другом примере:
Представьте, что перед Вами стоит задача ехать на автомобиле со скоростью 55 км/ч. Именно это будет у нас задающим воздействием. Преобразование скорости в цифровую форму (например, дорожный знак) это – первый прямоугольник. Ногой (усилитель) мы давим на педаль – это сервопривод. Скорость автомобиля растет. Соответственно начинает поворачиваться стрелка спидометра – это обратная связь, преобразование скорости в угол стрелки спидометра – это квадрат (преобразование) . А вот перечеркнутый кружок это место где наш мозг сравнивает показания спидометра и дорожного знака и в зависимости от величины и знака выдает сигнал для ноги (усилителя) отпустить педаль или нажать на нее.
Вот так работает система автоматического регулирования с обратной связью.
А для модельного серво эта картинка будет такая:
У серво на вход с приемника подается прямоугольный импульс, длительность которого определяет угол поворота качалки серво. Значение через которое повторяются импульсы в стандарте PPM – 20 mсек. Длительность меняется от 1 до 2 mсек.
По габаритам серво делятся на 3 основных размера: микро, стандартные, большие для масштаба 1:4. Бывают и другого размера серво, однако перечисленные 3 вида покрывают 95% всех типоразмеров.
Характеристики:
Скорость поворота и усилие на валу – являются основными характеристиками серво. Как правило, первая величина указывает, за какое время, в секундах, серво поворачивает качалку на 60°. Усилие измеряется кг/см т.е. какое усилие развивает серво на конце качалки с рычагом от центра вращения 1 см. Например, если этот параметр у серво равен 1.2 кг/см, то усилие развиваемое серво на качалке в 2 раза длиннее, т.е. 2см будет равно 0.6 кг.
Вообще, этот параметр зависит в первую очередь от назначения серво и уже потом, от передаточного числа редуктора и применяемых в серво узлов.
Стоит заметить, что сейчас производят серво, которые работают с напряжением питания от 4.8 до 6 В. Как правило, на 6 В, характеристики серво чуть выше, чем на 4.8 В.
Аналоговые или цифровые:
Несколько лет назад, единственным типом серво был – аналоговый. Сейчас этих типов два – аналоговые и цифровые. В чем же разница между этими двумя типами? Давайте обратимся к официальной информации предоставленной фирмой Futaba.
За последние несколько лет, серво стали обладать значительно лучшими характеристиками, чем ранее – меньшими габаритами, более высокими скоростями вращения и более высокими значениями крутящих моментов. Последний виток развития – появление цифровых серво. У цифровых серво есть существенные эксплуатационные преимущества перед аналоговыми серво, даже с коллекторными моторами. Хотя существуют и некоторые недостатки. Давайте рассмотрим и сравним достоинства и недостатки:
Внешне аналоговые и цифровые серво практически не отличаются. Отличия заметны на платах. Теперь вместо специализированной микросхемы мы можем увидеть на плате микропроцессор, который анализирует сигнал с приемника и управляет двигателем. Неверно полагать, что аналоговые и цифровые серво решительно отличаются в физическом исполнении, они могут иметь одинаковые двигатели, механизмы и потенциометры (переменные резисторы). Основное же отличие заключается в способе обработки сигнала приемника и управления двигателем.
Двигатель аналогового (стандартного) сервомотора получает сигнал от усилителя сервомотора (в сервомоторе) в 50 раз в секунду. Этот сигнал определяет, когда начать вращаться двигателю и в какую сторону. Так как это только случается 50 раз в секунду, это — минимальное время реакции. Другими словами, если Вы, отклонили ручку на передатчик чуть – чуть, то на двигатель серво начали поступать короткие импульсы между которыми чуть меньше 20 мсек. Между этими импульсами на мотор ничего не поступает и не может изменить положение исполнительного механизма – этот промежуток времени называется «мертвой зоной». Цифровые серво используют более высокую частоту, сигнал в двигатель сервомотора поступает 300 раз в секунду. Так как этот сигнал получен двигателем сервомотора чаще, он в состоянии реагировать намного быстрее и держать его позицию лучше. Это означает лучшее центрирование и значительно более высокий момент. Однако такой метод управления двигателем увеличивает потребление энергии, поэтому батарея, которая использовалась раньше для питания аналоговой серво будет разряжена быстрее с цифровым серво.
На графике сравниваются две практически идентичные серво с точки зрения механики. Как мы видим из графика, цифровая серво S9450 гораздо быстрее аналоговой S9002 реагирует на управляющий сигнал и вращающий момент выше, а значит более точно положение исполнительного механизма.
Но за все приходится платить (в том числе и в прямом смысле). Стоимость цифровых серво значительно выше, чем стоимость стандартных серво. Кроме того цифровые серво, обладая всеми своими преимуществами имеют и большее энергопотребление. При использовании цифровых серво стандартная бортовая аккумуляторная батарея 600-700mA долго не выдержит, требуется более мощные аккумуляторные батареи 1000mA и больше. Но это не является проблемой, поскольку современные аккумуляторные батареи большой емкости выпускаются разными производителями и продаются в хобби-магазинах.
Любой, кто использовал цифровые серво скажет Вам, что различие настолько существенно, что он никогда не возвратился бы к стандартным серво, если имеются цифровые.
Итак, если Вы нуждаетесь в:
• более высокой разрешающей способности
• минимальных «мертвых зонах», более точном позиционировании
• быстром реагировании на команды
• постоянном усилии на валу в процессе его поворота
• увеличенной мощности
• и при этом имеете достаточно средств
Цифровые серво — решение ваших проблем!
Коллекторные и бесколлекторные двигатели в серво.
В основном в серво использовались 3 полюсные коллекторные двигатели в которых тяжелый ротор с обмотками вращается внутри магнитов.
Первое усовершенствование, которое было применено – увеличение количества обмоток до 5. Таким образом, вырос вращающий момент и скорость разгона. Второе усовершенствование – это изменение конструкции мотора. Стальной сердечник с обмотками очень сложно раскрутить быстро. Поэтому конструкцию изменили — обмотки находятся, снаружи магнитов и исключено вращение стального сердечника.
Таким образом, уменьшился вес двигателя, уменьшилось время разгона и возросла стоимость.
Ну и наконец, третий шаг – применение бесколлектроных двигателей. У бесколлекторных двигателей выше КПД т.к. нет щеток, и трущихся частей. Они более эффективны, обеспечивают большую мощность, скорость, ускорение, вращающий момент.
Шарикоподшипник против втулки
В серво есть одна ось, на которой крепятся качалка. Именно на нее ложатся все нагрузки. Эта ось проходит через шарикоподшипник или втулку. Использование шарикоподшипника уменьшает потери на трение, предупреждает образование люфта и…. естественно повышает стоимость серво.
Материал шестерней редуктора
Нейлоновые шестерни — больше всего распространены в серво. Они имеют отличное качество поверхности, малый вес, однако не выдерживают больших нагрузок и недолговечны.
Карбоновые шестерни – появились относительно недавно на рынке. Они почти в пять раз прочнее нейлоновых и у них выше износостойкость. После более чем 300 000 циклов фактически не видно следов износа. Серво с этими механизмами более дороги, но это окупается большой долговечностью. Карбоновые шестерни тоже легкие, однако металлические все равно прочнее.
Металлические шестерни – являются самыми тяжелыми. У них самый высокий уровень износа, однако, они обеспечивают беспрецедентную прочность. Если у Вас достаточно средств, Вы можете приобрести серво с механизмом из титана.
Таким образом, выбор серво с шестернями из определенного материала зависит от назначения серво. Для этого надо ответить на вопрос — где и для чего предполагается использовать серво? Например, для микро серво главное – это вес. И скорее всего Вы не будете использовать серво с металлическими шестернями. Идеальный пример с сервоприводом, в котором обоснованно используется металлический редуктор, будет рулевое серво радиоуправляемого внедорожного автомобиля или багги.
Вы этой статье мы рассмотрели принципы работы, разновидности узлов, и характеристики серво. И все таки остался один вопрос.
Идеальное серво, существует ли оно? Ответ зависит от того для чего Вы хотите использовать его. Вообще, идеальное серво это серво, которое поворачивается так быстро как Вам это нужно и в тоже время обладает высоким крутящим моментом, силой удержания, высокой точностью, малым весом и в тоже время дешевое. Как Вам известно, такое серво еще не изобретено! Каждая компания производитель будет делать все от них зависящее, что бы убедить Вас в том, что их серво превосходят по характеристикам все остальные. В конце концов, выбор серво сводится к области опыта использования и Ваших личных потребностей, потому, что независимо от того насколько хорошие показатели или цена написана на упаковке серво, Вы не будете использовать серво, если оно не выполняет свою задачу и не может сохранить Вашу модель в воздухе.
Сервопривод
Важным моментом здесь является то, что длительность импульсов обратной связи регулируется встроенным потенциометром, положение вала которого устанавливается валом двигателя через зубчатую передачу: куда вал двигателя, туда и ручка потенциометра. Таким образом за любом движением вала двигателя последует изменение длины импульсов сигала обратной связи. Эта сцепка и образует обратную связь. Увидеть ее можно на схеме устройства серводвигателя выше.
Направление вращения вала двигателя задается полярностью напряжения сигнала.
Основные характеристики сервоприводов
Тип сервопривода: аналоговые и цифровые
Большинство аналоговых моделей, в силу особенностей устройства плат их управления, способны принимать и обрабатывать управляющие импульсы с частотой 50 Гц, то есть каждые 20 мс. Как следствие и сигналы на двигатель тоже отправляются каждые 20 мс. Это значит, что чем ближе вал к своему «пункту назначения», заданному управляющим ШИМ сигналом, тем слабее сигнал, посылаемый на двигатель, ведь длина его импульсов сокращается по мере приближения к заданной позиции. Поэтому при малых отклонениях двигатель уже не может развивать большой момент силы. Кроме того нельзя забывать про наличие у сервоприводов «мертвых зон».
В цифровых сервоприводах эти недостатки в значительной степени устраняются доработкой платы управления, а именно – применением специальных микроконтроллеров. Данное техническое решение позволяет увеличить частоту сигналов до 200 Гц и более. В результате сервопривод становится более шустрым: быстрее реагирует на внешние воздействия и развивает необходимый крутящий момент, мертвые зоны становятся намного короче.
Цифровые сервоприводы решают проблемы, связанные с низкой частотой сигналов, но вместе с тем становятся сложнее в производстве, а потому – дороже. Кроме того они потребляют больше энергии, чем аналоговые.
Угол поворота
Момент силы (крутящий момент)
Более строгая формулировка звучит следующим образом: момент силы есть векторная физическая величина, равная векторному произведению вектора силы и радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.
Единица измерения данной величины в системе СИ — ньютон-метр [Н∙м], но на практике часто можно встретить другую единицу — килограмм-силы-сантиметр [кгс∙см]. Также кгс∙см часто записывают как кг∙см.
1 кгс∙см ≈ 0,098 Н∙м.
Скорость
Стоит отметить, что обычно более скоростные приводы имеют меньший момент силы, и наоборот – более мощные серводвигатели крутятся медленнее, чем менее мощные.
Мертвая зона
Обычно «ширина» мертвой зоны указывается в микросекундах. Например, наличие мертвой зоны в 4 мкс говорит о том, что всякая разность импульсов управляющего сигнала и сигнала обратной связи короче 4 мкс будет игнорироваться платой управления и не будет приводить к генерации сигнала управления двигателем.
Тип электродвигателя
Мотор с редечником. Самый доступный по цене тип двигателей, однако из-за того, что ротор данных двигателей обычно разбит на секции, данные двигатели могут вибрировать во время работы, и не отличаются высокой точностью.
Мотор без сердечника. Ротор этих двигателей не разделен на секции и, как следствие, может работать без вибраций и более точно, чем обычные моторы с сердечником. Также ротор у данного типа двигателя полый, что значительно уменьшает вес конструкции. Повышенная точность, стабильность работы и малый вес являются неоспоримыми преимуществами перед моторами с сердечником, но и цена за такой мотор будет выше.
Бесколлекторный мотор. Такие моторы обладают всеми положительными качествами моторов без сердечников, но к тому же способны развивать в тех же условиях более высокие скорость и крутящий момент, но и обойдутся они дороже.
Материал элементов редуктора
Пластиковый редуктор. Чаще изготавливается из силикона. Силиконовые шестерни слабо подвержены износу, имеют малый вес и довольно дешевы. Это делает их довольно популярными в любительских и учебных проектах, а так же там, где не предполагаются большие нагрузки на механизм. Большие нагрузки – слабое место пластиковых редукторов.
Металлический редуктор. Такие редукторы тяжелее и дороже, а также менее износостойки, чем силиконовые, но зато способны выручить там, где предполагаются нагрузки непосильные для силиконовых. Поэтому более мощные двигатели обычно оснащаются именно металлическим редуктором.
Карбоновый редуктор. Карбоновые редукторы объединяют в себе легкость, прочность и износостойкость. Поэтому главным их недостатком остается довольно высокая цена.