سروو موتور چیست و چگونه کار می کند؟

در دنیای امروز که اتوماسیون و رباتیک به سرعت در حال پیشرفت هستند، دقت و سرعت در کنترل حرکات مکانیکی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. سروو موتور به عنوان قلب تپنده‌ی بسیاری از سیستم‌های کنترل حرکت، نقش محوری در دستیابی به این دقت و سرعت ایفا می‌کنند. این موتورهای هوشمند، با قابلیت کنترل دقیق موقعیت، سرعت و گشتاور، انقلابی در صنایع مختلف ایجاد کرده‌اند. در این مقاله، به بررسی دقیق سروو موتورها، اجزای آن‌ها، نحوه عملکرد، انواع و کاربردهای گسترده آن‌ها در صنایع مختلف خواهیم پرداخت.

سروو موتور چیست؟

سروو موتور(Servo Motor)، یک محرک الکترومکانیکی است که قابلیت کنترل دقیق موقعیت زاویه‌ای یا خطی، سرعت و گشتاور را فراهم می‌کند. این موتورها به همراه انکودرها، کنترل‌کننده‌ها و درایوها، یک سیستم یکپارچه را تشکیل می‌دهند که امکان کنترل دقیق و قابل برنامه‌ریزی حرکت را فراهم می‌کند.

این ویژگی‌ها باعث شده‌اند تا سروو موتورها به دلیل دقت بالا، سرعت پاسخگویی سریع و قابلیت برنامه‌ریزی، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای پیدا کنند.این موتورها در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر یک برای کاربردهای خاصی مناسب هستند.

تاریخچه پیدایش سروو موتور ها

تاریخچه سروو موتورها به اواخر قرن نوزدهم بازمی‌گردد. با پیشرفت‌های اولیه در زمینه الکترومغناطیس و موتورهای الکتریکی، پایه‌های اولیه برای کنترل دقیق حرکت فراهم شد. در دهه 1940، با نیاز به سیستم‌های کنترل دقیق در صنایع نظامی، سروو موتورها پیشرفت چشمگیری کردند. گسترش صنایع و نیاز به اتوماسیون در دهه 1960، باعث شد تا سروو موتورها به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند. با پیشرفت تکنولوژی الکترونیک و ظهور میکروکنترلرها، سروو موتورهای امروزی دقت و سرعت بسیار بالاتری نسبت به گذشته دارند و در طیف وسیعی از صنایع از جمله رباتیک، ماشین‌آلات CNC و دستگاه‌های پزشکی کاربرد دارند.

منبع عکس وب سایت YASKAWA

کاربرد های سروو موتور

سروو موتورها به دلیل دقت بالا، سرعت پاسخگویی سریع و قابلیت کنترل دقیق، در طیف وسیعی از صنایع و کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر به برخی از مهم‌ترین کاربردهای این موتورها اشاره می‌کنم:

• رباتیک: سروو موتورها به عنوان مفاصل ربات‌ها عمل می‌کنند و به آن‌ها امکان می‌دهند حرکات دقیق و پیچیده‌ای را انجام دهند. از ربات‌های صنعتی گرفته تا ربات‌های خانگی، سروو موتورها نقش کلیدی دارند.
• ماشین‌آلات CNC: در دستگاه‌های CNC (کنترل عددی کامپیوتری) برای کنترل دقیق حرکت ابزارها و قطعات کار استفاده می‌شوند. این امر به تولید قطعات با دقت بالا و تکرارپذیری کمک می‌کند.
• سیستم‌های اتوماسیون صنعتی: در خطوط تولید و بسته‌بندی، سروو موتورها برای کنترل حرکت تسمه نقاله‌ها، بازوهای روباتیک و سایر تجهیزات اتوماسیون استفاده می‌شوند.
• دستگاه‌های پزشکی: در دستگاه‌های پزشکی مانند دستگاه‌های تصویربرداری، جراحی رباتیک و تجهیزات آزمایشگاهی، سروو موتورها برای ایجاد حرکات دقیق و کنترل‌شده استفاده می‌شوند.
• صنعت هوافضا: در هواپیماها و ماهواره‌ها، سروو موتورها برای کنترل سطوح پروازی، آنتن‌ها و سایر تجهیزات استفاده می‌شوند.
• صنعت خودرو: در خودروهای مدرن، سروو موتورها در سیستم‌های فرمان برقی، سقف‌های برقی و سایر سیستم‌های اتوماتیک استفاده می‌شوند.
• صنعت چاپ: در دستگاه‌های چاپ، سروو موتورها برای کنترل دقیق حرکت کاغذ و هد چاپ استفاده می‌شوند.
• صنعت بسته‌بندی: در ماشین‌آلات بسته‌بندی، سروو موتورها برای کنترل دقیق حرکت بازوهای روباتیک و تجهیزات بسته‌بندی استفاده می‌شوند.
• صنعت نساجی: در ماشین‌آلات نساجی، سروو موتورها برای کنترل دقیق حرکت نخ و پارچه استفاده می‌شوند.

به طور کلی، هرجا که نیاز به کنترل دقیق حرکت و موقعیت باشد، سروو موتورها می‌توانند به عنوان یک راه حل ایده‌آل مورد استفاده قرار گیرند.

اجزای سازنده سروو موتور ها کدامند؟

اجزای اصلی سروو موتور که باعث می شوند این قطعه الکتریکی شروع به حرکت کند عبارتند از :

1. موتور:

   • عضو اصلی سروو موتور است و وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را بر عهده دارد.
   • معمولاً از نوع موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC) یا موتورهای القایی AC هستند.
   • موتور سروو باید گشتاور بالا، پاسخگویی سریع و دقت بالایی داشته باشد.

2. انکودر:

   • سنسوری است که موقعیت دقیق شفت موتور را اندازه‌گیری می‌کند.
   • اطلاعات دریافتی از انکودر به کنترل‌کننده ارسال می‌شود تا بتواند موقعیت موتور را با موقعیت مورد نظر مقایسه کرده و هرگونه انحراف را تصحیح کند.
   • انواع مختلفی از انکودرها مانند انکودرهای نوری و مغناطیسی وجود دارد.

3. درایور:

   • مدار الکترونیکی است که وظیفه کنترل موتور و انکودر را بر عهده دارد.
   • سیگنال‌های کنترلی را دریافت می‌کند و آن‌ها را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند که برای کنترل موتور استفاده می‌شود.
   • همچنین، اطلاعات دریافتی از انکودر را پردازش کرده و به کنترل‌کننده ارسال می‌کند.

4. کنترل‌کننده:

   • مغز متفکر سیستم سروو است و وظیفه برنامه‌ریزی حرکت موتور، مقایسه موقعیت واقعی با موقعیت مورد نظر و ارسال سیگنال‌های کنترلی به درایور را بر عهده دارد.
   • معمولاً از میکروکنترلرها یا PLCها برای این منظور استفاده می‌شود.

5. سایر اجزا:

   • شفت خروجی: شفت متصل به روتور موتور است که گشتاور را به بار منتقل می‌کند.
   • گیربکس: در برخی از سروو موتورها برای افزایش گشتاور و کاهش سرعت استفاده می‌شود.
   • ترمز: برای نگه داشتن شفت در موقعیت ثابت استفاده می‌شود.
   • فن خنک‌کننده: برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد موتور استفاده می‌شود.

سروو موتور چگونه کار میکند؟

سروو موتور با دریافت فرمان موقعیت یا سرعت از کنترل‌کننده، درایور را فعال می‌کند تا سیگنال‌های الکتریکی مناسب را به موتور ارسال کند. موتور بر اساس این سیگنال‌ها حرکت کرده و انکودر موقعیت فعلی شفت را اندازه‌گیری می‌کند. سپس درایور موقعیت اندازه‌گیری شده را با فرمان اولیه مقایسه کرده و در صورت وجود اختلاف، سیگنال‌های جدیدی را به موتور ارسال می‌کند تا موقعیت به مقدار مورد نظر برسد. این فرایند به صورت مداوم تکرار شده و کنترل‌کننده با استفاده از بازخورد، پارامترهای کنترل را تنظیم می‌کند تا عملکرد سیستم بهینه شود.

به عبارت ساده‌تر: سروو موتور مانند یک بازوی رباتیک عمل می‌کند که با دریافت فرمان، به موقعیت دقیق و مشخصی حرکت کرده و در آنجا ثابت می‌ماند. این دقت بالا به دلیل وجود یک سیستم کنترل حلقه بسته است که در آن، موقعیت واقعی موتور به طور مداوم با موقعیت مورد نظر مقایسه شده و هرگونه اختلاف تصحیح می‌شود.

کنترل حلقه بسته سروو موتور چیست؟

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های سروو موتورها، استفاده از کنترل حلقه بسته است. در این نوع کنترل، خروجی سیستم (موقعیت موتور) به ورودی سیستم (فرمان) بازخورد داده می‌شود. این بازخورد به کنترل‌کننده اجازه می‌دهد تا هرگونه انحراف بین موقعیت واقعی و موقعیت مورد نظر را تشخیص داده و تصحیح کند. به همین دلیل، سروو موتورها قادر به کنترل بسیار دقیق موقعیت و سرعت هستند. انواع کنترل‌کننده‌های سروو عبارتند از :

• کنترل‌کننده PI (Proportional-Integral): این نوع کنترل‌کننده از دو پارامتر بهره می‌برد: پارامتر متناسب (P) و پارامتر انتگرالی (I). پارامتر P به اختلاف بین مقدار واقعی و مقدار مورد نظر پاسخ می‌دهد، در حالی که پارامتر I به خطای تجمعی توجه می‌کند.
• کنترل‌کننده PID (Proportional-Integral-Derivative): این نوع کنترل‌کننده علاوه بر پارامترهای P و I، از پارامتر مشتق (D) نیز استفاده می‌کند. پارامتر D به تغییرات سریع در خطا حساس است و به سیستم اجازه می‌دهد تا سریع‌تر به تغییرات ورودی پاسخ دهد.

کنترل حلقه باز سروو موتور چیست؟

در مقابل کنترل حلقه بسته، کنترل حلقه باز در سروو موتور به سیستمی گفته می‌شود که در آن، موتور بر اساس سیگنال ورودی مشخصی کار می‌کند و هیچ بازخوردی از موقعیت یا سرعت واقعی موتور به سیستم کنترل ارسال نمی‌شود. به عبارت ساده‌تر، در این نوع کنترل، موتور به صورت کورکورانه دستورات را اجرا می‌کند و هیچ راهی برای بررسی صحت اجرای دستور وجود ندارد.

در سیستم کنترل حلقه باز، یک سیگنال کنترل به موتور ارسال می‌شود. این سیگنال مشخص می‌کند که موتور باید با چه سرعتی و به چه مدت بچرخد. موتور بر اساس این سیگنال حرکت می‌کند و هیچ اطلاعاتی از موقعیت یا سرعت نهایی به سیستم کنترل برگردانده نمی‌شود.

سیستم‌های کنترل حلقه باز معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که دقت بالایی مورد نیاز نیست و تغییرات بار کم است. به عنوان مثال، در برخی از کاربردهای ساده مانند باز و بسته کردن یک دریچه یا حرکت دادن یک شاتر، می‌توان از سیستم‌های کنترل حلقه باز استفاده کرد.

وظیفه درایور سروو موتور چیست؟

درایور سروو موتور را می‌توان به عنوان مغز متفکر و مترجم سیستم در نظر گرفت. این قطعه الکترونیکی واسط بین فرمان‌های کنترلی که از سیستم بالاتر دریافت می‌کند و موتور سروو است. درایور وظیفه دارد این فرمان‌ها را به زبان قابل فهم برای موتور ترجمه کرده و سپس موتور را به گونه‌ای کنترل کند که دقیقاً مطابق با دستورات ارسالی عمل نماید.

وظایف اصلی درایور سروو موتور:

1. دریافت سیگنال‌های کنترلی:

   • درایور سیگنال‌هایی را از کنترل‌کننده دریافت می‌کند که معمولاً شامل اطلاعاتی در مورد موقعیت مورد نظر، سرعت، شتاب و گشتاور است. این سیگنال‌ها می‌توانند به صورت آنالوگ یا دیجیتال باشند.

2. تبدیل سیگنال‌ها به فرمان‌های قابل فهم برای موتور:

   • سیگنال‌های دریافتی از کنترل‌کننده معمولاً ولتاژ یا جریان‌های کم توان هستند که برای مستقیم کنترل کردن موتور کافی نیستند. درایور این سیگنال‌ها را تقویت کرده و به شکل موج‌های خاصی تبدیل می‌کند که برای تغذیه موتور مناسب باشند. این موج‌ها می‌توانند به صورت پالس‌های ولتاژ (PWM) یا سیگنال‌های سینوسی باشند.

3. کنترل جریان موتور:

   • درایور با کنترل جریان ارسالی به موتور، سرعت و گشتاور آن را تنظیم می‌کند. این کار به صورت دقیق و پیوسته انجام می‌شود تا موتور بتواند با دقت بسیار بالایی به فرمان‌های کنترلی پاسخ دهد.

4. پردازش سیگنال‌های بازخورد از انکودر:

   • انکودر موقعیت دقیق شفت موتور را اندازه‌گیری کرده و این اطلاعات را به درایور ارسال می‌کند. درایور این اطلاعات را با فرمان اولیه مقایسه می‌کند و در صورت وجود هرگونه اختلاف، سیگنال‌های کنترلی را به گونه‌ای تنظیم می‌کند که موتور به موقعیت مورد نظر برسد.

5. حفاظت از موتور:

   • درایور از موتور در برابر اضافه بار، گرمای بیش از حد و سایر شرایط اضطراری محافظت می‌کند. به عنوان مثال، اگر جریان موتور از حد مجاز تجاوز کند، درایور به طور خودکار موتور را متوقف می‌کند.

انواع سروو موتور ها کدامند؟

سروو موتورها، عضو اصلی بسیاری از سیستم‌های اتوماتیک هستند و بر اساس ویژگی‌ها و کاربردهای مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند.در ادامه، به برخی از زیرمجموعه‌ها و ویژگی‌های خاص هر دسته از سروو موتورها می‌پردازیم تا درک بهتری از این نوع موتورهای پرکاربرد داشته باشیم.

1.طبقه‌بندی دقیق‌تر بر اساس نوع جریان و ساختار

2.طبقه‌بندی بر اساس مکانیسم بازخورد

همانطور که در جدول قبلی دیدیم، سروو موتورها را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی طبقه‌بندی کرد. در ادامه، به برخی از زیرمجموعه‌ها و ویژگی‌های خاص دیگر هر دسته از سروو موتورها می‌پردازیم تا درک بهتری از این نوع موتورهای پرکاربرد داشته باشیم.

3.طبقه‌بندی دقیق‌تر بر اساس نوع جریان و ساختار

4.طبقه‌بندی بر اساس مکانیسم بازخورد

5.طبقه‌بندی بر اساس نوع خنک‌کاری

مشخصات فنی مهم در خرید سروو موتور

انتخاب سروو موتور مناسب برای یک پروژه صنعتی، نیازمند توجه به چندین مشخصه فنی کلیدی است. این مشخصات، عملکرد و کارایی موتور را تعیین می‌کنند و به شما کمک می‌کنند تا موتور مناسب برای نیازهای خاص خود را انتخاب کنید. در ادامه به برخی از مهم‌ترین مشخصات فنی که باید در هنگام خرید سروو موتور به آن‌ها توجه کنید، اشاره می‌کنیم:

1.مشخصات مکانیکی

• گشتاور (Torque): مقدار نیروی چرخشی که موتور می‌تواند تولید کند. گشتاور مورد نیاز به بار کاری که موتور باید تحمل کند بستگی دارد.
• سرعت (Speed): حداکثر سرعت چرخشی موتور، معمولاً بر حسب دور در دقیقه (RPM) بیان می‌شود.
• اینرسی روتور (Rotor Inertia): مقاومت روتور در برابر تغییر سرعت. اینرسی پایین‌تر به معنای شتاب و توقف سریع‌تر موتور است.
• ابعاد و وزن: ابعاد فیزیکی موتور و وزن آن برای نصب در فضای محدود اهمیت دارد.
• نوع شفت: نوع شفت موتور (صاف، خاردار، یا با کوپلینگ) باید با تجهیزات متصل به موتور سازگار باشد.

2.مشخصات الکتریکی

• ولتاژ نامی (Nominal Voltage): ولتاژی که موتور برای عملکرد بهینه به آن نیاز دارد.
• جریان نامی (Nominal Current): حداکثر جریانی که موتور می‌تواند بدون آسیب دیدن تحمل کند.
• فرکانس (Frequency): فرکانس منبع تغذیه موتور، معمولاً 50 یا 60 هرتز.
• عایق‌بندی (Insulation): کلاس عایق‌بندی موتور، نشان‌دهنده مقاومت آن در برابر حرارت و رطوبت است.

3.مشخصات عملکردی

• دقت موقعیت‌یابی (Position Accuracy): دقت موتور در رسیدن به موقعیت مشخص شده.
• تکرارپذیری (Repeatability): توانایی موتور در بازگشت به همان موقعیت در هر بار تکرار.
• سرعت پاسخگویی (Response Time): زمان لازم برای تغییر سرعت یا موقعیت موتور.
• گشتاور شروع (Starting Torque): گشتاوری که موتور برای شروع حرکت تولید می‌کند.
• گشتاور لختی (Inertia Torque): گشتاوری که موتور برای مقابله با بارهای لختی تولید می‌کند.

نتیجه‌گیری کلی

سروو موتورها به عنوان یک فناوری کلیدی در صنعت، نقش بسیار مهمی در افزایش بهره‌وری، دقت و کیفیت محصولات ایفا می‌کنند. با توجه به پیشرفت‌های روزافزون در زمینه الکترونیک و کنترل، می‌توان انتظار داشت که سروو موتورها در آینده نقش پررنگ‌تری در صنایع مختلف ایفا کنند و به توسعه فناوری‌های جدید کمک کنند.

سروو موتورها به دلیل قابلیت کنترل دقیق موقعیت، سرعت و گشتاور، در سیستم‌هایی که به دقت و سرعت بالایی نیاز دارند (مانند رباتیک، ماشین‌آلات CNC و …) به طور گسترده استفاده می‌شوند.دقت بالا، سرعت پاسخگویی سریع، قابلیت کنترل دقیق، عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالا از جمله مزایای سروو موتورها هستند.

با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری سروو موتورها، هنوز چالش‌هایی مانند هزینه بالا، پیچیدگی کنترل و نیاز به تخصص برای راه‌اندازی و نگهداری این موتورها وجود دارد. اما با پیشرفت تکنولوژی، انتظار می‌رود که این چالش‌ها برطرف شده و سروو موتورها به طور گسترده‌تری در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

امیدواریم این اطلاعات برای شما مفید باشد. ما به نظرات شما برای بهبود محتوایمان اهمیت می‌دهیم. لطفا در بخش نظرات نظر خود را بنویسید.همچنین می توانید در شبکه های اجتماعی نیز با ما در ارتباط باشید

ترجمه و جمع آوری : واحد خدمات و تحقیق و توسعه سی ان سی های رباتیک صنعت