Gepost door Jeroen Vreuls op maandag 9 november 2015
We gaan eens kijken wat een servo nu eigenlijk is. Er zijn verschillende servo systemen, je hebt ze bij hydrauliek, pneumatiek en bij elektrische systemen heb je DC en AC systemen. Ze komen eigenlijk allemaal op hetzelfde neer, het zijn teruggekoppelde systemen. Ik ga proberen om in begrijpelijke taal uit te leggen hoe zoiets werkt. Hieronder een blokschema van zo'n systeem.
Blokschema van een servo systeem
Zoals je in het blokschema kan zien bestaat zo'n systeem uit een controller, een versterker en een encoder. Bij de input wordt een waarde ingegeven waar de motoras naar toeloopt. Dat signaal gaat van de controller naar de versterker, de versterker is een eindtrap die de motor aanstuurt.
Aan de motor zit (in dit geval) een encoder gekoppeld, maar dat kan ook bijvoorbeeld een potmeter zijn, of een resolver, of een tachogenerator of een combinatie van de genoemde componenten. Een encoder geeft een bepaald aantal pulsen per omwenteling en kan naast het toerental ook de stand van de motoras en de draairichting van de as aangeven. Encoders heb je in een paar types. Er zijn optische encoders en magnetische encoders. De optische encoders bestaan uit een ronde doorzichtige schijf met streepjes erop en die draait tussen een lichtsluis. Je hebt ook schijfjes van metaal met gaatjes of met gleufjes erin.
Encoderschijf met bijbehorend signaal
Zo'n schijfje ziet er zo uit. Het signaal wat uit een encoder komt bestaat uit blokgolven. Vaak zijn dat drie signalen, maar soms ook twee. In het voorbeeld zijn het er drie, het A en B signaal en het zogenaamde index signaal. Het A en B signaal is 90 graden in fase verschoven ten opzichte van elkaar; op deze manier kan er gekeken worden of de motor links- of rechtsom draait. Het index signaal komt eenmaal per omwenteling voorbij. Je hebt trouwens twee types. Het type hierboven is een incrementele encoder, maar je hebt ook absolute encoders. De absolute encoder behoudt te allen tijde zijn waarde, dus ook na stroomuitval. De incrementele encoder heeft dat niet, bij stroomuitval zijn alle gegevens weg.
Hieronder een paar voorbeelden van zulke encoderschijven.
Voorbeeld encoderschijf
Voorbeeld encoderschijf
Voorbeeld encoderschijf
Zoals je kan zien verschillen ze nogal van patroon, dat heeft ook met het aantal posities te maken die de schijf afgeeft. Ik had het daarnet ook over een magnetische encoder, een magnetische encoder bestaat uit een schijf van magnetisch materiaal, voorzien van bijvoorbeeld tanden en een opnemer die naast of tegenover de schijf is geplaatst. De opnemer zet, als gevolg van het verdraaien van de tanden, optredende variaties in het magnetisch veld om in elektrische pulsen. De pulsgever geeft een pulstrein af waarbij de frequentie evenredig is aan het toerental van de motoras, als deze tenminste direct op de as gemonteerd is. Hij kan ook op een reductiekast gemonteerd worden. Het encodersignaal wordt teruggekoppeld naar de controller, de controller regelt dan het toerental en de positie van de motoras. Op deze manier krijg je dus een gesloten regelkring. Het zijn dan ook complexe en dure regelingen.
Er zijn ook servomotoren waar de encoder, versterker en controller ingebouwd zijn in de servomotor.
Voorbeeld van een servosysteem
Hierboven zie je een voorbeeld van zo'n servo systeem. Je ziet dat alles in één unit is ingebouwd, zo'n systeem heeft alleen een voeding nodig en een signaal om de positie door te geven. De positie doorgeven wordt vaak door een bussysteem gedaan. Dit kan gebeuren door bijvoorbeeld Profibus, maar er zijn ook andere veldbussystemen.
Je hebt natuurlijk ook servo systemen met een losse servo driver en motor. In de servo driver zit de controller en de eindversterker die de motor bestuurt. Zo'n systeem wordt vaak door een PLC of een PC aangestuurd. De systemen worden vaak in de machinebouw gebruikt voor het snel positioneren van assen. Voor bijvoorbeeld CNC-machines zijn het uitermate geschikte systemen. Hieronder zie je zo'n losse servo driver.
Een losse servo driver
Dit is wel een drie fase AC servo driver, maar deze heb je ook voor DC. Vaak hebben dit soort drivers ook nog wat I/O aan boord voor diverse functies, de I/O poorten kunnen vaak naar eigen inzicht geprogrammeerd worden. Vaak zit er tegenwoordig ook een Ethernet of Profibus aansluiting op om ze op afstand uit te lezen of te bedienen.
Dit zijn dure systemen en daar ga je niet zo snel mee experimenteren, maar gelukkig zijn er ook goedkope systemen. Die worden vaak in de modelbouw gebruikt en die noemen we dan ook modelbouw servo's. Die gaan we in het volgende hoofdstuk bekijken.