0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что лучше сервопривод или шаговый двигатель

Управление сервоприводом Ардуино

Сегодня мы поговорим про серводвигатели или сервоприводы, можно сказать и так и так.
Рассмотрим 2 модели двигателей.

  1. С фиксированным углом 180° градусов
  2. Сервопривод непрерывного вращения на 360° градусов.

Напишем простой скетч для управления движением одной и двумя сервами.

Если вы посмотрите видео, то там показано как я подключил лазер и управлял им двумя сервоприводами. И даже нарисовал квадрат. Правда на камеру снялось не очень хорошо, но движения были ровными и прямые и углы были чётко выражены.

Так что же такое сервопривод?
Сервопривод — это механизм с электромотором и с управлением обратной связи, который может вращать механический привод на заданный угол с заданной скоростью.

Отличия сервопривода от шагового мотора.

  • Шаговый двигатель просто считает «шаги», сколько он должен прошагать в секунду, чтобы оказаться в месте назначения.

Его недостатки — это возможность потери шагов при больших нагрузках.

  • В сервоприводах используется механизм обратной связи, поэтому он может обрабатывать ошибки и исправлять их.

Такая система называется следящей. Про шаговый двигатель я уже делал видео, посмотреть можно на моём канале.
Наиболее популярны типы сервоприводов:

  • сервоприводы которые удерживают заданный угол
  • сервоприводы поддерживающие заданную скорость вращения.

Управлять сервоприводом можно вручную, т.е. написав код самому или с помощью библиотеки Servo.h входящей в состав ARDUINO IDE, или библиотеки Servo2.h, если вам необходимо работать с приёмниками/ передатчиками работающими на частоте 433 МГц.
Библиотека VirtualWire.h используют одно и то же прерывание, что и Servo.h. Это означает, что их нельзя использовать в одном проекте одновременно.

Мы рассмотри вариант с библиотекой, так как он намного проще.

Подключение сервопривода к Ардуино.
Сервопривод обладает тремя контактами, провода которые идут к ним окрашены в разные цвета.

  • Коричневый провод ведет к земле,
  • красный – к питанию +5В,
  • провод оранжевого или желтого цвета – сигнальный.

Не рекомендуется подключать мощные сервоприводы напрямую к плате , т.к. они потребляют большой ток, что может вывести из строя вашу Ардуино или вызовут другие симптому, например перегрузку платы или постоянном “дергании” сервопривода.
Для питания лучше использовать внешние источники, обязательно объединяя земли двух контуров.

Ограничение по количеству подключаемых сервоприводов
На большинстве плат Arduino библиотека Servo.h поддерживает управление не более 12 сервоприводами, на Arduino Mega это число вырастает до значения 48.
При этом есть небольшой побочный эффект использования этой библиотеки: если вы работаете не с Arduino Mega, то становится невозможным использовать функцию analogWrite() на 9 и 10 контактах независимо от того, подключены сервоприводы к этим контактам или нет.

Управление движением сервопривода
Управление движением сервопривода зависит от длинны импульсов.
Частота импульсов 50Гц. — это значит, что импульс срабатывает каждые 20мс.
Длительность импульса.

  • 1520мкс = 90 градусов среднее положение
  • 544мкс = 0 градусов
  • 2400мкс = 180 градусов

В библиотеке Servo.h для Arduino по умолчанию выставлены следующие значения длин импульса: 544 мкс — для 0° и 2400 мкс — для 180°.
Плата управления анализирует сигнал на управляющем проводе, и если информация об угле поворота содержащаяся в сигнале отличается от фактического положения вала, то он поворачивается до тех пор, пока его положение не сравняется с заданным.
Скорость перемещения можно изменять либо путем изменения задержки между шагами функцией delay(), либо путем изменения шага, а именно правкой последнего значения в аргументах цикла — for (pos = 180; pos >= 0; pos -= 1)

Сервопривод SG90.


Характеристики и подключение SG-90
Если вы собрались купить самый дешевый и простой сервопривод, то SG 90 будет лучшим вариантом. Этот сервопривод чаще всего используется в управлении небольшими легкими механизмами с углом поворота от 0° до 180°.

Технические характеристики SG90:

  • Скорость отработки команды 0,12с/60 градусов;
  • Питание 4,8В; Питание 5 вольт допустимо.
  • Рабочие температуры от -30°С до 60°С;
  • Размеры 3,2 х 1,2 х 3 см;
  • Вес 9 г.

Описание SG90.

Скорость поворота — это время поворота на угол 60°;
Крутящий момент (кг/см) — эта величина говорит о том, какой вес в килограммах выдерживает двигатель, при длине рычага в 1 см от вала;
Напряжение питания и потребляемый ток;

Такой сервопривод стоит недорого, поэтому он не обеспечивает точных настроек начальных и конечных позициях.
Для того, чтобы избежать лишних перегрузок и характерного треска, в положении 0° и 180° градусов лучше выставлять крайние точки в 10° и 170°.
При работе устройства важно следить за напряжением питания.
При сильной нагрузке могут повредиться механические элементы зубчатых механизмов, т.к. они пластмассовые.

Читать еще:  Двигатель 1 5dci что это такое

Сервопривод непрерывного вращения на 360 градусов.

Сервопривод MG995


Сервопривод MG995 является второй по популярности моделью сервоприводов, чаще всего подключаемых к проектам Arduino. Это относительно недорогие сервоприводы, обладающие гораздо лучшими характеристиками по сравнению с SG90. Они выпускаются в двух модификациях, как обычные сервопривода, так и сервоприводы непрерывного вращения. В таком варианте управлять поворотом на определённый угол очень затруднительно, а управлять можно только скоростью и направлением вращения.
При этом важно отметить, что такой сервопривод не может поворачиваться на определенный угол и делать строго заданное количество оборотов.

Сервопривод

Каталог

Показать каталог
  • Arduino и совм. платы
  • Raspberry
  • Наборы Arduino
  • Платы расширения
  • Модули
    • Радиомодули
    • Bluetooth
    • RFID
    • Wi-Fi, Ethernet, GPS, GSM
    • Звук и видео
    • Свет
    • Память и RTC
    • Генераторы сигналов
    • Расширения
    • Термоэлектрические
  • Датчики
    • Газа
    • Климатические
    • Механического воздействия
    • Пространства
    • Света и цвета
    • Тактильные
    • Холла и тока
  • Реле
  • Двигатели
    • Коллекторные
    • Бесколлекторные
    • Сервоприводы
    • Шаговые
    • Драйверы
  • Механика
    • Платформы
    • Колеса
    • Замки
  • Радиоконструкторы
  • Радиокомпоненты
    • Резисторы
      • Постоянные
      • Потенциометры
      • Варисторы
      • Термисторы
      • Фоторезисторы
    • Конденсаторы
    • Диоды
    • Светодиоды
    • Стабилитроны
    • Диодные мосты
    • Транзисторы
      • Биполярные
      • IGBT
      • Полевые | MOSFET
    • Стабилизаторы
    • Предохранители
    • Индуктивность
    • Резонаторы
    • Тиристоры
  • Дисплеи и индикаторы
  • Макетные платы
    • Паечные
    • Беспаечные
  • Провода и шлейфы
  • Кабели и переходники
  • Адаптеры, разъемы и штекеры
  • Микроконтроллеры и микросхемы (IC)
  • Программаторы и преобразователи
  • Управление и ввод
  • Элементы питания
    • Аккумуляторы и батареи
    • Зарядные устройства
    • Отсеки и коннекторы
    • Преобразователи и блоки питания
    • BMS платы
    • Сетевые фильтры
  • Измерительные приборы
    • Мультиметры и щупы
    • Тестеры
    • Вольтметры / Амперметры
    • USB-нагрузка
  • Всё для пайки
    • Паяльники и паяльные наборы
    • Оборудование для пайки
    • Расходные материалы
    • Изоляторы
  • Светодиодная продукция
    • Светодиодные ленты
    • Светодиодные модули
    • Контроллеры
    • Кабели и клипсы
    • Гирлянды
  • Инструменты и материалы
    • Инструменты
    • Корпуса и крепления
    • Магниты
    • Расходные материалы
    • Органайзеры и пакеты
    • Кулеры
  • Карты памяти и ридеры

Сервопривод

Теория
КОМПОНЕНТЫ
  • Адресуемая светодиодная лента
  • Геркон
  • Диод
  • Зуммер
  • Кнопка
  • Кварцевый резонатор
  • Конденсатор
  • Макетная плата
  • Резистор
  • Реле
  • Светодиод
  • Светодиодные индикаторы
  • Сервопривод
  • Транзистор
ARDUINO
  • Что такое Arduino?
  • Среда разработки Arduino IDE
  • Онлайн-сервис TinkerCAD – эмулятор Arduino
  • Сравнение плат Arduino. Какую выбрать?
  • Как прошить плату Arduino с помощью другой Arduino (ArduinoISP)
RASPBERRY
  • Как установить ОС Raspbian/Raspberry Pi OS?
ИНТЕРФЕЙСЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
  • Интерфейс I2C (IIC)

Общее устройство и принцип работы

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.

Читать еще:  Бесключевой запуск двигателя форд фокус 3

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.

Серводвигатели и шаговые двигатели

Приобретение предприятием фрезерного станка с ЧПУ для изготовления фасадов из МДФ поднимает вопрос о необходимости переплачивать за те или иные механизмы и силовые агрегаты, установленные на дорогостоящем и высокотехнологичном оборудовании. Для позиционирования силовых агрегатов станков с ЧПУ используют, как правило, шаговые двигатели и серводвигатели (сервоприводы). Шаговые двигатели – дешевле. Однако сервоприводы обладают широким рядом достоинств, в том числе высокой производительностью и точностью позиционирования. Так что же выбрать?

Что такое шаговый электродвигатель

Шаговый электродвигатель – это безщеточный синхронный электродвигатель постоянного тока, имеющий несколько обмоток статора. При подаче тока в одну из обмоток ротор поворачивается, а затем фиксируется в определенном положении. Последовательное возбуждение обмоток через контроллер управления шаговым двигателем позволяет вращать ротор на заданный угол.

Шаговые электродвигатели широко применяются в промышленности, так как имеют высокую надежность и длительный срок службы. Главное преимущество шаговых двигателей – точность позиционирования. При подаче тока на обмотки ротор провернется строго на определенный угол.

Положительные стороны шагового двигателя

· Устойчивость в работе;

· Высокий крутящий момент на малых и нулевых скоростях;

· Быстрый старт, остановка и реверс;

· Работа под высокой нагрузкой без риска выхода из строя;

· Единственный механизм износа, влияющий на длительность эксплуатации – подшипники;

Отрицательные стороны шагового двигателя

· Высокий уровень шума;

· Возможность появления резонанса;

· Постоянный расход электроэнергии вне зависимости от нагрузки;

· Падение крутящего момента на высоких скоростях;

· Отсутствие обратной связи при позиционировании;

· Низкая пригодность к ремонту.

Что такое серводвигатель (сервопривод)

Серводвигатель (сервопривод) – это электрический мотор с управлением через обратную отрицательную связь, которая позволяет точно управлять параметрами движения, чтобы достичь необходимой скорости или получить нужный угол поворота. В состав серводвигателя входят непосредственно сам электродвигатель, датчик обратной связи, блок питания и управления.

Конструктивные особенности электродвигателей для сервопривода мало чем отличаются от обычных электродвигателей имеющих статор и ротор, работающих на постоянном и переменном токе, с щетками и без щеток. Особую роль здесь играет датчик обратной связи, который может быть установлен как непосредственно в самом двигателе и передавать данные о положении ротора, так и определять его позиционирование по внешним признакам. С другой стороны, работа серводвигателя немыслима без блока питания и управления (он же инвертор или сервоусилитель), который преобразует напряжение и частоту тока, подаваемого на электродвигатель, тем самым управляя его действием.

Читать еще:  Чем очистить маслоприемник двигателя

Положительные стороны серводвигателя (сервопривода)

· Высокая мощность при малых размерах;

· Высокий крутящий момент;

· Быстрый разгон и торможение;

· Постоянное и бесперебойное отслеживание положения;

· Низкий уровень шума, отсутствие вибраций и резонанса;

· Широкий диапазон скорости вращения;

· Высокая скорость разгона;

· Стабильная работа в широком диапазоне скоростей;

· Малая масса и компактная конструкция;

· Низкий расход электроэнергии при малых нагрузках.

Отрицательные стороны серводвигателя (сервопривода)

· Требовательность к периодическому обслуживанию (например, с заменой щеток);

· Сложность устройства (наличие датчика, блока питания и управления) и логики его работы.

Сервопривод или шаговый двигатель?

Сравнивая характеристики сервопривода и шагового двигателя, следует обратить внимание, прежде всего, на их производительность и стоимость. Для производства фасадов МДФ на небольшом предприятии, работающем с малыми объемами, думаю, нет необходимости переплачивать за установку на фрезерный станок с ЧПУ дорогостоящих серводвигателей. С другой стороны, если предприятие стремится выйти на максимально возможные объемы производства, то дешевить на низкопроизводительных шаговых двигателях для ЧПУ не имеет смысла.

Опыт изучения Arduino. Подключение шагового двигателя. Часть аппаратная.

Идея подключить шаговый двигатель (ШД) к ардуино и заставить его работать появилась у меня достаточно спонтанно, когда я случайно купил два нерабочих DVD-RW привода за 100 р. на Юноне. После того как один из приводов был раскурочен, в руках у меня оказался вот такой шаговый двигатель.

Чем же отличается шаговый двигатель от обычного коллекторного или асинхронного? Если не вдаваться в детали, то задача обычного двигателя — вращать вал в определенную сторону с определенной частотой, а задача шагового двигателя — повернуть вал в определенную сторону на определенный угол и удерживать его в таком положении.

Покурив интернеты стало ясно, что просто подав питание на его обмотки, многого от него добиться не получится. Минимум что нужно, чтобы заставить ШД хоть как-то функционировать — это плата управления и источник питания. Забегая немного вперед отмечу, что источников питания понадобится два: для питания логической части и АЦП (3-5 В) и для питания силовой части (8-35 В). Кстати, плата очень боится пониженного напряжения в цепях питания двигателя. Я сначала подал 6 В. Пока разобрался в чем дело, спалил две платы. Данные приведены для платы управления на базе распространенного чипа 4988. Вот её схема подключения:

Тут ещё одно замечание. Выводов «в воздухе» быть не должно — все выводы должны быть подключены. Они имеют очень большую чувствительность к помехам.
Как видно на схеме, у двигателя две обмотки, чтобы подключить его к плате, надо определить какой вывод к какой обмотке относится. Я напаял 4 разноцветных провода поверх заводского шлейфа.

Делать нужно именно так. Сам шлейф можно обрезать или просто заизолировать, но отпаивать от выводов обмоток нельзя — выводы провалятся внутрь двигателя и он придёт в негодность.
Когда провода напаяны, приступаю к определению принадлежности выводов к той или иной обмотке. Проще всего это сделать мультиметром в режиме омметра.

В моем случае синий и зеленый провод это выводы одной обмотки, а оранжевый и белый — другой. Где начало и конец обмотки непринципиально — если двигатель пойдёт не в ту сторону, достаточно поменять местами выводы на любой обмотке.
Теперь проверяю двигатель на отсутствие замыканий между обмотками:

Тут тоже всё в порядке.
Для питания логической части собрал простейший стабилизатор на микросхеме LM7805 по такой схеме:

На выход добавил конденсатор 40 мкФ на 16 В. Стабилизатор и плату управления разместил на макетной плате.
В следующей записи опишу процесс настройки платы и программирование платы ардуино. На следующем фото небольшая превьюшка следующей части)

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector