Serwosilniki to w zasadzie siłowniki obrotowe, które umożliwiają precyzyjne sterowanie położeniem kątowym, przyspieszeniem i prędkością w różnych zastosowaniach systemów wbudowanych. Powszechnie posiadające ograniczenie obrotu od 90 o do 180 o, serwomotory to silniki prądu stałego wyposażone w serwomechanizm do wykrywania i kontrolowania położenia kątowego. Są używane tam, gdzie istnieje potrzeba dokładnego ruchu lub położenia wału. Nie są one proponowane do zastosowań z dużą prędkością, ale proponowane do zastosowań z małą prędkością, średnim momentem obrotowym i dokładnym położeniem. Silniki te są używane głównie w robotach maszynowych, układach sterowania lotem i systemach sterowania. Na poniższym obrazku pokazano silnik serwo.
Serwomotory są dostępne w różnych kształtach i rozmiarach. Jak pokazano na rysunku, serwomotor ma trzy przewody - przewód CZERWONY jest podłączony do zasilania, przewód czarny jest podłączony do masy, a przewód ŻÓŁTY jest podłączony do sygnału.
Silnik serwo to połączenie silnika prądu stałego, systemu kontroli położenia i przekładni. Położenie wału silnika prądu stałego jest regulowane przez elektronikę sterującą serwomechanizmu na podstawie współczynnika wypełnienia sygnału PWM pinu SIGNAL. Mówiąc najprościej, elektronika sterująca reguluje położenie wału, sterując silnikiem prądu stałego. Dane dotyczące położenia wału przesyłane są poprzez pin SIGNAL. Dane o położeniu do sterowania należy przesłać w postaci sygnału PWM poprzez pin Signal serwomotoru.
Częstotliwość sygnału PWM (modulowana szerokością impulsu) może się różnić w zależności od typu serwomotoru. Ważną rzeczą jest tutaj DUTY RATIO sygnału PWM. Na podstawie tego WSPÓŁCZYNNIKA OBCIĄŻENIA elektronika sterująca reguluje wał.
Jak pokazano na poniższym rysunku, aby przesunąć wał na 9o zegar, WSPÓŁCZYNNIK WŁĄCZENIA musi wynosić 1/18. 1 ms czasu włączenia i 17 ms czasu wyłączenia w sygnale 18 ms.
Aby przesunąć wał na zegar 12o, czas załączenia sygnału musi wynosić 1,5 ms, a czas wyłączenia 16,5 ms. Współczynnik ten jest dekodowany przez układ sterowania w serwomechanizmach i na jego podstawie dostosowuje położenie.
Elementy obwodu
- Zasilanie od + 9 V do + 12 V.
- Silnik serwo (który należało przetestować)
- 555 Timer IC
- Rezystory 33 KΩ, 10 KΩ (2 sztuki), 68 KΩ i 220 Ω
- Tranzystor 2N2222
- Kondensator 100nF
- Dwa przyciski
Schemat obwodu testera serwomechanizmu i objaśnienie działania
Obwodu serwo badania przedstawiono w powyższym schemacie. Teraz, jak omówiliśmy wcześniej, wałek serwomechanizmu przesunął się w lewo. Musimy dać przełożenie na 1/18, a żeby wał mógł się obrócić maksymalnie w lewo, musimy podać PWM o współczynniku wypełnienia 2/18. Teraz dla astabilnego wibratora 555 pokazanego na poniższym rysunku, czasy włączenia i wyłączenia wyjściowej fali prostokątnej są podane jako,
Czas logiki wysokiego poziomu podaje się jako, TH = 0,693 * (RA + RB) * C
Czas logiki niskiego poziomu podaje się jako TL = 0,693 * RB * C
Jeśli spojrzysz na schemat obwodu na powyższym rysunku, będzie jasne, że zmienimy się, aby zmienić RB, aby uzyskać inne TL i TH. Więc po naciśnięciu przycisku 1 uzyskamy współczynnik wypełnienia mniejszy niż 1/18, a więc kiedy wprowadzimy go do serwomechanizmu, przesunie się on maksymalnie w lewo. Pokazuje to poniższy rysunek.
Po naciśnięciu drugiego przycisku współczynnik obciążenia wyniesie 2/18, więc wałek serwomechanizmu próbuje przesunąć się maksymalnie w prawo. Tak testujemy serwomotor.