A szervo vezérlés áramkörének működése
Amikor elfordítjuk a kormányt egyúttal utasítást adunk, hogy a „szervó segítsen rá” az általunk kifejtett erőhatásra. Az eredmény az, hogy minden pillanatban a megfelelő irányú és erősségű rásegítést kapjuk és kényelmesen, biztonságosan autózhatunk. Az újabb típusokban mindez azzal egészül ki, hogy a sebességtől függően változik a rásegítés mértéke, ez finomabb és egyben biztonságosabb autózást tesz lehetővé. Nagy sebességnél egy kis kormánymozdulattal nem fordul keresztbe az autó a parkolásnál viszont kis elfordulásnál jelentős a kerekek elmozdulása, így könnyebb a parkolás.
A szögelfordulás és a nyomaték meghatározásához az autó feldolgozza a motor fordulatszáma alapján érkező jeleket is.
Elektromos kormányszervó felépítése / Megane 2 /és hidraulikus kormányrásegítés szivattyú felépítése
A szervórendszer főbb elemei
Egy tipikus szervórendszer több egymással együttműködő részből áll, melyek mindegyike kulcsfontosságú a precíz és megbízható működéshez.
- Vezérlő: A rendszer magja, amely a parancsokat adja ki. Ez lehet egy egyszerű mikrovezérlő, egy programozható logikai vezérlő (PLC), vagy akár egy komplex ipari számítógép.
- Erősítő (szervóhajtás/szervóvezérlő): A vezérlőtől érkező alacsony teljesítményű jeleket megnöveli, és a szervómotor számára megfelelő áramot és feszültséget biztosítja.
- Szervómotor: Egy speciális elektromos motor, amelyet kifejezetten precíziós vezérlésre terveztek. Különböző típusai léteznek, mint például az AC (váltakozó áramú) és DC (egyenáramú) szervómotorok, vagy a lineáris szervómotorok, amelyek közvetlenül lineáris mozgást generálnak.
- Visszacsatoló érzékelő (jeladó): Folyamatosan figyeli a motor aktuális pozícióját, sebességét vagy akár nyomatékát, és visszajelzést küld a vezérlőnek. A leggyakoribb jeladók az encoderek (inkrementális és abszolút), a resolverek és a Hall-szenzorok.
- Mechanikus hajtás: Összeköti a szervómotort a mozgatni kívánt terheléssel. Ez lehet egy fogaskerék-áttétel, egy szíjhajtás, egy csavarorsó-anya rendszer (golyósorsó), vagy akár egy közvetlen meghajtás.
A szervórendszer működési elve
A szervórendszer lényegi eleme a zárt hurkú vezérlési elv, amely megkülönbözteti a hagyományos, nyílt hurkú rendszerektől. A működési elv a következőképpen foglalható össze:
- A vezérlő kiad egy referenciajelet, amely a kívánt pozíciót, sebességet vagy nyomatékot képviseli.
- Ezt a jelet elküldi a szervóhajtásnak, amely ennek megfelelően táplálja a szervómotort.
- A motor elmozdul, és ezzel egyidejűleg a motor tengelyére szerelt visszacsatoló érzékelő méri a tényleges értéket.
- Az érzékelő által mért tényleges érték visszakerül a vezérlőbe.
- A vezérlő összehasonlítja a referenciajelet (kívánt állapot) a tényleges értékkel (aktuális állapot).
- Ha van eltérés, azaz egy hibajel keletkezik, a vezérlő azonnal kiszámítja a szükséges korrekciót. Ez a korrekció egy új parancs formájában jut el a szervóhajtáshoz, amely módosítja a motor táplálását, hogy az a kívánt állapot felé mozogjon.
A hibajel alapján történő korrekciót gyakran egy PID (Proportional-Integral-Derivative) vezérlő algoritmus végzi. Ez a zárt hurkú elv biztosítja, hogy a szervórendszer képes legyen külső zavaró tényezőkre reagálni és azok ellenére is fenntartani a kívánt mozgásprofilt.
Accent szervokormány hibaelhárítás
Az AC szervómotorok a legelterjedtebbek az ipari alkalmazásokban, különösen ott, ahol nagy teljesítményre, nagy dinamikára és nagy pontosságra van szükség. Ezek általában kefe nélküli szinkron motorok, amelyek állandó mágneses rotorral rendelkeznek.
A kormányszög jeladó és a nyomaték érzékelő szerepe
A kormányszög jeladó „adja le” az elfordulás mértékét, azaz szögét. Ezt az elmozdulást a kormányszög érzékelő „érzékeli”. Emellett fontos a rásegítés mértéke, nyomatéka. Ezt az elektromos szervó egység az ún. nyomaték érzékelőn keresztül „érzékeli” és a nyomaték szabályozón keresztül folyamatosan szabályozza.
Ha a kormányszög jeladó nem működik (vagy hol jó hol nem) ki kell cserélni, mert enélkül a szervó nem működik. A legtöbbször le is tilt az elektronika. Ha a kormányszög érzékelő hibás rossz adatokat közölhet a vezérlőn keresztül a szervó motornak, így az nem a megfelelő irányban, megfelelő erősséggel, időpillanatokban fog dolgozni. Pl. kanyarban nem segít rá, kitekeri a kormányt egyik irányba, egyszer van szervó, utána nincs, nagy sebességnél is könnyű tekerni a kormányt.
Kormányszög jeladó hiba esetén a jeladót nem javítani, inkább cserélni szokás, mégis úgy mondjuk sokszor, hogy a „kormányszög jeladót javítjuk”. Ha tehetjük, válasszunk komplett újragyártott (nem csak javított) szervót.
A szervó beállítása és kalibrálása
A beállítás lényege, hogy a szervó rendszerünk „ismerje” a kormányközepet (amikor egyenesen áll a kormány) és a végpontokat (balra és jobbra maximálisan kitekerve), így minden elfordulási szög esetén a megfelelő jelet továbbítja a vezérlő egységbe.
Útmutató a Mazda szervó gumicső javításához
Egyszerűbb szervók esetén, pl. D Corsa, Punto II. kézi állítgatással is be lehet állítani a kormányközepet, habár ez nem egy profi megoldás. Szakszerű az, ha a szervót a javítás során az erre alkalmas célgéppel állítjuk be, azaz kalibráljuk. Elektromos kormányműveknél csak így lehet pontosan beállítani és szükség van az ún. tanításra vagy feltanításra is, ennek lényege, hogy az autó vezérlő egysége eltárolja a kormánymű beállításait, innentől egységes rendszerként működik. Ha nem tartjuk be a megfelelő installálási procedúrát, könnyen lehet, hogy szerelőnknek vissza kell küldenie a kormányoszlopot vagy elektromos kormányművet újbóli kalibrálásra.
A szervómotor működése és típusai
A szervó motor egy forgó hajtómű, amelyet precíz precíziós vezérlésre terveztek. Egy villanymotorból, egy visszacsatoló eszközből és egy vezérlőből áll. Minden más típusú motornál jobban képesek alkalmazkodni az összetett mozgásmintákhoz és profilokhoz.
Az iparban kétféle szervó motort használnak: AC szervó és egyenáramú szervó motor. A fő különbség a két motor között az energiaforrásukban van. Az AC szervó motorok elektromos aljzatra támaszkodnak, nem pedig akkumulátorokra, mint az egyenáramú szervó motorok. Míg az egyenáramú szervó motor teljesítménye csak a feszültségtől függ, az AC szervomotorok a frekvenciától és a feszültségtől is függenek.
AC szervómotorok
Az AC szervó motorok között megkülönböztetünk szinkron és aszinkron szervó motorokat. Előbbi működéséhez áram szükséges, utóbbi a forgórész és az állórész mező közötti mágneses reteszelés elvén működik.
Az AC szervó motoroknak számos előnye van az egyenáramú szervomotorokkal szemben az iparban. Nagyobb nyomatékot, hatékonyságot, megbízhatóságot és kisebb zajjal jár működésük. Általában kevesebb karbantartást igényelnek, és hosszabb a várható élettartamuk.
Golf 5 szervo probléma megoldása
Az elektromechanikus szervokormány előnyei
- Nem szükségesek csövek, olajtartály és szivattyú, ami a gépkocsi gyártásakor jelentős megtakarítást eredményez, mert egyszerűbbé válik a szerelés.
- Mivel az olaj, mint munkaközeg szükségtelenné vált a környezetvédelmi szempontok is jól érvényesülnek.
- Együttműködik az ESP rendszerrel és a fék rendszerrel is.
- Asszisztens rendszerek alkalmazását is lehetővé teszi az EPS. Például intelligens stabilizáció oldalszélben az ESP rendszer segítségével.
- Vezetési hibák korrigálására is lehetőséget ad. Például akaratlan sávelhagyáskor a kormány rezgetésével figyelmeztet, és ha a vezető erre nem reagál, beavatkozik. A szomszédos sávok figyelése előzéskor.
A szervó motorok alkalmazási területei
A szervó motorokat a számos iparág hasznosítja a legkülönbözőbb módokon.
- Nyomdagépek: A szervó motoroknak a nyomdaiparban is nagyon fontos szerepük van.
- Robotika: A szervomotorokat igen széles körben használják a robotikában, különböző vezérlő és szabályzó rendszerekben, RC modellekben, elsősorban pozicionálási feladatokra.
- Ipari automatizálás: A szervórendszerek legkiemelkedőbb alkalmazási területe. Az ipari robotok minden tengelye szervómotorokkal van meghajtva, ami lehetővé teszi számukra a rendkívül gyors, pontos és ismételhető mozgásokat.
- CNC gépek: A CNC (Computer Numerical Control) gépek, mint például esztergák, marógépek, lézeres vágógépek, nélkülözhetetlenek a modern gyártásban. Ezek a gépek szervórendszerekkel mozgatják a szerszámokat és a munkadarabokat, mikronos pontossággal megmunkálva a legbonyolultabb formákat is.
- Csomagológépek: A csomagológépek is nagymértékben támaszkodnak a szervótechnológiára. A gyors és szinkronizált mozgásokra van szükség a termékek adagolásához, pozicionálásához, csomagolásához és lezárásához.
- Nyomdaipar: A nyomdaiparban a szervórendszerek biztosítják a papír pontos adagolását, a színek regisztrációját és a nyomóhengerek precíz mozgatását, garantálva a kiváló nyomtatási minőséget és a nagy sebességet.
A szervórendszerek előnyei
A szervórendszerek széles körben elterjedtek a modern iparban és technológiában, köszönhetően kivételes teljesítményjellemzőiknek.
- Rendkívüli precizitás: A zárt hurkú visszacsatolásnak köszönhetően a rendszer képes a kívánt pozíciót, sebességet vagy nyomatékot mikronos pontossággal vagy akár ezredfokos szögpontossággal tartani.
- Dinamikusság: A szervómotorok és szervóhajtások rendkívül dinamikusak, azaz képesek nagyon gyorsan felgyorsulni, lassulni és irányt változtatni.
- Ismételhetőség: A szervórendszerek kiváló ismételhetőséggel rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy ugyanazt a mozgásprofilt újra és újra, azonos pontossággal képesek végrehajtani.
- Nagy nyomaték: A szervómotorok kialakításuknak köszönhetően nagy nyomatékot képesek kifejteni viszonylag kis méret mellett.
- Széles fordulatszám-tartomány: A szervórendszerek képesek nagyon alacsony (akár álló) fordulatszámtól egészen nagyon magas fordulatszámig (több ezer fordulat/perc) precízen működni, miközben fenntartják a nyomatékot és a pontosságot.
- Energiahatékonyság: Bár a szervórendszerek komplexebbek, mint az egyszerű motorok, gyakran energiahatékonyabbak, különösen változó terhelés és ciklikus mozgások esetén.
- Rugalmasság és programozhatóság: A szervórendszerek rendkívül rugalmasak és programozhatók. A vezérlő szoftveres módosításával könnyen átkonfigurálhatók új feladatokhoz vagy termékekhez, anélkül, hogy mechanikai átalakításokra lenne szükség.
A szervórendszerek jövője
- Intelligens szervóhajtások: A szervóhajtások egyre intelligensebbé válnak, beépített diagnosztikai és kommunikációs képességekkel. Ez lehetővé teszi a valós idejű adatgyűjtést a motor állapotáról, a terhelésről, a hőmérsékletről és egyéb paraméterekről.
- Mesterséges intelligencia (AI): Az AI alapú vezérlő algoritmusok képesek önállóan optimalizálni a PID paramétereket, alkalmazkodni a változó terhelési körülményekhez, és még a rendszeres kopásból eredő változásokat is kompenzálni.
- Kompakt és integrált rendszerek: A tendencia a kisebb, kompaktabb és integráltabb szervórendszerek felé mutat. A motorok, hajtások és vezérlők egyre inkább egy egységbe olvadnak, csökkentve a vezetékezést, a beépítési helyigényt és a telepítési időt.
- Funkcionális biztonság: A szervóhajtásokba integrált biztonsági funkciók fejlődnek, egyre magasabb biztonsági integritási szintet (SIL) és teljesítményszintet (PL) érnek el.
A szervórendszerek tehát nem csupán statikus technológiák, hanem dinamikusan fejlődő területek, amelyek a jövő iparának és technológiai innovációinak alapkövei maradnak.