Servo motor, açısal veya doğrusal konumun, hızın ve torkun hassas şekilde kontrol edilmesini sağlayan bir elektrik motoru olarak tanımlanır. Konum geri bildirimi için bir sensöre bağlı uygun bir motordan ve motorun hareketini istenen ayar noktasına göre düzenleyen bir kontrolörden oluşur. Servo motorlar, yüksek doğruluk, hızlı tepki ve düzgün hareketin gerekli olduğu robotik, CNC makineleri ve otomatik üretim gibi endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yazımızda Servo motor nedir? Servo motorların temel teorisini, nasıl çalıştıklarını, nasıl kontrol edildiklerini ve yaygın kullanım alanlarından bazılarını açıklayacağız. Servo sürücü hakkında yazımızı kaçırmayın.
Servo Motor Nedir?
Servo motor, bir kontrol cihazından gelen giriş sinyaline göre belirli bir konuma, hıza veya torka dönebilen veya hareket edebilen bir elektrik motoru türüdür. Servo terimi, hizmetçi veya köle anlamına gelen Latince servus kelimesinden gelir. Bu, servo motorların ana tahrik sistemine yardımcı olan yardımcı tahrikler olarak tarihsel kullanımını yansıtmaktadır.
Ancak modern servo motorlar, çeşitli uygulamalarda ana sürücüler olarak yüksek performans ve hassasiyet sağlama kapasitesine sahiptir. Bir servo motor üç ana bileşenden oluşur. Bunlar;
Bir motor: Bu, güç kaynağına ve uygulama gereksinimlerine bağlı olarak bir DC motor veya bir AC motor olabilir. Motor, çıkış milini döndürmek veya hareket ettirmek için mekanik güç sağlar.
Sensör: Bu bir potansiyometre, bir kodlayıcı, bir çözümleyici veya çıkış milinin konumunu, hızını veya torkunu ölçen ve kontrol cihazına geri bildirim sinyalleri gönderen başka bir cihaz olabilir.
Kontrolör: Bu, sensörden gelen geri besleme sinyallerini harici bir kaynaktan (bilgisayar veya kumanda kolu gibi) istenen ayar noktası sinyalleriyle karşılaştıran ve motorun voltajını veya akımını ayarlamak için kontrol sinyalleri üreten bir analog veya dijital devre olabilir.
Kontrolör, motorun hareketini düzenlemek ve belirli bir tolerans dahilinde istenen ayar noktasına uymasını sağlamak için kapalı döngü geri bildirim sistemi kullanır.
Kontrolör ayrıca servo motorun performansını optimize etmek için oransal-integral-türev (PID) kontrolü, bulanık mantık kontrolü, uyarlanabilir kontrol vb. gibi çeşitli kontrol algoritmalarını da uygulayabilir. Motor koruma çözümleri için ürünlerimizi ziyaret edebilirsiniz.
Servo Motor Nasıl Çalışır?
Bir servo motorun temel çalışma prensibi, kontrolörün iki tür giriş sinyali almasını içerir. Bunlar;
Ayar noktası sinyali: Bu, çıkış milinin istenen konumunu, hızını veya torkunu temsil eden analog veya dijital bir sinyaldir.
Geri besleme sinyali: Bu, sensör tarafından ölçülen çıkış milinin gerçek konumunu, hızını veya torkunu temsil eden analog veya dijital bir sinyaldir.
Kontrolör bu iki sinyali karşılaştırır ve aralarındaki farkı temsil eden bir hata sinyali hesaplar.
Hata sinyali daha sonra motora ne kadar voltaj veya akım uygulanması gerektiğini belirleyen bir kontrol sinyali üreten bir kontrol algoritması (PID gibi) tarafından işlenir.
Kontrol sinyali, motoru sürmek için onu uygun bir voltaj veya akım seviyesine dönüştüren bir güç amplifikatörüne (H köprüsü gibi) gönderilir.
Motor daha sonra kontrol sinyaline göre döner veya hareket eder ve konumunu, hızını veya torkunu değiştirir ve kontrol cihazına yeni bir geri bildirim sinyali gönderir.
İşlem, çıkış milinin istenen ayar noktasına ulaştığını gösteren hata sinyali sıfır veya ihmal edilebilir hale gelinceye kadar tekrarlanır.
İlginizi Çekebilir: Röle Fiyatları
Servo Motor Çeşitleri
Servo motorlar güç kaynağına, yapısına, geri besleme mekanizmasına ve uygulamasına göre farklı tiplerde sınıflandırılabilir.
AC Servo Motorlar
AC servo motorlar alternatif akımla (AC) çalışan elektrik motorlarıdır. Dönen bir manyetik alan üreten bir statoru ve alanı takip eden bir rotoru vardır. AC servo motorlar ayrıca iki türe ayrılır.
Senkron AC servo motorlar, stator alanıyla aynı hızda dönen sabit mıknatıslı bir rotora sahiptir. Asenkron motorlara göre daha verimli, hassas ve duyarlıdırlar ancak daha karmaşık bir kontrolör ve konum sensörü gerektirirler.
Asenkron AC servo motorlar, akımı indükleyen bir sargı rotoruna ve stator alanının gerisinde kalan bir manyetik alana sahiptir. Senkron motorlara göre daha basit, daha ucuz ve daha sağlamdırlar ancak daha düşük verimlilik, doğruluk ve hıza sahiptirler.
AC servo motorlar, yüksek hız, tork ve güvenilirlik gerektiren yüksek güçlü uygulamalar için uygundur. Endüstriyel makinelerde, robotikte, CNC makinelerinde vb. yaygın olarak kullanılırlar. Slim röle nedir? sorusunun cevabı için bu linki ziyaret edebilirsiniz.
DC Servo Motorlar
DC servo motorlar doğru akımla (DC) çalışan elektrik motorlarıdır. Sabit bir manyetik alan üreten kalıcı mıknatıslı bir statöre ve akım uygulandığında dönen bir sargı rotoruna sahiptirler. DC servo motorlar ayrıca iki tipe ayrılır.
Fırçalı DC servo motorlarda rotor sargılarındaki akımın yönünü değiştiren bir komütatör ve fırçalar bulunur. Basit, ucuz ve kontrol edilmesi kolaydır ancak fırçaların sürtünmesi ve aşınması nedeniyle verimliliği, ömrü ve hızı daha düşüktür.
Fırçasız DC servo motorlar, stator sargılarındaki akımın yönünü değiştiren bir elektronik kontrol cihazına sahiptir. Fırçalı motorlara göre daha verimli, dayanıklı ve hızlıdırlar ancak daha karmaşık bir kontrolör ve konum sensörü gerektirirler. DC servo motorlar, yüksek hassasiyet, tepki hızı ve düzgün hareket gerektiren düşük güçlü uygulamalar için uygundur. Genellikle hobi projelerinde, oyuncak arabalarda, CD/DVD oynatıcılarda vb. kullanılırlar.
Lineer Servo Motorlar
Lineer servo motorlar dönme hareketi yerine doğrusal hareket üreten elektrik motorlarıdır. Bobinler veya mıknatıslar içeren, forcer veya birincil olarak adlandırılan sabit bir parçaya ve mıknatıslar veya demir çekirdekler içeren, plaka veya ikincil olarak adlandırılan hareketli bir parçaya sahiptirler. Lineer servo motorlar ayrıca iki tipe ayrılır.
Demir çekirdekli lineer servo motorların plakalarında, forcerın manyetik alanıyla etkileşime giren demir çekirdekler bulunur. Yüksek kuvvet yoğunluğuna, sağlamlığa ve doğruluğa sahiptirler, ancak aynı zamanda yüksek vuruntu kuvveti, ağırlık ve ısı üretimine de sahiptirler .
Demirsiz lineer servo motorların plakalarında demir çekirdek yoktur, yalnızca mıknatıslar bulunur. Vuruntu kuvveti, ağırlığı ve ısı üretimi düşük olmakla birlikte kuvvet yoğunluğu, sertliği ve doğruluğu da düşüktür.
Lineer servo motorlar uzun mesafelerde yüksek hız, ivme ve hassasiyet gerektiren uygulamalar için uygundur. Yarı iletken imalatında, metrolojide, lazer kesimde vb. yaygın olarak kullanılırlar.
Servo Motor Nasıl Kontrol Edilir?
Bir servo motorun kontrolü, motorun tipine, geri besleme mekanizmasına ve uygulama gereksinimlerine bağlıdır. Genel olarak bir servo motoru kontrol etmek için kullanılabilecek iki tip kontrol sinyali vardır.
Analog kontrol sinyalleri, istenen ayar noktasına orantılı olarak değişen sürekli voltaj veya akım sinyalleridir. Genellikle yüksek doğruluk veya çözünürlük gerektirmeyen basit veya düşük maliyetli servo sistemler için kullanılırlar. Örneğin bir hobi servo motoru için analog kontrol sinyali oluşturmak amacıyla bir potansiyometre kullanılabilir.
Dijital kontrol sinyalleri, istenen ayar noktasını kodlanmış bir biçimde temsil eden ayrı darbeler veya bitlerdir. Genellikle yüksek doğruluk, çözünürlük veya iletişim gerektiren karmaşık veya yüksek performanslı servo sistemler için kullanılırlar. Örneğin, fırçasız bir DC servo motor için dijital kontrol sinyali oluşturmak amacıyla bir darbe genişlik modülasyonu (PWM) sinyali kullanılabilir.
Bir servo motorun kontrolörü harici bir cihaz veya motor içindeki entegre bir devre olabilir. Kontrolör, kontrol sinyallerini harici bir kaynaktan (bilgisayar veya joystick gibi) ve geri besleme sinyallerini sensörden alır ve motoru çalıştırmak için uygun kontrol sinyallerini üretir.
Kontrolör ayrıca servo motorun performansını optimize etmek için çeşitli kontrol algoritmaları da uygulayabilir. Yaygın kontrol algoritmalarından bazıları şunlardır;
Orantılı-integral-türev (PID) kontrolü: Bu, kontrol sinyalini hata sinyalinin orantısal, integral ve türev terimlerine göre ayarlayan, geri bildirime dayalı bir kontrol algoritmasıdır. Hızlı ve doğru yanıt gerektiren servo sistemlerde yaygın olarak kullanılır.
Bulanık mantık kontrolü: Bu, kontrol sinyalini bulanık kümelere ve dilsel değişkenlere göre ayarlayan kural tabanlı bir kontrol algoritmasıdır. Belirsizlik veya doğrusal olmama durumlarıyla ilgilenen servo sistemler için kullanışlıdır.
Uyarlanabilir kontrol: Bu, servo sistemin değişen koşullarına göre kontrol parametrelerini ayarlayan, kendi kendini ayarlayan bir kontrol algoritmasıdır. Arıza veya varyasyonlarla karşılaşan servo sistemler için faydalıdır.
Servo Motorların Uygulamaları
Servo motorlar çeşitli alanlarda ve endüstrilerde geniş bir uygulama alanına sahiptir. Yaygın uygulamalardan bazıları şunlardır:
Robotik: Servo motorlar, robotik kollar, bacaklar, eklemler, tutucular vb. için hassas hareket ve kuvvet sağlamak için kullanılır. Robotların toplama, yerleştirme, kaynak yapma, montaj vb. görevleri yerine getirmesini sağlar.
CNC makineleri: Servo motorlar, torna, freze, freze vb. CNC makinelerinin eksenlerini tahrik etmek için kullanılır. CNC makinelerinin kesme, delme, gravür vb. gibi hassas ve karmaşık işleme işlemlerini gerçekleştirmesini sağlar.
Otomatik üretim: Servo motorlar, otomatik üretim sistemlerindeki konveyörler, besleyiciler, yükleyiciler, boşaltıcılar vb. gibi çeşitli bileşenlerin ve cihazların hareketini ve konumunu kontrol etmek için kullanılır. Otomatik üretim sistemlerinin yüksek verimlilik ve kalite elde etmesini sağlarlar.
Tıbbi ekipmanlar: Servo motorlar, cerrahi robotlar, tarayıcılar, pompalar, vantilatörler gibi çeşitli tıbbi cihaz ve aletleri çalıştırmak için kullanılır. Tıbbi ekipmanların hassas ve güvenli işlem ve tedaviler gerçekleştirmesini sağlarlar.
