เซอร์โวมอเตอร์คืออะไร?

เซอร์โวมอเตอร์เป็นชนิดของมอเตอร์ที่สามารถหมุนด้วยความแม่นยำมาก โดยปกติมอเตอร์ประเภทนี้ประกอบด้วยวงจรควบคุมที่ให้ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับตำแหน่งปัจจุบันของเพลามอเตอร์ข้อเสนอแนะนี้ช่วยให้เซอร์โวมอเตอร์หมุนได้อย่างแม่นยำ หากคุณต้องการหมุนวัตถุในบางมุมหรือระยะทางที่เฉพาะเจาะจงให้ใช้เซอร์โวมอเตอร์ มันถูกสร้างขึ้นเพียงของมอเตอร์ที่เรียบง่ายซึ่งไหลผ่าน กลไกเซอร์โวหากมอเตอร์ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ DC จะเรียกว่ามอเตอร์เซอร์โว DC และถ้าเป็นมอเตอร์ที่ใช้ไฟ AC จะเรียกว่ามอเตอร์เซอร์โว AC สำหรับบทช่วยสอนนี้เราจะพูดถึงเฉพาะการทำงานของมอเตอร์เซอร์โว DCเท่านั้น. นอกเหนือจากการจำแนกประเภทที่สำคัญเหล่านี้แล้วยังมีเซอร์โวมอเตอร์ประเภทอื่น ๆ อีกมากมายตามประเภทของการจัดเรียงเกียร์และลักษณะการทำงาน เซอร์โวมอเตอร์มักจะมาพร้อมกับการจัดเรียงเกียร์ที่ช่วยให้เราได้รับเซอร์โวมอเตอร์ที่มีแรงบิดสูงมากในบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้จึงถูกนำไปใช้ในแอพพลิเคชั่นมากมายเช่นรถของเล่นเฮลิคอปเตอร์ RC และเครื่องบินหุ่นยนต์ ฯลฯ

เซอร์โวมอเตอร์ได้รับการจัดอันดับเป็นกก. / ซม. (กิโลกรัมต่อเซนติเมตร) เซอร์โวมอเตอร์สำหรับงานอดิเรกส่วนใหญ่ได้รับการจัดอันดับที่ 3 กก. / ซม. หรือ 6 กก. / ซม. หรือ 12 กก. / ซม. กก. / ซม. นี้บอกให้ทราบว่าเซอร์โวมอเตอร์ของคุณสามารถยกน้ำหนักได้เท่าใดในระยะทางหนึ่ง ตัวอย่างเช่น: เซอร์โวมอเตอร์ขนาด 6 กก. / ซม. ควรสามารถยกได้ 6 กก. หากโหลดถูกระงับห่างจากเพลามอเตอร์ 1 ซม. ยิ่งระยะทางมากขึ้นความสามารถในการรับน้ำหนักก็จะยิ่งน้อยลง ตำแหน่งของเซอร์โวมอเตอร์ถูกกำหนดโดยพัลส์ไฟฟ้าและวงจรของมันจะอยู่ข้างมอเตอร์

กลไกการทำงานของเซอร์โวมอเตอร์

ประกอบด้วยสามส่วน:

อุปกรณ์ควบคุม
เซ็นเซอร์เอาท์พุท
ระบบข้อเสนอแนะ

เป็นระบบวงปิดที่ใช้ระบบตอบรับเชิงบวกเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่และตำแหน่งสุดท้ายของเพลา ที่นี่อุปกรณ์ถูกควบคุมโดยสัญญาณตอบรับที่สร้างขึ้นโดยการเปรียบเทียบสัญญาณเอาต์พุตและสัญญาณอินพุตอ้างอิง

ที่นี่สัญญาณอินพุตอ้างอิงจะถูกเปรียบเทียบกับสัญญาณเอาต์พุตอ้างอิงและสัญญาณที่สามผลิตโดยระบบป้อนกลับ และสัญญาณที่สามนี้ทำหน้าที่เป็นสัญญาณอินพุตไปยังส่วนควบคุมอุปกรณ์ สัญญาณนี้มีอยู่ตราบเท่าที่สัญญาณป้อนกลับถูกสร้างขึ้นหรือมีความแตกต่างระหว่างสัญญาณอินพุตอ้างอิงและสัญญาณเอาต์พุตอ้างอิง ดังนั้นงานหลักของกลไกเซอร์โวคือการรักษาเอาต์พุตของระบบตามค่าที่ต้องการเมื่อมีเสียงรบกวน

หลักการทำงานของเซอร์โวมอเตอร์

เซอร์โวประกอบด้วยมอเตอร์ (DC หรือ AC) โพเทนชิออมิเตอร์ชุดเกียร์และวงจรควบคุม ก่อนอื่นเราใช้ชุดเกียร์เพื่อลด RPM และเพื่อเพิ่มแรงบิดของมอเตอร์ พูดที่ตำแหน่งเริ่มต้นของเพลาเซอร์โวมอเตอร์ตำแหน่งของลูกบิดโพเทนชิออมิเตอร์คือไม่มีสัญญาณไฟฟ้าเกิดขึ้นที่พอร์ตเอาต์พุตของโพเทนชิออมิเตอร์ ตอนนี้สัญญาณไฟฟ้าถูกส่งไปยังขั้วอินพุตอื่นของเครื่องขยายสัญญาณเครื่องตรวจจับข้อผิดพลาด ตอนนี้ความแตกต่างระหว่างสัญญาณทั้งสองนี้สัญญาณหนึ่งมาจากโพเทนชิออมิเตอร์และอีกสัญญาณหนึ่งมาจากแหล่งอื่นจะถูกประมวลผลในกลไกป้อนกลับและจะมีการระบุเอาต์พุตในแง่ของสัญญาณความผิดพลาด สัญญาณข้อผิดพลาดนี้ทำหน้าที่เป็นอินพุตสำหรับมอเตอร์และมอเตอร์เริ่มหมุนตอนนี้เพลามอเตอร์เชื่อมต่อกับโพเทนชิออมิเตอร์และเมื่อมอเตอร์หมุนดังนั้นโพเทนชิออมิเตอร์ก็จะสร้างสัญญาณ ดังนั้นเมื่อตำแหน่งเชิงมุมของโพเทนชิออมิเตอร์เปลี่ยนไปสัญญาณตอบรับเอาต์พุตก็เปลี่ยนไป หลังจากบางครั้งตำแหน่งของโพเทนชิออมิเตอร์ไปถึงตำแหน่งที่เอาต์พุตของโพเทนชิออมิเตอร์เหมือนกับสัญญาณภายนอกที่ให้มา ในสภาวะนี้จะไม่มีสัญญาณเอาต์พุตจากแอมพลิฟายเออร์ไปยังอินพุตของมอเตอร์เนื่องจากไม่มีความแตกต่างระหว่างสัญญาณที่ใช้ภายนอกและสัญญาณที่สร้างขึ้นที่โพเทนชิออมิเตอร์และในสถานการณ์นี้มอเตอร์จะหยุดหมุนจะไม่มีสัญญาณเอาต์พุตจากแอมพลิฟายเออร์ไปยังอินพุตของมอเตอร์เนื่องจากไม่มีความแตกต่างระหว่างสัญญาณที่ใช้ภายนอกและสัญญาณที่สร้างขึ้นที่โพเทนชิออมิเตอร์และในสถานการณ์เช่นนี้มอเตอร์จะหยุดหมุนจะไม่มีสัญญาณเอาต์พุตจากแอมพลิฟายเออร์ไปยังอินพุตของมอเตอร์เนื่องจากไม่มีความแตกต่างระหว่างสัญญาณที่ใช้ภายนอกและสัญญาณที่สร้างขึ้นที่โพเทนชิออมิเตอร์และในสถานการณ์เช่นนี้มอเตอร์จะหยุดหมุน

การเชื่อมต่อเซอร์โวมอเตอร์กับไมโครคอนโทรลเลอร์:

การเชื่อมต่องานอดิเรกเซอร์โวมอเตอร์เช่นเซอร์โวมอเตอร์ s90 กับ MCU นั้นง่ายมาก เซอร์โวได้สามสายที่ออกมาของพวกเขาซึ่งจะใช้สองรายการสำหรับอุปทาน (บวกและลบ) และอีกหนึ่งจะใช้สำหรับสัญญาณที่จะส่งจาก MCU MG995 Metal Gear Servo Motor ซึ่งเป็นที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับรถ RC มนุษย์บอท ฯลฯ ภาพของ MG995 แสดงอยู่ด้านล่าง:

รหัสสีของเซอร์โวมอเตอร์ของคุณอาจแตกต่างกันดังนั้นให้ตรวจสอบแผ่นข้อมูลของคุณ

เซอร์โวมอเตอร์ทั้งหมดทำงานโดยตรงกับรางจ่าย + 5V ของคุณ แต่เราต้องระวังปริมาณกระแสไฟฟ้าที่มอเตอร์จะใช้หากคุณวางแผนที่จะใช้เซอร์โวมอเตอร์มากกว่าสองตัวควรออกแบบแผงป้องกันเซอร์โวที่เหมาะสม

การควบคุมเซอร์โวมอเตอร์:

มอเตอร์ทั้งหมดมีสายไฟสามเส้นออกมา ซึ่งจะใช้สองรายการสำหรับอุปทาน (บวกและลบ) และอีกหนึ่งจะใช้สำหรับสัญญาณที่จะส่งจาก MCU

เซอร์โวมอเตอร์ควบคุมโดย PWM (Pulse with Modulation) ซึ่งจัดทำโดยสายควบคุม มีชีพจรต่ำสุดชีพจรสูงสุดและอัตราการทำซ้ำ เซอร์โวมอเตอร์สามารถหมุน 90 องศาจากทิศทางใดทิศทางหนึ่งจากตำแหน่งที่เป็นกลาง เซอร์โวมอเตอร์คาดว่าจะเห็นพัลส์ทุกๆ 20 มิลลิวินาที (มิลลิวินาที) และความยาวของพัลส์จะกำหนดว่ามอเตอร์หมุนไปได้ไกลแค่ไหน ตัวอย่างเช่นพัลส์ 1.5 มิลลิวินาทีจะทำให้มอเตอร์หมุนไปที่ตำแหน่ง 90 °เช่นหากพัลส์สั้นกว่า 1.5 มิลลิวินาทีเพลาจะเคลื่อนที่ไปที่ 0 °และหากมีความยาวมากกว่า 1.5 มิลลิวินาทีจะทำให้เซอร์โวเป็น 180 °

เซอร์โวมอเตอร์ทำงานบน หลักการPWM (การมอดูเลตความกว้างพัลส์)หมายความว่ามุมของการหมุนจะถูกควบคุมโดยระยะเวลาของพัลส์ที่ใช้กับ PIN ควบคุม โดยทั่วไปเซอร์โวมอเตอร์ประกอบด้วย มอเตอร์กระแสตรงซึ่งควบคุมโดยตัวต้านทานตัวแปร (โพเทนชิออมิเตอร์) และเกียร์บางตัว มอเตอร์กระแสตรงความเร็วสูงจะถูกแปลงเป็นแรงบิดโดย Gears เรารู้ว่า WORK = FORCE X DISTANCE ใน DC motor Force น้อยกว่าและระยะทาง (ความเร็ว) สูงและใน Servo แรงจะสูงและระยะทางน้อยกว่า โพเทนชิออมิเตอร์เชื่อมต่อกับเพลาเอาท์พุทของเซอร์โวเพื่อคำนวณมุมและหยุดมอเตอร์กระแสตรงในมุมที่ต้องการ

เซอร์โวมอเตอร์สามารถหมุนได้ตั้งแต่ 0 ถึง 180 องศา แต่สามารถหมุนได้ถึง 210 องศาขึ้นอยู่กับการผลิต ระดับการหมุนนี้สามารถควบคุมได้โดยใช้Electrical Pulseที่มีความกว้างที่เหมาะสมกับขาควบคุม เซอร์โวตรวจสอบชีพจรในทุกๆ 20 มิลลิวินาที ความกว้างของพัลส์ 1 มิลลิวินาที (1 มิลลิวินาที) สามารถหมุนเซอร์โวไปที่ 0 องศา 1.5 มิลลิวินาทีสามารถหมุนได้ถึง 90 องศา (ตำแหน่งกลาง) และพัลส์ 2 มิลลิวินาทีสามารถหมุนได้ 180 องศา

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการทำงานของเซอร์โวมอเตอร์และการใช้งานจริงโปรดตรวจสอบแอพพลิเคชั่นด้านล่างที่อธิบายการควบคุมเซอร์โวมอเตอร์พร้อมตัวอย่าง:

วงจรทดสอบเซอร์โวมอเตอร์
เซอร์โวมอเตอร์เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ 8051
การควบคุมเซอร์โวมอเตอร์โดยใช้ Arduino
การควบคุมเซอร์โวด้วย Arduino Due
การควบคุมเซอร์โวด้วย Flex Sensor
การสอนเซอร์โวมอเตอร์ Raspberry Pi

เซอร์โวมอเตอร์คืออะไร?