सर्वो मोटर

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ब्रश-प्रकार डीसी यंत्र है। नीचे के काले भाग में एपिकाइक्लिक गियरिंग कमी ड्राइव है, और मोटर के शीर्ष पर काली वस्तु स्थिति प्रतिक्रिया के लिए ऑप्टिकल रोटरी कोडित्र है। यह बड़े रोबोट वाहन का स्टीयरिंग एक्ट्यूएटर है।
विनिमेयता के लिए मानकीकृत निकला हुआ किनारा बढ़ते हुए औद्योगिक सर्वो मोटर्स और गियरबॉक्स

सर्वोमोटर एक रोटरी गति देने वाला या रैखिक एक्चुएटर है जो कोणीय या रैखिक स्थिति, वेग और त्वरण के सटीक नियंत्रण की अनुमति देता है।[1] इसमें पोजीशन फीडबैक के लिए एक सेंसर से जुड़ा उपयुक्त मोटर होता है। इसके लिए अपेक्षाकृत परिष्कृत नियंत्रक की भी आवश्यकता होती है, अधिकांशतः एक समर्पित मॉड्यूल जिसे विशेष रूप से सर्वोमोटर्स के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है।

सर्वोमोटर मोटर का एक विशिष्ट वर्ग नहीं है, चूँकि सर्वोमोटर शब्द का प्रयोग अधिकांशतः क्लोज्ड लूप नियंत्रण प्रणाली में उपयोग के लिए उपयुक्त मोटर को संदर्भित करने के लिए किया जाता है।

सर्वोमोटर्स का उपयोग रोबोटिक, सीएनसी मशीन और स्वचालित निर्माण जैसे अनुप्रयोगों में किया जाता है।

तंत्र

सर्वोमोटर क्लोज्ड-लूप नियंत्रक सर्वोमैकेनिज्म है जो अपनी गति और अंतिम स्थिति को नियंत्रित करने के लिए स्थिति प्रतिक्रिया का उपयोग करता है। इसके नियंत्रण का इनपुट सिग्नल (या तो एनालॉग या डिजिटल) है जो आउटपुट शाफ्ट के लिए कमांड की गई स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है।

स्थिति और गति प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए मोटर को किसी प्रकार के एनकोडर (स्थिति) के साथ जोड़ा जाता है। सबसे सरल स्थितियों में, केवल स्थिति को मापा जाता है। आउटपुट की मापी गई स्थिति की तुलना कमांड पोजीशन, कंट्रोलर के बाहरी इनपुट से की जाती है। यदि आउटपुट स्थिति उस आवश्यकता से भिन्न होती है, तो त्रुटि संकेत उत्पन्न होता है जो आउटपुट शाफ्ट को उपयुक्त स्थिति में लाने के लिए आवश्यकतानुसार मोटर को किसी भी दिशा में घुमाता है। जैसे-जैसे स्थिति निकट आती है, त्रुटि संकेत शून्य हो जाता है और मोटर रुक जाती है।

सबसे सरल सर्वोमोटर्स अपनी मोटर के पोटेंशिओमीटर और बैंग-बैंग नियंत्रण के माध्यम से स्थिति-केवल संवेदन का उपयोग करते हैं; मोटर हमेशा पूरी गति से घूमती है (या रुक जाती है)। औद्योगिक गति नियंत्रण में इस प्रकार के सर्वोमोटर का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन यह रेडियो-नियंत्रित मॉडल के लिए उपयोग किए जाने वाले सरल और सस्ते सर्वो (रेडियो नियंत्रण) का आधार बनता है।

शाफ्ट की स्थिति की गणना करने और आउटपुट शाफ्ट की गति का अनुमान लगाने के लिए अधिक परिष्कृत सर्वोमोटर्स एक पूर्ण एनकोडर (रोटरी एनकोडर का एक प्रकार) का उपयोग करते हैं।[2] मोटर गति को नियंत्रित करने के लिए एक चर-गति ड्राइव का उपयोग किया जाता है।[3] ये दोनों संवर्द्धन, सामान्यतः पीआईडी ​​​​नियंत्रक एल्गोरिथ्म के संयोजन में, सर्वोमोटर को कम ओवरशूट (संकेत) आईएनजी के साथ अधिक तेज़ी से और अधिक सटीक रूप से इसकी कमांड की गई स्थिति में लाने की अनुमति देते हैं।[4]

सर्वोमोटर्स विपरीत स्टेपर मोटर्स

सर्वोमोटर्स सामान्यतः स्टेपर मोटर के उच्च-प्रदर्शन विकल्प के रूप में उपयोग किए जाते हैं। स्टेपर मोटर्स में स्थिति को नियंत्रित करने की कुछ अंतर्निहित क्षमता होती है, क्योंकि उनके पास अंतर्निहित आउटपुट चरण होते हैं। यह अधिकांशतः उन्हें बिना किसी फीडबैक एन्कोडर के ओपन-लूप स्थिति नियंत्रण के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है, क्योंकि उनका ड्राइव सिग्नल घुमाने के लिए आंदोलन के चरणों की संख्या निर्दिष्ट करता है, लेकिन इसके लिए नियंत्रक को स्टेपर मोटर की स्थिति को 'पता' करने की आवश्यकता होती है पावर अप पर। इसलिए, पहले पावर अप पर, नियंत्रक को स्टेपर मोटर को सक्रिय करना होगा और इसे ज्ञात स्थिति में बदलना होगा, जब तक यह अंतिम सीमा स्विच को सक्रिय नहीं करता। इंकजेट प्रिंटिंग पर स्विच करते समय इसे देखा जा सकता है; नियंत्रक अंत की स्थिति स्थापित करने के लिए स्याही जेट वाहक को अत्यधिक बाएँ और दाएँ ले जाएगा। यदि पूर्ण एनकोडर का उपयोग किया जाता है, तो पावर अप पर प्रारंभिक स्थिति की चिंता किए बिना, सर्वोमोटर नियंत्रक जिस भी कोण पर उसे निर्देश देता है, तुरंत चालू हो सकता है।

स्टेपर मोटर की प्रतिक्रिया की कमी इसके प्रदर्शन को सीमित करती है, क्योंकि स्टेपर मोटर केवल एक लोड ड्राइव कर सकती है जो इसकी क्षमता के अंदर अच्छी तरह से है, अन्यथा लोड के तहत छूटे हुए चरणों से पोजिशनिंग त्रुटियां हो सकती हैं और सिस्टम को पुनरारंभ या पुनर्गणना करना पड़ सकता है। सर्वोमोटर के एनकोडर और नियंत्रक एक अतिरिक्त लागत हैं, लेकिन वे मूल मोटर की क्षमता के सापेक्ष समग्र प्रणाली (सभी गति, शक्ति और सटीकता के लिए) के प्रदर्शन को अनुकूलित करते हैं। बड़ी प्रणालियों के साथ, जहां शक्तिशाली मोटर सिस्टम मूल्य के बढ़ते अनुपात का प्रतिनिधित्व करती है, सर्वोमोटर्स का लाभ होता है।

हाल के वर्षों में क्लोज्ड लूप स्टेपर मोटर्स की लोकप्रियता बढ़ी है। वे सर्वोमोटर्स की तरह कार्य करते हैं लेकिन सुचारू गति प्राप्त करने के लिए उनके सॉफ़्टवेयर नियंत्रण में कुछ अंतर होते हैं। क्लोज्ड लूप स्टेपर मोटर का मुख्य लाभ इसकी अपेक्षाकृत कम लागत है। क्लोज्ड लूप स्टेपर सिस्टम पर पीआईडी ​​​​नियंत्रक को ट्यून करने की भी कोई आवश्यकता नहीं है।[5]

कई अनुप्रयोगों, जैसे कि लेजर द्वारा काटना मशीन, को दो श्रेणियों में प्रस्तुत किया जा सकता है, स्टेपर मोटर्स का उपयोग करने वाली कम मूल्य वाली रेंज और सर्वोमोटर्स का उपयोग करने वाली उच्च-प्रदर्शन रेंज।[6]

एनकोडर

पहले सर्वोमोटर्स को सिंक्रो के साथ उनके एनकोडर के रूप में विकसित किया गया था।[7] द्वितीय विश्व युद्ध के समय राडार और विमानभेदी तोपखाने के विकास में इन प्रणालियों के साथ बहुत काम किया गया था।[8]

साधारण सर्वोमोटर्स पोटेंशियोमीटर का उपयोग अपनी स्थिति एनकोडर के रूप में कर सकते हैं। ये केवल सबसे सरल और सबसे सस्ते स्तर पर उपयोग किए जाते हैं, और स्टेपर मोटर्स के साथ कड़ी प्रतिस्पर्धा में हैं। वे पोटेंशियोमीटर ट्रैक में टूट-फूट और बिजली के शोर से पीड़ित हैं। यद्यपि गति संकेत प्राप्त करने के लिए उनके स्थिति संकेत को अलग करना संभव होगा, ऐसे गति संकेत का उपयोग करने वाले पीआईडी ​​​​नियंत्रक सामान्यतः एक अधिक सटीक एनकोडर की गारंटी देते हैं।

आधुनिक सर्वोमोटर्स रोटरी एन्कोडर्स या तो पूर्ण एन्कोडर या वृद्धिशील एन्कोडर का उपयोग करते हैं। निरपेक्ष एनकोडर पावर-ऑन पर अपनी स्थिति निर्धारित कर सकते हैं, लेकिन अधिक जटिल और महंगे हैं। वृद्धिशील एनकोडर सरल, सस्ते हैं और तेज गति से काम करते हैं। इंक्रीमेंटल सिस्टम, जैसे स्टेपर मोटर्स, अधिकांशतः स्टार्ट-अप पर अपनी स्थिति निर्धारित करने के लिए साधारण शून्य-स्थिति सेंसर के साथ रोटेशन के अंतराल को मापने के लिए अपनी अंतर्निहित क्षमता को जोड़ते हैं।

सर्वोमोटर्स के अतिरिक्त, कभी-कभी अलग, बाहरी रैखिक एनकोडर वाली मोटर का उपयोग किया जाता है।[9] ये मोटर + लीनियर एनकोडर सिस्टम मोटर और लीनियर कैरिज के बीच ड्राइवट्रेन में अशुद्धियों से बचते हैं, लेकिन उनका डिज़ाइन अधिक जटिल बना दिया जाता है क्योंकि वे अब प्री-पैकेज्ड फैक्ट्री-निर्मित सिस्टम नहीं हैं।

मोटर्स

सर्वोमोटर के लिए मोटर का प्रकार महत्वपूर्ण नहीं है और विभिन्न प्रकारों का उपयोग किया जा सकता है। सरलतम रूप से, ब्रश्ड स्थायी चुंबक डीसी मोटर्स का उपयोग उनकी सरलता और कम लागत के कारण किया जाता है। छोटे औद्योगिक सर्वोमोटर्स सामान्यतः इलेक्ट्रॉनिक रूप से कम्यूटेटेड ब्रशलेस मोटर्स होते हैं।[10] बड़े औद्योगिक सर्वोमोटर्स के लिए, प्रेरण मोटर्स का सामान्यतः उपयोग किया जाता है, अधिकांशतः उनकी गति को नियंत्रित करने के लिए चर आवृत्ति ड्राइव के साथ, कॉम्पैक्ट पैकेज में अंतिम प्रदर्शन के लिए, स्थायी चुंबक क्षेत्रों के साथ ब्रशलेस एसी मोटर्स का उपयोग किया जाता है, प्रभावी रूप से ब्रशलेस डीसी इलेक्ट्रिक मोटर के बड़े संस्करण।[11]

सर्वोमोटर्स के लिए ड्राइव मॉड्यूल एक मानक औद्योगिक घटक हैं। उनका डिज़ाइन बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स की एक शाखा है, जो सामान्यतः तीन-चरण मॉस्फेट या जीबीटी एच ब्रिज पर आधारित होता है। ये मानक मॉड्यूल इनपुट के रूप में एकल दिशा और पल्स काउंट (रोटेशन डिस्टेंस) को स्वीकार करते हैं। इनमें ओवर-टेम्परेचर मॉनिटरिंग, ओवर-टॉर्क और स्टॉल डिटेक्शन फीचर भी सम्मिलित हो सकते हैं।[12] एनकोडर प्रकार, गियरहेड अनुपात, और समग्र प्रणाली गतिशीलता अनुप्रयोग विशिष्ट होने के कारण, समग्र नियंत्रक को ऑफ-द-शेल्फ मॉड्यूल के रूप में तैयार करना अधिक कठिन होता है और इसलिए इन्हें अधिकांशतः मुख्य नियंत्रक के हिस्से के रूप में लागू किया जाता है।

नियंत्रण

अधिकांश आधुनिक सर्वोमोटर्स को एक ही निर्माता से समर्पित नियंत्रक मॉड्यूल के आसपास डिजाइन और आपूर्ति की जाती है। बड़ी मात्रा में अनुप्रयोगों के लिए लागत कम करने के लिए नियंत्रकों को माइक्रोकंट्रोलर के आसपास भी विकसित किया जा सकता है।[13]

एकीकृत सर्वोमोटर्स

एकीकृत सर्वोमोटर्स को एक पैकेज में मोटर, ड्राइवर, एनकोडर और संबंधित इलेक्ट्रॉनिक्स को सम्मिलित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।[14][15]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Sawicz, Darren. "Hobby Servo Fundamentals" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2012-09-07. Retrieved 2012-10-12.
  2. ↑ Suk-Hwan Suh; Seong Kyoon Kang; Dae-Hyuk Chung; Ian Stroud (22 August 2008). Theory and Design of CNC Systems. Springer Science & Business Media. pp. 11–. ISBN 978-1-84800-336-1. Archived from the original on 21 March 2017.
  3. ↑ Jacek F. Gieras (3 June 2011). Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications, Third Edition. CRC Press. pp. 26–. ISBN 978-1-4398-5901-8. Archived from the original on 21 March 2017.
  4. ↑ Ralf Der; Georg Martius (11 January 2012). The Playful Machine: Theoretical Foundation and Practical Realization of Self-Organizing Robots. Springer Science & Business Media. pp. 302–. ISBN 978-3-642-20253-7. Archived from the original on 20 March 2017.
  5. ↑ "Fastech Closed Loop Stepper Motors". Fastech Korea. Archived from the original on 2015-03-17.
  6. ↑ "Legend Elite laser series". Epilog Laser. Archived from the original on 2012-08-25. Servo motors are incorporated in both the X and Y axes of every Legend Elite Series laser. These motors are known for their fast acceleration and deceleration speeds.
  7. ↑ Upson, A.R.; Batchelor, J.H. (1978) [1965]. Synchro Engineering Handbook. Beckenham: Muirhead Vactric Components. pp. 7, 67–90.
  8. ↑ "Chapter 10". Naval Ordnance and Gunnery. Vol. 1. US Navy. 1957. Archived from the original on 2007-12-02.
  9. ↑ "Accupoint™ Linear Encoders". Epilog Laser. Archived from the original on 2012-10-07.
  10. ↑ "Brushless DC motor cores for servomotors". Maxon Motor. Archived from the original on 2013-12-25.
  11. ↑ "Compact Dynamic Brushless Servo Motor". Moog Inc. Archived from the original on 2012-10-13.
  12. ↑ "Brushless PWM Servo Amplifiers" (PDF). Advanced Motion Control. Archived from the original (PDF) on 2014-11-27.
  13. ↑ Chowdhury, Rasel. "Color detector and separator device" (in English).
  14. ↑ Max A. Denket (2006). Frontiers in Robotics Research. Nova Publishers. pp. 44–. ISBN 978-1-60021-097-6. Archived from the original on 2018-05-13.
  15. ↑ Jacek F. Gieras (22 January 2002). Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications, Second Edition. CRC Press. pp. 283–. ISBN 978-0-8247-4394-9. Archived from the original on 13 May 2018.

बाहरी कड़ियाँ

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