Wat zijn de componenten van een AC-servosysteem?

Een AC-servosysteem is een geavanceerde motion control-opstelling die bekend staat om zijn precisie, snelheid en dynamische prestaties. In tegenstelling tot eenvoudigere open-lussystemen maken servosystemen gebruik van een gesloten-luscontrolemechanisme, dat voortdurend de positie, snelheid en koppel van de motor bewaakt en aanpast om zeer nauwkeurige en herhaalbare bewegingen te bereiken. Het begrijpen van de afzonderlijke componenten waaruit een dergelijk systeem bestaat, is van cruciaal belang voor iedereen die werkt met industriële automatisering, robotica of hoogwaardige machines.

De kerncomponenten van een AC-servosysteem

Hoewel de complexiteit kan variëren, bestaat een typisch AC-servosysteem fundamenteel uit vier belangrijke componenten die samenwerken:

1. De AC-servomotor

De AC-servomotor is de spier van het systeem, verantwoordelijk voor het genereren van mechanische beweging. Dit zijn doorgaans synchrone motoren met permanente magneten (PMSM's) of inductiemotoren die zijn ontworpen voor een hoge dynamische respons. De belangrijkste kenmerken zijn onder meer een lage traagheid, een hoge vermogensdichtheid en een uitstekende koppelcontrole over een breed toerentalbereik. In tegenstelling tot standaard AC-inductiemotoren zijn servomotoren ontworpen voor nauwkeurige besturing, vaak met een hoger aantal polen en gespecialiseerde wikkelingen om koppelrimpels te minimaliseren en een soepele werking te verbeteren. Ze zijn gebouwd om snelle acceleratie, vertraging en frequente richtingsveranderingen aan te kunnen, waardoor ze ideaal zijn voor dynamische toepassingen.

2. De AC-servoaandrijving

Vaak beschouwd als het brein van het systeem, de AC-servoaandrijving (ook bekend als A servo-versterker , servo-controller , of servo-omvormer ) is een elektronisch apparaat dat besturingssignalen van een externe controller ontvangt en deze omzet in het precieze vermogen dat nodig is om de servomotor te laten werken. Het fungeert als een interface en beheert de spanning, stroom en frequentie van de motor op basis van de feedback die deze ontvangt. De servoaandrijving bevat geavanceerde besturingsalgoritmen (zoals PID-controllers) waarmee de positie, snelheid en koppel van de motor nauwkeurig kunnen worden geregeld. Moderne servoaandrijvingen zijn zeer intelligent en bieden functies zoals automatische afstemming, verschillende communicatieprotocollen (bijv. EtherCAT, PROFINET, CANopen) en ingebouwde diagnostische mogelijkheden, waardoor de inbedrijfstelling en het oplossen van problemen worden vereenvoudigd.

3. Het feedbackapparaat

De feedback apparaat zijn de ogen van het systeem, die realtime informatie verstrekken over de werkelijke positie, snelheid of beide van de motor. Deze informatie is van cruciaal belang voor de gesloten-lusregeling. De meest voorkomende feedbackapparaten zijn:

• encoders: Dese convert angular position into electrical signals.

  • Incrementele encoders: Geef pulsen voor elke rotatiestap, gebruikt voor snelheid en relatieve positie.

  • Absolute encoders: Zorg voor een unieke digitale code voor elke hoekpositie, zodat positie-informatie behouden blijft, zelfs na stroomuitval.

• Oplossers: Robuuste analoge apparaten die absolute positiefeedback bieden, vaak de voorkeur in ruwe omgevingen vanwege hun weerstand tegen schokken en trillingen.

• Hall-effectsensoren: Soms gebruikt in eenvoudigere servomotoren om de rotorpositie voor commutatie te bepalen.

De feedback device is directly mounted on the servo motor or the load, transmitting precise data back to the servo drive, which then compares the actual state with the commanded state and adjusts the motor's output accordingly.

4. De bewegingscontroller (of PLC met bewegingsbesturingsmogelijkheden)

De bewegingscontroller is de strategische planner van het systeem. Het is de centrale commando-eenheid die instructies geeft aan de servoaandrijving. Dit kan een speciale bewegingscontroller zijn, een Programmable Logic Controller (PLC) met geïntegreerde motion control-modules, of zelfs een pc-gebaseerd besturingssysteem. De bewegingscontroller slaat de gewenste bewegingsprofielen op (bijvoorbeeld specifieke posities, snelheden, versnellingshellingen) en stuurt opdrachten naar de servoaandrijving. Het beheert complexe, op meerdere assen gecoördineerde bewegingen, synchronisatie en de algehele volgorde van bewerkingen voor de machine of het robotsysteem. De verfijning van de bewegingscontroller bepaalt de complexiteit en precisie van de bewegingen die het servosysteem kan realiseren.

Hoe ze samenwerken

De synergy between these components is what makes an AC servo system so powerful. The motion controller sends a desired motion command to the AC-servoaandrijving . De servo-aandrijving berekent vervolgens de benodigde spanning en stroom die op de spanning moet worden toegepast AC-servomotor . Terwijl de motor beweegt, wordt de feedback apparaat rapporteert voortdurend zijn actuele positie en snelheid terug aan de servoaandrijving. De servoaandrijving vergelijkt deze feedback met de opgedragen waarden en voert onmiddellijk aanpassingen uit, zodat de motor nauwkeurig het gewenste pad volgt. Deze continue feedbacklus is de essentie van gesloten-lusregeling en garandeert een hoge nauwkeurigheid, herhaalbaarheid en dynamische respons, zelfs onder wisselende belastingsomstandigheden.

Het begrijpen van deze fundamentele componenten biedt een solide basis voor het ontwerpen, implementeren en onderhouden van hoogwaardige automatiseringsoplossingen.