Aus welchen Komponenten besteht ein AC-Servosystem?

Ein AC-Servosystem ist ein hochentwickeltes Bewegungssteuerungs-Setup, das für seine Präzision, Geschwindigkeit und dynamische Leistung bekannt ist. Im Gegensatz zu einfacheren Systemen mit offenem Regelkreis verwenden Servosysteme einen Regelmechanismus, der die Position, Geschwindigkeit und das Drehmoment des Motors ständig überwacht und anpasst, um hochpräzise und wiederholbare Bewegungen zu erreichen. Das Verständnis der einzelnen Komponenten, aus denen ein solches System besteht, ist für jeden, der mit industrieller Automatisierung, Robotik oder Hochleistungsmaschinen arbeitet, von entscheidender Bedeutung.

Die Kernkomponenten eines AC-Servosystems

Obwohl die Komplexität variieren kann, besteht ein typisches AC-Servosystem im Wesentlichen aus vier Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten:

1. Der AC-Servomotor

Die AC-Servomotor ist der Muskel des Systems, der für die Erzeugung mechanischer Bewegung verantwortlich ist. Dabei handelt es sich typischerweise um Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) oder Induktionsmotoren, die für eine hohe Dynamik ausgelegt sind. Zu den Hauptmerkmalen gehören geringe Trägheit, hohe Leistungsdichte und hervorragende Drehmomentkontrolle über einen weiten Drehzahlbereich. Im Gegensatz zu Standard-Wechselstrom-Induktionsmotoren sind Servomotoren für eine präzise Steuerung ausgelegt und verfügen häufig über eine höhere Polzahl und spezielle Wicklungen, um Drehmomentschwankungen zu minimieren und einen reibungslosen Betrieb zu verbessern. Sie sind für schnelle Beschleunigungen, Verzögerungen und häufige Richtungsänderungen ausgelegt und eignen sich daher ideal für dynamische Anwendungen.

2. Der AC-Servoantrieb

Wird oft als das Gehirn des Systems betrachtet AC-Servoantrieb (auch bekannt als a Servoverstärker , Servoregler , oder Servo-Umrichter ) ist ein elektronisches Gerät, das Steuersignale von einem externen Controller empfängt und diese in die genaue Leistung umwandelt, die zum Betrieb des Servomotors erforderlich ist. Es fungiert als Schnittstelle und verwaltet die Spannung, den Strom und die Frequenz des Motors basierend auf der Rückmeldung, die es erhält. Der Servoantrieb enthält hochentwickelte Steueralgorithmen (wie PID-Regler), die es ihm ermöglichen, die Position, Geschwindigkeit und das Drehmoment des Motors präzise zu regeln. Moderne Servoantriebe sind hochintelligent und bieten Funktionen wie Autotuning, verschiedene Kommunikationsprotokolle (z. B. EtherCAT, PROFINET, CANopen) und integrierte Diagnosefunktionen, die die Inbetriebnahme und Fehlerbehebung vereinfachen.

3. Das Feedback-Gerät

Die Rückmeldungsgerät sind die Augen des Systems, die Echtzeitinformationen über die tatsächliche Position, Geschwindigkeit oder beides des Motors liefern. Diese Informationen sind für die Regelung entscheidend. Die gebräuchlichsten Feedbackgeräte sind:

• Encoder: Diese convert angular position into electrical signals.

  • Inkrementalgeber: Geben Sie Impulse für jedes Rotationsinkrement an, die für Geschwindigkeit und relative Position verwendet werden.

  • Absolutwertgeber: Stellen Sie für jede Winkelposition einen eindeutigen digitalen Code bereit und behalten Sie die Positionsinformationen auch nach einem Stromausfall bei.

• Resolver: Robuste analoge Geräte, die eine absolute Positionsrückmeldung liefern und aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Vibrationen oft in rauen Umgebungen bevorzugt werden.

• Hall-Effekt-Sensoren: Wird manchmal in einfacheren Servomotoren verwendet, um die Rotorposition für die Kommutierung zu bestimmen.

Die 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. Der Motion Controller (oder SPS mit Motion Control-Funktionen)

Die Motion-Controller ist der strategische Planer des Systems. Es ist die zentrale Befehlseinheit, die Anweisungen an den Servoantrieb erteilt. Dabei kann es sich um einen dedizierten Motion-Controller, einen speicherprogrammierbaren Controller (SPS) mit integrierten Motion-Control-Modulen oder sogar um ein PC-basiertes Steuerungssystem handeln. Der Motion Controller speichert die gewünschten Bewegungsprofile (z. B. bestimmte Positionen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungsrampen) und sendet Befehle an den Servoantrieb. Es verwaltet komplexe koordinierte Mehrachsenbewegungen, die Synchronisierung und den gesamten Arbeitsablauf der Maschine oder des Robotersystems. Die Komplexität und Präzision der Bewegungen, die das Servosystem erreichen kann, hängt von der Komplexität des Motion Controllers ab.

Wie sie zusammenarbeiten

Die synergy between these components is what makes an AC servo system so powerful. The motion controller sends a desired motion command to the AC-Servoantrieb . Die Servoantrieb berechnet dann die erforderliche Spannung und den Strom, die an das Gerät angelegt werden sollen AC-Servomotor . Wenn sich der Motor bewegt, wird der Rückmeldungsgerät meldet kontinuierlich seine aktuelle Position und Geschwindigkeit an den Servoantrieb zurück. Der Servoantrieb vergleicht diese Rückmeldung mit den Befehlswerten und nimmt sofortige Anpassungen vor, um sicherzustellen, dass der Motor genau dem gewünschten Weg folgt. Diese kontinuierliche Rückkopplungsschleife ist die Essenz einer geschlossenen Regelung und garantiert hohe Genauigkeit, Wiederholbarkeit und dynamische Reaktion, selbst unter wechselnden Lastbedingungen.

Das Verständnis dieser grundlegenden Komponenten bietet eine solide Grundlage für den Entwurf, die Implementierung und die Wartung leistungsstarker Automatisierungslösungen.