Mits

ubis

hi E

lect

ric

Wat

is s

ervo

tech

niek

?

Asbesturingen

Aandrijfsystemen

Open-loop - geen terugkoppeling Closed-loop - terugkoppeling

Servosystemen - herkenbaar aan variabel setpoint

Regelaar

Versterker

Motor

Terugkoppeling proceswaarde Y

Setpoint

Wat is servotechniek

Het voorvoegsel servo komt van het latijnse servus, dat slaaf of dienaar betekent

Het volgen of uitvoeren van een opdracht

ServusHet volgen of uitvoeren

van een opdracht

Positioneer module

Gewenste waarde

Servoversterker

Servomotor

Aandrijfsystemen

Tandriemaandrijving Aandrijving via reductor op de as

Spindelaandrijving Aandrijving met reductor of direct op de as

Combinatie maakt baanbesturing Bewegingen in X – Y – Z richting

Benodigdheden servosysteem

Spindelapplicatie met geleider

PC met servo setup software

ServoversterkerControllerPLC besturing

Servomotor

ReductorEncoder

Klemmenstrook

Klemmenstrook

Ingangen

Uitgangen

Limit switch Limit switch

Positioneermodulen

Analoge besturing Puls besturing Netwerkmodulen

Positioneer

moduleNetwerk Commando’s

Servo

versterkerPulstrein

Analoog

Externe I/O

Boormachine

Servo

motor

Product

Start/Stop

Bedieningspaneel

Bediening als Start, Stop, Pauze etc

Sensor

Eindschakelaars, benaderingsschakelaars etc

Lichtscherm gekoppeld aan de noodstop

Beveiligingen als Noodstop, Terugloop etc

Sensor

Signalen als Ready, Cycle End etc

Servoversterker

Zorgt voor omzetten positioneersignaal Zet pulstrein of commando’s via een netwerk om in een

geschikte voedingsspanning voor de servomotor

Controleert acties d.m.v. - Encodersignaal

- Spanning- / stroommeting

- Autotuning (automatische parameterinstelling)

- Notch filters (onderdrukken machinetrillingen)

Opbouw Servoversterker

L1

L2

L3

CUzR

V

+

-

V1 V3 V5

V2 V4 V6M Last

Besturingselectronica

Sturing / regeling / bewaking / communicatie

Terugkoppeling

Gewenste waarde

Communicatie BUS

Gelijkrichter

Energie opslag

Rem chopper

DC-sturingTussenkring

DC-sturing

T1

T2

T3

T4

T5

T6

+

-

A

BC

N

Iab

Iac

Ibc

Servomotoren

Stappenmotoreenvoudig - goedkoop - niet nauwkeurig - laag rendement

DC servomotorVoorloper servotechniek - onderhoudsgevoelig - lage toerentallen

AC servomotorhoog toerental/startkoppel - onderhoudsvrij - hoog thermisch te belasten

Stappenmotor

VoordelenKleine afmetingen

Goedkope aansturing (open-loop)

Redelijke nauwkeurigheid

Houdkoppel aanwezig

NadelenLaag rendement

Beperkte snelheid en koppel

Resonantie verschijnselen

Last heeft invloed op nauwkeurigheid

DC Servomotor

Geen voordelen meerWas voor zeer grote vermogens

Voorloper van servotechniek

NadelenOnderhoudsgevoelig

Koolborstels

Voeding voor gelijkspanning

Dure motoren

Geen hoge toerentallen mogelijk

AC Servomotor

VoordelenKleine massatraagheidHoog toerental mogelijkSnelle koppelopbouwHoge thermische belasting mogelijkWeinig tot geen onderhoudGedrag als synchrone motorCompacte uitvoering

Geen nadelen meer

- Kooiankermotoren- Sleepringankermotoren- Permanentmagneetmotoren

Encoder

Om de stand van de rotor, de draairichting en hettoerental van de servomotor naar de besturing terug te koppelen worden encoders toegepast

Digitale opnemer Meerdere signalen mogelijk Snelheid Richting Nulpunt of markeerpuls

etc

Het bakfiets principe

Accelereren Aanloopkoppel (piekkoppel) Bedrijfkoppel Decelereren Remkoppel

Eigenschappen vaneen servosysteem

Massatraagheidsmoment (inertia) J in kgm2

Acceleratie- en deceleratietijd t in seconden Benodigd koppel Τ in Nm De reductie overbrenging i in aantal stappen Asbelasting M in Nm

Massatraagheidsmoment(Inertia)

Stel: Beide voorwerpen hebben een massa van 125 kg

Massatraagheid A = ½ x m x r2 = ½ x 125 kg x (0,5 m)2 = 15,6 kgm2

Massatraagheid B = ½ x m x r2 = ½ x 125 kg x (0,25 m)2 = 3,9 kgm2

Aandrijfschijf A Aandrijfschijf B

100 cm 50 cm

2 cm

8 cm

Acceleratie en deceleratie

Piekkoppel Tp = Taandrijf + Tversnelling

n = aantal omwentelingen per minuut

J = massatraagheidsmoment in kgm2

ta = aanlooptijd of versnellingstijd in sec

Taandrijf = Koppel dat de wrijving overwint (Nm)

Tversnelling =2 x π x n x J

(Nm)60 x ta

Voorbeeld piekkoppel

Stel: Een servosysteem moet in een aanlooptijd ta = 2,1 sec

een totale massatraagheid J = 0,05 kgm2 versnellen van

0 omw/min naar 2000 omw/min. Het aandrijfkoppel Ta is 1,5 Nm

Wat is het piekkoppel Tp?

Tversnelling =2 x π x n x J

=2 x 3,14 x 2000 x 0,05

= 5 Nm60 x ta 60 x 2,1

Tp = Ta + Tv = 1,5 + 5 = 6,5 Nm

Tpiek = Taandrijf + Tversnelling

Effectief koppel

Acceleratie

In bedrijf

Deceleratie

ttotaal

t1 t3t2

t sec

T Nm

1

2

3

4

5

6

-4

-3

-2

-1

0

1 3 4 9 105 11 12 132 76 8 14 1615 17

Effectief koppel

Het effectieve koppel Trms van de servomotor berekenenwe met de volgende formule:

T1 = koppel gedurende de tijd t1;

T2 = koppel gedurende de tijd t2

T3 = koppel gedurende de tijd t3

Trms =T1

2 x t1 + T22 x t2 + T3

2 x t3

ttotaal

Voorbeeld effectief koppel

Stel: Een servosysteem heeft een koppelprofiel zoals

afgebeeld in de grafiek.

Wat is het effectieve koppel Trms?

ttotaal

T12 x t1 + T2

2 x t2 + T32 x t3Trms =

14 = 3,34 Nm

6,52 x 2 + 1,52 x 4 + -3,52 x 2Trms =

Reductor

Omzetten toerental en koppel Uitgaande as draait x maal trager Positioneren wordt x maal nauwkeuriger

Coaxiaal

PlanetairCyclo

Voorbeeld reductor

Stel: Het aandrijfkoppel van een servomotor is 6 Nm en

het toerental is 1000 omw/min. De reductieverhouding

is 5:1.

Wat is het toerental en het koppel van de uitgaande as?

Toerental =Toerental

=1000

= 200 omw/mini 5

Koppel = i x T = 5 x 6 = 30 Nm

Reductie mogelijkheden

Naast tandwiel- en cyclokasten zijn er ook

Andere manieren om het toerental te reduceren.

Oplossingen kunnen zijn:Diameter A is 2 maal diameter B

4 omwentelingen van B is 1 omwenteling van AVerhouding i = 4 : 1

Snaar- of tandriemaandrijvingen

Overbrengverhouding is afhankelijk van de spoed van

de spindel

Spindelaandrijvingen

Verhouding tussenmassatraagheid aandrijvingen : last

Bij een servo-aandrijving moet er tussen de massatraagheid

van de aandrijving (plus eventuele reductiekast) en de last een

bepaalde verhouding bestaan, afhankelijk van de toepassing.

1 : 1 Extreem hoog dynamisch gedrag (Ultra-low inertia)

Robots, ponsapparaten etc 1 : 5 Middel dynamisch gedrag (Low inertia)

Verpakkings- en bewerkingsmachines 1 : 10 Laag dynamisch gedrag (Medium/flat inertia)

Handling van delicate producten zoals planten etc

Asbelasting

Radiale belasting

De kracht die loodrecht op de as staat

Axiale belasting

De kracht die in de lengterichting van de as optreedt

Bij het overschrijden van één van deze maxima zal beschadiging optreden.

Radiale belasting

Axiale belastingAs

Vragen?

Plain Talk Practical Solutions