Сервоприводы-ликбез

Текущая версия на 07:52, 10 мая 2025

Рулевая машинка---автор Книжников ВВ

Рулевая машинка(сервопривод) со следящей системой на электроприводе ---это механический аналог мышцы совершающую работу.

Задача рм обеспечить большое усилие при малом перемещении пропорционально с длительностью импульса. Удельная механическая мощность рулевых машинок не превышает всего 100 вт/кг массы и КПД=50% для хоббийных с коллекторными моторчиками и 150вт/кг для профессиональных с бесколлекторными![1]

Электрический сервопривод или по-русски рулевая машинка состоит из электромотора с понижающим редуктором 1 к (200--1000) раз и платой управления на следящей системе обычно на электрических потенциометрах или датчиках холла плюс корпус с кабанчиком. Сервоприводы условно делятся на аналоговые, цифровые и специализированные:

1) аналоговые рм обычно управляются PWM(ШИМ) сигналом частотой в 40--60Гц и длительностью импульса 1.5 миллисекунды плюс минус 0.5мс при напряжении питания (4--6)В и скважностью (20--30)мс-----коллекторный эд с редуктором на самосмазывающихся пластмассовых шестерёнках в 4 ступени, электронная плата управления на четырёх кремниевых транзисторах включенных по мостовой схеме и потенциометр обратной связи посаженный прямо на выходной вал. Стандартный угол поворота вала плюс-минус 45 градусов. Достаточная точность отработки поворота и недорогая цена рм популярны в среде хобби и экспериментаторов.

2) цифровые рм могут управляться сбас протоколом с частотой до 400Гц, полностью программируемые, где можно выставить расход по углу поворота плюс-минус (15--90)гр, скорость перекладки (0.1--3)сек/60гр! Бесколлекторный эд с цифровым драйвером на полевиках и редуктором на металлических и карбоновых шестерёнках на подшипниках в 5 ступеней, с высокоточным бесконтактным датчиком положения вала, герметичный металлический корпус с радиатором охлаждения. Расширенный диапазон питания (4--8)В и гибкие настройки цифры против аналога популярны у профессионалов и спортсменов. Высокая точность отработки угла поворота, большая выходная мощность на валу и повышенный ресурс на порядок оправдывает высокую цену цифровой рм, которая может быть дороже аналоговой в (3--4) раза при том же формакоре.

3) специализированные рм-----

сверхбыстрые 0.05с для автомата перекоса вертолёта и для гонок,

сверхсильные до 40 кгсм для рулевой колонки авто и гигантских моделей,

с поворотом +- 180 гр для манипуляторов и андройдов

глубоководные до 100м для подводных дронов!

Масса, момент и время перекладки рм всегда указаны производителем в инструкции или на упаковке.

Рэл=UI=Мw/КПД=2 М(Нм) х 6.28 х 1/6 /время (сек)=2 х 0.1 М (кгсм)/время= М(кгсм)/5(время перекладки на 60гр)!

Потребляемая мощность рулевой машинки под рабочей нагрузкой приближённо рассчитывается, как момент в кг х см деленный на 5 периодов времени поворота на 60 гр----например 1.5 кгсм делить на 5 и на 0.15 секунды получаем 2 ватт потребляемой электрической с учётом полного КПД=50% рм----тогда при напряжении в 5В сила тока всего 0.4А----- получается что линейный стабилизатор типа крен на 1А с запасом хватит на пару рм и ещё на приёмник ру.

Максимальный пиковый момент силы при защемлённом редукторе в полтора-два раза больше выходного или оперативного момента ---но этот режим не используют во избежании среза зубов шестерёнок или выгорания обмоток электромотора(ток короткого замыкания).

Принцип подбора момента серво привода для воздушных рулей эмпирически прост----- момент силы в  1кг см равен площади рулевого сегмента в 1дм2!

то есть при усилии 12кг см площадь воздушного руля не должна превышать 12 дм2 для скоростей полёта до 30 м/с или 110 км в час при условии соотношение радиусов плеч 1 к (3--4) то есть у рм плечо кабанчика короче плеча качалки на руле в ТРИ-ЧЕТЫРЕ раза, чтобы максимальный угол отклонения руля от нейтрали не превышал +-(12--15)гр при полном повороте кабанчика на серво +-(45--60) градусов.

Внимание-----сервы нельзя параллелить на работу одного рычага типа увеличить суммарный момент, но можно применять разрезные рули--дублирование!

смотри статью "механика-ликбез"