Servomechanismen oder -motoren sind integraler Bestandteil von automatische Kontrollsystemedie sich im Allgemeinen in zwei Kategorien einteilen lassen:
Open-Loop-DesignsHierbei handelt es sich um EIN-AUS-Systeme, wie z. B. Heizungen und Klimaanlagen, die auf der Grundlage einer kontrollierten Differenz (Totzone) zwischen dem Ein- und Ausschaltpunkt arbeiten.
Geschlossene RegelkreiseDiese Systeme arbeiten kontinuierlich, ähnlich wie Tempomaten in Autos, und enthalten Sensoren, die Echtzeitinformationen an ein Steuergerät liefern. Diese Rückmeldung minimiert die Abweichung zwischen Sollwert und Istwert.
Ein Servomechanismus (eine Art geschlossenes Regelsystem) kann als Ein-Aus-Regelung mit stark reduzierter Totzone betrachtet werden. Diese minimierte Totzone ermöglicht kontinuierliche Anpassungen und Korrekturen, wodurch Echtzeitvergleiche der Rückkopplungsdaten (z. B. Ist-Temperatur) mit dem Sollwert (z. B. Zieltemperatur) möglich sind. Diese Vergleiche optimieren den Prozess.
In jedem Regelzyklus vergleicht der Regler Echtzeitdaten mit dem Sollwert und nimmt systematische Korrekturen vor, um den Prozess zu optimieren. Diese Korrekturen werden typischerweise durch gesteuerte Aktuatoren umgesetzt, wie zum Beispiel … pneumatische oder hydraulische Systeme, Elektromotoren oder andere Mechanismen. Diese Aktuatoren werden im allgemeinen Sprachgebrauch oft als Servos bezeichnet.
Ein Servoregler mit geschlossenem Regelkreis minimiert mithilfe von Rückkopplungssensoren kontinuierlich die Abweichung zwischen Sollwert und Messwert. Beispielsweise ändert sich in einem Bewegungssystem wie einem Linearantrieb die Sollgeschwindigkeit dynamisch aufgrund von Beschleunigungen, Verzögerungen, Laststörungen und anderen Faktoren. Um eine optimale Leistung zu erzielen, verwendet der Regler in jedem Regelkreis eine PID-Regelung (Proportional-Integral-Differential-Regelung).
Betrachten wir ein vereinfachtes geschlossenes Geschwindigkeitsregelungssystem, wie beispielsweise den Tempomat in einem Auto. Der Fahrer stellt eine Zielgeschwindigkeit (Sollwert) ein, und das System funktioniert wie folgt:
Wenn das Auto langsamer wirdEs wurde ein positiver Fehler (Differenz zwischen Soll- und Ist-Geschwindigkeit) festgestellt. Der Servoregler gibt dem Motor das Signal, die Leistung zu erhöhen, wodurch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs steigt, bis der Fehler behoben ist.
Wenn das Auto beschleunigtBei einem negativen Fehler (die tatsächliche Geschwindigkeit überschreitet den Sollwert) reduziert der Regler die Motorleistung und bremst das Fahrzeug ab, bis der Fehler verschwindet.
Dieses System nutzt kontinuierliches Feedback, um die Fahrzeuggeschwindigkeit anzupassen und die gewünschte Geschwindigkeit beizubehalten. Mithilfe zusätzlicher Sensoren kann es sich an äußere Bedingungen anpassen, beispielsweise durch das Einhalten eines sicheren Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug (adaptiver Tempomat). Weiterentwicklungen integrieren die Positionsüberwachung per Kamera oder GPS und ermöglichen so einen Spurhalteassistenten und potenziell autonomes Fahren.
Servomechanismen sind bekannt für ihre Fähigkeit, Position, Geschwindigkeit oder Drehmoment (bzw. Kraft) präzise zu steuern. Zu ihren wichtigsten Merkmalen gehören:
Echtzeit-FeedbackServosysteme nutzen Rückkopplung, um Störungen, Laständerungen und Befehlsänderungen automatisch auszugleichen.
EnergieeffizienzSie verbrauchen nur die Energie, die zur Ausführung der befohlenen Aktion erforderlich ist.
BetriebsartenServos können im Strom-/Drehmomentmodus (Stromregelkreis), im Geschwindigkeitsmodus (Geschwindigkeitsregelkreis) oder im Positionsmodus (Positionsregelkreis) betrieben werden. Jeder Modus beinhaltet innere Regelkreise für eine präzisere Steuerung.
Kontinuierliche AnpassungenServosysteme nehmen kleine Anpassungen um Sollwerte vor, wie zum Beispiel Hin- und Herbewegungen bei der Geschwindigkeitsregelung oder geringfügige Positionsanpassungen bei der Positionsregelung.
StörungsbehebungInnerhalb ihrer Betriebsgrenzen gleichen Servomechanismen Störungen aus und erhalten die Systemstabilität aufrecht.
Wenn ein Servomechanismus an oder über seine physikalischen Grenzen hinaus arbeitet, kann er seine Fähigkeit verlieren, als echter Servo zu funktionieren. Servosystem. Zum Beispiel:
Der Betrieb im Sättigungszustand schränkt die Fähigkeit ein, notwendige Korrekturen vorzunehmen.
Nicht-normale Betriebsarten, wie z. B. das Halten einer Position unter Last, erfordern eine sorgfältige Dimensionierung des Servosystems (einschließlich Motor und Antrieb).
Das Verständnis und die Berücksichtigung dieser Grenzen bei der Konstruktion gewährleisten, dass Servomechanismen zuverlässig funktionieren und in anspruchsvollen Anwendungen die gewünschten Ergebnisse erzielen.
