Das Funktionsprinzip des Servomotors

A Servomotorist ein Motor, der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung präzise steuern kann und typischerweise in Anwendungen eingesetzt wird, die eine hochpräzise Bewegungssteuerung erfordern. Er kann als Motor verstanden werden, der dem Befehl des Steuersignals gehorcht: Vor dem Senden des Steuersignals steht der Rotor still; Beim Senden des Steuersignals dreht sich der Rotor sofort; Bei Verlust des Steuersignals kann der Rotor sofort anhalten. Das Funktionsprinzip umfasst ein Steuerungssystem, einen Encoder und eine Rückkopplungsschleife. Im Folgenden wird die Funktionsweise von Servomotoren detailliert erläutert:

Steuerungssystem: Das Steuerungssystem eines Servomotors besteht üblicherweise aus Controller, Treiber und Motor. Der Controller empfängt Steuersignale von außen, wie z. B. Positions- oder Geschwindigkeitsanweisungen, wandelt diese Signale in Strom- oder Spannungssignale um und sendet sie an den Treiber. Der Treiber steuert die Drehung des Motors entsprechend dem Steuersignal, um die gewünschte Position oder Geschwindigkeit zu erreichen.

Encoder: Servomotoren sind üblicherweise mit einem Encoder ausgestattet, der die tatsächliche Position des Motorrotors misst. Der Encoder gibt die Rotorpositionsinformationen an die Steuerung zurück, sodass diese die Position des Motors in Echtzeit überwachen und anpassen kann.

Rückkopplungsschleife: Die Steuerung von Servomotoren arbeitet üblicherweise mit einem geschlossenen Regelkreis. Dieser regelt die Leistung des Motors durch kontinuierliche Messung der Ist-Position und Vergleich mit der Soll-Position. Diese Rückkopplungsschleife stellt sicher, dass Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Motors mit dem Steuersignal übereinstimmen, was eine präzise Bewegungssteuerung ermöglicht.

Regelalgorithmus: Das Regelsystem eines Servomotors verwendet üblicherweise einen PID-Regelalgorithmus (Proportional-Integral-Differential), der die Motorleistung kontinuierlich anpasst, um die tatsächliche Position so nah wie möglich an die gewünschte Position zu bringen. Der PID-Regelalgorithmus kann die Motorleistung basierend auf der Differenz zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Position anpassen, um eine präzise Positionsregelung zu erreichen.

Im praktischen Betrieb steuert der Treiber die Motordrehung, sobald die Steuerung Positions- oder Geschwindigkeitsanweisungen erhält. Gleichzeitig misst der Encoder kontinuierlich die tatsächliche Position des Motorrotors und gibt diese Informationen an die Steuerung zurück. Die Steuerung passt die Motorleistung über den PID-Regelalgorithmus basierend auf den vom Encoder zurückgesendeten Ist-Positionsinformationen so an, dass die Ist-Position möglichst nahe an der Soll-Position liegt.

Das Funktionsprinzip eines Servomotors ist ein geschlossenes Regelsystem, das kontinuierlich die Ist-Position misst, mit der Soll-Position vergleicht und die Motorleistung entsprechend der Differenz anpasst, um eine präzise Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsregelung zu erreichen. Daher werden Servomotoren häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hochpräzise Bewegungssteuerung erfordern, wie z. B. CNC-Werkzeugmaschinen, Robotern, Automatisierungsgeräten und anderen Bereichen.