Aktuelles Modell·Geregelte Maschinen

Servomotor

Sehen Sie, wie ein Regelkreis den Rotor auf der Solldrehzahl hält — und wie der Schleppfehler mit der Drehzahl wächst, bis Sie die Verstärkung erhöhen.
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Betriebsversuch

Geschwindigkeits- und Strömungskurven

Beobachten Sie den Übergang des Motors vom Anlauf zum stabilen Zustand im Laufe der Zeit.

0075031.50052.25083.000100 S4 S8 S11 S15 SDie Messungen werden hier angezeigt, wenn Sie das Experiment starten

Was ist ein Servomotor?

Funktionsprinzip

Ein Servomotor ist weniger eine eigene Maschinenart als ein vollständiges geregeltes Paket: ein Motor, ein Lage- oder Drehzahlgeber und ein Regler, der Sollwert und Istwert fortlaufend vergleicht. Der Regler speist so viel Strom ein, wie nötig ist, um diese Abweichung auf null zu bringen. Moderne Industrieservos nutzen meist einen Permanentmagnet-Synchronmotor mit hochauflösendem Geber, während Modellbauservos aus einem kleinen Bürsten-Gleichstrommotor, einem Getriebe und einem Potentiometer bestehen.

Der Regelkreis

Der Regelkreis unterscheidet den Servo vom gewöhnlichen Motor. Lage, Drehzahl und Strom werden üblicherweise in verschachtelten Kreisen geregelt, wobei der Stromkreis der schnellste und der Lageregelkreis der langsamste ist. Weil der Regler die tatsächliche Wellenlage sieht, gleicht er Laststörungen, Reibung und Fertigungstoleranzen selbsttätig aus. Ein Schrittmotor nimmt schlicht an, angekommen zu sein; ein Servo weiß, ob er es ist, und regelt nach, bis er es ist.

Moment, Drehzahl und Dynamik

Ein Servoantrieb kann kurzzeitig das Zwei- bis Dreifache des Dauermoments liefern; das ermöglicht hohe Beschleunigung und kurze Ausregelzeiten. Das Nennmoment steht von null bis zur Eckdrehzahl dauerhaft zur Verfügung, darüber geht der Antrieb in Feldschwächung und tauscht Moment gegen Drehzahl. Die Einstellung der Reglerverstärkungen bestimmt den Kompromiss zwischen Schnelligkeit und Stabilität: zu wenig Verstärkung und die Achse schleppt nach, zu viel und sie überschwingt oder schwingt.

Einsatzgebiete

Servomotoren bewegen alles, was genau, wiederholbar und schnell sein muss: Industrieroboter, CNC-Werkzeugmaschinenachsen, Bestückungsautomaten, Verpackungs- und Drucklinien sowie Kamera-Gimbals. Kleine Modellbauservos mit PWM-Pulsweitenbefehl verstellen Ruder und Robotergelenke. Gegenüber dem Schrittmotor kostet der Servo mehr und muss eingestellt werden, verliert dafür aber keine Schritte, läuft im Stillstand kühler und hält seine Genauigkeit auch bei hoher Drehzahl.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einem Servomotor und einem Schrittmotor?
Ein Servomotor arbeitet im geschlossenen Regelkreis: Ein Geber misst die Wellenposition und der Antrieb korrigiert jede Abweichung, sodass er auch bei hoher Drehzahl volles Moment behält und unter Last keine Position verliert. Ein Schrittmotor läuft ungeregelt und vertraut darauf, dass jeder Schritt erfolgt ist. Schrittmotoren sind günstiger und halten im Stillstand kräftig; Servos sind schneller, ruhiger und effizienter.
Was bedeutet die Geberauflösung bei einem Servomotor?
Die Geberauflösung gibt an, wie viele unterscheidbare Positionen der Geber pro Umdrehung meldet. Ein 17-Bit-Geber liefert 2^17 = 131.072 Impulse pro Umdrehung, etwa 0,003° je Impuls. Höhere Auflösung erlaubt dem Antrieb eine feinere Lage- und Drehzahlregelung bei niedriger Drehzahl, doch mechanisches Spiel und Reglereinstellung begrenzen die reale Genauigkeit.
Was bewirkt die Lagereglerverstärkung in einem Servoantrieb?
Die Lagereglerverstärkung (Kv-Faktor) in 1/s bestimmt, wie stark der Antrieb auf Lageabweichung reagiert. Bei konstanter Drehzahl beträgt der Schleppfehler etwa Drehzahl geteilt durch die Verstärkung; höhere Verstärkung macht die Achse steifer und genauer. Zu hohe Werte führen zu Überschwingen und Schwingungen. Ändern Sie im Simulator Verstärkung und Last und beobachten Sie den Schleppfehler.
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