หลักการทำงานของ servo ฉบับ 101

หลักการทำงานของ servo ฉบับ 101

servo ในทางวิศวกรรมเป็นการควบคุมการขับเคลื่อน (servomechanism) คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับควบคุมมอเตอร์หรือระบบขับเคลื่อนต่าง ๆ ด้วยการตรวจสอบสัญญาณจากระบบขับเคลื่อนและปรับค่าให้ถูกต้องตามที่กำหนดไว้อย่างต่อเนื่อง โดยปกติระบบ servo จะตรวจสอบข้อผิดพลาดจากสัญญาณตอบกลับเช่น ตำแหน่งทางกล ความเร็วหรือค่าผิดพลาดอื่น ๆ เช่น ข้อผิดพลาดจากระบบหน้าต่างของรถยนต์อาจไม่ได้รวมอยู่ในระบบขับเคลื่อน (none servomechanism)หรือระบบควบคุมเรือซึ่งใช้การควบคุมแบบปิด (close-loop feedback) ถือว่าอยู่ในระบบขับเคลื่อนได้

servo system diagram
servo system concept

 

หลักการทำงานของระบบเซอร์โว

servo motor มีหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลนั่นคือการหมุน เซอร์โวมอเตอร์ที่ดีควรจะมีคือ

  • อัตราเร่ง
  • ตอบสนองรวดเร็ว
  • ใช้ความถี่ในการควบคุมได้กว้าง
  • ความเร็วคงที่
  • มีความทนทานต่อทุกสภาวะ

servo drive (servo control amplifier) ทำหน้าที่ในการส่งพลังงานไปให้ servo motor เพื่อให้มอเตอร์หมุนตามคำสั่ง โดยแบ่งตามการควบคุมคือ

  • ควบคุมด้วย SCR  (scr control)
  • ควบคุมด้วยสัญญาณพัลซ์ (pulse width control)

programmable control and positioner ทำหน้าที่ในการควบคุมสัญญานไปยังตัว servo drive เพื่อขยายสัญญาณและส่งให้มอเตอร์หมุนไปยังตำแหน่งที่ระบุไว้

การนำ servo ไปใช้งาน

ควบคุมตำแหน่ง (Position control)

Servo ทั่วไปใช้สำหรับการควบคุมไฟฟ้า ไฮดรอลิกส์ หรือนิวเมติก โดยทำงานอาศัยพื้นฐานการป้อนกลับแบบลบ  คือตำแหน่งอินพุตเทียบกับตำแหน่งที่แท้จริงของระบบเครื่องกล ที่วัดได้โดยตัวแปลงสัญญาณต่าง ๆ แล้วหาค่าความแตกต่างระหว่างค่าจริงและค่าที่ต้องการ (เรียกว่าสัญญาณผิดพลาด Error signal) เมื่อได้ค่านี้แล้วก็ทำการขยายหรือแปลงเพื่อใช้ขับเคลื่อนระบบในตำแหน่งที่ต้องการ เพื่อลดหรือขจัดข้อผิดพลาด ขั้นตอนนี้เป็นทฤษฎีการควบคุมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย servo ทั่วไปจะให้ผลลัพธ์เชิงมุม (angular)  หรือเชิงเส้น (linear output)

ควบคุมความเร็ว (Speed control)

การควบคุมความเร็วเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของระบบ servo เครื่องจักรไอน้ำใช้ระบบนี้ ในสมัยก่อนคือการควบคุมกังกหันน้ำ ก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง ใบพัดความเร็วคงที่ได้รับการพัฒนาเพื่อควบคุมความเร็วของเครื่องบิน การควบคุมน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์กังหันแก๊ส ในระบบไฮดรอลิกส์ และระบบอิเล็กทรอนิกส์

servo ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในการควบคุมการดับไฟของทหาร การนำทางทางทะเล ในปัจจุบันใช้ในระบบอัตโนมัติเช่น เสาอากาศดาวเทียมติดตามเครื่องบินควบคุมระยะไกล ระบบนำทางอัตโนมัติบนเรือและเครื่องบิน ระบบควบคุมปืนกล ตัวอย่างอื่น ๆ เช่น ระบบ fly-by-wire ในเครื่องบินใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมเซอร์โวเพื่อบังคับการบินแทนระบบเดิมทำให้การบินมีความปลอดภัยมากขึ้น การควบคุมรถบังคับวิทยุซึ่งใช้เซอร์โวในการควบคุม กล้องออโต้โฟกัสยังคงใช้ระบบเซอร์โวเพื่อปรับเลนส์ให้คมชัดและแม่นยำ ฮาร์ดดิสไดรฟ์มีระบบเซอร์โวแบบแม่เหล็กที่มีความแม่นยำในระดับไมโครเมตร และถูกใช้งานในระบบที่มีการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนและอื่น ๆ อีกมากมาย

ประเภทของ servo แยกตามระบบของการป้อนกลับ คือ

Type 0 : ภายใต้สภาวะคงที่จะให้สัญญาณเอาท์พุทผิดพลาดคงที่

Type 1 : ภายใต้สภาวะคงที่จะให้สัญญาณเอาท์พุตพร้อมกับสัญญาณเอาท์พุทผิดพลาด แต่จะเปลี่ยนแปลงตามสัญญาณข้อมูลที่อ้างอิงไว้

Type 2 : ภายใต้สภาวะคงที่จะให้สัญญาณเอาท์พุตพร้อมกับสัญญาณเอาท์พุทผิดพลาด แต่ค่าคงที่จะถูกเปรียบเทียบกับค่าที่ติดตามไว้

 

แหล่งข้อมูลอ้างอิง https://en.wikipedia.org/wiki/Servomechanism