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Wie funktioniert ein Servoantrieb?

01 Dez 2020
Kollmorgen Experten

Ein Servoantrieb ist ein elektronisches Gerät, das Teil eines geschlossenen Regelkreises ist, in dem Strom und Spannung zum Antrieb eines Servomotors erzeugt werden. Der geschlossene Regelkreis umfasst Servoantrieb, Servomotor und Feedbacksystem, und wird über ein Analog- oder Digitalsignal gesteuert.

Servoantriebe sind mit verschiedenen Spannungs- und Stromnennwerten erhältlich und bieten Positions-, Drehzahl- und/oder Drehmomentregelung an. Eine große Auswahl an unterschiedlichen Servomotortypen wird mit Servoantrieben gesteuert, wie z. B. Wechsel- oder Gleichstrommotoren, Bürsten- oder bürstenlose Motoren und rotierende oder Linearmotoren. Das Feedbacksystem kann ein Potenziometer, Hall-Effekte, ein Tachometer, Resolver, Encoder, linearer Wandler oder ein beliebiger anderer Sensor sein. Der Servoantrieb versorgt den Motor mit Spannung und vergleicht die Feedbackdaten und die Sollreferenz, um zu prüfen, ob der Servomotor wie vorgesehen arbeitet. Das Sollsignal wird über zahlreiche Quellen bereitgestellt, meistens jedoch über eine PLC- bzw. CNC-Steuerung oder eine Bewegungssteuerung.

Ein Servoantrieb besteht aus zwei Hauptkomponenten, einer Leistungsstufe und Regelschleifen, die alle Servoantriebe gemeinsam haben. Die Antriebsleistungsstufe startet mit der Eingangsleistung aus einer Wechselstrom- oder Gleichstromquelle und nutzt Transistoren in einer H-Brücken-Konfiguration, um den Servomotor mit Strom zu versorgen. Die Transistoren dienen als Schalter, um den Strom- und Spannungsdurchfluss durch den Servomotor in beide Richtungen zu erleichtern, wobei Vor- oder Rücklauf sichergestellt wird.

Die Regelschleifen gewährleisten eine Proportionalsteuerung des Motors auf der Basis eines Eingangssollsignals. Ein einfacher Servoantrieb kann eine einzelne Regelschleife zur Drehmomentregelung enthalten. Bei komplexeren Servoantrieben wird eine Drehzahlschleife und unter Umständen auch eine Positionsschleife hinzugefügt. Bei einem kompletten Servoantriebssystem wird ein gewünschtes Bewegungsprofil durch ein Digitalsignal einer Bewegungssteuerung gesteuert, wobei alle drei Regelschleifen zum Einsatz kommen, die für optimale Leistung optimiert werden. Jede Schleife signalisiert die nachfolgende Schleife und überwacht die entsprechenden Feedbackelemente, um Echtzeitkorrekturen zur Anpassung an die Sollparameter vorzunehmen.

 

Servoantriebe sind als ASIC-Chips erhältlich, die ein Entwicklungsingenieur für elektronische Systeme in eine kundenspezifische Steuerungsplattform oder als anschlussfertige Box-Build-Einheiten integrieren kann. Zudem sind Servoantriebe als Komplettpaket erhältlich, und zwar als direkt in die Bewegungssteuerung integrierte Komponenten mit umfangreichen I/Os- und Sicherheitselementen.

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