Servo Motor คืออะไร

Servo Motor เป็นมอเตอร์ที่มีการควบคุมการเคลื่อนที่ของมัน (State) ไม่ว่าจะเป็น ระยะ ความเร็ว มุมการหมุนโดยใช้การควบคุมแบบป้อนกลับ (Feedback Control) เป็นอุปกรณ์ที่สามารถควบคุมเครื่องจักรกล หรือระบบการทำงานนั้นๆ ให้เป็นไปตามความต้องการ ด้วยการตรวจสอบสัญญาณจากระบบขับเคลื่อนและปรับค่าให้ถูกต้องตามที่กำหนดไว้อย่างต่อเนื่อง โดยปกติระบบ servo จะตรวจสอบข้อผิดพลาดจากสัญญาณตอบกลับเช่น ตำแหน่งทางกล ความเร็วหรือค่าผิดพลาดอื่น ๆ เช่น ข้อผิดพลาดจากระบบหน้าต่างของรถยนต์อาจไม่ได้รวมอยู่ในระบบขับเคลื่อน (none servomechanism)หรือระบบควบคุมเรือซึ่งใช้การควบคุมแบบปิด (close-loop feedback) ถือว่าอยู่ในระบบขับเคลื่อนได้เช่น ควบคุมความเร็ว (Speed), ควบคุมแรงบิด(Torque), ควบคุมแรงตำแหน่ง(Position), ระยะทางในการเคลื่อนที่(หมุน) (Position Control) ของตัวมอเตอร์ได้ ซึ่งมอเตอร์ทั่วไปไม่สามารถควบคุมระยะเบื้องต้นได้ โดยให้ผลลัพธ์ความต้องการที่มีความแม่นยำสูง ขนาดของมอเตอร์จะมีหน่วยในการบอกขนาดเป็นวัตต์ (Watt)

ประเภทของเซอร์โวมอเตอร์

จะพบว่า DC Servo Motor มีการใช้เครื่องจักรอุตสาหกรรมมากกว่า AC Servo Motor เนื่องจากช่วงที่ผ่านมาการควบคุมกระแสสูงๆ นั้น จะต้องใช้ SCRs แต่ปัจจุบันทรานซิสเตอร์ได้พัฒนาขีดความสามารถให้ตัดต่อกระแสสูงและใช้งานได้ที่ความถี่สูงขึ้น จึงทำให้ระบบเอซีเซอร์โวได้ถูกนำมาใช้งานมากขึ้น ซึ่งสามารถแยกประเภทของเซอร์โวได้ดังนี้

มอเตอร์ชนิดที่มีแปรงถ่าน เซอร์โวมอเตอร์ชนิดนี้ที่สเตเตอร์จะเป็นแม่เหล็กถาวร ส่วนโรเตอร์ยังใช้แปรงถ่านและคอมมิวเตอร์เรียงกระแสเข้าสู่ขดลวดอาร์มาเจอร์ เหมือนกับดีซีมอเตอร์ทั่วไป
เซอร์โวมอเตอร์ชนิดที่ไม่มีแปรงถ่าน

เซอร์โวมอเตอร์ในกลุ่มนี้ประกอบด้วยดีซีเซอร์โว (DC Brushless Servo โรเตอร์ทำด้วยแม่เหล็กถาวร) (AC Servo) ซึ่งมีทั้งแบบซิงโครนัสเซอร์โว (การนำอินดักชั่นมาใช้ทำเป็นระบบขับเคลื่อนเวอร์โวมอเตอร์) และ สเตปปิ้งเซอร์โวมอเตอร์

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