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Come funzionano i servomotori

26 Ott 2020
Esperti di Kollmorgen

Come funziona un servomotore? Un servomotore è un dispositivo elettromeccanico che produce coppia e velocità sulla base della corrente e della tensione fornite. Un servomotore è una parte di un sistema ad anello chiuso che fornisce coppia e velocità in funzione di un comando proveniente da un servocontroller che utilizza un dispositivo di retroazione per chiudere l'anello. Il dispositivo di retroazione fornisce informazioni quali corrente, velocità o posizione al servocontroller, che regola l'azione del motore in base ai parametri inviati con comando.

I servomotori sono disponibili in un'ampia gamma di tipi, forme e dimensioni. Il termine "servo" è stato usato per la prima volta nel 1859 da Joseph Facort, che aveva realizzato un meccanismo di retroazione per assistere le operazioni di sterzata di una nave a vapore controllandone i timoni. Un servomotore fa parte di un servomeccanismo formato da tre elementi chiave, ossia un motore, un dispositivo di retroazione e componenti elettronici di controllo. Il motore può essere CA o CC, con spazzole o brushless, rotativo o lineare, e di qualsiasi dimensione. Il dispositivo di retroazione può essere un potenziometro, un dispositivo con effetto Hall, un contagiri, un resolver, un encoder, un trasduttore lineare o qualsiasi altro sensore adatto. Completa il servosistema la parte elettronica di controllo che alimenta il motore e confronta i dati di retroazione e i riferimenti dei comandi per verificare se il servomotore funziona secondo i comandi inviati. Esistono diversi tipi di applicazioni di servomotore, dai semplici motori CC usati nel settore dell'hobbistica (come i modellini degli aeroplani) a sofisticati motori brushless azionati da complessi sistemi di motion control impiegati per centri di lavorazione multiasse. Un esempio di servomeccanismo comune è il cruise control dei veicoli che è formato da un propulsore (motore), un sensore di velocità (retroazione) e dalla parte elettronica per confrontare la velocità del veicolo con la velocità impostata. Se il veicolo rallenta, il sensore invia questi dati alla parte elettronica che, a propria volta, aumenta il gas nel motore per accelerare fino alla velocità desiderata impostata: un semplice sistema ad anello chiuso.

Un semplice servomotore industriale è costituito da un motore CC a magneti permanenti con un tachimetro integrale che fornisce una tensione in uscita proporzionale alla velocità. L'elettronica dell'azionamento garantisce la tensione e la corrente necessarie al motore sulla base della tensione riconvogliata dal tacometro. In questo esempio, nell'azionamento viene impostata una determinata velocità (rappresentata come un comando di tensione di riferimento), il circuito nell'azionamento confronta quindi la tensione di retroazione e stabilisce se è stata raggiunta la velocità desiderata: questo sistema è noto come anello di velocità chiuso. L'anello di velocità controlla la velocità desiderata e la retroazione del tacometro, e l'azionamento regola l'alimentazione inviata al motore per mantenere la velocità impostata desiderata.

In un sistema servomotore più sofisticato, vengono messi a punto anelli multipli integrati per prestazioni ottimali e per fornire la precisione del motion control. Il sistema è formato da anelli di corrente, velocità e posizione che utilizzano elementi di retroazione di precisione. Ogni anello segnala l'anello successivo e controlla gli opportuni elementi di retroazione per effettuare correzioni in tempo reale in modo da soddisfare i parametri desiderati.

 

L'anello di base è l'anello della corrente o della coppia. La corrente è proporzionale alla coppia in un motore rotativo (o alla forza in un motore lineare), che fornisce accelerazione o spinta. Un sensore di corrente è il dispositivo che fornisce retroazioni relative alla corrente che fluisce attraverso il motore. Il sensore invia un segnale alla parte elettronica di controllo, di norma un segnale analogico o digitale proporzionale alla corrente del motore. Il segnale viene sottratto dal segnale impartito. Quando il servomotore raggiunge la corrente desiderata, le condizioni dell'anello saranno soddisfatte fintantoché la corrente non scende al di sotto del livello impostato. L'anello aumenterà quindi la corrente fino a raggiungere il valore desiderato, mentre il ciclo prosegue a frequenze di aggiornamenti in frazioni di secondi.

Il funzionamento dell'anello di velocità è analogo con la tensione proporzionale alla velocità. L'anello di velocità invia all'anello di corrente un comando per aumentare la corrente (aumentando quindi la tensione) quando la velocità scende al di sotto del livello desiderato.

L'anello di posizione accetta un comando da un PLC o da un'unità di controllo di movimento, che, a propria volta, fornisce un comando di velocità inviato all'anello di velocità che, a propria volta, invia il comando per la corrente necessaria per accelerare, mantenere e decelerare il motore affinché si sposti alla posizione desiderata. Tutti e tre gli anelli funzionano in sincronia ottimizzata per fornire un controllo assolutamente ineccepibile e preciso del servomeccanismo.

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Questo blog è il risultato della collaborazione di un team di esperti di motion & automation in Kollmorgen, tra cui ingegneri, addetti al servizio clienti ed esperti di progettazione. In qualsiasi fase del vostro progetto vi troviate, noi siamo qui per aiutarvi.

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