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Como os servomotores funcionam

Como funciona um servomotor? Um servomotor é um dispositivo eletromecânico que produz torque e velocidade com base na corrente e na tensão fornecidas. Um servomotor funciona como parte de um sistema de malha fechada, fornecendo o torque e a velocidade comandados por um servocontrolador e utilizando um dispositivo de feedback para fechar a malha de controle. O dispositivo de feedback fornece informações como corrente, velocidade ou posição para o servocontrolador, que ajusta a ação do motor de acordo com os parâmetros comandados.

Os servomotores estão disponíveis em uma ampla variedade de tipos, formas e tamanhos. O termo "servo" foi usado pela primeira vez em 1859 por Joseph Facort, que implementou um mecanismo de feedback que ajuda a conduzir uma embarcação com vapor para controlar os lemes. Um servomotor faz parte de um servomecanismo que consiste em três elementos principais: motor, dispositivo de feedback e componentes eletrônicos de controle. O motor pode ser CA ou CC, com ou sem escova, giratório ou linear e de qualquer tamanho. O dispositivo de feedback pode ser um potenciômetro, dispositivo de efeito Hall, tacômetro, resolver, encoder, transdutor linear ou qualquer outro sensor apropriado. Os componentes eletrônicos de controle completam o sistema de servo, alimentam o motor e comparam os dados de feedback à referência de comando, verificando se o servomotor está operando conforme os comandos dados. Existem diversos tipos de aplicações de servomotores, que variam de simples motores CC utilizados desde aplicações de aeromodelismo até sofisticados motores sem escova, que são acionados por complexos controladores de motion utilizados para centros de usinagem com muitos eixos. Um exemplo de servomecanismo comum é o piloto automático de um veículo, que consiste em uma máquina (o motor), um sensor de velocidade (feedback) e componentes eletrônicos que comparam a velocidade do veículo à velocidade configurada. Quando o veículo desacelera, o sensor envia esses dados para os componentes eletrônicos que, por sua vez, fornecem mais combustível ao motor, a fim de aumentar a velocidade até o ponto de ajuste desejado: um simples sistema de malha fechada.

Um servomotor industrial simples consiste em um motor DC magnético permanente com um tacômetro integrado que fornece uma tensão de saída proporcional à velocidade. Os componentes eletrônicos do drive entregam a tensão e a corrente necessárias ao motor, com base na tensão alimentada pelo tacômetro. Neste exemplo, a velocidade comandada (representada como uma tensão de referência do comando) é definida no drive, em seguida, o circuito do drive compara a tensão de feedback do tacômetro e determina se a velocidade desejada foi alcançada: uma malha de controle fechada de velocidade. A malha de controle de velocidade monitora a velocidade comandada e o feedback do tacômetro, enquanto o drive ajusta a potência do motor a fim de manter a velocidade comandada desejada.

Em um sistema servo mais sofisticado, várias malhas de controle incorporadas são ajustadas para desempenho ideal a fim de fornecer controle de Motion de precisão. O sistema consiste em loops de posição, de corrente e de velocidade, que utilizam elementos de feedback preciso. Cada malha de controle sinaliza a malha subsequente e monitora os elementos de feedback apropriados, no intuito de fazer correções em tempo real para casar os parâmetros comandados.

A malha de controle de base é a malha de torque ou de corrente. A corrente é proporcional ao torque em um motor rotativo (ou à força em um motor linear), que fornece aceleração ou empuxo. Um sensor de corrente é o dispositivo que fornece feedback relacionado à corrente que atravessa o motor. O sensor envia um sinal de volta aos componentes eletrônicos de controle, geralmente um sinal analógico ou digital proporcional à corrente do motor. Esse sinal é subtraído do sinal comandado. Quando o servomotor está na corrente comandada, a malha de controle será atendida até que a corrente caia a um nível inferior à corrente comandada. Em seguida, a malha de controle aumentará a corrente até que a corrente comandada seja atingida, e o ciclo continua com taxas de atualização de frações de segundos.

A malha de controle de velocidade funciona da mesma forma com tensão proporcional à velocidade. A malha de controle de velocidade envia à malha de controle de corrente o comando de elevar a corrente (aumentando a tensão) quando a velocidade cai a um nível inferior à velocidade comandada.

A malha de posição aceita um comando para um PLC ou controlador de Motion que, por sua vez, fornece um comando de velocidade que é enviado à malha de controle de velocidade. A malha de velocidade comanda a corrente necessária para acelerar, manter e desacelerar o motor a fim de mover-se até a posição comandada. Todas essas três malhas de controle funcionam em uma sincronia otimizada para fornecer controle suave e preciso ao servomecanismo.

Sobre o Autor

Kollmorgen Experts

Esse blog foi um esforço colaborativo do time de motion e dos experts em automação na Kollmorgen, incluindo especialistas da engenharia, atendimento ao cliente e de desenvolvimento de projetos. Sempre que você começar um projeto, estamos aqui para ajudá-lo.

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