Servomotore - Servomotor

Servomotore industriale
Il / cilindro grigio è il pennello tipo motore DC . La sezione nero nella parte inferiore contiene il planetario riduttore , e l'oggetto nero sulla parte superiore del motore è la ottico encoder rotativo per retroazione di posizione . Questo è l'attuatore dello sterzo di un grande veicolo robotico.
Servomotori e riduttori industriali, con attacchi flangiati standardizzati per l'intercambiabilità

Un servomotore è un attuatore rotante o attuatore lineare che consente un controllo preciso della posizione, della velocità e dell'accelerazione angolare o lineare. Consiste in un apposito motore accoppiato ad un sensore per il feedback di posizione. Richiede anche un controller relativamente sofisticato, spesso un modulo dedicato progettato specificamente per l'uso con i servomotori.

I servomotori non sono una classe specifica di motore, sebbene il termine servomotore sia spesso usato per riferirsi a un motore adatto all'uso in un sistema di controllo ad anello chiuso .

I servomotori sono utilizzati in applicazioni quali robotica , macchinari CNC o produzione automatizzata .

Meccanismo

Un servomotore è un servomeccanismo ad anello chiuso che utilizza il feedback di posizione per controllarne il movimento e la posizione finale. L'ingresso al suo controllo è un segnale (analogico o digitale) che rappresenta la posizione comandata per l'albero di uscita.

Il motore è accoppiato con un qualche tipo di encoder di posizione per fornire feedback di posizione e velocità. Nel caso più semplice, viene misurata solo la posizione. La posizione misurata dell'uscita viene confrontata con la posizione di comando, l'ingresso esterno al controller. Se la posizione di uscita differisce da quella richiesta, viene generato un segnale di errore che quindi fa ruotare il motore in entrambe le direzioni, come necessario per portare l'albero di uscita nella posizione appropriata. All'avvicinarsi delle posizioni, il segnale di errore si riduce a zero e il motore si ferma.

I servomotori più semplici utilizzano il rilevamento della sola posizione tramite un potenziometro e il controllo bang-bang del loro motore; il motore gira sempre alla massima velocità (o è fermo). Questo tipo di servomotore non è molto utilizzato nel motion control industriale , ma costituisce la base dei semplici ed economici servo utilizzati per i modelli radiocomandati .

I servomotori più sofisticati utilizzano encoder rotativi ottici per misurare la velocità dell'albero di uscita e un azionamento a velocità variabile per controllare la velocità del motore. Entrambi questi miglioramenti, solitamente in combinazione con un algoritmo di controllo PID , consentono di portare il servomotore nella posizione comandata in modo più rapido e preciso, con minori sovraelongazioni .

Servomotori vs motori passo-passo

I servomotori sono generalmente utilizzati come alternativa ad alte prestazioni al motore passo-passo . I motori passo-passo hanno una certa capacità intrinseca di controllare la posizione, poiché hanno passi di uscita incorporati. Questo spesso consente loro di essere utilizzati come controllo di posizione ad anello aperto, senza alcun encoder di retroazione, poiché il loro segnale di azionamento specifica il numero di passi di movimento da ruotare, ma per questo il controller deve "conoscere" la posizione del motore passo-passo all'accensione. Pertanto, alla prima accensione, il controllore dovrà attivare il motorino passo-passo e ruotarlo in una posizione nota, ad esempio fino a quando non attiva un finecorsa. Questo può essere osservato quando si accende una stampante a getto d' inchiostro ; il controller sposterà il supporto del getto d'inchiostro all'estrema sinistra e all'estrema destra per stabilire le posizioni finali. Un servomotore girerà immediatamente all'angolazione indicata dal controller, indipendentemente dalla posizione iniziale all'accensione.

La mancanza di feedback di un motore passo-passo limita le sue prestazioni, poiché il motore passo-passo può guidare solo un carico che rientra nella sua capacità, altrimenti i passaggi mancati sotto carico possono portare a errori di posizionamento e potrebbe essere necessario riavviare o ricalibrare il sistema. L'encoder e il controller di un servomotore sono un costo aggiuntivo, ma ottimizzano le prestazioni dell'intero sistema (per tutte le velocità, potenza e precisione) rispetto alla capacità del motore di base. Con sistemi più grandi, dove un motore potente rappresenta una proporzione crescente del costo del sistema, i servomotori hanno il vantaggio.

Negli ultimi anni c'è stata una crescente popolarità dei motori passo-passo a circuito chiuso. Si comportano come servomotori ma presentano alcune differenze nel controllo software per ottenere un movimento fluido. Il vantaggio principale di un motore passo-passo a circuito chiuso è il suo costo relativamente basso. Inoltre, non è necessario sintonizzare il controller PID su un sistema stepper ad anello chiuso.

Molte applicazioni, come le macchine per il taglio laser , possono essere offerte in due gamme, la gamma a basso prezzo che utilizza motori passo-passo e la gamma ad alte prestazioni che utilizza servomotori.

Encoder

I primi servomotori sono stati sviluppati con sincro come loro encoder. Molto lavoro è stato fatto con questi sistemi nello sviluppo del radar e dell'artiglieria antiaerea durante la seconda guerra mondiale .

I servomotori semplici possono utilizzare potenziometri resistivi come encoder di posizione. Questi sono utilizzati solo al livello più semplice ed economico e sono in stretta concorrenza con i motori passo-passo. Soffrono di usura e rumore elettrico nella pista del potenziometro. Sebbene sia possibile differenziare elettricamente il loro segnale di posizione per ottenere un segnale di velocità, i controllori PID che possono utilizzare tale segnale di velocità generalmente garantiscono un encoder più preciso.

I servomotori moderni utilizzano encoder rotativi , assoluti o incrementali . Gli encoder assoluti possono determinare la loro posizione all'accensione, ma sono più complicati e costosi. Gli encoder incrementali sono più semplici, economici e funzionano a velocità maggiori. I sistemi incrementali, come i motori passo-passo, spesso combinano la loro capacità intrinseca di misurare gli intervalli di rotazione con un semplice sensore di posizione zero per impostare la loro posizione all'avvio.

Al posto dei servomotori, a volte viene utilizzato un motore con un encoder lineare esterno separato. Questi sistemi motore + encoder lineare evitano imprecisioni nella trasmissione tra il motore e il carrello lineare, ma il loro design è reso più complicato in quanto non sono più un sistema preconfezionato in fabbrica.

motori

Il tipo di motore non è critico per un servomotore e possono essere utilizzati diversi tipi. Nella fase più semplice vengono utilizzati motori DC a magneti permanenti con spazzole, data la loro semplicità e il basso costo. I piccoli servomotori industriali sono tipicamente motori brushless a commutazione elettronica. Per i servomotori industriali di grandi dimensioni, vengono generalmente utilizzati motori a induzione CA , spesso con azionamenti a frequenza variabile per consentire il controllo della loro velocità. Per le massime prestazioni in un pacchetto compatto, vengono utilizzati motori AC brushless con campi a magneti permanenti, versioni effettivamente grandi di motori elettrici DC Brushless .

I moduli di azionamento per servomotori sono un componente industriale standard. Il loro design è un ramo di elettronica di potenza , solitamente basati su un trifase MOSFET o IGBT H ponte . Questi moduli standard accettano una direzione singola e un conteggio degli impulsi (distanza di rotazione) come input. Possono anche includere funzioni di monitoraggio della sovratemperatura, sovracoppia e rilevamento dello stallo. Poiché il tipo di encoder, il rapporto del riduttore e la dinamica complessiva del sistema sono specifici dell'applicazione, è più difficile produrre il controller generale come un modulo standard e quindi questi sono spesso implementati come parte del controller principale.

Controllo

La maggior parte dei servomotori moderni è progettata e fornita attorno a un modulo controller dedicato dello stesso produttore. I controller possono anche essere sviluppati attorno ai microcontrollori al fine di ridurre i costi per applicazioni di grandi volumi.

Servomotori integrati

I servomotori integrati sono progettati in modo da includere il motore, il driver, l'encoder e l'elettronica associata in un unico pacchetto.

Riferimenti

Guarda anche

link esterno