Motor servo: Definición principio de funcionamento e aplicacións

Motor Servo: Definición, Principio de Funcionamento e Aplicacións

Aprendizaxes clave:

Definición de Motor Servo: Un motor servo defínese como un motor eléctrico que proporciona un control preciso da posición angular ou linear, velocidade e par usando un sistema de realimentación.

Sistemas de Control: O motor servo utiliza sistemas de control avanzados como PID e lóxica difusa para axustar o movemento segundo as señais de entrada e realimentación para un rendemento óptimo.

Tipos de Motores: Existen diferentes tipos, incluíndo motores servo AC e DC, con subtipos como síncronos, asíncronos, colectores e sin colectores, cada un adaptado a aplicacións específicas.

Mecanismo de Realimentación: O uso eficaz de sensores como potenciómetros e codificadores axuda no control e axuste precisos das posicións, velocidades ou pares do motor.

Insights sobre Aplicacións: Os motores servo son cruciais en campos de alta precisión como a robótica, maquinaria CNC e fabricación automatizada pola súa capacidade de manexar movementos e tarefas complexas.

Un motor servo defínese como un motor eléctrico que permite un control preciso da posición angular ou linear, velocidade e par. Consiste nun motor adecuado acoplado a un sensor para a realimentación de posición e un controlador que regula o movemento do motor segundo un punto de referencia desexado.

Os motores servo son esenciais en industrias como a robótica, maquinaria CNC e fabricación automatizada debido á súa precisión, rápida resposta e movemento fluido.

Neste artigo, explicaremos a teoría básica dos motores servo, como funcionan, como se controlan e quais son algúns das súas aplicacións comúns.

Que é un Motor Servo?

Introdución ao Motor Servo: Un motor servo é un motor eléctrico que axusta a súa posición, velocidade ou par en resposta a entradas do controlador.

O termo servo provén da palabra latina servus, que significa sirviente ou esclave. Isto reflicte o uso histórico dos motores servo como unidades auxiliares que axudan ao sistema de propulsión principal.

No entanto, os motores servo modernos son capaces de proporcionar un alto rendemento e precisión como unidades principales en diversas aplicacións.

Un motor servo consiste en tres compoñentes principais:

Un motor: Pode ser un motor DC ou AC dependendo da fonte de enerxía e os requisitos da aplicación. O motor proporciona a potencia mecánica para rotar ou mover o eixe de saída.

Un sensor: Pode ser un potenciómetro, un codificador, un resolver ou outro dispositivo que mide a posición, velocidade ou par do eixe de saída e envía señais de realimentación ao controlador.

Un controlador: Pode ser un circuito analóxico ou dixital que compara as señais de realimentación do sensor coas señais de punto de referencia desexado dunha fonte externa (como un ordenador ou un joystick) e xera señais de control para axustar a tensión ou corrente do motor en consecuencia.

O controlador emprega un sistema de realimentación en bucle pechado, axustando o movemento do motor para alinear de forma estreita co punto de referencia desexado, mantendo unha precisión estrita.

O controlador tamén pode implementar varios algoritmos de control, como o control PID, lóxica difusa, control adaptativo, etc., para optimizar o rendemento do motor servo.

Como Funciona un Motor Servo?

O principio básico de funcionamento dun motor servo implica que o controlador recibe dous tipos de señais de entrada:

Unha señal de punto de referencia: Esta é unha señal analóxica ou dixital que representa a posición, velocidade ou par desexada do eixe de saída.

Unha señal de realimentación: Esta é unha señal analóxica ou dixital que representa a posición, velocidade ou par real do eixe de saída medida polo sensor.

O controlador compara estas dúas señais e calcula unha señal de erro que representa a diferenza entre elas.

A señal de erro é procesada por un algoritmo de control (como PID) que xera unha señal de control que determina canto voltaje ou corrente debe aplicarse ao motor.

A señal de control envíase a un amplificador de potencia (como un puente H) que a converte nun nivel de voltaxe ou corrente adecuado para impulsar o motor.

O motor rota ou move segundo a señal de control e cambia a súa posición, velocidade ou par, enviando unha nova señal de realimentación ao controlador.

O proceso repítese ata que a señal de erro sexa cero ou negligible, indicando que o eixe de saída alcanzou o punto de referencia desexado.

Tipos de Motores Servo

Os motores servo poden clasificarse en diferentes tipos baseándose na súa fonte de enerxía, construción, mecanismo de realimentación e aplicación.

Motores Servo AC

Os motores servo AC son motores eléctricos que funcionan con corrente alternativa (AC). Téñen un estator que xera un campo magnético rotatorio e un rotor que segue ese campo.

Os motores servo AC, alimentados por corrente alternativa, caracterízanse por un estator que crea un campo magnético rotatorio, con un rotor que sincroniza con este campo para un funcionamento eficiente.

Os motores servo AC poden dividirse ademais en dous tipos: síncronos e asíncronos.

Os motores servo AC síncronos teñen un rotor de imán permanente que rota á mesma velocidade que o campo do estator. Son máis eficientes, precisos e responsivos que os motores asíncronos, pero requiren un controlador máis complexo e un sensor de posición.

Os motores servo AC asíncronos teñen un rotor bobinado que induce unha corrente e un campo magnético que se atrasa respecto ao campo do estator. Son máis simples, baratos e resistentes que os motores síncronos, pero teñen menor eficiencia, precisión e velocidade.

Os motores servo AC son adecuados para aplicacións de alta potencia que requiren alta velocidade, par e fiabilidade. Usáranse comúnmente en máquinas industriais, robótica, máquinas CNC, etc.

Motores Servo DC

Os motores servo DC son motores eléctricos que funcionan con corrente continua (DC). Téñen un estator de imán permanente que xera un campo magnético fixo e un rotor bobinado que rota cando se aplica unha corrente.

Os motores servo DC poden dividirse ademais en dous tipos: colectores e sin colectores.

Os motores servo DC colectores teñen un conmutador e escovas que cambian a dirección da corrente nas bobinas do rotor. Son simples, económicos e fáciles de controlar, pero teñen menor eficiencia, vida útil e velocidade debido á fricción e desgaste das escovas.

Os motores servo DC sin colectores teñen un controlador electrónico que cambia a dirección da corrente nas bobinas do estator. Son máis eficientes, duradouros e rápidos que os motores colectores, pero requiren un controlador máis sofisticado e un sensor de posición.

Os motores servo DC son adecuados para aplicacións de baixa potencia que requiren alta precisión, rapidez de resposta e movemento suave. Usáranse comúnmente en proxectos de afición, coches de xoguete, reproductores de CD/DVD, etc.

Motores Servo Lineais

Os motores servo lineais son motores eléctricos que producen movemento lineal en lugar de rotatorio. Téñen unha parte estacionaria chamada forcer ou primario que contén bobinas ou ímáns, e unha parte móbil chamada platen ou secundario que contén ímáns ou núcleos de ferro.

Os motores servo lineais poden dividirse ademais en dous tipos: con núcleo de ferro e sen núcleo de ferro.

Os motores servo lineais con núcleo de ferro teñen núcleos de ferro no platen que interaccionan co campo magnético do forcer. Teñen alta densidade de forza, rigidez e precisión, pero tamén teñen alta forza de cogging, peso e xeración de calor.

Os motores servo lineais sen núcleo de ferro non teñen núcleos de ferro no platen, só ímáns. Teñen baixa forza de cogging, peso e xeración de calor, pero tamén teñen baixa densidade de forza, rigidez e precisión.

Os motores servo lineais son adecuados para aplicacións que requiren alta velocidade, aceleración e precisión a lonxas distancias. Usáranse comúnmente na fabricación de semiconductores, metroloxía, corte láser, etc.

Como Controlar un Motor Servo?

O control dun motor servo depende do tipo de motor, o mecanismo de realimentación e os requisitos da aplicación.

Xeralmente, hai dous tipos de señais de control que se poden usar para controlar un motor servo: analóxicas e dixitais.

As señais de control analóxicas son señais de voltaxe ou corrente continuas que varían proporcionalmente ao punto de referencia desexado. Xeralmente úsanse para sistemas de servo simples ou de baixo custo que non requiren alta precisión ou resolución. Por exemplo, un potenciómetro pode usarse para xerar unha señal de control analóxica para un motor servo de afición.

As señais de control dixitais son pulsos ou bits discretos que representan o punto de referencia desexado en forma codificada. Xeralmente úsanse para sistemas de servo complexos ou de alto rendemento que requiren alta precisión, resolución ou comunicación. Por exemplo, unha señal de modulación de ancho de pulso (PWM) pode usarse para xerar unha señal de control dixital para un motor servo DC sin colectores.

O controlador dun motor servo pode ser un dispositivo externo ou un circuito integrado dentro do motor. O controlador recibe as señais de control dunha fonte externa (como un ordenador ou un joystick), e as señais de realimentación do sensor e xera as señais de control adecuadas para impulsar o motor.

O controlador tamén pode implementar varios algoritmos de control para optimizar o rendemento do motor servo. Algunhos dos algoritmos de control comúns son:

Control PID (proporcional-integral-derivativo): Este é un algoritmo de control basado en realimentación que axusta a señal de control segundo os termos proporcional, integral e derivativo da señal de erro. É amplamente usado en sistemas de servo que requiren unha resposta rápida e precisa.

Control de lóxica difusa: Este é un algoritmo de control basado en regras que axusta a señal de control segundo conxuntos difusos e variables lingüísticas. É útil para sistemas de servo que tratan con incerteza ou non linearidades.

Control adaptativo: Este é un algoritmo de autoaxuste que axusta os parámetros de control segundo as condicións cambiantes do sistema de servo. É beneficioso para sistemas de servo que enfrentan perturbacións ou variacións.

Aplicacións de Motores Servo

Os motores servo teñen un amplo rango de aplicacións en diversos campos e industrias. Algúns das aplicacións comúns son:

Robótica: Os motores servo úsanse para proporcionar movemento e forza precisos para brazos, pernas, articulacións, garras, etc. de robots. Permíten que os robots realizan tarefas como recoller, colocar, soldar, ensamblar, etc.

Maquinaria CNC: Os motores servo úsanse para impulsar os eixes de máquinas CNC como tornos, fresadoras, routers, etc. Permíten que as máquinas CNC realizan operacións de maquinado precisas e complexas como cortar, taladrar, gravar, etc.

Fabricación automatizada: Os motores servo úsanse para controlar o movemento e a posición de diversos componentes e dispositivos en sistemas de fabricación automatizados, como transportadores, alimentadores, cargadores, descargadores, etc. Permíten que os sistemas de fabricación automatizados logren alta produtividade e calidade.

Equipo médico: Os motores servo úsanse para operar diversos dispositivos e instrumentos médicos como robots cirúrxicos, escáneres, bombas, ventiladores, etc. Permíten que o equipo médico realize operacións e tratamentos precisos e seguros.

Conclusión

Neste artigo, aprendemos sobre a definición, o principio de funcionamento, os tipos, o control e as aplicacións dos motores servo.

Vimos que os motores servo son motores eléctricos que permiten un control preciso da posición angular ou linear, velocidade e par. Consisten nun motor, un sensor e un controlador que forman un sistema de realimentación en bucle pechado.

Tamén vimos que os motores servo poden clasificarse en diferentes tipos baseándose na súa fonte de enerxía, construción, mecanismo de realimentación e aplicación. Algúns dos tipos comúns son motores servo AC, motores servo DC e motores servo lineais.

Tamén vimos que os motores servo poden controlarse mediante señais analóxicas ou dixitais que representan o punto de referencia desexado. O controlador tamén pode implementar varios algoritmos de control para optimizar o rendemento do motor servo.

Tamén vimos que os motores servo teñen un amplo rango de aplicacións en diversos campos e industrias, como a robótica, maquinaria CNC, fabricación automatizada, equipo médico, etc.

Esperamos que este artigo teña sido informativo e útil para vostede. Se ten algunha pregunta ou comentario, non dubide en compartilo con nós. Grazas por ler!