Cos'è il servo, il servosterzo

Un servoazionamento è un azionamento il cui controllo preciso viene effettuato tramite feedback negativo e consente quindi di ottenere i parametri necessari del movimento del corpo di lavoro.

Meccanismi di questo tipo hanno un sensore che monitora un parametro specifico, ad esempio velocità, posizione o forza, nonché un'unità di controllo (aste meccaniche o un circuito elettronico) il cui compito è mantenere automaticamente il parametro richiesto durante il funzionamento del dispositivo , a seconda del segnale proveniente dal sensore in qualsiasi momento.

Il valore iniziale del parametro operativo viene impostato, ad esempio, tramite un controllo manopola del potenziometro o utilizzando un altro sistema esterno in cui viene inserito un valore numerico. Pertanto, il servoazionamento esegue automaticamente il compito assegnato — basandosi sul segnale del sensore, regola con precisione il parametro impostato e lo mantiene stabile sull'azionamento.

Molti amplificatori e regolatori con feedback negativo possono essere chiamati servi.Ad esempio, i servoazionamenti includono la frenata e lo sterzo nelle automobili, dove un amplificatore manuale ha necessariamente un feedback di posizione negativo.

Componenti principali del servo:

• Unità di azionamento;

• Sensore;

• Centralina;

• Convertitore.

Ad esempio, un cilindro pneumatico con stelo o un motore elettrico con cambio può essere utilizzato come azionamento. Il sensore di feedback può essere encoder (sensore angolare) o per esempio Sensore Hall… Unità di controllo: singolo inverter, convertitore di frequenza, servoamplificatore (inglese Servodrive). Il dispositivo di controllo può includere immediatamente un sensore del segnale di controllo (trasduttore, ingresso, sensore d'urto).

Nella sua forma più semplice, l'unità di controllo per un servoazionamento elettrico si basa su un circuito per confrontare i valori dei segnali impostati e il segnale proveniente dal sensore di retroazione, a seguito del quale viene fornita una tensione della polarità appropriata al motore elettrico.

Se è necessaria un'accelerazione o una decelerazione uniforme per evitare sovraccarichi dinamici del motore elettrico, vengono applicati schemi di controllo più complessi basati su microprocessori, che possono posizionare il corpo di lavoro in modo più preciso. Così, ad esempio, è predisposto il dispositivo per posizionare le testine nei dischi rigidi.

Il controllo preciso di gruppi o singoli servoazionamenti si ottiene utilizzando controller CNC, che tra l'altro possono essere costruiti su controller logici programmabili. I servoazionamenti basati su tali controller raggiungono 15 kW di potenza e possono sviluppare una coppia fino a 50 Nm.

I servoazionamenti rotativi sono sincroni, con la possibilità di una regolazione estremamente precisa della velocità di rotazione, dell'angolo di rotazione e dell'accelerazione, e asincroni, dove la velocità viene mantenuta in modo molto preciso anche a velocità estremamente basse.

I servomotori sincroni sono in grado di accelerare molto rapidamente alla velocità nominale. Sono comuni anche i servi lineari circolari e piatti, che consentono accelerazioni fino a 70 m/s².

In generale, i dispositivi servo sono suddivisi in elettroidromeccanici ed elettromeccanici. Nei primi il movimento è generato dal sistema pistone-cilindro e la risposta è molto elevata, i secondi utilizzano semplicemente un motore elettrico con cambio, ma le prestazioni sono inferiori di un ordine di grandezza.

L'ambito di applicazione dei servoazionamenti oggi è molto ampio, grazie alla possibilità di posizionamento estremamente accurato del corpo di lavoro.

Sono presenti serrature meccaniche, valvole e corpi di lavoro di vari utensili e macchine utensili, soprattutto con CNC, comprese macchine automatiche per la produzione in fabbrica di circuiti stampati e vari robot industriali e molti altri strumenti di precisione. I servomotori ad alta velocità sono molto apprezzati dagli aeromodelli. In particolare, i servomotori si distinguono per la loro caratteristica uniformità di moto ed efficienza in termini di consumo energetico.

I motori a collettore tripolari erano originariamente utilizzati come azionamenti per servomotori, dove il rotore conteneva avvolgimenti e lo statore conteneva magneti permanenti. Aveva anche una spazzola da collezione. Successivamente, il numero di bobine è aumentato a cinque, la coppia è aumentata e l'accelerazione è diventata più veloce.

La fase successiva di miglioramento: gli avvolgimenti sono stati posizionati all'esterno dei magneti, quindi il peso del rotore è stato ridotto e il tempo di accelerazione è stato ridotto, ma il costo è aumentato. Di conseguenza, è stato compiuto un passo di miglioramento fondamentale: hanno abbandonato il collettore (in particolare, si sono diffusi i motori a rotore a magneti permanenti) e il motore si è rivelato senza spazzole, ancora più efficiente, poiché l'accelerazione, la velocità e la coppia erano ora ancora più elevate.

I servomotori sono diventati molto popolari negli ultimi anni. Controllato da Arduino, che apre ampie possibilità sia per l'aviazione amatoriale che per la robotica (quadricotteri, ecc.), nonché per la creazione di macchine di precisione per il taglio dei metalli.

Per la maggior parte, i servomotori convenzionali utilizzano tre fili per funzionare. Uno di questi è per il potere, il secondo è il segnale, il terzo è comune. Un segnale di controllo viene fornito al filo del segnale, in base al quale è necessario regolare la posizione dell'albero di uscita. La posizione dell'albero è determinata dal circuito del potenziometro.

Il controller, attraverso la resistenza e il valore del segnale di controllo, determina in quale direzione è necessario ruotare affinché l'albero raggiunga la posizione desiderata. Maggiore è la tensione rimossa dal potenziometro, maggiore è la coppia.

Grazie alla loro elevata efficienza energetica, capacità di controllo precise e prestazioni eccellenti, i servoazionamenti basati su motori brushless sono sempre più presenti in giocattoli, elettrodomestici (aspirapolvere pesanti con filtri HEPA) e apparecchiature industriali.