¿Cómo funciona un servomotor? Un servomotor es un dispositivo electromecánico que produce par y velocidad en función de la corriente y el voltaje suministrados. Un servomotor funciona como parte de un sistema de circuito cerrado que proporciona par y velocidad según lo ordenado por un servocontrolador que utiliza un dispositivo de retroalimentación para cerrar el circuito. El dispositivo de retroalimentación proporciona información como corriente, velocidad o posición al servocontrolador, que ajusta la acción del motor según los parámetros ordenados.
Los servomotores están disponibles en una amplia variedad de tipos, formas y tamaños. El término servo fue utilizado por primera vez en 1859 por Joseph Facort, quien implementó un mecanismo de retroalimentación para ayudar a dirigir un barco con vapor para controlar los timones. Un servomotor es parte de un servomecanismo que consta de tres elementos clave: un motor, un dispositivo de retroalimentación y un sistema electrónico de control. El motor puede ser AC o DC, con o sin escobillas, rotativo o lineal, y de cualquier tamaño. El dispositivo de retroalimentación puede ser un potenciómetro, un dispositivo de efecto Hall, un tacómetro, un resolutor, un codificador, un transductor lineal o cualquier otro sensor según corresponda. Completando el servosistema está la electrónica de control que alimenta el motor y compara los datos de retroalimentación y la referencia del comando para verificar que el servomotor esté funcionando según lo ordenado. Hay muchos tipos de aplicaciones de servomotores, desde simples motores de CC utilizados en aplicaciones de pasatiempos (como modelos de aviones) hasta sofisticados motores sin escobillas impulsados por complejos controladores de movimiento utilizados en centros de mecanizado multieje. Un ejemplo de un servomecanismo común es el control de crucero de un vehículo que consta de un motor (el motor), un sensor de velocidad (retroalimentación) y un sistema electrónico para comparar la velocidad del vehículo con la velocidad establecida. Si el vehículo reduce la velocidad, el sensor envía estos datos a la electrónica que, a su vez, aumenta el gas del motor para aumentar la velocidad hasta el punto de ajuste deseado: un sistema simple de circuito cerrado.
Un servomotor industrial simple consta de un motor de CC de imán permanente con un tacómetro integral que proporciona un voltaje de salida proporcional a la velocidad. La electrónica de accionamiento suministra el voltaje y la corriente necesarios al motor en función del voltaje devuelto por el tacómetro. En este ejemplo, se establece una velocidad ordenada (representada como un voltaje de referencia de comando) en el controlador, luego el circuito en el controlador compara el voltaje de retroalimentación del tacómetro y determina si se ha logrado la velocidad deseada, lo que se conoce como circuito cerrado de velocidad. El circuito de velocidad monitorea la velocidad ordenada y la retroalimentación del tacómetro, mientras el conductor ajusta la potencia al motor para mantener la velocidad ordenada deseada.
En un servosistema más sofisticado, se ajustan múltiples bucles integrados para lograr un rendimiento óptimo y proporcionar un control de movimiento preciso. El sistema consta de bucles de corriente, velocidad y posición que utilizan elementos de retroalimentación de precisión. Cada bucle señala el bucle siguiente y monitorea los elementos de retroalimentación apropiados para realizar correcciones en tiempo real para que coincidan con los parámetros ordenados.
El bucle base es el bucle de corriente o de torsión. La corriente es proporcional al par en un motor rotativo (o fuerza en un motor lineal), que proporciona aceleración o empuje. Un sensor de corriente es un dispositivo que proporciona retroalimentación relacionada con la corriente que fluye a través del motor. El sensor envía una señal a la electrónica de control, normalmente una señal analógica o digital proporcional a la corriente del motor. Esta señal se resta de la señal ordenada. Cuando el servomotor tiene la corriente ordenada, el bucle se satisfará hasta que la corriente caiga por debajo de la corriente ordenada. Luego, el bucle aumentará la corriente hasta que se alcance la corriente ordenada, y el ciclo continuará a velocidades de actualización inferiores a un segundo.
El circuito de velocidad funciona de la misma manera con un voltaje proporcional a la velocidad. El bucle de velocidad envía al bucle de corriente un comando para aumentar la corriente (aumentando así el voltaje) cuando la velocidad cae por debajo de la velocidad ordenada.
El bucle de posición acepta un comando para un PLC o controlador de movimiento, que a su vez proporciona un comando de velocidad que se envía al bucle de velocidad, que a su vez ordena la corriente requerida para acelerar, mantener y desacelerar el motor para moverse a la posición ordenada. . Los tres bucles funcionan en sincronía optimizada para proporcionar un control suave y preciso del servomecanismo.