Il servo è il tipo di motore più avanzato e moderno. È destinato all'uso in applicazioni di controllo del movimento che richiedono un'elevata precisione di posizionamento. Sapere come funziona un servoazionamento ci consente di comprendere la sua crescente domanda nell'automazione dei processi industriali e nella tecnologia di consumo.
Contenuto
- Era pre-digitale
- L'evoluzione della precisione
- Dispositivo e tipi
Era pre-digitale
Il nome Le-Servomoteur fu usato per la prima volta da Joseph Farco nel 1868 per descrivere i motori idraulici e a vapore utilizzati nella costruzione navale. Il vero significato di questa parola si è perso nel tempo, ma si può presumere che fosse un gioco di parole dal francese cerveau (cervello) e dal latino servus (servire). In senso lato, questo termine è stato introdotto non per enfatizzare l'utilità o la complessità dei motori, ma focalizzato sulla loro capacità di servire i comandi del complesso di controllo della propulsione. Cioè, l'unità ha un feedback con il resto del sistema e risponde ai suoi segnali.
Nel 1898 Tesla sperimentò il controllo wireless di modelli di navi dotati di servomotori contattori e nel 1911 Hobart aveva già inserito il termine "servomotore" nel suo vocabolario. Nel 1915, questa parola era saldamente radicata tra gli ingegneri elettrici di lingua inglese, nonostante la sua origine francese.. L'ulteriore sviluppo della tecnologia prima della seconda guerra mondiale fu più che rapido:
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916 - siluro pneumatico brevettato, in cui il volante obbediva a un servo meccanismo; - 1922 - La General Electric inizia a lavorare sui servi per il controllo dei cannoni navali;
- 1925 - crea un servo della pistola elettronica, utilizzando il controllo proporzionale e il feedback positivo;
- 1933 - Viene introdotto il registratore a nastro servo DC.
- 1935 - viene testato il primo motore passo-passo come ripetitore remoto della posizione della bussola e del mirino della pistola.
L'evoluzione della precisione
I motori passo-passo furono usati in numero limitato durante e dopo la seconda guerra mondiale. Negli anni '60 del secolo scorso, hanno sperimentato diversi miglioramenti e sono stati onnipresenti per più di due decenni come insostituibili elementi di comando non presidiati, indicatori per vagoni di smistamento e stazioni di pesatura, altimetri differenziali digitali e computer periferia.
I primi motori brushless furono sviluppati a metà degli anni '50. L'eliminazione delle spazzole meccaniche ha permesso loro di operare per un tempo sorprendentemente lungo con un'elevata affidabilità. I motori passo-passo hanno un forte concorrente. I motori brushless sono indispensabili nell'esplorazione dello spazio, che ne determinò il rapido sviluppo.
L'avvento di metodi di produzione a prezzi accessibili per i magneti al cobalto di terre rare negli anni '60 è diventato la base principale per la svolta tecnologica dei motori a corrente continua. Sono questi, dotati di azionamenti a feedback controllato, che costituiscono la maggior parte dei servomotori prodotti nel mondo. I microprocessori hanno fatto irruzione nel mercato dell'automazione nei primi anni '70 e sono stati in grado di fornire un controllo quasi perfetto sul movimento della macchina.
Dispositivo e tipi
Un servoazionamento è un dispositivo progettato per eseguire un'azione meccanica con elevata precisione in continuo autocontrollo della posizione target e dei parametri di movimento. La presenza di un sistema di retroazione con un dispositivo sensibile per la correzione delle deviazioni dai parametri impostati lo distingue da altri tipi di azionamenti. In senso più ampio, questo termine si riferisce ai moderni motori elettrici dotati di servoazionamenti. Semplificando, il servo dispositivo può essere descritto come un sistema chiuso di quattro elementi:
- sensore;
- motore;
- controllore;
- sistema di feedback.
Il principio di funzionamento del servomotore si presenta così: viene inviato un comando all'ingresso del dispositivo per assegnare un nuovo stato (coordinate, velocità, ecc.) ), il dispositivo determina il valore di corrente, lo confronta con quello ricevuto ed effettua un'azione di controllo sul motore per ridurne la differenza.
Grazie alla loro capacità di mantenere e controllare i parametri impostati, i servi sono considerati gli attuatori più avanzati. I dispositivi moderni sono cambiati molto rispetto alle prime generazioni. Ora questi sono dispositivi intelligenti, realizzati utilizzando gli ultimi progressi nella produzione di magneti e tecnologia del processore. Nel 21° secolo, i progressi hanno permesso di ridurre più volte il costo dei dispositivi semplici senza perdere le loro qualità e di creare azionamenti a velocità variabile tecnicamente sofisticati e ad alta precisione per settori esigenti come costruzione di macchine utensili.
Nell'industria moderna vengono utilizzati due tipi di servomotori: lineare e rotativo. Lineare ti permette di ottenere:
- alte velocità e accelerazioni;
- elevata precisione di posizionamento.
Hanno innegabili vantaggi, ma tuttavia sono i servi rotanti che sono popolari. Ciò è dovuto principalmente al fatto che i lineari tendono a surriscaldarsi. Il calore provoca un'espansione indesiderata, sollecitando cuscinetti, grasso e sensori. Nel tempo, ciò influisce negativamente sulla durata dei componenti.
I motori rotativi si dividono, a loro volta, in servo di posizione e di rotazione continua. I dispositivi di rotazione posizionale sono il tipo più comune. L'albero di uscita opera solo in un settore del cerchio, limitato da arresti fisici per impedire la rotazione al di fuori dei limiti specificati dal progetto.
I motori continui sono molto simili ai motori posizionali con la differenza che hanno la capacità di ruotare in qualsiasi direzione a velocità diverse a seconda del segnale in ingresso.
I vantaggi dei servomotori rotativi, dal punto di vista del controllo, sono i seguenti:
- la coppia è proporzionale alla corrente;
- la velocità è proporzionale alla tensione applicata.
Sia il primo che il secondo sono richiesti in applicazioni che vanno dai giocattoli per bambini alla robotica spaziale.
I servi, ovviamente, continuano a migliorare. Sono emersi e si sono evoluti come risultato della tendenza al decentramento dei sistemi automatizzati. La riduzione del costo dei processori accelera questo processo. Il numero di funzioni svolte dai moderni servi sta crescendo e probabilmente continuerà a crescere. I dispositivi più recenti sono già dotati della capacità di autoregolare e ottimizzare i parametri di controllo e possono essere realizzati con controllori di processo per installazioni remote.
È del tutto possibile che i servoazionamenti del futuro risolvano molti compiti correlati in macchine e meccanismi, contribuendo ad evitare l'installazione di apparecchiature aggiuntive.
