Cómo controlar un motor servo y los componentes que necesitas

No siempre hablamos mucho sobre electromecánica por aquí, pero el control y manejo de motores pequeños son temas importantes. Un tipo de motor encontrado en muchos productos de consumo e industriales es un motor servo. Aunque este tipo de motor requiere un bucle de retroalimentación cerrado, codificador integrado y algoritmo de control, el control de posición y velocidad que proporcionan los hace altamente adaptables en una serie de aplicaciones.

La pregunta de cómo manejar un motor servo requiere mirar cómo se implementa la detección y el tipo de motor que se está manejando. A menos que estés trabajando con un servo de alta potencia, no necesitas usar semiconductores discretos para construir tu circuito de control. En su lugar, puedes encontrar controladores de servo en el mercado con el motor de búsqueda de electrónica adecuado. Veamos los componentes que necesitarás para manejar y controlar motores servo, así como algunas opciones de componentes en el mercado para tu próximo sistema electromecánico.

Cómo Manejar un Motor Servo

Antes de entrar en cómo manejar un motor servo, aquellos que son nuevos trabajando con motores servo deben saber que un motor servo no es un tipo específico de motor. Más bien, el término “servo” se refiere a la manera en que un motor es manejado y su posición, velocidad y aceleración son controladas. En un motor servo, el control se aplica a través de un bucle de retroalimentación entre el motor y el controlador, y la posición/velocidad del motor se detecta con codificadores integrados en el motor. Algunos sensores que proporcionan esta característica son potenciómetros integrados, sensores de efecto Hall, o LED con una fotopuerta y fotodiodo.

Manejar un motor servo consiste en dos elementos críticos como parte del circuito de manejo y control:

• Señal de manejo ajustable. Una señal PWM se utiliza en motores servo para forzar al rotor a girar a una posición específica. Ajustando el ciclo de trabajo, la tasa de rotación puede ser ajustada.

• Circuito de detección y control. El circuito de control y detección determina la ubicación y velocidad del rotor mientras el motor opera. Una velocidad altamente precisa puede ser mantenida a través del control de retroalimentación.

• Bucle de retroalimentación y ajuste de manejo. Esto puede hacerse con un controlador de manejo especializado o un MCU. Nota que no todos los motores servo tienen un codificador.

• Frenado. Siempre nos gusta hablar sobre manejar motores, pero raramente escuchas a alguien hablar sobre frenar motores. Los servos necesitan circuitos de frenado y lógica para reducir la velocidad del rotor y mantener su posición después de frenar.

Los motores servo son manejados enviando una señal PWM a través del cable de control mientras se suministra energía al motor. Dependiendo del ancho del pulso, el rotor en el motor servo puede girar un cierto ángulo, es decir, el ciclo de trabajo determina la posición final del eje. Los motores servo pueden ser alimentados con voltaje DC o AC, y la señal del codificador (si está presente) cierra el bucle de retroalimentación con el procesador o controlador. La arquitectura básica de un motor servo y su controlador/conductor se muestra a continuación.

Diagrama de bloques que muestra cómo manejar un motor servo con un circuito integrado controlador de motor.

Manteniendo la Posición con un Servo

Lo grandioso de un servo es que puede configurarse para mantener su posición entre pasos de actuación. El torque de retención proporcionado por un motor servo es comparable al de un motor paso a paso. Si una fuerza externa empuja el rotor fuera de su posición estacionaria, el codificador puede detectar esta desviación y causar que el controlador actúe contra la fuerza externa, manteniendo la posición del rotor. Un servo mantendrá cualquier fuerza dentro de su torque especificado.

Anatomía de un Controlador de Servo

Hay varias opciones disponibles para controladores de accionamiento servo, o puedes construir un controlador y circuito de control adecuados a partir de componentes comunes. Algunos métodos simples para manejar y controlar un servo incluyen:

• Controladores MOSFET duales. Este método se utiliza mejor para servos de bajo voltaje y MOSFETs que pueden ser conmutados a niveles lógicos.

• Control por DAC. La forma de onda de conducción puede generarse directamente en lugar de depender de un controlador PWM.

• Puente H controlado por PWM. Este método puede proporcionar corriente sincrónica alta a un motor servo.

En las dos primeras opciones, el bucle de control, la conducción y la detección pueden implementarse todos en un MCU. En este caso, usa MOSFETs que pueden ser conmutados a niveles lógicos y que tengan un voltaje nominal superior al del motor servo para asegurar que el MOSFET pueda resistir cualquier transitorio. La última opción depende de la cantidad de corriente necesaria para manejar el servo. Afortunadamente, hay circuitos integrados controladores que pueden usarse con un circuito controlador de motor estándar para proporcionar una solución única de controlador/controlador.

Un ejemplo de un controlador de motor de precisión SMD (SOIC de 24 pines) de bajo costo es el LM628/LM629 de Texas Instruments. Este componente integra un bucle de control PID digital con conducción basada en DAC o salida PWM de 8 bits para manejar un puente H externo. En la versión LM268, se recomienda un DAC externo de 8 bits a 12 bits para generar la señal del controlador. El controlador basado en LM629 proporciona una salida PWM de 8 bits para manejar directamente un puente H externo. Ambos están disponibles en paquetes DIP de 28 pines para su uso en entornos más duros.

Diagrama de bloques para el circuito integrado de control de motor servo LM628 de Texas Instruments. Del datasheet del LM628.

Otros Componentes para Sistemas Electromecánicos

No importa el tamaño o la complejidad de tu circuito de manejo y control de motor, se necesitarán muchos componentes para apoyar el controlador de manejo que uses en tu sistema. Estos componentes necesitan hacer todo, desde proporcionar energía hasta recibir comandos del usuario. Aquí hay algunos otros componentes que podrías necesitar para tu producto:

• MCU u otro controlador

• Módulos de pantalla para HMI

• Convertidores DC-DC para regulación de potencia

Una vez que sepas cómo manejar un motor servo, puedes encontrar todos los componentes que necesitas con las funciones avanzadas de búsqueda y filtrado en Octopart. Cuando usas el motor de búsqueda de electrónica de Octopart, tendrás acceso a un conjunto completo de datos de distribuidores y especificaciones de partes, y todo es libremente accesible en una interfaz amigable para el usuario. Echa un vistazo a nuestra página de motores y accionamientos para encontrar los componentes que necesitas.

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