Como Controlar um Motor Servo e os Componentes Necessários

Criada: Julho 21, 2021
Atualizada: Julho 1, 2024

Não falamos sempre muito sobre eletromecânica por aqui, mas o acionamento e controle de pequenos motores são tópicos importantes. Um tipo de motor encontrado em muitos produtos de consumo e industriais é o motor servo. Embora esse tipo de motor requeira um loop de feedback fechado, codificador integrado e algoritmo de controle, o controle de posição e velocidade que eles fornecem os torna altamente adaptáveis em várias aplicações.

A questão de como acionar um motor servo requer olhar como a detecção é implementada e o tipo de motor que está sendo acionado. A menos que você esteja trabalhando com um servo de alta potência, você não precisa usar semicondutores discretos para construir seu circuito de acionamento. Em vez disso, você pode encontrar controladores de servo no mercado com o motor de busca eletrônico certo. Vamos olhar para os componentes que você precisará para acionar e controlar motores servo, bem como algumas opções de componentes no mercado para o seu próximo sistema eletromecânico.

Como Acionar um Motor Servo

Antes de entrar em como acionar um motor servo, aqueles que são novos em trabalhar com motores servo devem saber que um motor servo não é um tipo específico de motor. Em vez disso, o termo “servo” refere-se à maneira como um motor é acionado e sua posição, velocidade e aceleração são controladas. Em um motor servo, o controle é aplicado através de um loop de feedback entre o motor e o controlador, e a posição/velocidade do motor é detectada com codificadores integrados no motor. Alguns sensores que fornecem essa característica são potenciômetros integrados, sensores de efeito Hall ou LED com um fotogate e fotodiodo.

Acionar um motor servo consiste em dois elementos críticos como parte do circuito de acionamento e controle:

Sinal de acionamento ajustável. Um sinal PWM é usado em motores servo para forçar o rotor a girar para uma posição específica. Ajustando o ciclo de trabalho, a taxa de rotação pode ser ajustada.
Circuito de detecção e controle. O circuito de controle e detecção determina a localização e velocidade do rotor à medida que o motor opera. Uma velocidade altamente precisa pode ser mantida através do controle de feedback.
Loop de feedback e ajuste de acionamento. Isso pode ser feito com um controlador de acionamento especializado ou um MCU. Note que nem todos os motores servo têm um codificador.
Frenagem. Nós sempre gostamos de falar sobre acionar motores, mas raramente você ouve alguém falando sobre frear motores. Servos precisam de circuitos de frenagem e lógica para desacelerar o rotor e manter sua posição após a frenagem.

Motores servo são acionados enviando um sinal PWM através do fio de controle enquanto a energia é fornecida ao motor. Dependendo da largura do pulso, o rotor no motor servo pode girar um certo ângulo, ou seja, o ciclo de trabalho determina a posição final do eixo. Motores servo podem ser alimentados com tensão DC ou AC, e o sinal do codificador (se presente) fecha o loop de feedback com o processador ou driver. A arquitetura básica de um motor servo e seu controlador/driver é mostrada abaixo.

Diagrama de blocos mostrando como acionar um motor servo com um CI controlador de motor.

Mantendo a Posição com um Servo

O grande diferencial de um servo é que ele pode ser configurado para manter sua posição entre os passos de atuação. O torque de retenção fornecido por um motor servo é comparável ao de um motor de passo. Se uma força externa empurrar o rotor para fora de sua posição estacionária, o encoder pode detectar esse desvio e fazer com que o controlador atue contra a força externa, mantendo a posição do rotor. Um servo manterá qualquer força dentro de seu torque especificado.

Anatomia de um Driver de Servo

Existem várias opções disponíveis para controladores de acionamento de servo, ou você pode construir um driver e circuito de controle adequados a partir de componentes comuns. Alguns métodos simples para acionar e controlar um servo incluem:

Drivers MOSFET duplos. Este método é melhor utilizado para servos de baixa tensão e MOSFETs que podem ser comutados em níveis lógicos.
Acionamento por DAC. A forma de onda de acionamento pode ser gerada diretamente em vez de depender de um driver PWM.
Ponte H controlada por PWM. Este método pode fornecer corrente síncrona alta a um motor servo.

Nas duas primeiras opções, o loop de controle, acionamento e detecção podem ser implementados em um MCU. Neste caso, use MOSFETs que podem ser ligados em níveis lógicos e que tenham uma classificação de tensão superior à do motor servo para garantir que o MOSFET possa suportar quaisquer transientes. A última opção depende da quantidade de corrente necessária para acionar o servo. Felizmente, existem CI controladores que podem ser usados com um circuito de driver de motor padrão para fornecer uma solução única de driver/controlador.

Um exemplo de um controlador de motor de precisão SMD de baixo custo (SOIC de 24 pinos) é o LM628/LM629 da Texas Instruments. Este componente integra um loop de controle PID digital com acionamento baseado em DAC ou saída PWM de 8 bits para acionar uma ponte H externa. Na versão LM268, recomenda-se um DAC externo de 8 bits para 12 bits para gerar o sinal de acionamento. O controlador baseado no LM629 fornece uma saída PWM de 8 bits para acionar diretamente uma ponte H externa. Ambos estão disponíveis em pacotes DIP de 28 pinos para uso em ambientes mais severos.

Diagrama de blocos para o CI de controle de motor servo LM628 da Texas Instruments. Do datasheet do LM628.

Outros Componentes para Sistemas Eletromecânicos

Independentemente do tamanho ou complexidade do seu circuito de acionamento e controle de motor, muitos componentes serão necessários para suportar o controlador de acionamento que você usa em seu sistema. Esses componentes precisam fazer tudo, desde fornecer energia até receber comandos do usuário. Aqui estão alguns outros componentes que você pode precisar para o seu produto:

Uma vez que você saiba como controlar um motor servo, você pode encontrar todos os componentes de que precisa com as funcionalidades avançadas de busca e filtragem no Octopart. Ao usar o motor de busca de eletrônicos do Octopart, você terá acesso a um conjunto completo de dados de distribuidores e especificações de peças, e tudo isso é livremente acessível em uma interface amigável ao usuário. Dê uma olhada na nossa página de motores e acionamentos para encontrar os componentes de que precisa.

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