Hoe werkt een servomotor? Een servomotor is een elektromechanisch apparaat dat koppel en snelheid produceert op basis van de geleverde stroom en spanning. Een servomotor werkt als onderdeel van een gesloten lussysteem dat koppel en snelheid levert zoals opgedragen door een servocontroller die gebruik maakt van een feedbackapparaat om de lus te sluiten. Het feedbackapparaat levert informatie zoals stroom, snelheid of positie aan de servocontroller, die de motoractie aanpast afhankelijk van de opgedragen parameters.
Servomotoren zijn verkrijgbaar in een grote verscheidenheid aan soorten, vormen en maten. De term servo werd voor het eerst gebruikt in 1859 door Joseph Facort, die een feedbackmechanisme implementeerde om te helpen bij het besturen van een schip met stoom om de roeren te besturen. Een servomotor maakt deel uit van een servomechanisme dat uit drie sleutelelementen bestaat: een motor, een feedbackapparaat en besturingselektronica. De motor kan AC of DC zijn, geborsteld of borstelloos, roterend of lineair, en van elke grootte. Het feedbackapparaat kan een potentiometer, een Hall-effectapparaat, een toerenteller, een solver, een encoder, een lineaire transducer of een andere sensor zijn, al naargelang het geval. Het servosysteem wordt compleet gemaakt door de besturingselektronica die de motor van stroom voorziet en de feedbackgegevens en opdrachtreferentie vergelijkt om te verifiëren dat de servomotor werkt zoals opgedragen. Er zijn veel soorten servomotortoepassingen, van eenvoudige gelijkstroommotoren die worden gebruikt in hobbytoepassingen (zoals modelvliegtuigen) tot geavanceerde borstelloze motoren die worden aangedreven door complexe bewegingscontrollers die worden gebruikt voor meerassige bewerkingscentra. Een voorbeeld van een gebruikelijk servomechanisme is een cruise control voor voertuigen die bestaat uit een motor (de motor), een snelheidssensor (feedback) en elektronica om de voertuigsnelheid te vergelijken met de ingestelde snelheid. Als het voertuig langzamer gaat rijden, stuurt de sensor deze gegevens naar de elektronica, die op zijn beurt het gas naar de motor verhoogt om de snelheid naar het gewenste instelpunt te verhogen – een eenvoudig gesloten systeem.
Een eenvoudige industriële servomotor bestaat uit een gelijkstroommotor met permanente magneet en een geïntegreerde toerenteller die een uitgangsspanning levert die evenredig is aan de snelheid. De aandrijfelektronica levert de benodigde spanning en stroom aan de motor op basis van de spanning die wordt teruggekoppeld door de toerenteller. In dit voorbeeld wordt een opgedragen snelheid (weergegeven als een commando-referentiespanning) ingesteld in de driver, waarna de circuits in de driver de feedbackspanning van de toerenteller vergelijken en bepalen of de gewenste snelheid is bereikt - ook wel een gesloten snelheidslus genoemd. De snelheidslus bewaakt de opgedragen snelheid en feedback van de toerenteller, terwijl de bestuurder het vermogen naar de motor aanpast om de gewenste opgedragen snelheid te behouden.
In een geavanceerder servosysteem zijn meerdere ingebedde lussen afgestemd voor optimale prestaties en nauwkeurige bewegingscontrole. Het systeem bestaat uit stroom-, snelheids- en positielussen die gebruik maken van nauwkeurige feedbackelementen. Elke lus signaleert de volgende lus en bewaakt de juiste feedbackelementen om real-time correcties aan te brengen om overeen te komen met de opgedragen parameters.
De basislus is de stroom- of koppellus. De stroom is evenredig met het koppel in een rotatiemotor (of de kracht in een lineaire motor), wat zorgt voor versnelling of stuwkracht. Een stroomsensor is een apparaat dat feedback geeft over de stroom die door de motor vloeit. De sensor stuurt een signaal terug naar de besturingselektronica - meestal een analoog of digitaal signaal dat evenredig is aan de motorstroom. Dit signaal wordt afgetrokken van het opgedragen signaal. Wanneer de servomotor de opgedragen stroom bereikt, zal aan de lus worden voldaan totdat de stroom onder de opgedragen stroom daalt. De lus zal dan de stroom verhogen totdat de opgedragen stroom wordt bereikt, waarbij de cyclus doorgaat met updatesnelheden van minder dan een seconde.
De snelheidslus werkt op dezelfde manier met een spanning die evenredig is met de snelheid. De snelheidslus stuurt de stroomlus een commando om de stroom te verhogen (en dus de spanning te verhogen) wanneer de snelheid onder de opgedragen snelheid daalt.
De positielus accepteert een commando voor een PLC of bewegingscontroller, die op zijn beurt een snelheidscommando levert dat wordt doorgegeven aan de snelheidslus, die op zijn beurt de vereiste stroom beveelt om de motor te versnellen, te behouden en te vertragen om naar de opgedragen positie te bewegen . Alle drie de lussen werken geoptimaliseerd synchroon voor een soepele en nauwkeurige bediening van het servomechanisme.
