Control de posición de un servomotor

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TIJUANA.

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Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Ingeniería Electrónica.

Materia:

Robotica

Practica # 1

Control de posicion de un servomotor

Integrantes de equipo:

Maestro:  

 Ing. Eduardo

Tijuana, BC, a 08 de Noviembre del  2017

1. OBJETIVO

• Controlar mediante pulso de PWM la posicion angular de un servomotor.

1. MARCO TEORICO

El servomotor o servo es un aparato similar a un motor de corriente continua. Los servomotores están constituidos por el motor, una caja reductora y el circuito de control. Es básicamente un actuador mecánico basado en un motor y un reductor. Funciona por impulsos. Para mantener una posición, habrá que enviarle periódicamente impulsos o señales codificadas de esa posición para evitar que la pierda. Se usa preferentemente para controlar el movimiento angular.

Se diferencian tres tipos de servomotores:

• Servomotores de corriente continua (CC).
• Servomotores de corriente alterna (CA).
• Servomotores de imanes permanentes brushless.

Este aparato controla el movimiento angular entre 0 y 180 grados, pudiendo llegar hasta los 210. Es un motor que solo gira los grados suficientes para llegar a la posición seleccionada. No tiene rotación. Se alimenta también a bajas tensiones (4V y 8V, hasta 48V).

1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

• Se trata de un motor especial con aplicaciones muy concretas cuando se requieren movimientos precisos.
• Excitación a base de imanes cerámicos permanentes de elevada energía intrínseca y fuerza coercitiva.
• Buena regulación y estabilidad
• Par elevado
• Posibilidad de fuertes aceleraciones y deceleraciones
• Gran estabilidad de marcha, incluso a bajas velocidades
• Amplio campo de variación de giro (hasta 210)
• Elevada inercia térmica
• Admite sobrecargas prolongadas
• Para pequeñas y medianas cargas

1. CÓMO FUNCIONA UN SERVOMOTOR

Dentro de un motor DC o de pasos, se encuentra un circuito eléctrico o PCB. Esto no es así en el servomotor. Adentro de este, contiene un pequeño circuito electrónico para el sensado de pulsos y para generar un mecanismo de retroalimentación para rotar la armadura (rotor). Además de estos y el motor estándar, también se puede encontrar una caja de cambios compacta para aumentar el torque de salida del servo. Por lo tanto, las dos características internas esenciales de cualquier servomotor son las siguientes:

• Circuito electrónico de retroalimentación interno
• Caja de cambios incorporada

En general, debido a su mecanismo electrónico de retroalimentación, la armadura (rotor) de un servomotor rota un ángulo establecido, normalmente a través de +90 o -90. De cualquier manera, esta rotación toma lugar cuando el servo recibe el pulso digital a través de su tercer terminal. La dirección de la rotación, horario o anti horario, depende de la duración del pulso y también de la posición angular presente de su eje de salida. Este pulso debe ser aplicado (o suministrado) cada 20 milisegundos, en general (los detalles de las medidas de tiempo se encuentran en el datasheet del fabricante para más exactitud). En la Figura 1 se ilustra esta situación, en cada intervalo de 20 milisegundos, un pulso digital es esperado por el circuito interno del servo. Si no es proporcionado el pulso, este no rotará pero seguirá esperando el pulso.

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Figura 1. Un servomotor que espera un pulso digital por cada intervalo de 20 milisegundos.

1. DESARROLLO

Utilizando el modelo del servomotor se identifican los siguientes parametros:

Para generar los pulsos PWM necesarios para operar el servomotor se utilizo una tarjeta Arduino UNO, la cual ya incluye una libreria especial para el manejo de servomotores, esta incluye desde instrucciones para crear el objeto Servo Motor, hasta instrucciones que realizan un desplazamiento angular con solo indicar el angulo que se desea obtener. A continuacion se presenta el codigo implementado para el manejo del servomotor; cabe resaltar que la instrucción servo1.attach() mostrada en el codigo permite ingresar parametros unicos de operación de cada servomotor como lo son el ancho de pulso para iniciar en cero grados y el ancho de pulso necesario para el desplazamiento maximo, sin embargo debido a incongruencias entre los valores deseados y los valores obtenidos se conservo el formato simplificado de esta instrucción ya que de este modo utiliza valores de ancho de pulso estandar para una gran cantidad de servomotores en el mercado con desplazamientos de cero a ciento ochenta grados, en caso de ser un servomotor de mayor o menor desplazamiento angular si sera necesario ingresar dichos valores. Otro aspecto importante a resaltar en el codigo es el uso de retardos de un segundo para realizar los distintos desplazamientos angulares, si estos no estuvieran presentes o fueran mucho menores el servomotor podria no llegar a la posicion deseada y comenzar un nuevo desplazamiento.

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