Servomecanisme

Structura si functionarea sistemelor de pozitionare

În aplicatiile industriale foarte adesea este necesara realizarea unor pozitionari

precise într-un timp cât mai redus. Dupa tipul energiei utilizate si al elementului de forta

care asigura miscarea sarcinii, un astfel de sistem poate fi: hidraulic, pneumatic si, cel

mai adesea, electric.

Pentru a avea o vedere de ansamblu asupra unui astfel de sistem de pozitionare, sa

consideram un caz simplificat, prezentat în Figura 1.1.

Amplificator

de putere Servomotor

SM

T

T

Traductor

de pozitie

A

1

r

Sarcina

S

0 ¦

m &

m ¸

e &

i ¸

µ u A u

i T Ti K u ¸ =

e T Te K u ¸ =

+ -

e ¸

e &

e ¸

Energie electrica

Traductor

de pozitie

Reductor

de turatie

e T Te K u ¸ =

Flux de putere electrica Flux de informatii Flux de putere mecanica

Figura 1.1. Schema de principiu a unui servosistem

Servosistemul analizat este compus dintr-un traductor de eroare de pozitie T, un

amplificator de putere electronic sau electromecanic A, un servomotor electric SM si un

reductor de viteza mecanic R prin care se antreneaza sarcina S.

Echilibrul ideal al sistemului corespunde situatiei în care pozitia sarcinii coincide

cu cea impusa, respectiv marimea de iesire, e ¸ , este egala cu marimea de comanda,

situatie în care tensiunea de iesire a traductorului de pozitie, µ u , este zero, tensiunea de

alimentare a motorului, A u , nula si deci întreg ansamblul ramâne nemiscat.

La primirea unui semnal de comanda '

i ¸, la iesirea traductorului de eroare de

pozitie apare un semnal proportional cu diferenta dintre marimea de intrare si marimea de

iesire care, amplificat si aplicat motorului, comanda aducerea sarcinii dupa un anumit

timp într-o noua pozitie de echilibru ' '

i e ¸ ¸ = .

1.1. Elemente componente ale servosistemelor

Asa cum am aratat, cel mai simplu servosistem se compune dintr-un traductor de

pozitie, unul sau mai multe amplificatoare în cascada, un servomotor si un reductor ce

antreneaza sarcina. Determinarea modelului matematic al fiecaruia dintre aceste elemente

va permite determinarea modelului întregului sistem si, deci predeterminarea

caracteristicilor sale de functionare.

2

1.1.1. Traductorul de eroare de pozitie

Servosistemul de fata utilizeaza pentru actionare un servomotor de curent

continuu si, ca urmare, semnalul de intrare al amplificatorului de putere trebuie sa fie un

semnal electric continuu. În cazul utilizarii unui traductor de eroare în curent alternativ,

semnalul obtinut la iesire va fi demodulat pentru a se obtine un semnal echivalent

continuu.

Ca traductor de pozitie se utilizeaza dispozitive analogice sau digitale, dintre care

cel mai simplu este realizat cu ajutorul a doua potentiometre alimentate în curent

continuu sau curent alternativ (Figura 1.2, a si b), la iesirea carora se obtine un semnal

electric proportional cu diferenta de pozitie a celor doua cursoare:

) ( K u e i T ¸  ¸ = µ (1.1)

Desi mai complicata, schema în curent alternativ care cuprinde de asemenea un

demodulator prezinta avantajul ca elimina, fata de schema în curent continuu, tensiunile

electromotoare de contact, îmbunatatind astfel precizia sistemului. Valoarea semnalului

de iesire depinde de domeniul maxim de lucru al potentiometrelor si de valoarea tensiunii

aplicate.

a) b)

Figura 1.2. Traductoare potentiometrice de pozitie:

a) de curent continuu; b) de curent alternativ

Dezavantajele principale ale traductoarelor de acest tip (realizate cu rezistente

bobinate) constau în uzura rapida a contactelor si în variatia în trepte a rezistentei,

respectiv a tensiunii de iesire, dezavantaje eliminate prin utilizarea unor traductoare mai

sofisticate, de tip electromagnetic sau optic.

În cazul de servosistemului studiat, se considera ca traductorul de pozitie

functioneaza în domeniul linear si, drept urmare, neliniaritatile datorate contactelor

potentiometrelor pot fi neglijate. Schema bloc a traductorului de curent continuu (Figura

1.2,a) este prezentata în Figura 1.3,a, unde factorul de amplificare P K include atât

sensibilitatea potentiometrelor cât si factorul de amplificare al amplificatorului sumator.

Pentru traductoarele de pozitie de curent alternativ, diagrama bloc este prezentata

in Figura 1.3,b. Traductorul si demodulatorul se comporta ca un element de întârziere de

ordinul 1, fiind catracterizate printr-o functie de transfer de tipul: