Como Funcionamos Servos (MEC282)

Como funcionam os servos? Sua construção delicada e a dificuldade de importação destes dispositivos impedem a montagem de sistemas de rádio controle completos por muitos leitores. Veja neste artigo como funcionam estes dispositivos e estude a possibilidade de sua construção caseira.

Este artigo é de 1982. Atualmente com os arduinos e outras placas de controle é possível encontrar servos de todos os tipos e tamanhos a custos muito baixos.

A ligação de relês, solenoides ou sistemas de escape nos receptores de rádio controle permitem obter funcionamentos razoáveis, mas não são a solução ideal.

De fato, com relês, solenoides e sistemas de escape não temos um controle contínuo das posições de controle, mas sim um controle por saltos que nem sempre leva o modelo dirigido a um comportamento realístico como o desejado.

No caso de relês e solenoides, por exemplo, temos apenas duas posições possíveis de controle, pois este dispositivo só pode estar ligado ou desligado.

No caso de um carro, barco ou avião, sendo usado no leme, só temos duas posições possíveis de controle, o que significa a realização de manobras bruscas (figura 1).

 

Figura 1 – Manobras bruscas
Figura 1 – Manobras bruscas

 

No sistema de escape, a situação melhora um pouco, pois já temos posições intermediárias, mas o fato do sistema só poder atuar num sentido é um obstáculo ao controle,

Veja que o sistema de escape só gira num sentido, o que quer dizer que não podemos passar diretamente de uma posição de controle para a anterior.

Devemos antes completar todo o ciclo de atuação para voltar à posição inicial e depois seguir ao ponto desejado. Isso, sem dúvida é um problema para os casos em que forem desejadas manobras rápidas e precisas do modelo (figura 2).

 

Figura 2 – sistema de escape
Figura 2 – sistema de escape

 

Para obter um controle linear de um sistema de rádio controle são usados dispositivos denominados servos, os quais já foram descritos em outros artigos deste site.

Estes servos são pequenos "motores" com sistemas de redução, que acionam uma alavanca ou engrenagem num percurso de ida e volta e podem parar em qualquer posição intermediária.

Acoplados ao leme de um barco, por exemplo, permitem obter qualquer posição desejada e uma transição suave de uma para outra, com muito mais realismo para o modelo (figura 3).

 

Figura 3 – usando o servo
Figura 3 – usando o servo

 

Os servos, entretanto, não são muito acessíveis aos nossos montadores de rádio controle. Não existindo indústria nacional para estes dispositivos, a única maneira de obtê-los é via importação (ou pela aquisição dos tipos importados novos ou usados em casas especializadas), mas seu custo não é nada animador. (Isso na época em que o artigo foi escrito, hoje são comuns)

 

Um servo, normalmente, vai custar ao montador mais do que todos os componentes usados na montagem do sistema de rádio controle (que são obtidos no nosso comércio), ou mesmo do próprio modelo.

E, veja que para termos um controle perfeito num avião, mais de um servo deve ser usado (figura 4).

 

Figura 4 – Os servos de um avião
Figura 4 – Os servos de um avião

 

A montagem pelo próprio modelista de um servo também não é tarefa simples.

Além do circuito eletrônico algo crítico e que deve ocupar o mínimo de espaço, temos a parte mecânica, extremamente delicada, que faz uso de engrenagens e peças, que devem ser totalmente construídas pelo montador.

Estas peças exigem a habilidade de um relojoeiro e a disponibilidade de um ferramental sofisticado.

 

COMO FUNCIONAM

Na figura 5 temos a estrutura básica de um servo com realimentação ou de "laço fechado" que é do tipo mais comum.

 

Figura 5 – Blocos de um servo
Figura 5 – Blocos de um servo

 

Este servo apresenta alguns inconvenientes de funcionamento, mesmo sendo o mais popular, que são o consumo de corrente excessivo, mesmo quando não acionado, e a dificuldade em voltar à posição neutra exata quando dela tirado.

No circuito temos então uma etapa transistorizada de entrada de onde se retira o sinal de controle do receptor.

Este sinal de controle será uma tensão “proporcional" ao movimento desejado, ou seja, uma tensão que variará entre 0,25 e 1 V positivos e 0,25 e 1 V negativos, conforme o caso (figura 6).

 

Figura 6 – O movimento do servo
Figura 6 – O movimento do servo

 

O movimento será proporcional a esta tensão.

Esta tensão é amplificada e levada à segunda etapa do diagrama, que é a etapa de potência, para acionamento de um motor.

O sentido de rotação do motor dependerá da polaridade da tensão de entrada amplificada.

No sistema de engrenagens do motor existe um pequeno potenciômetro cuja finalidade é "sentir" a posição do servo.

Assim, se o servo se encontra na posição central (0 V de entrada) e aplicarmos um sinal que o leve à metade de seu movimento, 0,5 V, por exemplo, o que ocorre é o seguinte: à medida que o sistema se move, o potenciômetro também é acionado de modo a reduzir a tensão aplicada ao motor quando este se aproxima da posição desejada.

Assim, ao chegar no ponto desejado, a tensão se reduz a zero mo motor e ele para.

O potenciômetro funciona como um "elo de realimentação", que permite obter qualquer posição para o servo, dependendo da tensão do sinal aplicado.

É claro que, se o sinal de entrada desaparecer, o sistema "sente" isso, e o motor se vê submetido a uma tensão que o faz girar novamente procurando uma nova posição de equilíbrio.

O circuito completo de um sistema de servo deste tipo é mostrado na figura 7.

 

   Figura 7 – Circuito completo de um servo
Figura 7 – Circuito completo de um servo

 

Os transistores Q1 e Q2 formam o circuito de entrada, verificando-se que no emissor de Q2 temos a ligação do potenciômetro de realimentação acionado pelo motor. Q3, Q4 e Q5 formam a etapa final de amplificação, que excita a etapa de potência.

Esta etapa de potência, formada por transistores complementares, deve ser capaz de controlar as elevadas correntes dos servos, que chegam aos 500 mA ou mais, conforme o caso.

Como se trata de um circuito que serve apenas como exemplo de funcionamento não damos os valores dos componentes.

Veja que a fonte usada deve ser simétrica de 4,8 V para este caso.

 

PROBLEMAS COM ESTE SISTEMA

A parte mais delicada do sistema de servos com realimentação por potenciômetro é o próprio potenciômetro, que está sujeito a um desgaste do elemento resistivo ou a um funcionamento anormal pelo acúmulo de sujeira.

No caso de aeromodelos, a vibração do motor contribui para danificar com facilidade este elemento do circuito, levando-o em pouco tempo a um funcionamento anormal.

Limpeza frequente ou mesmo troca periódica deste componente deve ser feita para se garantir perfeito funcionamento do servo.

Nos sistemas modernos, já se consegue um funcionamento com mais confiabilidade destes servos, com sua substituição por um capacitor variável.

O sensor de posição consiste então num circuito digital que opera por frequência e não por variação de resistência. É claro que nestes casos temos uma complexidade maior para o sistema.

 

 


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