Índice

1. Servomecanismos — definição, componentes (motor servo, encoder, driver, controlador), laço fechado vs. aberto
2. Encoders e Transdutores de Posição — encoder incremental vs. absoluto, resolver, LVDT, SSI/BiSS
3. Servo Drives — parametrização básica (Siemens Sinamics, Yaskawa Sigma), modos (posição, velocidade, binário), autotuning
4. Controlador PID — proporcional, integral, derivativo, sintonização (Ziegler-Nichols, autotuning), resposta ao degrau
5. Comunicação Industrial — EtherCAT, PROFINET, CANopen para servos
6. Instalação e Ensaio — cablagem (encoder, potência, travão), EMC, comissionamento, parâmetros de diagnóstico

Arquitectura de um Sistema Servo

REFERÊNCIA DE POSIÇÃO
  (do controlador CNC/PLC)
            │
            ▼
    ┌──────────────┐
    │  CONTROLADOR │ ← Malha de posição (1–2 kHz)
    │     PID      │
    └──────┬───────┘
           │ setpoint de velocidade
           ▼
    ┌──────────────┐
    │  SERVO DRIVE │ ← Malha de velocidade (4–8 kHz)
    │   (amplif.)  │ ← Malha de corrente (16–32 kHz)
    └──────┬───────┘
           │ corrente/tensão
           ▼
    ┌──────────────┐
    │  SERVO MOTOR │
    │  (AC sínc.)  │
    └──────┬───────┘
           │ posição real (feedback)
           ▼
    ┌──────────────┐
    │   ENCODER    │ ──────────────────────────► CONTROLADOR
    └──────────────┘

Laço Fechado vs. Aberto

Tipos de Encoders

Encoder incremental:

• Gera pulsos A, B (desfasados 90°) + Z (zero)
• Conta pulsos para determinar posição relativa
• Requer homing após ligar
• Protocolo: TTL diferencial (RS-422)
• Resolução típica: 2048–131072 ppp (pulsos por rotação)

Encoder absoluto:

• Cada posição tem código único (Gray code, Binary)
• Mantém posição após desligar (não necessita homing)
• Protocolos: SSI, BiSS, EnDat, Hiperface
• Resolução típica: 17–23 bits (131072–8388608 posições/rotação)

Resolver:

• Tipo de transformador rotativo: rotor + 2 estatores desfasados 90°
• Sinal analógico (sinusoidal); muito robusto a ambiente hostil
• Requer circuito RDC (Resolver-to-Digital Converter)

Parametrização Básica Sinamics V90 (Siemens)

Sintonização PID — Método Ziegler-Nichols

Procedimento:

1. Desactivar integral (Ti=∞) e derivativo (Td=0)
2. Aumentar gradualmente Kp até que o sistema oscilar de forma sustentada (margem de ganho)
3. Registar: ganho crítico Ku e período de oscilação Tu

Parâmetros de sintonização:

Resposta ao degrau — análise:

Setpoint ─────────────┐
                      │
Resposta real:        │──────────────
                     /  ↑           ↑
                    / overshoot    steady-state
                   /   
  ────────────────/
  t_subida ──────┘ t_pico  t_assentamento

Protocolos de Comunicação para Servos

Instalação e EMC

Regras de cablagem EMC para sistemas servo:

1. Cabo motor: blindado (screened); blindagem ligada à terra em 360° nos dois extremos
2. Cabo encoder: blindado separado do cabo de potência; mínimo 20 cm de separação
3. Ferrite cores: colocar em todos os cabos de sinal na entrada do drive
4. Aterramento de estrela: todos os PE ligados ao mesmo ponto de terra
5. Separação física: cabos de sinal e cabos de potência em calhas separadas
6. Filtro EMC de entrada: C2 (ambiente industrial)

Procedimento de comissionamento:

1. Verificar alimentação (tensão e fase)
2. Verificar cablagem do encoder (continuidade, blindagem)
3. Definir parâmetros do motor (placa ou motor database do drive)
4. Executar identificação automática do motor (autotuning de corrente)
5. Executar autotuning de ganhos PID
6. Verificar resposta ao degrau de posição
7. Testar limites de hardware (fins de curso)
8. Efectuar teste funcional de segurança (STO — Safe Torque Off)