Torque e velocidade do servomotor

Calcule o torque, a velocidade, a eficiência e o EMF traseiro do servomotor a partir dos parâmetros elétricos e de carga.

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Fórmula

P_out = T × ω, η = P_out/P_in × 100%

T — Load torque (N·m)

ω — Angular speed (rad/s)

Como Funciona

Um servomotor é um atuador rotativo de circuito fechado que combina um motor DC ou sem escova com um codificador de posição e controlador de feedback. O controlador compara a posição comandada (via largura de pulso do sinal PWM) com o ângulo real do eixo e aciona o motor para minimizar o erro. A saída de torque é determinada pela classificação de torque de parada do motor e pela tensão aplicada, enquanto a velocidade é governada pelo RPM sem carga e pelo ciclo de trabalho do sinal de controle. O sinal de controle PWM padrão usa um quadro de 50 Hz com larguras de pulso entre 1 ms (0°) e 2 ms (180°).

Exemplo Resolvido

Um servo amador é avaliado em 6 V, torque de parada de 3 kg · cm e velocidade sem carga de 0,10 seg/60°.

Etapa 1 — Converta o torque de parada em N · m:

3 kg · cm × 0,0981 N · m/ (kg · cm) = 0,294 N · m

Etapa 2 — Determine a velocidade angular sem carga:

60° em 0,10 s → 600 °/s → 600/360 × 2π = 10,47 rad/s

Etapa 3 — Estimar o pico de potência mecânica:

P = T × ω/2 (o pico de potência ocorre com metade do torque de parada)

P = (0,294/2) × (10,47/2) = 0,770 W

Etapa 4 — Verifique o pulso de controle:

Para a posição de 90°: pulso = 1 ms + (90/180) × 1 ms = 1,5 ms a 50 Hz

Resultado: o servo fornece até 0,77 W de potência mecânica. Dimensione a fonte para fornecer pelo menos 1,5 × corrente de parada para evitar o desgaste durante movimentos rápidos.

Dicas Práticas

✓Adicione uma capacitância em massa de 100—470 µF próxima aos pinos de alimentação do servo para absorver os picos de irrupção e evitar reinicializações da MCU
✓Para um posicionamento preciso, use servos digitais com engrenagens de metal; servos analógicos com engrenagens de plástico exibem folga e conformidade visíveis
✓Meça a corrente real sem carga na tensão operacional antes de finalizar seu orçamento de energia — os valores da folha de dados geralmente são medidos em uma tensão diferente

Erros Comuns

✗Alimentando o servo a partir do trilho de 5 V do microcontrolador - correntes de parada (até 1,5 A) interromperão o fornecimento de MCU
✗Ignorando a taxa de quadros PWM: a maioria dos servos analógicos requer exatamente 50 Hz; os servos digitais toleram até 333 Hz
✗Supondo que o torque de parada seja contínuo — as servoengrenagens e os enrolamentos superaquecem se o torque de parada for aplicado por mais de alguns segundos

Perguntas Frequentes

Qual é a diferença entre servos analógicos e digitais?

Os servos analógicos atualizam seu loop PID interno em ~ 50 Hz (a taxa de quadros PWM). Os servos digitais coletam amostras da entrada PWM e atualizam o acionamento do motor em 300—400 Hz, oferecendo uma resposta mais rápida, maior torque de retenção e melhor resolução — ao custo de maior corrente ociosa.

Como calculo o torque necessário para minha aplicação de servo?

Multiplique a massa da carga (kg) pela aceleração gravitacional (9,81 m/s²) pelo comprimento do braço no momento (m) para obter o torque necessário em N·m. Aplique um fator de segurança de pelo menos 2× para cargas dinâmicas e manutenção de posição sob vibração.

Posso operar um servo a partir de um pino PWM de microcontrolador de 3,3 V?

A maioria dos servos aceita um sinal PWM de até 3,3 V em níveis lógicos enquanto funcionam com uma fonte de alimentação separada de 4,8—6 V. Conecte o sinal à terra, mantenha o painel de alimentação separado e nunca forneça energia servo do próprio pino da MCU.

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