Kata "servo" sendiri berasal dari kata "servant"
yang berarti pelayan. Dengan kata lain, servo adalah pelayan yang mampu
bekerja dengan tepat dan cepat sesuai instruksi dari tuannya. Sedang
sistem servo dapat didefinisikan sebagai alat yang mampu menggerakkan
pada kecepatan tertentu dan memposisikan suatu objek pada posisi yang
ditentukan. Sistem kontrol otomatis seperti ini membutuhkan feedback
(umpan balik) untuk dapat bekerja. Seperti yang dijelaskan pada gambar
dibawah ini:
Dengan demikian
sistem servo adalah sistem kontrol otomatis yang mendeteksi posisi
mesin (output), mengumpan balik data tersebut ke bagian input, lalu
membandingkannya dengan posisi yang telah ditentukan (input), kemuadian
menggerakan mesin berdasarkan perbedaan data yang dibandingkan tadi.
Dengan kata lain sistem servo adalah sistem kontrol yang
menekan/mengupayakan agar data output sama persis dengan data input
(atau lebih dikenal dengan referensi). Sebagai contoh data
input(referensi) berubah, maka dengan segera servo akan meresponnya.
Referensi input tidak hanya berupa referensi posisi tapi bisa juga
berupa orientasi (sudut), tegangan, torsi, tekanan, dan lain-lain.
Sistem kontrol seperti diatas yang menggunakan umpan balik (feedback)
sering disebut close loop control (kontrol putaran tertutup).
Berikut ilustrasi dari sistem servo :
Sistem servo terdiri dari host controller, biasanya berupa PLC, lalu servo amplifier/servo drive (servopack, istilah servopack biasa digunakan untuk drive buatan Jepang, seperti Yaskawa, mitsubishi, fuji, reliance electric, dll), lalu servomotor.
Kemudian dibawah ini akan dijelaskan ilustrasi sistem servo dengan lebih lengkap:
Keterangan:
1. Controlled system;
merupakan sistem mekanik dimana posisi/kecepatan akan dikontrol.
Didalamnya terdapat drive yang menyalurkan torsi dari servomotor ke
mesin dan Movable table digerakkan dari servomotor melalui gear. Sistem ini terdiri dari;
- Coupling + ball screw; ketika sistem menggunakan rasio "power transmission" 1:1, maka sistem ini yang sering digunakan. Dan kenyataannya, sistem inilah yang sering digunakan di mesin perkakas.
- Timing Belt + Trapezoidal Screw Thread; timing belt merupakan sebuah penghubung yang memiliki rasio "power transmission" yang bebas(tidak harus 1:1). Tapi karena trapezoidal screw thread tidak memiliki tingkat akurasi yang tinggi, maka jenis ini biasanya hanya digunakan untuk coupling kecil.
2. Servomotor;
Motor utama yang menggerakkan mesin. Ada dua jenis motor, yakni motor
AC dan motor DC. Servomotor DC dikendalikan oleh arus searah (DC).
Hingga tahun 1980 istilah servomotor selalu diartikan sebagai servomotor
DC, baru sejak tahun 1984, servomotor AC muncul dari hasil perkembangan
pesat teknologi prosessor. Motor AC memiliki kelebihan dibanding motor
DC, diantaranya perawatan mudah karena tidak menggunakan karbon brush,
dan menghasilkan kecepatan tinggi karena tidak ada proses penyearahan.
Servomotor AC ada 2 jenis, motor Synchronous dan motor induksi, tapi motor Synchronous-lah
yang sering digunakan. Motor jenis ini berputar berdasarkan perubahan
frekuensi arus bolak baliknya. Motor ini juga memiliki torsi yang kuat
ketika berhenti, sehingga lebih ideal untuk penggunaan yang membutuhkan
tingkat presisi yang tinggi. Seperti gambar diatas. Servomotor juga
harus memiliki "instantaneous power" sehingga dapat mulai bergerak
dengan segera setelah referensi diterima (cepat tanggap). istilah "power
rating(kW/s)" sering digunakan untuk mengukur kemampuan tersebut. Power
rating berarti banyaknya power yang dapat disalurkan per detiknya
(kW/s). Semakin besar power ratingnya, semakin bertenaga servomotor
tersebut.
3. Detector; merupakan pendeteksi posisi/kecepatan. Biasanya berupa encoder yang terpasang di belakang motor. Encoder terdiri 2 jenis;
- Incrimental Encoder; merupakan generator pulsa yang menghasilkan nilai pulsa tertentu tiap revolusi (contoh: 2000 pulse per revolution). jika encoder dihubungkan pada mekanik servo dan tiap pulsa diartikan suatu nilai panjang (contoh : 0,001mm), dengan begitu incrimental encoder dapat digunakan sebagai detector position. Tapi bagaimanapun juga encoder ini bukanlah pendeteksi posisi murni dan hanya mengeluarkan sinyal pulsa. Untuk itu, pengkalibrasian diperlukan tiap penentuan posisi.
- Absolute Encoder; didesign sedemikian rupa sehingga mampu mendeteksi sudut putaran sebaik mungkin, lebih presisi dibanding incrimental encoder. Sehingga memungkinkan tidak perlu dilakukan kalibrasi tiap akan mengoperasikan. Perbedaan mencolok dengan incrimental encoder adalah absolute encoder mampu menjaga track posisi putaran batang motor meskipun power tiba-tiba mati dan terjadi gerakan putaran sewaktu power mati.
4. Servo amplifier;
Sebuah penguat yang mengolah sinyal error untuk mengoreksi perbedaan
antara sinyal input (referensi) dengan sinyal umpan balik (feedback)
sehingga menghasilkan output yang diharapkan. Servo amplifier terdiri
dari comparator yang mengolah sinyal error dan power amplifier yang
menguatkan sinyal agar mampu menggerakan servomotor. Seperti gambar
diatas.- Comparator; terdiri dari komparator dan kontrol. komparator berfungsi untuk membandingkan referensi dengan feedback dan menghasilkan sinyal differential. Sedang kontrol berfungsi untuk menguatkan dan menyalurkan sinyal differential.
- Power Amplifier menggerakan servomotor pada posisi/kecepatan yang sesuai dengan output Comparator.
5. Host controlled; alat yang mengendalikan servo amplifier dengan menggunakan referensi kecepatan/posisi berupa set point.
