(1 msec. – leggi millisecondo - è pari

ad un millesimo di secondo):

durata dell’impulso con lo stick al

centro = 1,52 msec. nominali;

durata dell’impulso con lo stick al

minimo = 1 msec. circa;

durata dell’impulso con lo stick al

massimo = 2 msec. circa;

Ho attribuito l’aggettivo “nominali” al

primo valore, poiché in pratica si ragiona

sempre nei termini di 1,5 msec.

(non so chi, e perché, abbia imposto

questo strano valore convenzionale);

e “circa” agli altri due valori, dal momento

che questi sono condizionati

dalle inevitabili tolleranze dei componenti

impiegati nei circuiti elettronici.

Per quanto riguarda i trim, il loro spostamento

della posizione di centro provoca

la “traslazione temporale” dell’intero

impulso relativo al canale cui

sono associati: ad esempio, minimo

1,1 msec., centro 1,6 msec., massimo

2,1 msec.; fa eccezione il trim relativo

allo stick del motore, il cui spostamento

provoca la variazione solamente

della durata dell’impulso corrispondente

alla posizione di gas al minimo,

mentre non ne altera il valore quando

il gas viene portato al massimo.

Abbiamo visto, quindi, che esiste un

circuito associato ad ogni movimento

degli stick (ed eventualmente, nei radiocomandi

in grado di gestire un numero

di canali superiori a quattro, anche

pilotato dai canali accessori quali

flaps, carrelli retrattili, ecc.), in grado

di generare un impulso la cui lunghezza

temporale rispecchia la posizione

del relativo comando. Ma, dal momento

che il segnale emesso dal trasmettitore

è in grado di “trasportare” una sola

informazione di tipo cosiddetto “digitale”

(vale a dire che il segnale potrà

assume due soli stati logici, 0 oppure

1), è necessario introdurre qualche dispositivo

che sia adatto a gestire, miscelandoli

in qualche modo, gl’impulsi

provenienti dai vari comandi presenti

sul trasmettitore: questo prende

il nome di “multiplexer”(Fig. 2).

Fig. 2: Schema del multiplexer.

base dei tempi = 2 msec./divisione.

     Il multiplexer, comandato dalla logica

che gestisce il trasmettitore, pone in rigida

sequenza temporale gli impulsi

generati da ogni singolo comando.

Come si può vedere dalla figura 2, allo

scopo di assicurare il sincronismo necessario

al ricevitore per ricostruire

correttamente la sequenza inviata, all’inizio

del treno di impulsi viene inviato

un segnale avente una durata di

almeno 2,5 msec., cioè certamente

maggiore del più lungo segnale che

può essere generato da ciascun canale

(nella pratica, per assicurare la massima

sicurezza operativa, questo tempo

si aggira generalmente sui 10 msec.):

questo lungo impulso informa la logica

presente nel ricevitore che i successivi

segnali dovranno essere interpretati,

nell’ordine in cui giungeranno, come

la posizione dei comandi associati

ai relativi canali. Nella grande maggioranza

dei radiocomandi commercializzati

attualmente in Europa, la sequenza

è codificata come segue:

canale 1 – alettoni

canale 2 - elevatore

canale 3 - motore

canale 4 - direzionale

canale 5 - carrelli

canale 6 - flap

canale 7 - a disposizione

canale 8 - a disposizione

nota: al canale 6, negli apparati in grado

di pilotare un servo per ciascuna semiala,

può essere in alternativa assegnato il

controllo del secondo servo degli alettoni,

tipicamente quello posto nella semiala

sinistra; la funzione flap potrà essere

programmata utilizzando la miscelazione

comunemente definita “flaperoni”.

Come ormai molti fra i lettori avranno

intuito, nel ricevitore è presente un circuito

del tutto analogo, chiamato (viva

l’originalità...) “de-multiplexer”, il quale

svolge una funzione speculare a quella

effettuata dal suo quasi-omonimo posto

nel trasmettitore: decodifica cioè la

sequenza di impulsi che gli sono pervenuti,

ed invia a ciascuna presa destinata

al collegamento di ogni singolo servo

il segnale ad esso indirizzato, identico

(se il tutto funziona correttamente...) a

quello generato dal corrispondente stick

della trasmittente. (Fig. 3).

Fig. 3: Schema del de-multiplexer.

     Per concludere l’argomento: il “trucco”

di mettere in sequenza tutti gli impulsi

di comando funziona grazie all’elevata

velocità con cui questi vengono

trasmessi. Consideriamo, infatti,

un radiocomando a otto canali; l’intero

ciclo avrà una durata massima di:

impulso di sincronismo = 10 msec.

impulsi di comando, ciascuno pari a 2

msec. max + tempo di separazione = 1

msec. circa = (2+1) x 8 = 24 msec.

Totale = 34 msec.

Ciò significa che i comandi inviati a ciascun

servo verranno aggiornati circa 30

volte al secondo (1000 : 34 = 29,411);

un tempo, cioè, del tutto trascurabile rispetto

alla velocità di risposta meccanica

del dispositivo.

     Foto A: Il segnale generato dal multiplexer

di un Tx Futaba FF8, prelevato dalla

presa maestro-allievo (la radio dev’essere

in modalità PPM) visto all’oscilloscopio.

Ampiezza verticale = 1 Volt/divisione;

Fig. 4: Schema a blocchi di un servo.

      Funzionamento del servo

Vediamo, anzitutto, da quali elementi

fondamentali è composto il servo (fig. B).

Foto B: Un vecchio servo Futaba S-128,

 sacrificato in nome della divulgazione

 tecnica

      L’energia meccanica viene fornita da

un micro-motore a corrente continua, il

quale, qualora se ne inverta la polarità

di alimentazione (scambiando, cioè, il

positivo con il negativo), è in grado di

invertire il verso di rotazione; al suo alberino,

tramite una riduzione effettuata

da un treno di piccoli ingranaggi, è connesso

il perno millerighe, che fuoriesce

dal corpo del servo, sul quale siamo soliti

avvitare la squadretta di comando.

A questo perno è anche collegato l’alberino

di un minuscolo potenziometro,

che quindi varia la propria resistenza in

funzione della posizione assunta dalla

squadretta... (se qualche lettore, a questo

punto, ha già intuito come funziona

tutto il marchingegno, voglia gradire i

miei complimenti più sinceri!)

Torniamo seri, ed occupiamoci dell’elettronica.

Come tutti sappiamo, il servo

viene connesso al ricevitore tramite

un cavetto tripolare: i conduttori marrone

(o nero) e rosso portano la tensione

di alimentazione (4,8 oppure 6 volt)

proveniente dalla batteria di bordo, su

quello arancio (o bianco) è invece ciclicamente

presente il segnale di comando

(di durata, come abbiamo già

visto, compresa tra 1 e 2 msec).

Il piccolo potenziometro, che sappiamo

collegato meccanicamente alla squadretta,

è invece elettricamente connesso

ad un circuito monostabile, concettualmente

simile a quello descritto a proposito

del trasmettitore, e tarato (ma guarda

tu, il caso...) per generare, quando la

squadretta raggiunge gli estremi della

sua rotazione, impulsi di durata variabile

da 1 a 2 msec. Questo segnale, e

quello proveniente dalla ricevente, vengono

inviati ad un circuito (tranquilli, è

l’ultimo...) detto “comparatore”, che ne

raffronta la durata temporale; se l’impulso,

chiamiamolo “di posizione” differisce

da quello “di controllo”, il comparatore

aziona il motore, fornendo allo

stesso la polarità idonea a farlo girare

nel giusto verso, finché non verificherà

che la durata dei due impulsi è divenuta

uguale. In altre parole, la logica di controllo

del servo “insegue” il segnale

proveniente dal radiocomando, finché

non riesce a generarne uno uguale; e,

nel realizzare questa condizione, ottiene

proprio il risultato di posizionare la

squadretta ad un angolo esattamente

proporzionale a quello a cui è stato portato

il corrispondente stick di comando

posto sul trasmettitore.

     Caratteristiche del servo

Adesso che abbiamo imparato come

funziona un servo, vediamo di capire

quanto questo sia in grado di soddisfare

le nostre aspettative di aeromodellisti.

A proposito di un servo, oltre alle dimensioni

e al peso, vengono invariabilmente

fornite due sole caratteristiche

operative: velocità e coppia.

Ma questi valori, pur di fondamentale

importanza e facile interpretazione,

non ne caratterizzano completamente

la qualità; come in ogni servomeccanismo,

bisogna prendere in esame anche

due altri parametri fondamentali: la

sensibilità e la precisione.

Definiamo la sensibilità (al solito, prego

i puristi di tapparsi le orecchie, e magari

voltarsi da un’altra parte...) come la capacità

di reagire ad una minima variazione

del segnale di comando: quanto più la

variazione percepita sarà piccola, tanto

più elevata la sensibilità del sistema.

La precisione, invece, può essere definita

come la capacità del servo di riportarsi

sempre nella stessa posizione,

qualora riceva un identico segnale di

comando; e ciò indipendentemente dal

variare delle condizioni ambientali

(temperatura, vibrazioni...), dal mutare

del carico meccanico (resistenza opposta

dalle superfici mobili comandate,

in funzione dell’attuale inviluppo di

volo) e dalle modalità di operazione

(ad esempio, se il ritorno in posizione

del servo avvenga con movimento orario,

oppure antiorario): tanto più piccolo

sarà l’errore commesso, tanto migliore

la precisione.

Queste due caratteristiche rappresentano

in realtà gli incubi ricorrenti per tutti

i progettisti di servomeccanismi in

genere; si dimostra infatti matematicamente

(si chiamavano Bode e Nyquist

gli studiosi che hanno gettato le basi

per effettuare calcoli in materia) che

l’incremento della sensibilità e/o della

precisione avviene sempre a scapito

della stabilità del sistema. Ciò significa

che, cercando di migliorare oltre un dato

valore questi parametri, si va inevitabilmente

incontro ad un grave degrado

nelle prestazioni; nel caso del nostro

servo, la squadretta inizierebbe ad

oscillare avanti e indietro intorno alla

posizione da raggiungere o, nel caso

peggiore, finirebbe a fondo corsa, senza

rispondere più ai comandi.

Come può allora il costruttore di un

servo migliorare la qualità del suo prodotto?

I fattori determinanti sono:

- l’impiego d’ingranaggi metallici

lavorati con precisione, in modo

da ridurre al minimo i giochi e l’usura

meccanica;

- l’adozione di un potenziometro

di alta precisione, compensato

rispetto alle variazioni di temperatura

ed efficacemente protetto dalle influenze

ambientali;

- la realizzazione di circuiti

elettronici aventi stabilità elevata e deriva

termica minima.

Inutile dire che tutto ciò ha un costo; e

questo spiega perché esistono servi che,

pur dichiarando le stesse caratteristiche

di coppia e velocità, costano, ad esempio,

20.000 o 200.000 lire. Al maggior

prezzo dovrebbero corrispondere, ovviamente,

migliori caratteristiche di sensibilità

e precisione, oltreché di durata.

Purtroppo è molto difficile effettuare

misure sui servi, poiché per ottenere la

necessaria precisione dei rilevamenti

angolari sul movimento della squadretta

è richiesto l’impiego di apparecchiature

complesse. Per chi comunque volesse

cimentarsi, consiglio l’utilizzo di

un semplice dispositivo, definito “amplificatore

ottico”; per realizzarlo, è

sufficiente fissare un piccolo specchietto

all’alberino del servo. Inviando

un raggio di luce quanto più possibile

stretto e collimato (le penne laser utilizzate

dai conferenzieri sono ideali)

sullo specchietto, e disponendo il tutto

in modo che il raggio riflesso venga

proiettato su una parete bianca, sarà

possibile osservare spostamenti vistosi

del punto conseguenti a variazioni altrimenti

impercettibili della rotazione

dell’alberino. Conoscendo la distanza

tra lo specchietto e il piano di proiezione

(e con qualche nozione di trigonometria....)

sarà anche possibile calcolare,

dopo aver misurato uno spostamento

del punto, l’angolo di cui ha

ruotato l’alberino per provocarlo,

espresso in gradi, oppure in radianti.

Ultime note

Mi auguro di non avervi annoiato con

questo lungo scritto, ma l’argomento

trattato richiedeva un discorso un po’

articolato, a causa delle sue svariate

implicazioni elettroniche e meccaniche.

Ho voluto affrontare l’argomento

“servo” perché, frequentando i campi

di volo, ho notato che spesso l’importanza

di questo componente viene sottovalutata,

e i più preferiscono parlare

di radio dalle caratteristiche fantasmagoriche...

ma, mi chiedo, a cosa serve

un trasmettitore a 1024 passi, capace

cioè di inviare segnali con la precisione

del microsecondo (sì, proprio un

milionesimo di secondo), quando il

servo, che è pur sempre un anello fondamentale

della catena di comando,

non è nemmeno in grado di percepire

una variazione del genere? Chiariremo

meglio il concetto una prossima volta,

quando parleremo del PCM.

A coloro che volessero comunque approfondire

l’argomento dei servomeccanismi

da un punto di vista teorico,

consiglio di acquistare, presso qualunque

libreria universitaria, le dispense

relative al corso di Controlli Automatici

per ingegneri elettronici; tengano

però presente che per comprendere la

trattazione lì svolta è necessario essere

in possesso di buone conoscenze relativamente

all’Analisi Matematica.

Andrea Avagliano