Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của động cơ ac servo

Những kết quả đạt được: Nắm được nguyên lý hoạt động và ứng dụng của động cơ AC Servo. Thiết kế và hoàn thiện mô hình KIT thực tập Servo Motor và Driver. Tìm hiểu và sử dụng Counter để đo tốc độ động cơ. Soạn thảo các bài thí nghiệm thực hành KIT thực tập.  Những kết quả chưa đạt được: Chưa thiết kế được mô hình điều khiển động cơ bằng mô phỏng công tắc hành trình. Giới hạn đo của Counter vẫn còn nhỏ so với khả năng cấp xung của Encoder.  Hướng phát triển: Thiết kế giao tiếp với máy vi tính để điều khiển động cơ hoạt động. Kết nối và dùng PLC để điều khiển hoạt động của động cơ. Thiết kế mô hình sử dụng băng tải để kiểm tra mômen của động cơ.

Trang Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ SERVO MOTOR VÀ DRIVER 1.1 Động servo Động DC động bước vốn hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động quay chúng quay ta khơng biết, kể động bước động quay góc xác định tùy vào số xung nhận Việc thiết lập hệ thống điều khiển để xác định ngăn cản chuyển động quay động làm động không quay không dễ dàng Mặt khác, động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Động servo có nhiều kiểu dáng kích thước, sử dụng nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển máy tính mơ hình máy bay xe Ứng dụng động servo robot, loại với động dùng mơ hình máy bay xe Hình Một số loại động Servo thị trường GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 1.2 Những loại động Servo phổ biến Có loại động servo sử dụng rộng rãi nay: - Động servo DC : Dựa tảng động DC tức động DC có điều khiển hồi tiếp Hình Ảnh minh họa động DC servo Hình Cấu trúc động DC servo - Động servo R/C(Radio-Controlled) : Là động servo điều khiển liên lạc vô tuyến(điều khiển từ xa) Trong thực tế, thân động servo khơng phải điều khiển vơ tuyến, nối với máy thu vô tuyến mô hình máy bay, xe Động servo nhận tín hiệu từ máy thu GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang Hình Ảnh minh họa động RC servo Motor Bảng điện tử Dây nguồn dương Dây tín hiệu Dây nối đất Volt kế Trục bánh Đĩa tròn đính kèm Vỏ động 10 Encoder Hình Cấu trúc động R/C servo - Động servo AC Động AC Servo sử dụng rộng rãi công nghiệp, nhà máy tự động mà cụ thể điều khiển vị trí, vận tốc cấu servo, robot, chuyển động chạy dao máy CNC… GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang Hình Ảnh minh họa động AC servo - Động AC servo dựa tảng động xoay chiều pha Động xoay chiều pha làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ Khi cấp điện áp xoay chiều pha vào động cơ, stato xuất từ trường quay, từ trường tác động lên roto làm roto quay theo Hình Stato dịng điện pha GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang Hình Cấu trúc động AC servo 1.3 Động AC servo Σ – L Series SGML hãng Yaskawa Nhật Bản Hình Động AC servo Yaskawa SGML-02AF12 GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 1.3.1 Thơng số kĩ thuật Bảng thông số kĩ thuật động AC servo SGML-02AF12 Các thông số quan trọng cần ý: - Công suất : 200 W - Nguồn cấp : 200 V - Mômen : 0.673 N.m - Tốc độ tối đa : 3000 vòng/phút - Encoder : 1024 xung/vòng Bảng thơng số sản phẩm dịng SGM servo motor: GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 1.3.2 Cấu trúc chi tiết Hình 10 Cấu trúc chi tiết động AC servo dòng SGML 1.3.3 Kết nối với Driver(servopack) Động AC servo kết nối với Driver đường cáp chính: - Một đường cáp nguồn C4: gồm sợi dây hình Hình 11 Sơ đồ chân đầu cáp C4 GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang - Chức chân đầu cáp C4(nối trực tiếp vào Driver): - Hai đường cáp tín hiệu C9 Encoder nối với cáp CN2 Driver, cổng kết nối có lỗ: Hình 12 Sơ đồ chân đầu cáp C9 GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang - Chức chân đầu cáp C9 C9N(2 đầu cáp nối với nhau): - Cáp C9 nối với đầu cáp C9N Driver: Hình 13 Sơ đồ chân đầu cáp C9N GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 10 - Cuối dây cáp đầu cáp CN1 Driver Dưới hình thứ tự chân đầu cáp CN2 : Hình 14 Sơ đồ chân đầu cáp 2CN - Chức chân đầu cáp CN2 :  Sơ đồ kết nối với Driver : - Cáp C4 gồm sợi dây U,V,W GND nối với driver theo thứ tự hình - Đầu cáp C9 kết nối với đầu cáp C9N chuyển qua cáp CN2 kết nối với driver vị trí CN2 hình GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 50 Tiếp theo, ta khởi động động cách gạt công tắc qua ON Cuối cùng, để điều khiển tốc độ động ta vặn biến trở Volume 4.2 Bài tập 2: Điều khiển mômen động Hướng dẫn thực hành: Muốn điều khiển mômen động cơ, trước tiên ta phải nối dây để chọn chế độ điềukhiển mơmen: GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 51 Sau đó, ta gạt cơng tắc qua bên MƠMEN Tiếp theo, ta khởi động động cách gạt công tắc qua ON Cuối cùng, để điều khiển mômen động ta vặn biến trở Volume Lưu ý: Điều khiển tốc độ ta kiểm tra mắt thường hay dùng counter, nhiên điểu khiển mômen kiểm tra mắt thường mà phải dùng tay để kiểm tra GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 52 Cách kiểm tra mômen tay: Dùng tay giữ vịng trịn Mica, sau vặn biến trở Volume theo hướng tăng dần, ta cảm nhận sức kéo(mômen) động tăng lên 4.3 Bài tập 3: Điều khiển động chạy thuận – nghịch Hướng dẫn thực hành: Có hai cách để điều khiển động chạy thuận nghịch: - Một điều khiển hình Operator - Hai điều khiển thiết bị điều khiển KIT thực tập 4.3.1 Điều khiển động hình Operator Hướng dẫn vận hành động servo hình Operator OP03: - Ấn phím - Ở MODE Cn, ấn phím - Ấn phím GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ để lựa chọn chế độ cài đặt thông số để lựa chọn thông số Cn-00 để hiển thị liệu thông số Cn-00 SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 53 - Ấn phím - Ấn phím - Ấn phím GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ để thay đổi liệu thành để thiết lập chế độ vận hành kỹ thuật số để đặt động servo lên trạng thái ON SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 54 - Ấn phím để vận hành động Động quay thuận phím nhấn giữ Động quay nghịch phím - Ấn phím - Ấn phím - Ấn phím nhấn giữ lần để đưa động servo trạng thái OFF để trở Động trở trạng thái OFF để hình trở chế độ cài đặt thông số Cn Kết thúc trình vận hành thử hình OP03A 4.3.2 Điều khiển thiết bị điều khiển KIT thực tập - Muốn điều khiển động chạy thuận, ta nối dây theo sơ đồ sau: Sau làm bước điều khiển tốc độ mômen GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 55 - Muốn điều khiển động chạy nghịch, ta nối dây theo sơ đồ sau: Sau làm bước điều khiển tốc độ mômen 4.4 Bài tập 4: Xác định số xung/vòng Encoder counter  Hướng dẫn thực hành: Muốn xác định số xung/vòng Encoder Counter, ta làm bước sau: - Cấp nguồn cho KIT thực tập - Nối dây chạy chế độ thuận nghịch - Chỉnh chế độ điều khiển tốc độ mômen GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 56 - Gạt cơng tắc ĐIỀU KHIỂN qua TỐC ĐỘ MƠMEN: - Có thể gạt công tắc START để khởi động động làm tay GVHD: Th.s Đoàn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 57  Điều khiển biến trở Volume: Vặn biến trở để động quay thật chậm, ta vào vòng chia độ để xác định động quay đủ vịng Khi ta xác định số xung/vòng Encoder Counter  Điều khiển tay: Ta không khởi động động mà dùng tay để vặn vòng tròn Mica, vào vòng chia độ để xác định động quay đủ vịng Khi ta xác định số xung/vòng Encoder Counter 4.5 Bài tập 5: Tìm giới hạn đo Counter  Hướng dẫn thực hành: Muốn tìm giới hạn đo Counter ta có cách: - Tính tốn lý thuyết - Dùng biến trở Volume để tìm giới hạn đo Counter GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 58 4.5.1 Tìm giới hạn đo Counter phép tốn Đọc thông số Counter ta thấy tần số đo tối đa 10KHz Với số xung/vịng Encoder 1024 xung/vịng Từ suy tốc độ quay tối đa động mà Counter đo là: = 9,765 vòng/giây = 585,9 vòng/phút Mà tốc độ tối đa động 3000 vòng/phút suy giới hạn đo Counter xấp xỉ 1/5 tốc độ tối đa động 4.5.2 Dùng biến trở Volume để tìm giới hạn đo Counter Muốn tìm giới hạn đo Counter biến trở, ta khởi động động chế độ điều khiển tốc độ Sau ta vặn biến trở theo chiều tăng dần Ta quan sát thấy tốc độ đo Counter tăng theo.Ta tiếp tục vặn biến trở tăng đế Counter khơng thể đo Khi ta xác định góc quay biến trở để tìm giới hạn đo Counter Khi đó, ta sé thấy góc quay biến trở đạt đến giới hạn đo Counter xấp xỉ 1/5 góc quay tối đa biến trở Từ ta suy giới hạn đo Counter 1/5 tốc độ tối đa động Tức xấp xỉ 585,9 vòng/phút 4.6 Bài tập 6: Kiểm tra loại động sử dụng hình Operator GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 59 Hướng dẫn sử dụng hình để kiểm tra loại động sử dụng - Ấn phím - Ở MODE Cn, ấn phím - Ấn phím để hiển thị liệu thơng số Cn-00 - Ấn phím - Ấn phím GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ để lựa chọn chế độ cài đặt thông số để lựa chọn thông số Cn-00 để thay đổi liệu thành để loại motor sử dụng SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 60 - Ấn phím - Ấn phím lần để trở hình chọn bit liệu Cn-00 để quay chế độ cài đặt thông số Cn 4.7 Bài tập 7: Vận hành động cấp tốc độ mặc định  Hướng dẫn thực hành: Ta dùng hình Operator để thực Để vận hành chế độ cấp tốc độ mặc định, phải cài đặt thơng số Cn-02 bit = 1, điều có nghĩa khơng thể sử dụng mạch analog để điều chỉnh tốc độ động Các bước cài đặt: - Ấn phím GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thông Nguyễn Trần Vũ để lựa chọn chế độ cài đặt thơng số SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 61 - Ở MODE Cn, ấn phím để lựa chọn thơng số Cn-02 - Ấn phím để hiển thị liệu thơng số Cn-02 - Ấn phím - Ấn phím - Ấn phím để thay đổi liệu thành để đặt bit Cn-02 lên giá trị để lưu giá trị vừa cài đặt Ấn phím thêm lần để quay chế độ cài đặt thông số Cn Vận hành: Thao tác hai công tắc CN1-1, CN1-12 CN1-15(ĐIỀU KHIỂN) theo biểu đồ sau để vận hành cấp tốc độ đảo chiều quay GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 62 GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 63 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN  Những kết đạt được: - Nắm nguyên lý hoạt động ứng dụng động AC Servo - Thiết kế hồn thiện mơ hình KIT thực tập Servo Motor Driver - Tìm hiểu sử dụng Counter để đo tốc độ động - Soạn thảo thí nghiệm thực hành KIT thực tập  Những kết chưa đạt được: - Chưa thiết kế mơ hình điều khiển động mơ cơng tắc hành trình - Giới hạn đo Counter nhỏ so với khả cấp xung Encoder  Hướng phát triển: - Thiết kế giao tiếp với máy vi tính để điều khiển động hoạt động - Kết nối dùng PLC để điều khiển hoạt động động - Thiết kế mô hình sử dụng băng tải để kiểm tra mơmen động GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng Trang 64 Danh sách tài liệu tham khảo USER’S MANUAL – YASKAWA: http://www.yaskawa.com/site/dmservo.nsf/LEG/TKUR-7E9LMQ/$file/SGDL %20User%20Manual%20-%20Position.pdf Giới thiệu loại động Servo: http://webdien.com/d/showthread.php?t=20220 Tài liệu “động servo” nhóm tác giả Lâm Quỳnh Trang – Lê Trọng Hiền – Nguyễn Minh Trung – Đoàn Hiệp Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Và số tài liệu đính kèm CD báo cáo GVHD: Th.s Đồn Minh Hải Trần Minh Thơng Nguyễn Trần Vũ SVTH: Nguyễn Đình Dũng