báo cáo bài thí nghiệm 1 thiết kế hệ thống tìm hiểu động cơ servo

Chức năng chính của Servo đó là điều khiển vị trí, thay đổi tốc độ chính xác, điều chỉnh momen phù hợp với những ứng dụng công việc.Thiết bị làm việc dựa trên cơ chế phản hồi âm.. Trong

I Tìm hiểu động cơ servo

1 Động cơ servo là gì

Trong hệ thống, dây chuyền sản xuất tự động hóa ngày nay không thể thiếu Servo

Nó chính là 1 hệ thống truyền động, hồi tiếp vòng kín Các động cơ Servo sẽ nhận tín hiệu từ lệnh của PLC và thực hiện chính xác, nhanh chóng

Bộ Servo hoàn chỉnh sẽ bao gồm: 1 encoder, 1 motor Servo và 1 Servo driver Chức năng chính của Servo đó là điều khiển vị trí, thay đổi tốc độ chính xác, điều chỉnh momen phù hợp với những ứng dụng công việc

Thiết bị làm việc dựa trên cơ chế phản hồi âm Nó sẽ chuyển đổi tín hiệu điện năng thành những chuyển động có kiểm soát

2 Cấu tạo động cơ servo

Một động cơ Servo sẽ bao gồm 2 phần chính đó là rotor và stator Tuy nhiên, mỗi loại cụ thể sẽ có điểm khác biệt

Mô tơ Servo AC được xem giống với động cơ bước vì có nhiều nét tương đồng

với động cơ bước Stator là cuộn dây cuốn riêng biệt và rotor là nam châm vĩnh cữu Trong motor Servo AC chia thành 2 loại nhỏ:

+ Động cơ AC Servo không đồng bộ cấu tạo gồm: cuộn cảm chính, dây dẫn thứ cấp, vòng đoản mạch, bộ dò

+ Động cơ AC Servo đồng bộ cấu tạo đơn giản hơn gồm: bộ dò, cuộn cảm chính,

và một nam châm vĩnh cửu

Bộ chỉnh lưu, kẹp, bộ dò, chổi và cuộn cảm lõi, nam châm vĩnh cữu là những thành phần cấu tạo cơ bản của 1 một Servo DC Loại motor dc Servo có chổi than có cấu

tạo gồm: chổi than, stator, cuộn lõi và rotor Servo motor DC không có chổi than đặc biệt hơn khi cuộn pha lắp ở rotor chính là động cơ vĩnh cữu

3 Nguyên lý điều khiển Servo

Động cơ motor Servo có rotor là một nam châm vĩnh cửu Từ trường tạo ra mạnh Stator của động cơ sẽ quấn vào những cuộn dây một cách riêng biệt Sau đó, nó được cấp nguồn điện và hoạt động theo 1 trình tự thích hợp để làm quay rotor Điện được cấp vào cuộn dây đúng thời điểm thì lúc này chuyển động quay của rotor sẽ phụ thuộc vào pha của dòng điện và tần số dòng điện Dòng điện sẽ phân cực và chạy trong cuộn dây stator

Động cơ Servo như ThuyKhiDien đã giới thiệu ở phần cấu tạo thì nó được tạo nên

từ hệ thống vòng khép kín Tín hiệu đầu ra của Servo sẽ được nối với mạch điều khiển Khi động cơ quay liên tục, vận tốc và vị trí sẽ hồi tiếp, truyền đến mạch này Khi có những tác nhân ảnh hưởng lên chuyển động quay, ngăn cản động cơ quay thì cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch sẽ tiếp tục điều chỉnh những sai lệch này cho đến khi động cơ đạt được vị trí và tốc độ chính xác nhất

4 Các loại động cơ Servo

4.1 Động cơ ĐC Servo

Loại động cơ DC Servo được thiết kế để ứng dụng vào những hệ thống sử dụng dòng điện nhỏ hơn Nó được phân chia thành 2 loại đó là: Động cơ DC Servo 1 chiều có chổi than và loại không có chổi than

DC Servo chuyên dùng cho máy nén khí, máy bơm nước…

4.2 Động cơ AC Servo

Đây chính là loại motor xoay chạy bằng dòng điện xoay chiều 3 pha Nó hoạt động dựa trên nguyên lý nam châm vĩnh cửu Điểm khác biệt của thiết bị này đó là tích hợp thêm cảm biến, công cụ điện tử để điều khiển và truyền thông tin

Do cấu tạo và hoạt động nên động cơ AC Servo thích hợp để dùng trong động cơ đặc biệt, dùng khi xử lý dòng điện cao thế, các máy móc công nghiệp như: máy phay, máy tiện, máy mài, máy CNC

5 Ưu nhược điểm của động cơ Servo

Ở phần trên chúng tôi đã giới thiệu về đặc điểm của 2 thiết bị nay Giờ chúng ta khám phá ưu nhược điểm của từng loại nhé

Servo DC

Ưu điểm

Điểm nổi bật của Servo DC đó chính là dễ sử dụng, giá thành phải chăng Nó có thể giúp con người kiểm soát tốc độ động cơ chính xác kể cả tốc độ mô men xoắn

Nhược điểm

Trong môi trường không có bụi bẩn không thích hợp thì các chổi than bị giới hạn tốc độ cũng như sức đề kháng bổ sung nên các hạt sẽ bị mài mòn Nó còn có thể gây ra tiếng ồn Nhiệt độ làm việc cao, khi giảm tốc độ thì quán tính cao

Servo AC

Ưu điểm

So với Servo DC thì loại AC điều khiển tốc độ tốt hơn, không có dao động khi điều khiển trên toàn vùng tốc độ Hiệu suất làm việc cao, luôn hơn 90% và ít tỏa ra nhiệt

Servo AC có thể điều khiển với tốc độ cao, điều khiển vị trí chính xác Thông thường, những Servo ac làm việc trong môi trường không có bụi, tiếng ồn nhỏ, momen xoắn, quán tính thấp…

Nhược điểm

Điểm duy nhất mà khách hàng cần cân nhắc khi sử dụng Servo AC đó là việc điều khiển nó phức tạp hơn Những thông số tại ổ đĩa cần điều chỉnh thông số PID để

có thể xác định nhu cầu kết nối nhiều hơn

6 Ứng dụng của động cơ Servo

Động cơ Servo được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất công nghiệp Tại hầu hết các máy móc, dây chuyền tại các nhà máy chế biến, sản xuất, đóng gói, lắp ráp đều

có Servo Chúng tôi sẽ giới thiệu ứng dụng của nó trong 4 nhóm ngành chính: + Trong hệ thống điều khiển thiết bị vận chuyển: Ngày nay, khi hầu hết các nhà áy chuyển mình từ sản xuất truyền thống sang kiểu hiện đại, tự động hóa, tinh vi hơn thì thiết bị vận chuyển là một bộ phận không thể thiếu Servo được lắp đặt để giúp việc di chuyển máy móc, nguyên liệu hay thành phẩm trên hệ thống băng tải, tời

+ Trong ngành sản xuất bao bì, giấy, may mặc công nghiệp: Động cơ Servo sẽ giúp điều khiển tốc độ nhanh chậm của các cuộn bao, cuộn giấy, cuộn vải, chỉ theo nhu cầu cắt, in ấn, dập hình sử dụng, làm việc

+ Trong ngành điện, điện tử: Đây có thể nói là ngành sử dụng Servo nói riêng và các thiết bị tự động hóa nói chung nhiều nhất Servo AC thường được dùng bởi

nó có thể đảm bảo độ chính xác gần như tuyệt đối cùng độ chính xác cao khi cần lắp ráp thiết bị điện tử, các con chip lên bảng mạch

+ Trong ngành sản xuất nhựa: Nếu như trước đây người ta làm cho các vật liệu nhựa chảy ra và đùn vào khuôn để chế tạo bằng hệ thống thủy lực thì nay hệ thống Servo sẽ được lắp trên máy đùn khuôn mẫu với mục đích là tiết kiệm điện năng tối đa

+ Trong ngành sản xuất đồ uống, nước giải khát và thực phẩm: Sử dụng mô tơ Servo trong quy trình sản xuất thực phẩm sẽ đảm bảo an toàn và chất lượng

II Cách điều khiển tốc độ động cơ bằng Analog (PW)

Tốc đô k của motor DC có thể được điều khiển theo nhiều cách khác nhau, và mô kt trong số những cách đơn giản nhất là điều khiển tốc đô k motor DC bằng PWM Đây

là phương pháp thay đổi điê kn áp đă kt vào đô kng cơ bằng cách dùng mạch điê kn tử để thay đổi đô k rô kng của xung ngõ ra mà vẫn giữ nguyên tần số, từ đó dẫn đến sự thay đổi điê kn áp

1 Sơ đồ mạch.

Hình 1

2 Code chương trình.

int potPin = 0;

int transistorPin = 9;

int potValue = 0;

void setup() {

pinMode(transistorPin, OUTPUT);}

void loop() {

potValue = analogRead(potPin) / 4;

analogWrite(transistorPin, potValue);

}

3 Giải thích chương trình.

Như trong sơ đồ mạch ta thấy biến trở được nối với chân A0, transistor được nối với

chân số 9 thông qua điện trở 1k Như vậy ta khai báo 2 biến chứa vị trí chân cho biến trở và transistor

int potPin = 0;

int transistorPin = 9;

Biến integer potValue chứa giá trị đọc được từ chân A0

int potValue = 0

Một câu hỏi đặt ra ở đây là nếu chúng ta không kết nối transistor điều khiển động

cơ vào chân số 9 mà thay vào đó là chân số 1 hoặc 2 không thể điều khiển tốc độ động cơ được

Nhưng trước hết nói về PWM PWM (pulse width modulation) là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuổi xung dẫn đến sự thay đổi điện áp

ra Để tạo ra được PWM trên Arduino thì chúng ta sử dụng

lệnh analogWrite(Pin, Value);

Trong đó:

Pin: là vị trí chân, đối với Arduino Uno thì chỉ có các chân 3, 5, 6, 9, 10 & 11 mới

có chức năng tạo PWM Vậy chúng ta có thể trả lời được câu hỏi bên trên, các chân digital còn lại của có thể đọc hoặc xuất 2 giá trị là 0 và 1 mà thôi

Value: Giá trị nằm trong khoảng 0 đến 255 Để hiểu rõ hơn về PWM qua ví dụ sau Nếu sử dụng lệnh analogWrite(transistorPin, 127); thì dạng xung ở chân 9 ( transistorPin = 9) sẽ như hình dưới và giá trị trung bình ngõ ra sẽ là 2,5V (50% )

Hình 2 PWM 50%

Nếu Value = 64 (hay 25%) thì dạng xung như sau:

Hình 3 PWM 25%

Value = 229 (hay 90%) thì dạng xung sẽ là :

Hình 3 PWM 90%

Từ ví dụ trên ta thấy sự thay đổi độ rộng của chuổi xung dẫn đến sự thay đổi điện áp

ra Ta cũng thấy rằng điện áp trên motor cũng thay đổi tuyến tính theo sự thay đổi điện áp ngõ ra trên chân 9 Tức là nếu điện áp trung bình trên chân 9 là 2,5 volt (50% ) thì điện áp trên hai đầu motor là 6 volt ( nguồn motor là 12 volt ) Quay lại chương trình ta cần quan tâm tới một câu lệnh đó là:

potValue = analogRead(potPin) / 4;

Chúng ta cần phải chia giá trị đọc được cho 4 vì giá trị analog sẽ nằm trong khoảng

0 (0 volt ) đến 1023 (5 volt ), nhưng giá trị cần xuất ra ngoài chân 9 lại nằm trong khoảng 0 đến 255 đó chính là lý do tại sao có chia 4 ở đây Và câu lệnh cuối cùng

là tạo PWM trên chân 9 để điều khiển tốc đố động cơ

analogWrite(transistorPin, potValue);

III Trình Bày về Servo Driver QS7

1 Driver QS7

1.1Bảng tên

1.2Quy tắc đặt tên

1.3Biểu đồ của Servo motor và Driver

1.4Thông số kỹ thuật

2 Cách Thiết lập tham số

Chọn tham số

Chế độ hoạt động:

P4: - 1 JOG chế độ tay quay bằng

- 2 P34 Tốc độ

Speed P25 0 Analog vào

1 P35

- 0 Position: xung bên ngoài

Servo ON P5 0 Có điều khiển

1 luôn ở trạng thái sẵn sàng

Hướng quay P11 0 CN

1 CCN

Tỉ số truyền: Position

:

:

Maxspeed P26

Filter P28

ShiftAnalog P29

Zerospeed P49

Tỉ số chia Encoder

3 Thông báo lỗi

P

Mode

- ERO-00 Bình thường

- ERO-01 Tốc độ động cơ quá cao

Do: + Lỗi kết nối bộ mã hoá

+ Hỏng bộ mã hoá

+ Cáp mã hoá quá dài dẫn đến mức thấp điện áp cung cấp bộ mã hoá + Chạy quá nhanh

+ Tần số xung đầu vào quá cao

+ Tỷ số truyền điện tử quá lớn

+ Sự mất ổn định của hệ thống

+ Lỗi bảng mạch

- ERO-02 Mạch chính điện áp cung cấp quá cao

- ERO-03 Mạch chính nguồn điện áp cung cấp quá thấp hoăvj nhiệt độ driver quá cao

- ERO-04 Báo động dung sai

- ERO-05 Nhiệt độ driver quá cao

- ERO-06 Lỗi bộ nhớ EEPROM tren driver

- ERO-07 CW motor

- ERO-08 CCW motor

- ERO-09 Lỗi ENCODER

- ERO-10 Quá tải động cơ báo

- ERO-11 Lỗi module nguồn

- ERO-12 Quá tải dòng

4 Sơ đồ điện lắp