Điều khiển động cơ SERVO AC

TRNG I HC M THÀNH PH H CHÍ MINH KHOA XÂY DNG VÀ IN  ÁN TT NGHIP K S NGÀNH C – IN T IU KHIN NG C SERVO AC SVTH : NGUYN VIT THNG MSSV : 20662094 GVHD : TS.NGUYN TRNG THNG TP. H Chí Minh, tháng 7 nm 2011  án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV:20662094 LI M U Không dng li mà tip tc phát trin, đó là điu có th nói v th trng thành phn tr đng t đng hóa . Nhng bc tin kích thc cng nh tính nng mi cho các h thng t đng hóa và điu khin th h mi. ng c tr đng (servo), đc lp đt trong vô s quá trình và h thng, cng thay đi và đc ci tin liên tc đ đáp ng yêu cu ngày càng kht khe trong các h thng này nh momen cao hn, kích c nh hn, kh nng phn hi v trí tuyt đi, và kh nng điu khin bng phn mm. Vi v trí ngày càng quan trng và ng dng ngày càng rng rãi trong lnh vc t đng hóa ca h thng servo mà tài liu v vn đ này hin nay ti nc ta thiu nên em đã chn đ tài “điu khin h thng servo” và ch gii hn  điu khin tc đ và v trí ca đng c servo. Vi mô hình h thng servo trong quá trình làm đ án chúng ta s tìm hiu k hn v hai ng dng c bn ca h thng servo là điu khin tc đ quay và v trí ca đng c theo yêu cu.  án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV: 20662094 LI CÁM N Trong sut thi gian ngi trên gh ging đng, đc s ch dn tn tình ca thy cô ging viên em đã dn dn hoàn thành chng trình hc ca mình. Vi tình hình chung ca nc ta thiu điu kin thc hành, thí nghim hc nng v lý thuyt thì mt đ án tt nghip s giúp em hiu rõ hn v nhng gì đã hc và bám sát đc công vic trong tng lai ca mình. Trong sut quá trình làm đ án em xin chân thành s giúp đ ca quý thy cô trong khoa xây dng và đin. c bit là thy Nguyn Trng Thng đã dõi theo em sut 12 tun làm đ án hng dn em hoàn thành đ tài này. Trong quá trình thit k môn hc vì thi gian có hn và kin thc còn hn ch, nên không khi thiu sót. Mong các thy, cô cho nhn xét đ đ án này đc hoàn thin hn .  án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV: 20662094 MC LC Li nói đu Li cm n Mc lc CHNG I: GII THIU NG C SERVO 1 1.1 Phân loi đng c 1 1.1.1 ng c servo DC 1 1.1.2 ng c AC servo 5 1.1.3 La chn đng c 6 CHNG II: H THNG SERVO 8 2.1 H thng servo là gì? 8 2.2 H thng điu khin 11 CHNG III: MÔ HÌNH H THNG SERVO MR-J2S-10A 13 3.1 Gii thiu các b phn chính 13 3.1.1 Servo amplifier 13 3.1.2 ng c servo 17 3.1.3 ng c ti 20 3.1.4 Contactor 20 3.1.5 Bin tr volume 21 3.1.6Công tc 21 3.1.7 S đ chân và chc nng tng chân tín hiu I/O 23 3.1.8 Chc nng các chân trong CN1A, CN1B 25 3.2 S đ kt ni đng c servo 30 3.3 Các ch đ hot đng ca mô hình 31 3.3.1 Hình nh mô hình 31 3.3.2 Ch đ chy th jog 32  án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV: 20662094 3.3.3 Ch đ điu khin Speed 34 3.3.4 ch đ điu khin Position 36 3.4 Mt s mô hình ng dng h thng servo 43 3.4.1 Trong máy ct 43 3.4.2 Trong máy hàn theo v trí và kích thc yêu cu 44 3.4.3 ng ng trong h thng kim tra các thông s ca đng c phn lc 45 3.4.4 H thng giám sát cht lng sn phm 46 3.4.5 ng dng trong máy mài 47 3.4.6 ng dng trong máy đánh bóng đa 48 CHNG IV: TNG KT  TÀI 49 4.1 Phng hng phát trin đ tài 49 4.2 Li kt 49 PH LC NHNG THÔNG S CA SERVO AMPLIFIER 50 DANH MC TÀI LIU THAM KHO 71  án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV: 20662094 Trang 1 CHNG I: GII THIU NG C SERVO 1.1 Phân loi đng c Servo ng có Servo có 2 loi: 1.1.1 ng c Servo DC - iu khin đng c 1 chiu: Dn đng chy dao máy công c điu khin s NC/CNC đòi hi h điu khin phi có kh nng điu khin đng thi c tc đ và v trí. Mc dù vi s phát trin ca công nghip đin t, đng c xoay chiu điu khin tc đ bng bin tn ngày càng phát trin mnh m nhng đng c Servo DC vn đc s dng ph bin trong các máy công c điu khin s. Nhng nm trc 1995 ca th k trc 95% đng c dùng trong xích chuyn đng chy dao máy đng c NC/CNC đu đc s dng đng c DC điu khin Servo. ng c Servo DC có 2 loi: đng c 1 chiu có chi than và đng c 1 chiu không có chi than . a. ng c Servo DC có chi than - ng c servo DC có chi than đc trình bày trên (hình 1.1) gm 4 thành phn c bn: stator ca đng c DC là mt nam châm vnh cu, cun dây phn ng lp trên roto. Trong quá trình hot đng, t trng c đnh đc sinh ra t nam châm vnh cu gn trên stator tng tác vi dòng t sinh ra t cun dây trên roto khi có dòng đin chy qua nó. Quá trình tng tác đó sinh ra moment tác đng lên trc roto. Moment này biu din theo phng trình T e =k e ..I e .sin (1) - Trong đó : T e = moment đng c ; K e =h s đng c ;  = mt đ dòng t ; I a = dòng phn ng ;  = góc gia vect t trng c đnh và vect dòng Hình 1.1: Cu to đng c Servo có chi than - Công thc (1) cho thy phn t sin nh hng ti moment trên trc đng c. Hình 1.2 ch ra quan h gia vect t trng c đnh và vect dòng qua phn ng. moment trên trc đng c tng dn t  = 0 o và ln nht khi góc   án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV: 20662094 Trang 2 =90 o có ngha là khi vect t trng c đnh vuông góc vi vect dòng phn ng, moment trên trc đng c là ln nht khi và khi  = 0 o vect dòng phn ng song song vi vect t trng c đnh, ti đó moment trên trc là nh nht.  đm bo moment trên trc đng c luôn đt đc giá tr ln nht cn thit phi điu khin chuyn mch cp đin cho cun dây roto sao cho vect dòng phn ng luôn luôn vuông góc vi t trng c đnh. Vi cách điu khin quá trình cp đin nh trên, mômen đng c s bin thiên t l vi dòng cp cho cun dây phn ng. Hình 1.2: Vect t trng c đnh vect dòng và momen đng c Servo DC - Mt mi liên h khác gia các thông s ca đng c mt chiu là tc đ quay ca rôto t l vi sc đin đng phn đin đng phn đin sinh ra trong cun dây phn ng - Mômen và tc đ ca đng c Servo DC điu khin có th mô t bng hai phng trình sau: T đc = K m .I u (2) E b =K b . (3) - Trong đó: T đc - là mômen t, Nm I u - dòng đin trong cun dây phn ng, A E b - đin áp phn đin (emf), V K m - h s mômen, kgm/A K b - h s đin, đn v đo vôn trên vòng trên phút - vn tc quay ca đng c, vòng/phút - Mch đng c Servo DC ch ra trên hình 1.3 Hình 1.3: Mch đng c Servo DC  án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV: 20662094 Trang 3 - T đnh lut Kirchhoff ta có phng trình mch u ub uuu dI VK. R.IL.() dt =ω+ + (4) - Thành phn L  nh hn so vi R  nên có th b qua L  . B qua L  phng trình s là: V  – R  I  = K b  (5) - Phng trình mômen ti T m đt trên trc đng c : T m = T đ + T s + T c (6) Và T d =J đc (d/ dt) T s = f dc  T c =J m (d/dt)+f m - Trong đó : T đ - mômen đng; T s - mômen tnh; T c - mômen cn; J đc - mômen quán tính roto đng c; F đc - h s sc cn nht ca ti; J m – mômen quán tính ti; F m - h s sc cn nht ca ti; -  đng c quay thì mômen đng c phi bng vi mômen ti: T m = T đc =K m .I u (7) - u đim ca đng c Servo DC chi than là đn gin trong điu khin và giá thành sn phm r. Tuy nhiên s dng chuyn mch c khí gây ra n, tng nhit đ trên vành góp và quán tính rô to cao khi gim tc đ.  khc ph các nhc đim trên ngi ta đã s dng đông c Servo DC không chi than. b. ông c Servo DC không có chi than - ng c Servo DC không có chi than đc s dng ph bin trong máy công c điu khin s. Cu trúc ca nó v c bn ging nh đng c Servo DC chi than nhng khác  ch các cun pha ca đng c lp trên Stato và Rôto là nam châm vnh cu. Roto đc ch to t vt liu ferit hoc samari coban . Rôto làm t vt liu samari coban có kh nng tp trung t cao và t d thp. Nhng giá thành rôto loi này cao hn nhiu so vi khi rôto làm t vt liu ferit. Vì vy, nó ch dùng đ ch to rôto cho đng c công sut ln. Tng t nh đng c xoay chiu, t trng quay trong đng c DC không chi than đc sinh ra nh mch điu khin th t cp dòng cho các cun pha. Cun dây pha ca đng c không chuyn đng vì vy có th s dng chuyn mch bng đin t nên loi tr bng nhng nhc đim tn ti trong đng c DC Servo chi than. - iu khin các trc máy công c điu khin s đòi hi điu khin chính xác c v v trí và tc đ. Vì vy, đng c Servo DC không chi than cn phi có mch phn hi, tính hiu phn hi là tc đ quay trc đng c hoc v trí góc  án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV: 20662094 Trang 4 trc.  đm bo chính xác chuyn đng bàn máy, tín hiu phn hi phi đc cp liên tc cho mch điu khin. Trong công nghip thit b mch phn hi ca đng c Servo DC thng s dng là cm bin tc đ (Tachometer) chi than hoc không có chi than, sensor hiu ng Hall, resolver, synchro và encoder. - Hình 1.8: Kt cu đng c DC không chi than - Hình 1.8 là kt cu ca đng c DC không chi than. Trên đng c b trí h thng phanh, sensor đo tc đ , chuyn mch hiu ng Hall, sensor kim tra nhit đ đng c. Trong than đòi hi h điu khin đng c cung cp tín hiu điu khin c v trí và c tc đ. Có 2 kiu c bn ca h điu khin đng c Servo: tng t và s. - H điu khin Servo kiu tng t là s dng mch đin đ thc hin bù sai s v trí và tc đ. H gm 4 cm điu khin c bn: máy tính điu khin v trí, điu khin tc đ và đng c mt chiu không chi than. Mi quan h gia các cm điu khin ch rõ trong hình vi tín hiu phn hi v trí t b bin đi encoder hoc Sesolver qua mch phn hi đ hi sinh ra sai s tc đ và sai s đc đa đn h điu khin tc đ đ s lí cho phù hp vi v trí. H điu khin tc đ cha mch phn hitc đ sinh ra t Tachometer. Tín hiu đc so sánh vi tín hiu đc đa ra t h điu khin v trí và sinh ra đin áp và dòng phù hp bù cho sai s v trí và tc đ.  án tt nghip k s c đin t GVHD: TS. Nguyn Trng Thng SVTH: Nguyn Vit Thng MSSV: 20662094 Trang 5 Hình 1.9: S đ khi ca h điu khin đng c DC kiu tng t CNC - Hình 1.10 là mt kiu mch điu khin đng c Servo DC dùng trong máy công c điu khin s CNC. in áp li tng t CNC và tín hiu phn hi ca Tachometer gi ti mch điu chnh (PI) đ sinh ra tín hiu điu khin v trí. Tín hiu sinh ra t b điu chnh PI và tín hiu t mch dao đng đa ti mch khuch đi công sut trc khi ti mch điu ch chiu rng xung (PWM). Xung tam giác là xung chun đc sinh ra t mch phát xung. Xung này đc gi b điu ch chiu rng xung. Trên hình 1.10 đin tr R1 là đin tr khuch đi ca mch điu khin v trí. Hình 1.10: Mch điu khin đông c Servo DC 1.1.2 ng c AC Servo - Nh s phát trin vt bc ca công ngh điu khin đin, hin nay chuyn đng chy dao trong máy công c điu khin s dùng khá ph bin đng c AC Servo. Hình -11 ch ra hình dng ngoài ca đng c AC Servo. [...]...án t t nghi p k s c i nt GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng - Nh ng nh c i m c a ng c AC Servo là h i u ch nh t c ng c ph c t p và t ti n so v i ng c DC H i u khi n t c ng c AC Servo d a trên c s bi n i t n s T c ng c c xác nh theo t n s ngu n M t trong nh ng ph ng pháp i u khi n t c ng c AC Servo là bi n i dòng xoay chi u thành dòng m t chi u nh b ch nh l u 3 pha, sau ó bi n i dòng 1 chi... i nt GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng CH NG II: H TH NG SERVO 2.1 H th ng Servo là gì ? H th ng servo là h th ng i u khi n ng c vòng kín Qua vi c h i ti p giá tr th c c a ng c v t c , v trí, moment…v b i u khi n qua ó x lý và a ra tin hi u i u khi n ng c ho t ng úng v i yêu c u Hình 1.13: Mô hình m t h th ng Servo Trong h th ng servo có ba ph n chính - Servo amplifier là b i u khi n Nh n tín hi u vào theo... lý và a ra tín hi u cho ng c ho t ng chính xác - Servo motor là nh n tín hi u i u khi n t servo amplifier và ch p hành - Encoder có nhi m v h i ti p các tín hi u t servo motor v servo amplifier *C c u nh v : - H th ng servo không n gi n ch là m t ph ng pháp thay th i u khi n v trí và t c c a các c c u c h c, ngoài nh ng thi t b c khí n gi n, h th ng servo bây gi ã tr thành m t h th ng i u khi n chính... thông s k thu t và hình d ng c a m t s servo motor thông d ng SVTH: Nguy n Vi t Th ng MSSV: 20662094 Trang 20 án t t nghi p k s c SVTH: Nguy n Vi t Th ng i nt GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng MSSV: 20662094 Trang 21 án t t nghi p k s c M i lo i b ng k t h p gi a i nt GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng ng c servo s ho t ng t ng ng v i servo amplifer D i ây là ng c servo và servo amplifier: SVTH: Nguy n Vi t Th ng... òi h i t c quá cao Trong tru ng h p yêu c u i u khi n c v trí và t c , ví d trong các thi t b chuy n ng theo ch ng trình s , ngu i ta th ng s d ng ng c Servo ng c Servo là ng c AC, DC ho c ng c m t chi u không có ch i than có m ch ph n h i v trí ng c Servo t h n ng c b c H th ng c n hay không c n gi m t c - Thông th ng t i c i u khi n d i t c th p và momen l n c tính c a ng c là t c cao momen th p vì... 20662094 Trang 12 án t t nghi p k s c i nt GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng 2.3 C u hình c a h th ng servo: Hình 1.21: C u t o c a h th ng servo - S khác bi t c a ng c servo so v i nh ng nói chung là nó có m t máy dò phát hi n t c - ng c s d ng c m ng t quay và v trí B i u khi n (Tính hi u u vào) i u khi n t c ông c servo quay v i m t t c t ng ng v i tính hi u i n áp u vào Vì v y nó giám sát t c quay c a ông... thành dòng m t chi u nh b ch nh l u 3 pha, sau ó bi n i dòng 1 chi u thành dòng xoay chi u nh ng t n s ã c l a ch n Hình – 11 là s kh i n gi n h i u khi n t c ng c AC Servo 1.1.3 tr vi Hình 1.11: a) D ng ngoài ng c AC b) S i u khi n t c ng c AC L a ch n ng c Khi l a ch n ng c ng i thi t k ph i xem sét nhi u y u t và các c ng v d i t c , s bi n i momen t c , tính thu n ngh ch, chu kì làm c, momen kh i... nt GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng Hình 1.16: i u khi n ch y tr c ti p u i m là c c u ch p hành n gi n và nâng cao tu i th h p s truy n ng (do truy n ng khá êm) *Backlash và hi u ch nh: - Backlash hi u nôn na ó là gi i h n chuy n ng c a m t h th ng servo T t c các thi t b c khí u có m t i m trung tính gi a chuy n ng ho c quay theo chi u d ng và âm (c ng gi ng nh ng c tr c khi o chi u thì v n t c ph i gi... GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng NG 3: MÔ HÌNH H TH NG SERVO MR-J2S-10A 3.1 Gi i thi u các b ph n chính 3.1.1 Servo amplifier 3.1.1.1 Nhãn và ý ngh a thông s ghi trên nhãn 3.1.1.2 Chi ti t thông s MODEL SVTH: Nguy n Vi t Th ng MSSV: 20662094 Trang 14 án t t nghi p k s c i nt GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng 3.1.1.3 B ng thông s k thu t và hình d ng c a m t s servo amplifier thông d ng SVTH: Nguy n Vi t Th ng... ra tr c ng c ho c cài t các thông s xu t ra ng c các mô men xo n m c nh c a servo amplifier b o v ho t ng không t i có ch c n ng h n ch t c t bên ngoài hay cài t t các thông s SVTH: Nguy n Vi t Th ng MSSV: 20662094 Trang 17 án t t nghi p k s c i nt GVHD: TS Nguy n Tr ng Th ng 3.1.1.5 C u trúc c a servo amplifier 3.1.2 ng c servo SVTH: Nguy n Vi t Th ng MSSV: 20662094 Trang 18 án t t nghi p k s c i . GII THIU NG C SERVO 1 1.1 Phân loi đng c 1 1.1.1 ng c servo DC 1 1.1.2 ng c AC servo 5 1.1.3 La chn đng c 6 CHNG II: H THNG SERVO 8 2.1 H thng servo là gì? 8 . c Servo DC 1.1.2 ng c AC Servo - Nh s phát trin vt bc ca công ngh điu khin đin, hin nay chuyn đng chy dao trong máy công c điu khin s dùng khá ph bin đng c AC Servo. . xác - Servo motor là nhn tín hiu điu khin t servo amplifier và chp hành - Encoder có nhim v hi tip các tín hiu t servo motor v servo amplifier *C cu đnh v: - H thng servo