xây dựng mô hình thí nghiệm động cơ servo dùng trong giảng dạy đại học

Ưu điểm của động cơ Servo So sánh với các loại động cơ thông thường khác, động cơ Servo có Moment quán tính của Rotor và đáp ứng điện được thiết kế sao cho có khả năng đáp ứng những

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ SERVO DÙNG TRONG GIẢNG DẠY ĐẠI HỌC

MÃ SỐ: T2011 - 08

Tp Hồ Chí Minh, 2011

S 0 9

S KC 0 0 3 3 9 3

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

DÙNG TRONG GIẢNG DẠY ĐẠI HỌC

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ SERVO

DÙNG TRONG GIẢNG DẠY ĐẠI HỌC

Trang 4

MỤC LỤC

A PHẦN MỞ ĐẦU

B PHẦN NÔ ̣I DUNG

Chương I Tổng quan về động cơ servo 11

I Đại cương về động cơ Servo

III Các đặc tính của động cơ Servo và nguyên tắc hoạt động

1 Đặc tính của động cơ Servo

20

2 Nguyên tắc hoạt động của servo loại SM 20

3 Nguyên tắc hoạt động của servo loại IM 21

IV Chức năng của Encoder và nguyên tắc hoạt động

1 Cấu trúc Encoder

22

2 Chức năng của Encoder và các loại tín hiệu 22

V Các phương pháp điều khiển vị trí và điều khiển dừng chính xác

1 Các loại điều khiển vị trí

23

V Những vấn đề cơ bản khi điều khiển vị trí dùng Servo

1 Xác định vị trí và số xung/1 vòng quay

26

2 Cấu hình hệ thống Servo điều khiển vị trí 26

Trang 5

4 Ví dụ về cài đặt tỷ số Gear với động cơ Servo 28

Chương II Mô hình động cơ servo 32

I Giới thiệu mô hình động cơ Servo

1 Bộ điều khiển MR-J2S 10A

32

2 Động cơ servo và tải cho động cơ Servo 34

Chương III Các bài tập thực hành 42

Trang 6

Trường ĐH Sư Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Tp HCM

Khoa Điện – Điện tử

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Mô hình động cơ Servo dùng trong giảng dạy đại học

- Mã số: T2011 – 08

- Chủ nhiệm: Ths Lê Hoàng Lâm

- Tham gia : Ths Lê Hồng Sơn

Ths Nguyễn Hoàng Minh

- Cơ quan chủ trì: Trườ ng ĐH Sư Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Tp Hồ Chí Minh

- Thời gian thực hiện: tháng 03 năm 2011 đến tháng 12 năm 2011

- Báo cáo kết quả nghiên cứu

- Mô hình vật lý động cơ Servo

5 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

- Áp dụng tại xưởng Điện, khoa Điện –Điện tử phục vụ nghiên cứu, thực tập

Trang 7

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title:

Building the Model of AC Servo Motor in University

Code number: T2011 – 08

Coordinator: MA Lam Le Hoang

Partner : MA Minh Nguyen Hoang

MA Son Le Hong

Implementing institution: HCM City University Of Technical Education

Duration: from 03/2011 to 12/2011

2 Objective(s):

Building the Model of AC Servo Motor coming with Theory of Servo Control

3 Creativeness and innovativeness:

Building the Model of AC servo Motor with Load

4 Products:

- Report findings

- Model of AC servo Motor

5 Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:

Apply in Electrical Workshop, Faculty of Electrical and Electronic Engineering

to serve Reseaching and Studying

Trang 8

A

PHẦN MỞ ĐẦU

Trang 9

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay, việc sử dụng các máy CNC trong sản xuất rất rộng rãi Các máy CNC này sử dụng động cơ Servo trên các trục điều khiển Do động cơ Servo có giá thành rất đắt tiền nên việc tiếp cận tìm hiểu về Servo gặp rất nhiều khó khăn Chính

vì vậy việc xây dựng một mô hình động cơ servo công suất nhỏ trở nên rất cần thiết

để sinh viên có thể tìm hiểu và thực tập đối với loại máy điện đặc biệt này

Với mu ̣c tiêu tạo ra một mô hình thực tập cho sinh viên, đề tài này sẽ trình bày các kết quả nghiên cứu về lý thuyết điều khiển của động cơ servo, các chế độ vận hành, trạng thái hoạt động khi có tải Tất cả những điều này sẽ được kiểm nghiệm lại trên mô hình vật lý

Kết quả của đề tài s ẽ là cơ sở để sinh viên có thể tiếp cận và làm chủ động cơ servo

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Xây dựng mô hình vật lý động cơ servo và lý thuyết về điều khiển động cơ Servo

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Động cơ Servo công suất nhỏ

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Hoạt động của động cơ servo trong điều khiện không tải và có tải

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứ u lý thuyết về điều khiển động cơ Servo

2 Xây dựng mô hình vật lý

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu lý thuyết

Phân tích, tổng hợp các lý thuyết liên quan đến điều khiển động cơ servo

2 Xây dựng mô hình

Xây dựng các bài tập thực hành liên quan đến hoạt động của động cơ Servo

Trang 10

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI

1 Báo cáo tổng kết

- Lý thuyết liên quan đến điều khiển động cơ servo

- Các bài tập thực hành điều khiển động cơ Servo

2 Sản phẩm ứng dụng

- Mô hình vật lý dùng thí nghiệm động cơ Servo

- Ứng dụng tại Xưởng điện khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh

Trang 11

PHẦN NỘI DUNG

Trang 12

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ SERVO

I Đại cương về động cơ Servo

1 Giới thiệu

Một cơ cấu Servo là 1 hệ thống điều khiển được cấu hình sao cho khi các

giá trị yêu cầu ( Vị trí, Moment,tốc độ v.v ) được nhập vào thì hệ thống sẽ

nhận biết các giá trị hiện thời (Vị trí ,tốc độ v.v ) và điều khiển để sự khác biệt giữa giá trị yêu cầu và giá trị hiện thời là nhỏ nhất

Các thành phần hình thành nên một cơ cấu Servo bao gồm :

 Bộ điều khiển (Servo Amplifier)(Driver)

 Động cơ Servo

 Thiết bị nhận biết (Encoder) (nhận biết các giá trị Moment, tốc độ ,vị trí v.v )

Hình 1.1 Các thành phần của cơ cấu Servo

2 Ưu điểm của động cơ Servo

So sánh với các loại động cơ thông thường khác, động cơ Servo có Moment quán tính của Rotor và đáp ứng điện được thiết kế sao cho có khả năng đáp ứng những thay đổi đột ngột của dòng điện và điện áp từ Bộ điều

khiển(Driver) Bộ điều khiển cũng được thiết kế để các lệnh điều khiển Vị trí, tốc độ , Moment nhanh chóng truyền đến động cơ Servo

Trang 13

2.1 Các đặc tính chính của động cơ Servo

Đường đặc tính cơ N=f(T) thường được dùng để biểu diễn các tính chất của 1 loại động cơ Hình 1.2 so sánh đường đặc tính cơ của động cơ

Servo và 1 động cơ thông thường điều khiển bởi biến tần có tính năng thông thường

Hình 1.2 So sánh đặc tính Moment giữa Servo và Biến tần

Qua hình vẽ trên có thể thấy được 3 đặc tính của động cơ Servo

 Phạm vi điều khiển tốc độ rộng

 Đặc tính Moment là hằng số trong suốt quá trình hoạt động với tốc độ cao và tốc độ thấp

 Moment cực đại lớn Chú ý rằng Moment cực đại lớn và Moment quán tính nhỏ thì việc tăng tốc/giảm tốc đột ngột có thể thực hiện được

Bảng 1.3 Các chức năng chính của động cơ Servo

Phạm vi điều

chỉnh tốc độ

1:1000 (1:10)

Động cơ Servo có thể hoạt động ở tốc độ 1/1000 tốc độ định mức mà không cần quan tâm đến độ ổn định quay cũng như giảm

Moment Moment Moment không bị

sụt giảm khi hoạt động ở tốc độ thấp

Moment là hằng số trong cả quá trình hoạt động bình thường và trong điều kiện Moment max trong phạm vi điều chỉnh tốc

độ Moment cực đại Xấp xỉ 300%

(150%)

Dữ liệu trong ngoặc là của động cơ được điều khiển bởi biến tần

Trang 14

2.2 Ứng dụng của động cơ Servo

 Máy móc đòi hỏi điều khiển vị trí Động cơ Servo có thể đạt được vị trí chính xác khi kết hợp với các

bộ điều khiển vị trí Một vòng quay rotor có thể phân chia thành

131072 vị trí hay nhiều hơn nữa với các thế hệ mới ngày nay

Ví dụ : Các loại máy công cụ, máy làm gỗ, băng tải, máy đóng gói v.v…

 Máy móc đòi hỏi khoảng điều chỉnh tốc độ rộng Động cơ Servo có thể ổn tốc ở tốc độ 1/1000 tốc độ định mức với Moment đầu ra là hằng số Do vậy động cơ Servo được dùng trong các ứng dụng đòi hỏi điều chỉnh tốc độ chính xác trong phạm vi rộng, trong các dây chuyền sản xuất

Ví dụ : Máy in, dây chuyền sản xuất film, máy làm giấy, máy nâng-hạ v.v

 Máy móc đòi hỏi điều khiển vị trí tần số cao Các ứng dụng đòi hỏi điều khiển vị trí đã được trình bày trong phần trên Tuy nhiên, động cơ Servo có thể đạt được Moment cực đại 300% Khi sử dụng độc lập, động cơ có thể đáp ứng được việc tăng tốc/giảm tốc đột ngột trong 10ms từ trạng thái đứng yên chuyển sang tốc độ định mức Khi động cơ Servo được sử dụng, không cần thêm bất kỳ phần tiếp xúc cơ khí nào như các loại điều khiển vị trí khác : Thắng(hãm), động cơ DC v.v vì vậy chi phí bảo dưỡng được giảm thiểu Ngoài ra động cơ Servo cũng không

bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ môi trường

 Điều khiển Moment Một vài loại Servo có thể điều khiển Moment bên cạnh điềi khiển

vị trí và điều khiển tốc độ Áp dụng cho các lạoi máy cần điều khiển lực ép như các loại máy Cán lên – Cán xuống

3 Phân loại

Có 2 loại động cơ Servo :

 Servo DC

 Servo AC

o Động cơ đồng bộ (Synchronuous Motor ) (SM)

o Động cơ cảm ứng (Induction Motor) (IM)

Động cơ Servo phát triển từ Servo DC với ưu điểm dễ điều khiển Tuy nhiên, với sự phát triển của điện tử công suất thì điều khiển cho tốc độ nhanh và giá

rẻ hơn Điều này dẫn đến việc chuyển qua sử dụng động cơ Servo AC vốn không cần bảo dưỡng Ngày nay, loại Servo SM được sử dụng cho khoảng công suất nhỏ từ 50W trở lên, trong khi loại Servo IM thích hợp với các ứng dụng công suất lớn và tốc độ cao, khi mà hiệu suất tỷ lệ với kích thước thì

Trang 15

loại này dùng với khoảng công suất từ 7,5KW trở lên Những dây chuyền sản xuất lớn sử dụng động cơ DC servo tuy nhiên hiện nay đã được thay thế bởi

loại Servo IM

Bảng 1.2 phân loại động cơ Servo cũng như các ưu điểm, nhược điểm của

các loại động cơ này

Bảng 1.2 Phân loại động cơ Servo

 Gần như không chịu ảnh hưởng của môi trường

 Moment lớn

 Hãm động năng khi nguồn điện hư hỏng

 Trọng lượng nhẹ

 Hiệu suất cao

 Kết cấu phức tạp hơn so với loại Servo DC

 Động cơ và bộ điều khiển phải đi đôi với nhau

 Nam châm Rotor có thể

bị mất từ tính

 Gần như không chịu ảnh hưởng của môi trường

 Đặc tính thay đổi theo nhiệt độ

 Động cơ và bộ điều khiển phải đi đôi với nhau

DC

 Cấu trúc Bộ điều khiển đơn giản

 Hãm động năng khi nguồn điện hư hỏng

 Động cơ Công suất nhỏ có giá thành không mắc

 Hiệu suất cao

 Các khu vực xung quanh phần chỉnh lưu(Rectifier) phải được bảo trì và giám sát

 Khó dùng ở nơi nhiều bụi

 Không dùng với Moment lớn và tốc độ cao

 Động cơ có thể mất từ tính

Trang 16

II Bộ điều khiển (Driver) và nguyên tắc hoạt động

Bộ điều khiển (Driver hay Servo Amplifier) bao gồm 2 phần chính:

 Mạch chính ( Main circuit section) hay Mạch công suất

 Mạch điều khiển

1 Mạch chính

Chức năng cơ bản của phần Mạch chính hay mạch công suất

 Chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều 3 pha với Bộ chỉnh lưu (cầu Diode, tụ điện)

 Cung cấp dòng điện 3 pha điều khiển dạng điều rộng xung Sin( PWM) từ Bộ nghịch lưu (IGBT) đến Động cơ Servo để điều khiển tốc

Sin-độ, Moment của động cơ

Hình 1.3 : Sơ đồ Bộ điều khiển

Trang 17

b Bộ nghịch lưu

Bộ nghịch lưu lấy nguồn từ điện áp DC sau khi lọc Bộ nghịch lưu tạo

ra dòng điện cân bằng với tần số (tốc độ) và moment tải phù hợp với tốc độ của động cơ và cung cấp nó cho động cơ Servo

Hình 1.5 : Sơ đồ Bộ nghịch lưu và dòng điện 3 pha được tao ra

Như thể hiện trên hình 1.6, chiều quay và tốc độ quay của động cơ (tần số) được điều khiển phụ thuộc vào chiều dòng điện và độ rộng xung On bằng cách đóng ngắt các transistor On hay Off

Độ lớn dòng điện được điều khiển bằng độ rộng xung On, nên phương pháp này gọi là phương pháp điều rộng xung (PWM)

Hình 1.6 Điều khiển dòng với PWM (a) khi dòng nhỏ (b) Khi dòng lớn

c Hãm tái sinh (Regenerative Brake)

Chức năng hãm tái sinh được dùng khi tốc độ thực của động cơ lớn hơn tốc độ yêu cầu hay trong quá trình giảm tốc Lực hãm tạo ra bởi việc tiêu thụ năng lượng quay của động cơ vào các điện trở tích hợp trong Bộ điều khiển

Trạng thái hoạt động này được gọi là quá trình tái sinh Thông thường

Bộ điều khiển có 1 mạch tái sinh, mạch tái sinh có chức năng như 1 tải cho động cơ Một mạch hãm tái sinh lớn hơn bên ngoài Bộ điều khiển được dùng khi cần tiêu thụ năng lượng lớn (đối với các động cơ Công suất lớn)

Trang 18

 Các phương pháp hãm tái sinh (1) Dùng Tụ lọc

Khi động cơ công suất nhỏ và năng lượng hãm tái sinh nhỏ, năng lượng này có thể nạp vào Tụ lọc ở mạch chỉnh lưu, phương pháp này áp dụng cho khoảng công suất từ 0,4kW trở xuống

(2) Dùng điện trở Đối với các động cơ có công suất trung bình, dòng điện chạy qua các điện trở và tiêu thụ dưới dạng nhiệt, năng lượng càng lớn thì kích thước của điện trở cũng lớn theo, điều này gây ra các ảnh hưởng về nhiệt đối với môi trường xung quanh (3) Hãm tái sinh trả năng lượng về lưới

Đối với những động cơ có công suất lớn từ 11kW trở lên, để khắc phục các vấn đề về nhiệt do phương pháp dùng điện trở gây ra, người ta sử dụng năng lượng lớn này để trả về lưới điện

d Hãm động năng

Khi động cơ đang hoạt động mà ta tắt nguồn điện hoặc trong trạng thái xuất hiện lỗi, động cơ sẽ từ từ dừng lại Quá trình này mất thời gian và có thể gây ra các ảnh hưởng xấu như các va chạm tại đầu cuối Hãm động năng dùng ngắn mạch các đầu dây của động cơ servo với một giá trị điện trở thích hợp để tiêu thụ năng lượng quay của rotor Ngoài ra người ta còn sử dụng hãm cơ khí

2 Mạch điều khiển

Sử dụng Vi điều khiển, các đại lượng được điều khiển ( vị trí, tốc độ, dòng điện) nhanh chóng được truyền đến động cơ sau khi so sánh giữa các giá trị yêu cầu và gí trị hiện thời

Trang 19

Tại vùng điều khiển Vị trí, sau khi số xung yêu cầu được nhập vào thì động cơ khởi động Vì thế, số xung tương đương với độ trễ này được tính toán và lưu tại Bộ đếm độ lệch, những xung này gọi là Xung chúc (droop pulse) Các xung này được chuyển đến vùng điều khiển tốc độ như 1 lệnh yêu cầu tốc độ

Hình 1.8 Droop Pulse

2.2 Điều khiển tốc độ

Ngõ ra bộ đếm độ lệch của vùng điều khiển vị trí tỷ lệ với tốc độ yêu cầu và được dùng như lệnh yêu cầu tốc độ Vùng điều khiển tốc độ phát ra độ lệch giữa tốc độ yêu cầu và tốc độ của Rotor là một lệnh điều khiển dòng

Khi hoạt động ở chế độ điều khiển tốc độ, 1 giá trị điện áp chẳng hạn như (0-10V) được nhập vào từ nguồn ngoài như 1 tín hiệu yêu cầu tốc

độ

2.3 Điều khiển dòng và mạch phát dòng 3 pha

Vùng điều khiển dòng điều khiển bộ nghịch lưu của mạch chính và dòng của động cơ để động cơ hoạt động theo các lệng yêu cầu vị trí hoặc yêu cầu về tốc độ

Trang 20

Để thực hiện điều này, dòng điện xoay chiều 3 pha được xác định theo từ trường của động cơ (Motor field) (xác định nhờ vị trí của Nam châm rotor) và dòng điện chạy qua bộ đo so lệch tốc độ như đã xét ở trên

Hình 1.9 : Nguyên lý điều khiển dòng điện

Khi sử dụng động cơ đồng bộ, dòng điện pha của động cơ phải phù hợp với vị trí mỗi pha trong từ trường ( vị trí cực từ)

Vì vậy, thiết bị nhận biết (Encoder) có 1 tín hiệu để nhận biết vị trí của cực từ và chuyển về bộ điều khiển Bộ điều khiển tạo ra dòng điện xoay chiều 3 pha tại mạch tạo dòng dựa trên tín hiệu nhận biết vị trí ở trên Khu vực điều khiển dòng nhân dòng điện 3 pha này với độ lệch tốc độ (speed deviation) để tạo ra yêu cầu dòng điện 3 pha và điều khiển mạch PWM

Chú ý rằng, động cơ cảm ứng (loại IM) không có từ trường độc lập nên không cần xác định vị trí cực từ

Với phương pháp PWM, nhiều xung đóng cắt tạo ra trong 1 chu kỳ, và

độ rộng xung đóng cắt được thay đổi để thay đổi điện áp đầu ra Số xung đóng cắt được tạo ra trong 1s gọi là tần số sóng mang

Hình 1.10 Nguyên lý điều khiển PWM

Trang 21

III Các đặc tính của động cơ Servo và nguyên tắc hoạt động

1 Đặc tính của động cơ AC Servo

 Moment đầu ra trên trục động cơ tỷ lệ với dòng điện chạy qua động cơ

 Bộ điều khiển nhận tín hiệu về tốc độ của rotor và điều khiển dòng điện theo độ lệch tốc độ Vì thế động cơ Servo có thể hoạt động với Moment đầu ra là hằng số từ tốc độ thấp đến tốc độ cao

 Đặc tính cơ của động cơ Servo dùng kèm với Bộ điều khiển được thể hiện trên hình 1.11

Hình 1.11 Đặc tính cơ của động cơ Servo (dòng Melservo-J2S)

2 Nguyên tắc hoạt động của động cơ Servo loại SM

Động cơ servo có cùng nguyên tắc hoạt động từ công suất thấp đến công suất cao Khi dòng điện chảy qua thanh dẫn trong từ trường, Lực quay hay Moment được tạo ra theo quy tắc bàn tay trái Loại SM Servo có Rotor là một nam châm vĩnh cửu và cuộn dây trên Stator Dòng điện tạo ra chuyển động của Rotor (Tốc độ quay, chiều quay, moment quay) chạy qua cuộn dây đặt trên Stator

Hình 1.12 Mặt cắt ngang của động cơ Servo loại SM

Trang 22

Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo loại SM như hình 1.13

Hình 1.13 Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo loại SM

Các transitor công suất đóng hay ngắt dòng điện chạy qua cuộn dây đặt trên Stator nằm trong từ trường do Rotor nam châm tạo ra Việc đóng ngắt với tần số vài khz và dòng điện tạo ra gần tuyệt đối với dạng Sin

3 Nguyên tắc hoạt động của động cơ servo loại IM

Nguyên lý tạo ra Moment đối với động cơ IM tương tự như đối với động

cơ SM Tuy nhiên, khác với động cơ loại Sm, động cơ IM không có rotor nam châm nên Moment được tạo ra do tác động của từ trường do dòng điện cảm ứng trong rotor gây ra và dòng điện trong cuộn dây Stator

Nói một cách khác, dòng điện trong dây quấn Stator là tổng của dòng điện tạo ra Moment và dòng điện tạo ra từ trường

2 dòng điện : Dòng tạo Moment và dòng tạo từ trường được điều khiển độc lập và gọi là điều khiển Vector Điều khiển Vector làm cho động cơ Servo loại IM có cùng đường đặc tính so với động cơ loại SM

Hình 1.14 Mặt cắt ngang của động cơ Servo loại IM

Trang 23

IV Chức năng của Thiết bị nhận dạng(Encoder) và nguyên tắc hoạt động

Như giải thích ở các phần trước, Bộ điều khiển sẽ điều khiển dòng điện dựa trên sự sai lệch giữa các yếu tố Moment, tốc độ hiện thời của động cơ và các yết tố yêu cầu Do đó việc hồi tiếp các yếu tố Moment, tốc độ của động cơ về

Bộ điều khiển là liên tục Thiết bị nhận dạng (Encoder) là 1 phần không thể thiếu được của động cơ Servo

1 Cấu trúc Encoder

Hình 1.15 Cấu trúc của Encoder

2 Chức năng của Encoder và các lọai tín hiệu

Chức năng của Encoder trong động cơ Servo bao gồm

a Nhận biết Vị trí Rotor (bao gồm chiều quay)

b Nhận biết Tốc độ Rotor (bao gồm chiều quay)

c Nhận biết vị trí Cực từ của Rotor (không dùng cho loại IM và động cơ servo DC)

Trong các chức năng kể trên thì chức năng a) và chức năng b) encoder tạo ra

2 đường xung trong trạng thái tăng dần khi Rotor quay

Hình 1.16 Tín hiệu Encoder

Dùng khi cần trở về điểm khởi đầu (Zero point Return)

Trang 24

Ứng với Encoder 13 bít có độ phân giải là 8192 xung/vòng

V Các phương pháp điều khiển vị trí và điều khiển dừng chính xác

1 Các loại điều khiển vị trí

Các cảm biến dùng định vị trí được cài đặt để đối tượng điều khiển có thể dừng ở các vị trí ngẫu nhiên Các phương pháp điều khiển vị trí chủ yếu phân làm 2 loại là:

 Phương pháp điều khiển tốc độ : Động cơ không phát tín hiệu đầu

ra nào, các công tắc hành trình được gắn trên máy dùng để định vị

 Phương pháp điều khiển vị trí : Máy móc không cần 1 thiết bị định

vị nào, tuy nhiên động cơ chạy chính xác nhờ Encoder

2 Phương pháp điều khiển tốc độ

a Phương pháp dùng công tắc hành trình (Limit switch method)

Hình 1.17 Khoảng dịch chuyển của động cơ ứng với công tắc hành trình

 Để tự động dừng 1 đối tượng đang dịch chuyển cùng với động cơ, thông thường vị trí được phát hiện bởi công tắc hành trình, v.v và động cơ dừng khi có tín hiệu này (thường dùng Thắng hãm ( brake)

để dừng động cơ) Hình 1.17 thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ và thời gian đối tượng dịch chuyển Trục ngang là trục thời gian, trục dọc là trục tốc độ

 Diện tích ABCD chính là khoảng dịch chuyển của động cơ

 Diện tích CDE tương ứng với khoảng dịch chuyển của động cơ sau khi công tắc hành trình tác động Động cơ có dừng chính xác như thế nào phụ thuộc vào phần diện tích này, diện tích này càng nhỏ thì độ dừng chính xác càng lớn

Các yếu tố ảnh hưởng đến diện tích của vùng CDE được thể hiện trên hình 1.18

 Thời gian dừng (ED) ứng với moment tải khác nhau (Tải nặng hay tải nhẹ)

 Tốc độ của động cơ khi dừng

Trang 25

 Vị trí tác động của Sensor

Hình 1.18 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc dừng chính xác

Các yếu tố ảnh hưởng kể trên phải được giảm đến mức có thể Trong các phương án thì việc giảm tốc độ động cơ là phương pháp hiệu quả nhất, sẽ có 1 công tắc hành trình phát hiện trước, việc giảm tốc độ được thực thi và khi có tín hiệu dừng hẳn thì động cơ sẽ dừng ngay

b Phương pháp đếm xung

Phương pháp đếm xung là phương pháp cải thiện phương pháp dùng công tắc hành trình Vị trí của đối tượng được xác định nhờ vào việc đếm xung, điểm dừng có thể được lựa chọn ngẫu nhiên Việc dừng chính xác có thể không khác nhiều so với phương pháp dùng công tắc hành trình nhưng vị trí của đối tượng luôn được giám sát, vì vậy nếu vượt quá vị trí đã định trước thì cũng dễ dàng điều chỉnh

c Phương pháp dùng xung lệnh (Pulse command Method)

Phương pháp điều khiển vị trí dùng động cơ Servo cải thiện những khuyết điểm của các phương pháp nêu trên Vị trí của đối tượng luôn được giám sát, thêm vào đó tốc độ được giảm trực tiếp từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp khi động cơ đạt đến vị trí mong muốn với độ chính xác như yêu cầu

Phương pháp này kết hợp cả điều khiển vị trí và điều khiển tốc độ Bảng 1.19 sẽ so sánh các phương pháp điều khiển trên

Trang 26

Phương pháp Chi tiết Hình vẽ

Điều khiển

tốc độ

Phương pháp dùng công tắc hành trình

Một công tắc hành trình được đặt trên đoạn đường đối tượng đi qua

Đối tượng sẽ dừng khi tác động vào công tắc này

Một cách tổng quát, 2 công tắc sẽ được dùng

Công tắc đầu tiên sẽ

làm giảm tốc động cơ Động cơ sẽ dừng khi tác động công tắc thứ 2

(Khoảng chính xác xấp

xỉ từ 0,5-5mm)

Phương pháp đếm xung

Một thiết bị xác định vị trí(encoder) được đặt trên trục động cơ, số

xung phát ra từ thiết bị này được đếm bởi bộ đếm tốc độ cao (High speed counter) Số xung phát ra tỷ lệ với khoảng dịch chuyển của động

cơ Khi đặt đến số xung định trước, tín hiệu dừng sẽ làm dừng động

cơ (Khoảng chính xác xấp

xỉ từ 0,5-5mm)

Điều khiển

vị trí

Phương pháp dùng xung lệnh

Động cơ Servo quay tỷ

lệ với số xung nhập vào

bộ điều khiển Điều khiển chính xác với tốc

độ cao (Khoảng chính xác xấp

xỉ từ 0,001-0,05mm)

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	3,8 MB