1: TRANSISTOR –ON–; 0: TRANSISTOR –OFF–
6.2.5.1 Khả năng thực hiện:
Khả năng điều khiển vị trí và tải của bất kỳ hệ thống điều khiển chuyển động nào là rất khác nhau với từng ứng dụng và bị giới hạn bởi các tính chất cơ học nh− khối l−ợng tải, độ cứng vững của cơ cấu chấp hành, dải điều khiển (các van điều khiển hay động cơ điện), các đặc tính ma sát, vận tốc tải hay độ cứng vững của khung thiết bị.
Độ chính xác: Có một quan hệ chặt chẽ giữa độ chính xác và chiến l−ợc điều khiển: sử dụng mạch điều khiển kín hay hở. Các hệ thống mạch điều khiển kín là các hệ thống mà trạng thái của các cơ cấu chấp hành (vị trí, vận
tốc, lực tác động) đ−ợc các thiết bị đo l−ờng cảm nhận, phản hồi và đ−ợc điều khiển bởi các bộ điều khiển chuyển động điện tử để giảm thiểu sự khác biệt giữa các lệnh và trạng thái thực của cơ cấu chấp hành.
Trong cả giải pháp điều khiển thuỷ lực lẫn giải pháp điều khiển cơ điện tử, các hệ thống chính xác nói chung đều sử dụng hệ điều khiển kín kết hợp với các bộ truyền tín hiệu phản hồi, các cơ cấu chấp hành có độ cứng vững cao và bộ điều khiển có khả năng đáp ứng cao.
Các hệ thống điều khiển chuyển động dạng động cơ servo và cơ cấu trục vít đai ốc bi có một số −u điểm v−ợt trội các hệ thống thuỷ lực nh− có độ chính xác điều khiển vị trí cao (tới 0,0013mm). Cơ cấu trục vít đai ốc bi vốn có độ cững vững cao cho phép có độ tin cậy và độ chính xác cao. Ưu điểm của các bộ giải m∙ lắp bên trong các động cơ còn cho phép vận tốc đ−ợc điều khiển theo mạch kín do vậy càng làm tăng khả năng hoạt động của cơ cấu này hơn nữa. Các ứng dụng có nhu cầu có độ chính xác cao và giảm thiểu sai số chuyển động th−ờng đ−ợc cấu tạo trên cơ sở các cơ cấu chấp hành sử dụng động cơ servo. Trong khi đó, khi các hệ thống thuỷ lực cần có độ chính xác cao, trục của nó th−ờng phải làm lớn hơn để đảm bảo độ cứng vững. Điều này chỉ có thể thực hiện đ−ợc bằng cách tăng đ−ờng kính xylanh và giảm thiểu chiều dài của nó. Mặc dù không phải là công nghệ đ−ợc −u thích hiện nay trong các ứng dụng tự động hoá, một số nhà sản xuất máy công cụ có thể áp dụng công nghệ cơ cấu chấp hành thuỷ lực cho các máy có yêu cầu độ chính xác không quá 0,005mm.
Với các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao (độ chính xác không cao quá 0,025mm), yêu cầu về độ chính xác trở nên không quan trọng và các yếu tố khác nh− khả năng về công suất, tốc độ hoặc môi tr−ờng hoạt động sẽ trở nên có ảnh h−ởng lớn hơn.
Khả năng chịu tải: Các −u điểm của công nghệ điều khiển thuỷ lực trở nên rõ rệt hơn đối với các ứng dụng có yêu cầu về tải lớn hoặc tạo các lực tác động cao. Ưu điểm vốn có của dạng năng l−ợng thuỷ lực là xylanh có thể tạo ra đ−ợc một lực nén lớn, phát ra một l−ợng năng l−ợng lớn mà không cần chuyển năng l−ợng từ một thiết bị cơ khí này sang một thiết bị cơ khí khác. Khi sử dụng các động cơ điện tuyến tính, các hệ cơ điện tử cần phải chuyển
đổi từ các chuyển động quay sang các chuyển động tịnh tiến. Khả năng tạo lực của xylanh thuỷ lực tỷ lệ với tiết diện của xylanh và không liên quan đến giới hạn của tốc độ. Trên thiết kế, các hệ cơ điện tử cần phải truyền năng l−ợng từ thiết bị này sang thiết bị khác nh− từ chuyển động quay sang cơ cấu tr−ợt dạng trục vít đai ốc bi. Kích th−ớc và độ cứng của vật liệu làm trục vít và ren sẽ xác định khả năng tạo lực lớn nhất có thể và phụ thuộc cả vào tốc độ. Các cơ cấu cơ điện tử hiện nay th−ờng có công suất không quá 20 m∙ lực (15kW) sẽ làm giảm khả năng chịu tải và tạo lực nén của loại cơ cấu này. Hơn nữa sự phụ thuộc vào tải của vận tốc cũng giới hạn khả năng về tốc độ trong các ứng dụng có yêu cầu về tải lớn. Nói cách khác, tải cũng bị giới hạn đối với các ứng dụng có các yêu cầu về tốc độ. Mặc dù có giá thành cao, công nghệ đai ốc trụ lăn (roller-screw) bắt đầu nổi lên nh− là công nghệ sẽ mở rộng giải pháp cơ điện tử hiện nay. Trong t−ơng lai, các ứng dụng có yêu cầu tải cao sẽ là sự lựa chọn giữa công nghệ thuỷ lực và công nghệ cơ điện tử sử dụng cơ cấu trục vít - đai ốc trụ lăn.
Tốc độ: Nh− đ∙ trình bày ở trên, các cơ cấu chuyển đổi chuyển động cơ khí nh− các cơ cấu trục vít đai ốc bi có khả năng chịu tải và giới hạn về vận tốc phụ thuộc lẫn nhau. Để đạt đ−ợc tốc độ cao, răng trục vít cần phải tăng lên song nó cũng làm giảm −u điểm của trục vít, giảm khả năng chịu lực của chúng. Hơn nữa, vận tốc bị giới hạn bởi đ−ờng kính trục vít và chiều dài conson, không có ổ đỡ của trục vít. Khi hoạt động ở vận tốc cao, các trục vít chuyển động quá nhanh có thể giảm thời gian phục vụ cũng nh− gây ra tiếng ồ và dao động. Các nhà sản xuất th−ờng giới hạn tốc độ của trục vít nhỏ hơn 1m/s khi cơ cấu chịu tải.
Các xylanh th−ờng đ−ợc tự bôi trơn bằng chính dầu thuỷ lực song tốc độ của chúng cũng bị giới hạn bởi hệ thống làm kín. Đối với các cơ cấu sử dụng hệ thống làm kín có ma sát nhỏ, vận tốc lớn nhất có thể đạt 2m/s trong các sản phẩm công nghiệp.
Khả năng công suất: Ưu điểm lớn nhất của điều khiển chuyển động thuỷ lực là khả năng tạo ra công suất cao, lực và môment lớn trong một khối thiết bị có kích th−ớc nhỏ. Trong khi đó, điều khiển chuyển động cơ điện tử đ−a ra các giải pháp cho các ứng dụng với công suất nhỏ có tính kinh tế cao hơn so với
điều khiển thuỷ lực. Các công nghệ điều khiển chuyển động dựa trên các động cơ đồng bộ, động cơ servo, động cơ b−ớc hay biến tần đ−a ra các giải pháp phù hợp với nhiều dạng ứng dụng có tải nhỏ khác nhau trong công nghiệp.
Các hệ thống cơ cấu chấp hành dạng quay hay tuyến tính trên cơ sở sử dụng động cơ servo có vị trí rất quan trọng trong việc phát triển lĩnh vực chế tạo và thử nghiệm bán dẫn, chế tạo thiết bị y tế và chế tạo các thiết bị điện tử nhỏ ở các ứng dụng có mức độ tải thấp. Hơn nữa, do có kích th−ớc nhỏ gọn, các hệ thống này có thể đ−ợc chế tạo để đáp ứng các yêu cầu trong các phòng sạch, độ ồn thấp và các yêu cầu về độ chính xác khi định vị.
Khả năng thiết lập và đáp ứng: Mặc dù cả hai dạng sản phẩm điều khiển cơ điện tử và điều khiển thuỷ lực có thể đ−ợc coi nh− là các sản phẩn hoàn thiện song có một số kỹ thuật dễ áp dụng hơn các kỹ thuật khác. Việc cần thiết phải có trình độ để hiểu không chỉ về hệ thống điều khiển mà còn cả chức năng của thiết bị và các cơ cấu gắn liền với nó là rất quan trọng. Các hệ thống chuyển động mạch hở sử dụng công nghệ thuỷ lực hay công nghệ cơ điện tử không phức tạp, mặc dù khá quen thuộc trong một số công nghệ nhất định th−ờng làm cho việc điều khiển ứng dụng dễ dàng hơn. Khi các yêu cầu kỹ thuật trở nên khắt khe hơn, các hệ thống sử dụng nguyên lý điều khiển mạch hở cần đ−ợc thay đổi cho phù hợp. Một −u điểm rõ ràng của các hệ thống sử dụng động cơ servo điện là chúng có thể dễ dàng thay đổi để phù hợp với nhiều ứng dụng hơn là các hệ thống thuỷ lực t−ơng ứng.
