1.1. Động cơ Servo nghĩ là gì ?
Hình 15.1 Động cơ Servo
Động cơ Servo là một bộ phận của hệ thống điều khiển chuyển động của máy móc. Một trong các bộ phận không thể thiếu giúp Động cơ Servo có thể hoạt động đó chính là Driver servo. Tƣơng tự nhƣ driver của máy tính. Động cơ Servo cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành
135
Nhìn chung động cơ servo có 2 loại chính là: Động cơ DC Servo và động cơ
AC Servo.
- AC servo là loại động cơ cho phép xử lý các dòng điện cao nên thƣờng
đƣợc sử dụng trong máy móc công nghiệp đặc biệt là các loại máy CNC.
- DC servo không đƣợc thiết kế cho các dòng điện cao và thƣờng phù hợp hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn. Động cơ DC còn đƣợc chia làm 2 loại động cơ 1 chiều có chổi than và động cơ 1 chiều không chổi than.
Nhờ sự phát triển vƣợt bậc công nghệ điều khiển điện nên hiện nay hầu hết ngƣời ta đều sử dụng động cơ AC Servo.
1.3.Cấu tạo của động cơ Servo.
* Động cơ DC Servo.
-Động cơ DC có chổi than: gồm 4 cấu tạo chính stato, rotor, chổi than và
cuộn cảm lõi.
- Ưu điểm: của động cơ DC có chổi than là tƣơng đối dễ điều khiển, giá thành tƣơng đối rẻ.
- Nhược điểm: Khi vận hành thƣơng gây ra tiếng ồn, nhiệt độ cao khi vậ hành và quán tính cao khi giảm tốc độ. Để khắc phục đƣợc vân đề này thì ngƣời ta hay dùng động cơ DC không chổi than.
Hình 15.2 cấu tạo động cơ Servo
Động cơ DC không chổi than: Cấu trúc của nó tƣơng đối giống với động cơ có
chổi than. Điều khác biệt là các cuộn pha đƣợc lắp ở rotor là động cơ vĩnh cữu. * Động cơ AC Servo
Động cơ AC Servo đƣợc sử dụng trong các ngành công nghiệp đa phần là động cơ một chiều không chổi than. Động cơ Servo có cấu tạo 2 phần chính giống với động cơ bƣớc là Rotor và Stator.
Rotor là một nam châm vĩnh cửu có từ trƣờng mạnh.
136
- Ưu điểm: Điều khiển có tốc độ tốt, và trơn tru hầu nhƣ không giao động. Hiệu suất có thể đạt hơn 90%.
Quá trình vận hành tạo ra ít nhiệt với tốc độ cao. Độ chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa).
Mô-men xoắn, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, không có bàn chải mặc.
- Nhược điểm: Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ tƣơng đối phức tạp. Giá thành lại khá
cao.
Nguyên lý hoạt động.
Động cơ servo đƣợc hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ đƣợc nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ vận hành thì vận tốc và vị trí sẽ đƣợc hồi tiếp về mạch điều khiển này. Khi đó bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chƣa đạt
đƣợc vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt
đƣợc điểm chính xác nhất.
* Ứng dụng.
- Ứng dụng trong ngành điện điện tử:
Các máy móc lắp ráp tƣờng đòi hỏi tốc độ cao thì động cơ Servo đáp ứng
đƣợc yêu cầu này. Đặc biệt là đối với AC Servo. - Ứng dụng trong ngành gia công cơ khí:
Hiện nay ngành gia công cơ khí đặc biệt là đối với việc gia công các sản phẩm có độ chính xác cao ví dụ nhƣ máy cắt laser hay một số máy cắt khác thì ngƣời ta sẽ lựa chọn động cơ Servo thay vì động cơ bƣớc nhƣ trƣớc đây. Bên cạnh đó nó còn đƣợc ứng dụng rất nhiều trong các loại máy cắt CNC PLasma khác.
137
Ứng dụng trong ngành may mặc, ngành giấy, bao bì: Trong việc điều khiển các máy cuộn vải, giấy, bao bì để cắt hoặc in ấn…
2. Phần cứng * Chuẩn bị :
- Mạch Arduino UNO.
- Breadboard còn gọi testboard. - Dây cắm test board.
- 1 module servo SG90:
Hình 15.3 Động cơ Servo MG90
Động cơ servo cũng đƣợc chia làm nhiều loại, phụ thuộc vào góc quay tối đa của chúng, 2 loại phổ biến hay sử dụng là:
Động cơ servo quay 180°: Futaba S3003, MG90[S] ...
Động cơ servo quay 360°: MG995, MG996R ...
Nhƣ đã đề cập bên trên, động cơ servo là loại động cơ cho phép ta điều khiển một cách cực kì chính xác. Vì vậy, khác với động cơ thông thƣờng ta chỉ cần cấp nguồn cho động cơ là có thể vận hành đƣợc. Động cơ servo yêu cầu ta phải cấp nguồn (2 dây) và nhận điều khiển từ mạch chính (1 dây), mỗi dây thƣờng đƣợc đánh màu nhƣ sau:
+ Đỏ: nhận điện nguồn, tuỳ vào loại động cơ mà giá trị này có thể khác nhau
+ Nâu: nối với cực âm của mạch
+ Vàng: nhận tín hiệu từ mạch điều khiển
138
Hình 15.3 Giao tiếp bo arduino UNO với động cơ Servo MG90
3. Lập trình và giải thích
#include <Servo.h>
#define SERVO_PIN 9 // chan tin hieu cua servo noi voi chan so 9 arduino Servo gServo; void setup() { gServo.attach(SERVO_PIN); } void loop() {
gServo.write(0); // điều chỉnh góc xoay của servo. delay(1000);
gServo.write(90); // điều chỉnh góc xoay của servo. delay(1000);
gServo.write(180); // điều chỉnh góc xoay của servo. delay(1000);
}
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Câu 1: Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ DC servo Câu 2: Viết chƣơng trình điều khiển động cơ DC servo ?
139
BÀI 16: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƢỚC * Giới thiệu:
Điều khiển động cơ DC (DC Motor) là một ứng dụng thuộc dạng cơ bản nhất của điều khiển tự động vì DC Motor là cơ cấu chấp hành (actuator) đƣợc dùng nhiều nhất trong các hệ thống tự động (ví dụ robot). Điều khiển đƣợc động cơ bƣớc là ta đã có thể tự xây dựng đƣợc cho mình rất nhiều hệ thống tự động.
*Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này, ngƣời học có khảnăng:
- Trình bày đƣợc cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của động cơ
bƣớc, mạch ULN 2003.
- Vẽ đƣợc sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ bƣớc
- Mô phỏng đƣợc chƣơng trình mạch điều khiển động cơ bƣớc bằng phần
mềm mô phỏng
- Kết nối đƣợc phần cứng mạch điều khiển động cơ bƣớc đúng yêu cầu kỹ thuật.
- Viết, nạp và chạy đƣợc chƣơng trình điều khiển động cơ bƣớc
- Rèn luyện tính tƣ duy và tác phong công nghiệp , đảm bảo an toàn cho
ngƣời và thiết bị
*Nội dung: