CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3. Lý thuyết điều khiển hệ thống servo
Vì điều kiện thực tế thuận lợi sử dụng động cơ và bộ điều khiển của tập đoàn Yaskawa Electric nên luận văn sử dụng tài liệu hướng dẫn thiết kế hệ thống servo của Yaskawa Electric [8]
Thuật ngữ hệ thống servo dùng để mơ tả một cơ cấu kiểm sốt giúp theo dõi sự thay đổi các đại lượng vật lý như vị trí.
Hệ thống servo có thể được hiểu cách rõ ràng hơn là một cơ cấu di chuyển ở một vận tốc được định sẵn và dịch chuyển đến một vị trí được ấn định.
Để phát triển một hệ thống servo cần một hệ thống điều khiển tự động có khả năng kiểm sốt tín hiệu phản hồi (Hình 2.10).
Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động [8]
Hệ thống điều khiển tự động này xác định dữ liệu về vị trí của cơ cấu chấp hành (dữ liệu đầu ra), đưa dữ liệu về phía đầu vào, so sánh nó với vị trí được lập trình (dữ liệu lập trình) và di chuyển cơ cấu chấp hành bằng sự khác biệt giữa hai dữ liệu trên.
Nói cách khác, hệ thống servo bắt buộc dữ liệu đầu ra phải trùng khớp với dữ liệu lập trình.
Dữ liệu lập trình có thể là bất kì đại lượng vật lý nào như góc quay, áp suất hay hiệu điện hế.
Hình 2.12: Một hệ thống servo chi tiết [8]
Cấu hình của hệ thống servo
(1) Cơ cấu chấp hành: Hệ thống cơ khí cần được điều khiển
(2) Động cơ servo: Bộ phận truyền động chính cho cơ cấu chấp hành (3) Bộ đo: Bộ phận đo các giá trị tốc độ hay vị trí.
(4) Bộ khuếch đại: Bộ khuếch đại tạo tín hiệu bù nhằm điều khiển động cơ loại bỏ sai lệch giữa dữ liệu phản hồi và dữ liệu lập trình. Bộ khuếch đại bao gồm thiết bị so sánh để tạo tín hiệu bù và thiết bị khuếch đại năng lượng để điều khiển động cơ. (5) Bộ điều khiển máy chủ: Thiết bị điều khiển bộ khuếch đại, tạo dữ liệu đầu vào như vị trí hay tốc độ.
Các ứng dụng thông thường của hệ thống servo Điều khiển tốc độ (Hình 2.12)
Hình 2.13: Hệ thống servo điều khiển tốc độ [8]
Một vòng lập điều khiển tốc độ được thiết lập trong bộ điều khiển máy chủ. Bộ điều khiển máy chủ so sánh một tham chiếu vị trí với tín hiệu vị trí phản hồi và gửi kết quả xử lý tới bộ điều khiển động cơ dưới dạng tham chiếu tốc độ.
Bằng cách này, bộ điều khiển máy chủ có thể tự do kiểm soát tốc độ yêu cầu cho hệ thống.
Hình 2.14: Hệ thống servo điều khiển momen xoắn [8]
Cài đặt các dữ liệu cố định cho bộ điều khiển động cơ servo để chuyển đổi giữa các chế độ điều khiển momen
(1) Kiểm soát momen xoắn bằng giá trị tham chiếu momen xoắn
(2) Vận hành động cơ servo bằng cách chuyển đổi giữa các tham chiếu momen xoắn và tốc độ
Bộ điều khiển máy chủ xuất ra một tham chiếu momen xoắn hoặc tốc độ để điều khiển. Đồng thời, bộ điều khiển máy chủ cũng nhận được một mạch xung (thông tin vị trí) từ bộ điều khiển động cơ servo được sử dụng để theo dõi vị trí.
Hình 2.15: Hệ thống servo điều khiển vị trí [8]
Bộ điều khiển máy chủ có thể gửi một tham chiếu vị trí (mạch xung) đến bộ điều khiển động cơ servo để thực hiện định vị hoặc nội suy.
Bộ điều khiển động cơ servo này có một vịng kiểm sốt vị trí. Người dùng có thể điều chỉnh để lựa chọn các dạng mạch xung (1) Mã và mạch xung
(2) Mạch xung đôi lệch pha 90o (3) Mạch xung chuyển tiếp và đảo
Bộ điều khiển máy chủ nhận mạch xung (thơng tin vị trí) từ bộ điều khiển động cơ servo và sử dụng nó để theo dõi vị trí.