KHẢO SÁT BIÊN ĐỘ ÁP SUẤT
2.3. Giải pháp số khảo sát biểu đồ áp suất ổ thủy động
2.3.2. Modul điều khiển vị trí động cơ DC servo
Động cơ một chiều gồm hai phần chính:
Stato và Rôto.Ngoài ra, còn có các bộ phận như: cổ góp, chổi than, trục, ổ bi, nắp, vỏ và encoder. Trong động cơ DC servo thì đĩa encoder lắp trên trục động cơ, một mạch cảm biến đếm xung encoder phản hồi về vi điều khiển. Stato là phần kích từ động cơ – phần cảm, là bộ phận sinh ra từ trường. Gồm mạch từ và dây cuốn kích từ. Rôto là phần sinh ra suất điện động - phần ứng. Gồm lõi thép, dây cuốn phần ứng, cổ góp và chổi than.
Hình 2.11. Động cơ DC servo DCMP-500
52 b) Phương pháp điều khiển động cơ một chiều.
- Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng - Phương pháp thay đổi từ thông ϕ
- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng - Phương pháp điều chế xung PWM
+ Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng:
Đây là phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
Nguyên lý điều khiển: Cho U = Uđm, ϕ = ϕđm và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng. Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn. Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức (chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm). Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục.
+ Phương pháp thay đổi từ thông:
Nguyên lý điều khiển: Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng và tăng vượt quá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi. Vì vậy muốn giữ cho dòng điện không vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì ta phải giảm mômen theo cùng tỉ lệ.
Đặc điểm: Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng. Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức, việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch. Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển với công suất không đổi.
+ Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng:
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển … Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển Uđk. Vì nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không. Để đưa tốc động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộng rãi 1:10 hoặc hơn nữa.
Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện DC nhưng
53 chỉ có phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bị tổn hao. Trong nghiên cứu, tác sử dụng phương pháp điều chế xung PWM, là một phương pháp phổ biến trong điều khiển động cơ DC.
+ Phương pháp điều chế xung PWM:
Phương pháp điều chế PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra hay điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đếm sự thay đổi điện áp ra. Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó trong mạch các van bán dẫn. PWM được sử dụng phổ biến trong động cơ để điều khiển động cơ như là nhanh, chậm, thuận, nghịch và ổn định tốc độ cho nó, được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1 chiều.
c) Phương pháp điều khiển vị trí động cơ một chiều.
Nguyên tắc xây dụng hệ điều chỉnh vị trí:
Trong hệ điều khiển vị trí, đại lượng điều khiển (lượng đặt φd) có ý nghĩa quan trọng quyết định cấu trúc hệ điều khiển. Thông thường, lượng điều khiển φd là một hàm của thời gian, có thể là hàm nhảy cấp, hàm tuyến tính hay tuyến tính từng đoạn theo thời gian, hàm parapol và hàm điều hòa.
Tùy thuộc vào lượng điều khiển mà ta có hệ truyền động điều khiển vị trí cho cơ cấu chuyển dịch hoặc hệ thống điều khiển vị trí theo chế độ bám (hệ tùy động). Trong hệ điều khiển truyền động, vị trí chuyển dịch trong các chỉ tiêu chất lượng chung người ta quan tâm nhiều đến độ tác động nhanh của hệ. Điều này liên quan đến giản đồ tối ưu về tốc độ ω(t), gia tốc ε(t) và vị trí φ(t). Để xây dựng hệ điều khiển, ta dựa trên quy luật tối ưu tác động nhanh truyền động điện trên nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động.
d) Encoder
Encoder để điều khiển tốc độ và vị trí góc quay của động cơ.
Encoder xung quang chỉ có một đường tròn với các rãnh bằng nhau. Vị trí được xác định bằng việc đếm số xung của các rãnh mà nó đi qua cảm biến quang, mà mỗi rãnh ứng với một góc cho trước. Hệ thống này yêu cầu một điểm chuẩn,
54 điểm chuẩn này được xác định bởi cảm biến quang thứ hai được đặt đường phía trong hoặc đơn giản chỉ là một điểm dừng cơ khí hay chuyển mạch giới hạn.
Hình 2.12. Cấu tạo của Encoder
Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index). Trong (hình 2.12), ta thấy một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phát-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cứ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Như thế, kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia.
Để điều khiển động cơ, ta phải biết độ phân giải của encoder đang dùng.
Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển. Bằng cách phối hợp kênh A và B, ta sẽ biết chiều quay của động cơ.
Nguyên lý làm việc:
Một cảm biến quang đơn không thể truyền đạt được thông tin về chiều quay của đĩa. Vì vậy, một hệ ta sử dụng hai cảm biến quang. Cảm biến V1 và V2 được bố trí cùng trên một đường và lệch với nhau. Giả sử V1 ban đầu tắt (OFF), còn V2 bật (ON). Tưởng tượng rằng đĩa bắt đầu quay ngược chiều kim
55 đồng hồ (CCW - counterclockwise). Điều đầu tiên mà nó xảy ra là V1 sẽ ON hoàn toàn, trong khi V2 vẫn giữ ON. Sau khi quay nhiều hơn, V2 sẽ OFF, và sau một chút V1 cũng sẽ OFF. Hình dưới phần b chỉ ra dạng sóng của V1 và V2.
Hình 2.13: Bố trí cảm biến V1 và V2
Phần cứng của encoder xung đơn giản hơn so với encoder tuyệt đối.Vì lý đơn giản này là chúng ta không nhận được thông tin về vị trí trực tiếp dưới dạng mã nhị phân từ V1 và V2.Thay vào đó, một mạch giải mã phải được đưa vào để chuyển đổi tín hiệu từ các cảm biến quang thành các từ nhị phân.Thực tế, mạch này có hai phần: Phần thứ nhất xác định thông tin về chiều quay, và phần thứ hai là một bộ đếm tăng - giảm (an up-down counter) để đếm số rãnh.
Hình 2.14: Sơ đồ kết nối Servo DC