Hướng dẫn điều khiển động cơ servo

      27

*
Động cơ servo là thành phần đặc biệt của hệ thống điều khiển gửi động. Để vận động được, bọn họ phải nối động cơ servo với những phần cứng, phần mềm cung cấp điều khiển gửi động.Động cơ servo được phối hợp cơ khí với các thiết bị máy móc khác để cung ứng lực dịch rời các đồ vật này theo yêu cầu của ứng dụng.Chúng ta sẽ thuộc khám phá technology để quản lý và vận hành động cơ servo, bộ điều khiển động cơ servo cùng các phương thức phản hồi nhằm đạt được chuyển động như mong muốn.

Bạn đang xem: Hướng dẫn điều khiển động cơ servo

Cấu hình khối hệ thống động cơ servo
*
Động cơ servo được áp dụng trong các khối hệ thống điều khiển vận động để cung cấp một lực cơ học cụ thể trong khoảng thời gian nhất định.Để giành được điều này, họ phải điều khiển vị trí, vận tốc và mô men của bộ động cơ servo theo yêu ước ứng dụng.Để hoạt động chuẩn chỉnh xác, hộp động cơ servo phải kết hợp với:

Bộ điều khiển – thường thì là PLC hoặc cỗ điều khiển vận động chuyên dụng đang chạy chương trình tinh chỉnh để thực hiện đúng theo yêu mong kỹ thuật của ứng dụng.Bộ điều khiển động cơ – Thiết bị điện tử có tác dụng cung cấp cho đủ năng lượng cho hễ cơ theo như đúng cách, đúng thời điểm.Bộ mã hóa xung vòng quay – tạo ý kiến cho buổi giao lưu của động cơ.

Cấu trúc hộp động cơ servo

*
Trong công nghiệp, số đông các dạng động cơ servo áp dụng động cơ một chiều không thanh hao than.Rotor của động cơ là một nam châm vĩnh cửu bao gồm từ ngôi trường mạnh. Stator của hộp động cơ được cuốn những cuộn dây riêng biệt, được cung cấp nguồn theo một trình tự thích hợp để con quay rotor.Nếu thời gian và cái điện cấp tới những cuộn dây là chuẩn xác, vận động quay của rotor phụ thuộc vào tần số, pha, phân cực và loại điện chạy trong cuộn dây stator.Hãy kích con chuột vào từng phần của động cơ servo nhằm xem những thành phần bên trong của hễ cơ.Bạn hoàn toàn có thể thấy:

Đĩa cỗ mã hóa xung vòng quayNam châm vĩnh cửuCuộn dây stator

Chức năng của bộ điều khiển và tinh chỉnh động cơ servoCần bao gồm nguồn năng lượng điện cấp tương xứng với thi công của hộp động cơ servo. Bộ tinh chỉnh và điều khiển động cơ servo thực hiện tính năng này.Bộ điều khiển cung ứng nguồn cho bộ động cơ servo đúng lượng, đúng thời khắc để điều khiển vị trí, vận tốc và tế bào men tương xứng với những đầu vào tự bộ điều khiển chuyển động, phản hồi từ cỗ mã hóa xung vòng xoay và từ phiên bản thân hộp động cơ servo.Các tác dụng khác của bộ điều khiển bao gồm:

Truyền thông cùng với bộ điều khiển chuyển độngĐọc bình luận từ cỗ mã hóa xung vòng quay và điều chỉnh thời hạn thực cho mạch vòng điều khiển kín.Xử lý những tín hiệu vào/ra lấy một ví dụ như các thiết bị an toàn, cơ chế đầu vào và những tín hiệu áp ra output về trạng thái hoạt động.

 Điều khiển tích điện cho động cơ servo

*
Bộ điều khiển và tinh chỉnh điện bộ động cơ servo áp dụng một hàng các transistor năng suất được hotline là Transistor bao gồm cực điều khiển cách ly(IGBT) để kiểm soát và điều hành năng lượng chuyển vào hộp động cơ servo.IGBT có tác dụng chuyển mạch cấp tốc với loại lớn buộc phải là tuyển lựa lý tưởng cho áp dụng này.IGBT được tinh chỉnh bằng các thiết bị năng lượng điện tử nhằm mục tiêu sản sinh ra những dạng điện áp, dòng điện, tần số, phân cực và pha quánh thù cung cấp cho động cơ servo.Vì lý do này, từng bộ tinh chỉnh và điều khiển thường kết hợp với một dòng động cơ servo thế thể.Trong lúc tín hiệu đầu vào cho bộ tinh chỉnh động cơ servo là chiếc một chiều (DC), đầu ra bộ tinh chỉnh và điều khiển gần như thể dạng sóng điện xoay chiều để tinh chỉnh và điều khiển trơn tốc độ, tốc độ và mô men của hộp động cơ servo.Tín hiệu tinh chỉnh và điều khiển động cơ servo

 

*
Dựa vào tài liệu lưu trong chương trình tinh chỉnh và điều khiển chuyển động, bộ điều khiển nhận biểu hiện để tiến hành một dạng chuyển động nhất định.Tín hiệu từ cỗ điều khiển hoạt động gửi cho tới bộ tinh chỉnh và điều khiển động cơ servo có thể có nhiều dạng:

Điện áp một chiều dạng tương tự (ví dụ như trường đoản cú -12VDC mang đến +12VDC)Dãy xungGói tài liệu truyền qua mạng

Phản hồi trong khối hệ thống động cơ servo

*
Bộ điều khiển và tinh chỉnh và hộp động cơ servo cùng chuyển động để vận hành trong cơ chế mạch vòng kín.Khi sử dụng mạch phản nghịch hồi, vị trí thực tế, vận tốc hay mô men của bộ động cơ servo được đối chiếu với lệnh vận động và bất kỳ sai số làm sao giữa những cặp quý giá trên đa số được xác định.Sau đó, bộ tinh chỉnh và điều khiển động cơ servo vẫn sử dụng các thông tin không đúng số này nhằm điều chỉnh buổi giao lưu của động cơ theo thời gian thực, làm sao cho quá trình buổi giao lưu của động cơ đáp ứng nhu cầu được yêu cầu của ứng dụng.Chu trình phản hồi – xác định sai số – triệt tiêu không nên số được call là mạch vòng tinh chỉnh và điều khiển kín .Mạch vòng điều khiển
*
Mạch vòng tinh chỉnh và điều khiển được xử lý do bộ điều khiển động cơ servo, cỗ điều khiển hoạt động hoặc cả nhì tùy trực thuộc vào yêu cầu điều khiển.Để đạt được vận động như mong muốn cho vận dụng của mình, chúng ta cũng có thể tách riêng các mạch vòng tinh chỉnh cho vị trí, gia tốc và mô men.Không phải tất cả các ứng dụng tinh chỉnh đều bao gồm cả bố dạng mạch vòng tinh chỉnh và điều khiển vừa nêu. Nhiều vận dụng chỉ gồm có mạch vòng loại điện cùng mạch vòng tốc độ dùng cho tinh chỉnh tốc độ. Nhiều vận dụng lại cần phải có cả tía mạch vòng tinh chỉnh để tinh chỉnh vị trí.

 Điều khiển địa điểm (position Loop)

Vị trí được hiểu là vị trí góc hoàn hảo của trục hộp động cơ servo hoặc trong vài trường hợp, là vị trí của thứ truyền rượu cồn bởi hộp động cơ servo.Khi bộ động cơ servo đổi khác vị trí, bộ mã hóa xung vòng xoay của bộ động cơ servo đã gửi bình luận vị trí thực tế của trục hộp động cơ tới bộ tinh chỉnh động cơ servo hoặc có thể gửi tín hiệu trực tiếp tới bộ điều khiển chuyển động.Mạch vòng địa điểm sẽ thực hiện so sánh địa điểm đặt và vị trí thực tế; từ không đúng số nhận thấy và các thông số chỉnh sửa của mạch vòng, cỗ điều khiển tự động điều chỉnh vị trí trục quay động cơ theo thời gian thực nhằm triệt tiêu sai lệch vị trí.Theo cách này, hộp động cơ servo sẽ thực hiện đúng đắn theo thông số kỹ thuật đã để trước ngay cả khi điều kiện vận hành thay đổi. Lấy ví dụ như, nếu lắp thêm truyền động bởi động cơ servo trở đề nghị khó di chuyển, bộ tinh chỉnh và điều khiển động cơ servo sẽ tinh chỉnh và điều khiển tăng tế bào men sinh ra và/hoặc tinh chỉnh động cơ quản lý trong khoảng tầm thời gian lâu bền hơn để có được vị trí muốn muốn mặc kệ ma ngay cạnh của cơ cấu truyền động.

Xem thêm: Đọc Truyện Harry Potter Và Hòn Đá Phù Thủy (Bản Đặc Biệt Có Tranh

Điều khiển tốc độ (Velocity Loop)

Tốc độ ở đây được đọc là vận tốc và chiều quay của hộp động cơ servo.Khi động cơ servo tăng tốc độ hoặc giảm tốc, bộ mã hóa xung vòng quay sẽ gửi gia tốc và chiều quay thực tế tới bộ điều khiển động cơ servo hoặc gởi trực tiếp tới bộ điều khiển chuyển động.Mạch vòng vận tốc sẽ so sánh tốc độ đặt với vận tốc hiện tại; phụ thuộc vào sai số tốc độ và những thông số chỉnh sửa của mạch vòng, bộ tinh chỉnh và điều khiển động cơ sẽ tự động hóa điều chỉnh tốc độ động cơ theo thời hạn thực để đạt được những yêu mong của ứng dụng.Theo biện pháp này, bộ động cơ servo sẽ thực hiện đúng theo các thông số kỹ thuật đã setup ngay cả lúc điều kiện quản lý thay đổi. Ví dụ như như, nếu hộp động cơ servo truyền động đến một tổ chức cơ cấu có trọng lượng lớn, cồn cơ sẽ khá khó để sút tốc. Vào trường đúng theo này, động cơ hoàn toàn có thể tăng tế bào men nghịch nhằm dừng cài đặt trong khoảng thời hạn và khoảng cách theo yêu ước của ứng dụng.

Điều khiển mô men (Current Loop)

Mô men của bộ động cơ Servo là lực tạo nên từ vận động quay của rotor đụng cơ.Mô men sinh sản ra tỷ lệ thuận với mẫu điện hiệu dụng chạy trong cuộn dây stator của động cơ. Mẫu hiệu dụng càng cao, mô men sinh ra càng lớn.Bộ điều khiển và tinh chỉnh động cơ servo đo trị số dòng hiệu dụng chạy vào cuộn dây stator với dùng bình luận giá trị này để tự động hóa điều chỉnh dòng điện trong bộ động cơ theo thời gian thực nhằm đáp ứng được yêu mong mô men của ứng dụng.Mạch vòng chiếc điện đôi lúc được gọi là mạch vòng mô men.Trong lấy ví dụ sau, bộ tinh chỉnh gửi đi 32 xung để tinh chỉnh vị trí đụng cơ.Bộ mã hóa xung vòng xoay gửi biểu lộ phản hồi địa chỉ của cồn cơ. Sai số nhận được sẽ được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh động cơ mang đến vị trí đúng.Do quán tính nên động cơ hoạt động vượt vượt vị trí chuẩn một chút, không đúng số vị trí này sẽ được dùng để làm điều chỉnh hộp động cơ về vị trí đúng.Bộ đánh giá mã hóa xung vòng quay 

*
Bộ mã hóa xung vòng xoay (encoder) là trang bị phần cứng thiết yếu của khối hệ thống động cơ servo có tác dụng phản hồi tốc độ và vị trí.Thông thường, cỗ mã hóa xung vòng quay nằm trong hoặc được gắn với hộp động cơ servo. Vào một vài ba ứng dụng, bộ mã hóa xung vòng quay là đồ vật được gá lắp đơn lẻ với cồn cơ. Cách gá gắn thêm này giúp cho bộ mã hóa xung vòng quay ghi nhận thấy các thông số kỹ thuật khác tác động đến hoạt động vui chơi của động cơ servo.Có hai dạng cỗ mã hóa xung vòng quay chính:

Bộ mã hóa xung vòng quay tỷ lệ (incremental)Bộ mã hóa xung vòng quay tuyệt đối (absolute)

Cấu trúc đồ gia dụng lý của cục mã hóa xung vòng quay quyết định dạng dấu hiệu phản hồi. Họ hãy cùng xem chúng không giống nhau như núm nào!1. Cỗ mã hóa xung vòng xoay tỷ lệ

*
Bộ mã hóa xung vòng quay tỷ lệ áp dụng nguyên tắc quang học thực hiện một đĩa thủy tinh trong trong trong cả được in những vạch đối xứng tỏa tròn theo khoảng cách đều. Đĩa này được gắn thắt chặt và cố định với trục bộ động cơ và quay cùng rotor của động cơ.Các gạch trên đĩa được phạt hiện vì chưng một cảm biến quang điện. Đầu ra của cảm biến biến đổi mỗi khi có sự thay đổi từ sáng sang về tối hoặc từ tối sang sáng. Tốc độ biến đổi này phần trăm thuận với vận tốc động cơ. Đầu ra của bộ mã hóa xung vòng quay là một dải xung xác suất với gia tốc động cơ. Đầu ra này đôi lúc nói một cách khác là tín hiệu Pha A.Như vậy, với cỗ mã hóa này chúng ta không thể hiểu rằng chiều quay nhưng chỉ biết được vận tốc của cồn cơ.Để hiểu rằng chiều quay, bộ mã hóa xung vòng quay tỷ lệ cần thêm thêm một cảm biến quang thứ hai, cách cảm ứng thứ tuyệt nhất một khoảng cách nhất định.

*
*
 
Khi chuyển đổi chiều tảo thì xung cũng thay đổi

Vị trí của cảm ứng thứ nhì được đính ở trị trí sao cho sự đổi khác sáng tối khiến cho đầu ra của cảm ứng thứ hai lệch pha 90 độ so với cảm biến thứ nhất. Quan hệ giữa những xung này được điện thoại tư vấn làchậm trộn ¼ chu kỳ.Bằng cách so sánh hai hàng xung lệch sóng này, ngoài xác định được gia tốc quay còn rất có thể xác định được chiều quay!Đầu ra từ cảm ứng thứ 2 còn được gọi là tín hiệu Pha B.

Bên cạnh biểu thị pha A cùng pha B, bộ mã hóa xung vòng quay có thể có đầu ra output thứ ba được call là Pha Z.Pha Z chỉ xuất đi một xung ứng với mỗi vòng quay. Biểu thị này có chức năng xác định vị trí gốc lúc đầu hoặc địa chỉ tham chiếu.Bộ mã hóa xung vòng quay tỷ lệ sử dụng xung tham chiếu này là điểm bước đầu để từ đó xác định vị trí tốt đối bằng phương pháp đếm số xung bước đầu từ một vị trí vẫn biết.2. Bộ mã hóa xung vòng xoay tuyệt đối

*
Bộ mã hóa xung vòng quay tuyệt đối cũng thực hiện một đĩa trong suốt; dẫu vậy thay vì dùng những vạch in, đĩa này còn có các vùng trong suốt với vùng mờ thu xếp theo mã nhị phân.Mỗi bit mã hóa là một vùng hiếm hoi trên đĩa với các cảm ứng quang sẽ đồng thời đọc toàn bộ các vùng này.Dữ liệu đọc từ đĩa là duy tuyệt nhất ứng cùng với mỗi địa chỉ góc của trục đụng cơ. Dữ liệu này có thể được gửi đi từ bộ mã hóa theo phương thức song song hoặc được đổi khác sang kiểu dữ liệu nối tiếp.Số bit trong mã dữ liệu quy định độ phân giải góc của bộ mã hóa xung vòng quay. Theo lý thuyết, một cỗ mã hóa xung vòng xoay có độ phân giải 12 bit sẽ hình thành 4096 mã hiếm hoi khi cù một vòng 360 độ; hay có thể nói khi trục hộp động cơ quay được 0.088 độ vẫn xuất ra một mã đối kháng nhất. Có không ít yếu tố ảnh hưởng tới việc tạo thêm số góc thực tế nhưng bộ mã hóa 20 bit cũng không hẳn là thảng hoặc gặp.
*
Một phương thức khác nhằm xác xác định trí hoàn hảo và tuyệt vời nhất là phối kết hợp một dạng đặc trưng của bộ mã hóa xung vòng quay phần trăm với một bộ lưu trữ phần cứng cùng với 1 phần mềm riêng cụ vì thực hiện chiếc đĩa mắc đỏ của bộ mã hóa hay đối.Thiết bị sử dụng các xung lũy tiến từ bộ mã hóa để chế tạo một địa điểm ảo hoàn hảo trong bộ lưu trữ phần cứng. Nhờ gồm pin, bộ nhớ lưu trữ được bảo trì ngay cả khi ngắt mối cung cấp của hệ thống.Cả nhì dạng cỗ mã hóa xung vòng quay tuyệt vời và hoàn hảo nhất đều hoàn toàn có thể gửi bình luận vị trí cần thiết đến bộ điều khiển động cơ servo.Năng lượng tái tạoHãy kích con chuột vào nút Play nhằm quan sát tích điện tái sinh được tô màu đỏ.Các bạn có thể sẽ kinh ngạc khi biết rằng động cơ servo bao gồm thểphát điện!Nếu cù một hộp động cơ servo bởi một ngoại lực (ví dụ như quay bằng tay), một chiếc điện đang được cảm ứng trong stator của đụng cơ!Khi cần sử dụng một hộp động cơ servo để nâng trang bị công nghiệp theo phương thẳng đứng, rượu cồn cơ đề xuất thắng được trọng tải và cần sản sinh các mô men hơn. Tuy vậy vậy, khi lắp thêm được hạ xuống, trọng tải này lại làm quay trục rượu cồn cơ.Đối cùng với các hoạt động ngang, lúc bộ điều khiển động cơ mong giảm nhanh vận tốc một tải trọng nặng nề (phanh), cửa hàng tính của cài trọng sẽ làm cho trục hễ cơ liên tục quay và tích điện điện thừa sinh ra cần được được tiêu tán.Năng lượng này được hotline là năng lượng tái sinh, và bộ tinh chỉnh động cơ servo được thiết kế theo phong cách để tiêu tán một lượng năng lượng tái sinh tuyệt nhất định.Nếu năng lượng tái sinh này vượt quá kĩ năng tiêu tán của cục điều khiển, chúng ta cần gắn thêm thêm năng lượng điện trở hãm để tiêu tán tích điện này thành dạng nhiệt độ năng.Tài liệu cỗ Điều Khiển Động Cơ Servo tại đây