Nguyên lý làm việc của động cơ servo
Hệ thống servo là một hệ thống điều khiển tự động làm cho vị trí, hướng, trạng thái và các biến điều khiển đầu ra khác của đối tượng tuân theo những thay đổi tùy ý của mục tiêu đầu vào (hoặc giá trị đã cho). Servo chủ yếu được định vị bằng các xung. Về cơ bản, có thể hiểu rằng khi động cơ servo nhận được một xung, nó sẽ xoay góc tương ứng của một xung để nhận ra sự dịch chuyển. Do bản thân mô tơ servo có chức năng gửi xung, nên mỗi khi mô tơ servo quay một góc, nó sẽ gửi một số xung tương ứng, số xung này tương ứng với xung mà mô tơ servo nhận được, hay còn gọi là vòng khép kín, Hệ thống sẽ biết có bao nhiêu xung được gửi đến mô tơ servo và bao nhiêu xung được nhận cùng một lúc. Bằng cách này, vòng quay của động cơ có thể được điều khiển chính xác, để đạt được vị trí chính xác, có thể đạt tới 0.001 mm.
Phân loại động cơ servo
Động cơ servo được chia thành AC servo và DC servo.
Cấu trúc cơ bản của động cơ AC servo tương tự như cấu trúc của động cơ cảm ứng AC (động cơ không đồng bộ). Có hai cuộn dây kích thích Wf và cuộn dây điều khiển WcoWf có sự dịch chuyển không gian pha một góc điện trường 90 độ trên stato, được nối với điện áp xoay chiều không đổi. Mục đích điều khiển hoạt động của động cơ là sử dụng điện áp xoay chiều hoặc đổi pha cấp cho Wc.
Động cơ AC servo có các đặc tính hoạt động ổn định, khả năng điều khiển tốt, phản ứng nhanh, độ nhạy cao và chỉ số phi tuyến nghiêm ngặt của các đặc tính cơ học và đặc tính điều chỉnh (tương ứng nhỏ hơn 10% ~ 15% và nhỏ hơn 15% ~ 25%).
Ưu và nhược điểm của động cơ servo DC
Ưu điểm: kiểm soát tốc độ chính xác, đặc tính tốc độ mô-men xoắn cứng, nguyên tắc điều khiển đơn giản, sử dụng thuận tiện và giá rẻ.
Nhược điểm: chuyển mạch bàn chải, giới hạn tốc độ, lực cản bổ sung và tạo ra các hạt mài mòn (không phù hợp với môi trường không có bụi và dễ nổ).
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ servo AC
Ưu điểm: đặc tính kiểm soát tốc độ tốt, có thể đạt được điều khiển trơn tru trong toàn bộ vùng tốc độ, hầu như không rung, hiệu suất cao hơn 90%, ít tỏa nhiệt, điều khiển tốc độ cao, điều khiển vị trí có độ chính xác cao (tùy thuộc vào độ chính xác của bộ mã hóa), có thể đạt được mô-men xoắn không đổi, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, không mài mòn chổi than, không cần bảo trì (áp dụng cho môi trường không bụi và nổ) trong vùng vận hành định mức.
Nhược điểm: điều khiển phức tạp và các tham số trình điều khiển cần được xác định bằng cách điều chỉnh các tham số PID tại chỗ, cần nhiều dây hơn.
Ba phương pháp điều khiển của động cơ servo
Điều khiển mô-men xoắn: chế độ điều khiển mô-men xoắn là đặt mô-men xoắn đầu ra của trục động cơ bên ngoài thông qua đầu vào của đại lượng tương tự bai bên ngoài hoặc gán địa chỉ trực tiếp.
2. Điều khiển vị trí: Chế độ điều khiển vị trí thường xác định tốc độ quay theo tần số của xung đầu vào bên ngoài và góc quay theo số lượng xung. Một số servo có thể chỉ định trực tiếp tốc độ và độ dịch chuyển thông qua giao tiếp.
Chế độ tốc độ: tốc độ quay có thể được điều khiển bằng đầu vào của đại lượng tương tự hoặc tần số của xung. Chế độ tốc độ cũng có thể được định vị khi có điều khiển PID vòng ngoài của thiết bị điều khiển phía trên, nhưng tín hiệu vị trí của động cơ hoặc tín hiệu vị trí của tải trực tiếp phải được gửi đến phản hồi phía trên để tính toán. Chế độ vị trí cũng hỗ trợ phát hiện tín hiệu vị trí bằng vòng ngoài tải trực tiếp. Tại thời điểm này, bộ mã hóa ở đầu trục động cơ chỉ phát hiện tốc độ động cơ và tín hiệu vị trí được cung cấp bởi thiết bị phát hiện ở đầu tải trực tiếp cuối cùng. Ưu điểm này là nó có thể giảm lỗi trong quá trình truyền trung gian và tăng độ chính xác định vị của toàn bộ hệ thống.