Điều khiển chuyển động là một trong những cốt lõi trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp, đóng vai trò to lớn trong in ấn, đóng gói, lắp ráp và các tình huống công nghiệp khác. Điều khiển chuyển động bắt nguồn từ điều khiển động cơ, nhiệm vụ của điều khiển động cơ là điều khiển một mô-men xoắn, tốc độ, vị trí và các thông số khác của động cơ để động cơ hoàn thành hành động được chỉ định. Điều khiển chuyển động dựa trên điều khiển động cơ để đạt được sự điều khiển của nhiều động cơ, hệ thống điều khiển chuyển động tự động phối hợp nhiều động cơ để hoàn thành chuyển động được chỉ định. Việc áp dụng hệ thống điều khiển chuyển động phức tạp và chính xác không chỉ giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất mà còn giảm khả năng xảy ra sai sót trong quá trình xử lý và nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ tự động hóa sản xuất công nghiệp, nhiều hệ thống điều khiển chuyển động được sử dụng rộng rãi trong ngành hậu cần và dây chuyền lắp ráp lớn.
Cánh tay robot thường xuyên xuất hiện trong tầm nhìn của chúng ta là mắt xích quan trọng nhất của hệ thống điều khiển chuyển động giúp sản xuất công nghiệp. Hiện cánh tay robot tiên tiến nhất thế giới có 7 khớp không hộp số, mỗi động cơ dẫn động một khớp chuyển động. Khi người thao tác hoạt động bình thường, hệ thống điều khiển chuyển động sẽ điều phối bảy động cơ cùng lúc, để người thao tác có thể dễ dàng nắm bắt các vật thể ở bất kỳ vị trí nào trong không gian. Không chỉ vậy, nó có thể thực hiện các chức năng phức tạp khác, thậm chí nó có thể giúp mọi người dọn dẹp hoặc chơi nhạc cụ.
Một vài năm trước, robot quét rác bùng nổ trên Internet như một mẫu mực của điều khiển chuyển động. Hệ thống điều khiển chuyển động sẽ điều khiển động cơ thực hiện các hành động khác nhau để robot có thể hoàn thành nhiệm vụ một cách hiệu quả. Trong nhà máy, cánh tay robot được sử dụng rộng rãi trong dây chuyền lắp ráp, trong dây chuyền lắp ráp sản xuất ô tô, cánh tay robot có thể dễ dàng nâng các bộ phận nặng hàng chục kg thậm chí hàng trăm kg để hàn và lắp ráp hoàn chỉnh. Chúng ta có thể thấy hệ thống điều khiển chuyển động không chỉ được ứng dụng trong công nghiệp mà còn ứng dụng trong cuộc sống của chúng ta.
Để hiểu được hệ thống điều khiển chuyển động, cần tập trung vào người thực hiện lệnh chuyển động - động cơ. Hầu hết các động cơ được sử dụng trong hệ thống điều khiển chuyển động là động cơ bước và động cơ servo. Xiaobian sau đây sẽ giới thiệu ngắn gọn về hai loại động cơ.
Động cơ 1 bước
Động cơ bước có thể biến đổi tín hiệu xung đầu vào thành chuyển vị góc, trong hoạt động bình thường của động cơ bước, tốc độ, vị trí, tốc độ cộng hoặc trừ của động cơ chỉ phụ thuộc vào tần số và số lượng tín hiệu xung và không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi tải . Khi trình điều khiển động cơ bước nhận được tín hiệu xung, anh ta sẽ điều khiển động cơ bước quay theo một Góc cố định theo hướng đã đặt. Nó được gọi là "Góc bước" và quá trình quay của nó được thực hiện từng bước, từng bước một và đó là lý do động cơ con riêng được đặt tên như vậy.
2 động cơ servo
Động cơ servo chuyển đổi tín hiệu điện nhận được thành đầu ra dịch chuyển góc trên trục động cơ. Trình điều khiển động cơ servo điều khiển điện ba pha để tạo thành trường điện từ và rôto quay dưới tác động của từ trường. Bộ mã hóa của mô tơ servo phản hồi tín hiệu cho trình điều khiển và trình điều khiển điều chỉnh Góc quay của rôto theo sự so sánh giữa giá trị phản hồi và giá trị mục tiêu.
So sánh hai loại động cơ
1. Các phương pháp kiểm soát khác nhau
Động cơ bước sử dụng điều khiển vòng hở, động cơ servo sử dụng điều khiển vòng kín, sự khác biệt giữa hai phương pháp điều khiển là điều khiển vòng kín sẽ so sánh giá trị đích và giá trị thực, điều chỉnh vị trí động cơ, so với độ chính xác điều khiển của động cơ servo tốt hơn động cơ bước.
2. Độ chính xác kiểm soát khác nhau
Động cơ bước càng có nhiều pha thì độ chính xác của nó càng cao. Động cơ pha {{0}} có giá thành thấp nhưng độ rung lớn ở tốc độ thấp và mô-men xoắn giảm nhanh ở tốc độ cao. Mô tơ pha 5-có độ rung nhỏ và hiệu suất tốc độ cao tốt, cao hơn 30~50 phần trăm so với tốc độ của mô tơ pha 2-và thậm chí có thể thay thế mô tơ servo trong một số trường hợp. Động cơ servo có bộ mã hóa riêng, tỷ lệ của bộ mã hóa càng lớn thì độ chính xác càng cao. Nói chung, độ chính xác của động cơ servo tương đương với Góc bước của động cơ bước 0,036 độ, tất nhiên, không có Góc bước nhỏ như vậy của động cơ bước, Góc bước của động cơ bước chung là 1,8, như trên chỉ là một phép ẩn dụ, do đó, trong việc thực hiện điều khiển chuyển động có độ chính xác cao, hiệu suất của động cơ servo vượt xa động cơ bước.
3. Các đặc tính tần số thấp khác nhau
Không giống như động cơ servo, động cơ bước sử dụng công nghệ giảm chấn hoặc công nghệ chia nhỏ để khắc phục hiện tượng rung động ở tốc độ thấp. Động cơ bước ở tốc độ thấp vẫn dễ xảy ra hiện tượng rung, còn động cơ servo dù ở tốc độ cao hay tốc độ thấp đều không xuất hiện hiện tượng rung.
4. Hiệu suất thể thao khác nhau
Động cơ bước điều khiển vòng hở, tần số khởi động quá cao hoặc tải quá lớn dễ gây ra hiện tượng mất bước, tốc độ dừng quá cao dễ xảy ra hiện tượng vọt lố, động cơ servo điều khiển vòng kín, ổ servo có thể lấy mẫu phản hồi trực tiếp tín hiệu của vòng lặp tốc độ và vòng lặp vị trí bên trong bộ mã hóa hình thành động cơ, nói chung sẽ không xuất hiện hiện tượng mất bước hoặc vượt quá.
5. Tốc độ thay đổi tương ứng
Phải mất hàng trăm mili giây để động cơ bước tăng tốc từ tốc độ tĩnh sang tốc độ làm việc, trong khi động cơ servo thường chỉ mất vài mili giây, có thể được sử dụng cho các trường hợp điều khiển cần khởi động và dừng nhanh.
Từ so sánh trên, động cơ servo tốt hơn động cơ bước ở nhiều khía cạnh về hiệu suất, đó không phải là chúng ta trong việc lựa chọn mô hình động cơ khi tất cả động cơ servo trên đường dây sao? Không phải vậy, giá của động cơ servo sẽ cao hơn nhiều so với động cơ bước, động cơ bước sẽ đánh bại động cơ servo về hiệu suất chi phí, sau khi nắm vững các đặc điểm của hai động cơ, theo các nhu cầu khác nhau, điều đặc biệt quan trọng là chọn đúng loại động cơ.
Các hệ thống điều khiển chuyển động không chỉ bao gồm động cơ và ổ đĩa, mà quan trọng hơn chúng là điều khiển, sơ đồ điều khiển hoặc thuật toán phối hợp chuyển động của nhiều động cơ. Ví dụ: có một hệ thống chuyển động trong đó một bàn xoay được dẫn động bởi hai động cơ chứa đầy phim, để phim có thể được tháo ra từ bàn xoay này sang bàn quay khác với tốc độ đã đặt mà không bị đứt. Trong quá trình cuộn phim, đường kính cuộn của hai bàn xoay sẽ thay đổi liên tục. Để đảm bảo rằng màng không bị vỡ và đáp ứng tốc độ cuộn phim quy định, cần phải liên tục điều chỉnh tốc độ của hai động cơ. Trong trường hợp này, thuật toán PID là cần thiết để thực hiện điều khiển vòng kín, sao cho giá trị phản hồi của đối tượng được điều khiển: lực căng ảnh hưởng đến tốc độ của động cơ. Theo cách này, dựa vào hiệu suất phản ứng nhanh của động cơ servo, tốc độ sẽ giảm khi lực căng quá lớn và tốc độ được tăng tốc khi lực căng quá nhỏ. Dưới sự điều chỉnh liên tục, độ căng và tốc độ cuộn của màng đáp ứng yêu cầu.
Ngoài thuật toán PID, thuật toán bù sai lệch chuyển động còn được sử dụng trong hệ thống điều khiển tay máy 6 bậc tự do thậm chí 7 bậc tự do để đảm bảo tay máy chạy đến vị trí xác định. Chất lượng của sơ đồ hệ thống điều khiển chuyển động quyết định liệu hệ thống có an toàn và đáng tin cậy hay không và liệu hiệu quả có cao hay không. Có khả năng thiết kế chương trình xuất sắc sẽ khiến chúng ta cạnh tranh hơn.