Điều khiển chuyển động là một trong những cốt lõi trong lĩnh vực điều khiển công nghiệp, đóng vai trò rất 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 thực hiện điều khiển nhiều động cơ, hệ thống điều khiển tự động điều phối 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 giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất, đồng thời giảm khả năng xảy ra sai sót trong quá trình xử lý và cải thiện 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 cơ khí thường xuyên xuất hiện trong tầm nhìn của chúng tôi là mắt xích quan trọng nhất của hệ thống điều khiển chuyển động giúp sản xuất công nghiệp. Hiện tại, cánh tay cơ khí tiên tiến nhất trên thế giới có 7 khớp không hộp số và mỗi động cơ truyền động một khớp. 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 một 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.
Vài năm trước, robot quét rác bùng nổ trên Internet như một mô hình thu nhỏ của điều khiển chuyển động. Khi rô bốt quét đã hình thành lộ trình chuyển động, hệ thống điều khiển chuyển động sẽ điều khiển động cơ thực hiện các hành động khác nhau để rô bốt quét 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 hoàn thành quá trình hàn và lắp ráp. Như chúng ta có thể thấy, hệ thống điều khiển chuyển động không chỉ được ứng dụng trong công nghiệp mà còn được tìm thấy trong những vật dụng gần gũi nhất với cuộc sống của chúng ta.
Để hiểu hệ thống điều khiển chuyển động, điều quan trọng là phải hiểu những người thực hiện lệnh chuyển động - các 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 và giảm tốc của động cơ chỉ phụ thuộc vào tần số và số lượng tín hiệu xung, không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi tải. Khi trình điều khiển động cơ bước nhận được tín hiệu xung, nó sẽ điều khiển động cơ bước quay một Góc cố định theo hướng đã đặt. Nó được gọi là "Góc bước", và nó quay từng bước, từng bước một và đó là lý do động cơ đổ dốc 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 và 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 động cơ
1. Các phương pháp kiểm soát khác nhau
Động cơ bước sử dụng điều khiển vòng hở và 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 với giá trị thực và điều chỉnh vị trí động cơ. Ngược lại, độ chính xác điều khiển của động cơ servo tốt hơn so với động cơ bước.
2 độ chính xác điều khiển khác nhau
Động cơ bước càng có nhiều pha thì độ chính xác của nó càng cao. Giá thành động cơ pha {{0}} 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 đi kèm với bộ mã hóa và bộ mã hóa càng có nhiều tỷ lệ thì độ chính xác càng cao. Nói chung, độ chính xác của động cơ servo tương đương với động cơ bước có Góc bước là 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, ở trên chỉ là một sự tương tự, có thể thấy rằng 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 Đặc điểm tần số thấp khác nhau
Khác với động cơ servo, động cơ bước sử dụng công nghệ giảm chấn hay công nghệ chia nhỏ để khắc phục hiện tượng rung giật ở tốc độ thấp. Động cơ bước ở tốc độ thấp vẫn dễ bị rung và động cơ servo bất kể ở tốc độ cao hay tốc độ thấp sẽ không xuất hiện hiện tượng rung.
4. Hiệu suất chuyển động khác nhau
Động cơ bước là điều khiển vòng hở, tần số khởi động hoặc tải quá cao dễ gây ra hiện tượng mất bước, tốc độ quá cao khi dừng dễ gây ra hiện tượng vọt lố, động cơ servo được điều khiển vòng kín, trình điều khiển servo có thể trực tiếp lấy mẫu tín hiệu phản hồi của bộ mã hóa động cơ, vòng lặp tốc độ bên trong và vòng lặp vị trí, nói chung sẽ không xuất hiện hiện tượng mất bước hoặc vọt lố.
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 cần vài mili giây, có thể được sử dụng trong các tình huống điều khiển yêu cầu khởi động và dừng nhanh.
Từ so sánh trên, động cơ servo tốt hơn động cơ bước ở nhiều khía cạnh về hiệu suất. Có thể chọn động cơ servo khi chúng ta chọn kiểu động cơ không? Không, giá của động cơ servo sẽ cao hơn nhiều so với giá của động cơ bước, động cơ bước sẽ có hiệu suất chi phí cao hơn động cơ servo, 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 các động cơ và bộ truyền động, mà quan trọng hơn là các sơ đồ hoặc thuật toán điều khiển phối hợp chuyển động của nhiều động cơ. Ví dụ: có một hệ thống chuyển động trong đó phim được quấn quanh một bàn xoay được điều khiển bởi hai động cơ, để phim có thể được cuộn từ bàn xoay này sang bàn xoay khác mà không bị đứt, với tốc độ cuộn phim đã đặt. Trong quá trình cuộn phim, đường kính cuộn của hai bàn xoay sẽ thay đổi liên tục. Để đảm bảo màng không bị đứt và đáp ứng tốc độ cuộn phim quy định, tốc độ của hai động cơ cần được điều chỉnh liên tục, điều này yêu cầu sử dụng thuật toán PID để điều khiển vòng kín, sao cho đối tượng được điều khiển: giá trị phản hồi 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 đạt yêu cầu.
Ngoài thuật toán PID, thuật toán sai lệch chuyển động cũng được sử dụng trong hệ thống điều khiển tay máy 6 bậc tự do hoặc 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.