Có ba chế độ điều khiển động cơ servo: điều khiển xung, tương tự và giao tiếp. Làm thế nào để chọn chế độ điều khiển động cơ servo trong các tình huống ứng dụng khác nhau?
1. Chế độ điều khiển xung động cơ servo
Trong một số thiết bị độc lập nhỏ, việc sử dụng điều khiển xung để đạt được vị trí động cơ, nên là ứng dụng phổ biến nhất, chế độ điều khiển này đơn giản, dễ hiểu. Ý tưởng điều khiển cơ bản: tổng xung xác định độ dịch chuyển của động cơ, tần số xung xác định tốc độ động cơ. Xung được chọn để thực hiện điều khiển mô tơ servo. Mở sách hướng dẫn sử dụng của động cơ servo, sẽ có bảng như sau:
Cả hai đều được điều khiển bằng xung, nhưng cách thực hiện thì khác nhau:
Đầu tiên, trình điều khiển nhận hai xung tốc độ cao (A, B), và xác định chiều quay của động cơ thông qua độ lệch pha giữa hai xung. Trong hình trên, nếu B nhanh hơn pha A 90 độ thì nó dương. Nếu B chậm hơn A một góc 90 độ thì nó ngược chiều. Trong hoạt động, hai xung pha của điều khiển này xen kẽ nhau, vì vậy chúng tôi còn gọi chế độ điều khiển này là điều khiển vi sai. Nó có đặc điểm khác biệt, điều này cũng cho thấy chế độ điều khiển này, xung điều khiển có khả năng chống nhiễu cao hơn, trong một số tình huống ứng dụng có nhiễu mạnh, chế độ này được ưu tiên hơn. Nhưng theo cách này, một trục động cơ cần chiếm hai cổng xung tốc độ cao, điều này gây bất tiện cho tình huống căng thẳng của cổng xung tốc độ cao.
Thứ hai, trình điều khiển vẫn nhận được hai xung tốc độ cao, nhưng hai xung tốc độ cao không tồn tại cùng một lúc. Khi một xung ở trạng thái đầu ra, xung còn lại phải ở trạng thái không hợp lệ. Khi chọn chế độ điều khiển này, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng mỗi lần chỉ phát ra một xung. Hai xung, một đầu ra cho chiều dương, cái còn lại cho chiều âm. Như trong trường hợp trên, chế độ này cũng là một trục động cơ cần chiếm hai cổng xung tốc độ cao.
Thứ ba, chỉ cần cung cấp một tín hiệu xung cho trình điều khiển và hoạt động tích cực và tiêu cực của động cơ được xác định bởi tín hiệu IO theo một hướng. Chế độ điều khiển này đơn giản hơn và chiếm ít tài nguyên nhất của cổng xung tốc độ cao. Trong một hệ thống nhỏ điển hình, điều này được ưa thích hơn.
2. Chế độ điều khiển mô phỏng động cơ servo
Trong trường hợp ứng dụng cần sử dụng động cơ servo để thực hiện điều khiển tốc độ, chúng ta có thể chọn đại lượng tương tự để thực hiện điều khiển tốc độ của động cơ, giá trị của đại lượng tương tự xác định tốc độ chạy của động cơ. Đại lượng tương tự có thể được chọn theo hai cách, dòng điện hoặc điện áp. Chế độ điện áp, chỉ cần thêm một lượng điện áp nhất định vào đầu tín hiệu điều khiển. Việc triển khai rất đơn giản, trong một số tình huống sử dụng chiết áp để kiểm soát. Tuy nhiên, khi điện áp được sử dụng làm tín hiệu điều khiển, điện áp dễ bị nhiễu trong môi trường phức tạp, dẫn đến điều khiển không ổn định. Chế độ hiện tại: Cần có mô-đun đầu ra hiện tại tương ứng. Nhưng tín hiệu hiện tại có khả năng chống nhiễu mạnh và có thể được sử dụng trong các cảnh phức tạp.
3. Chế độ điều khiển truyền thông động cơ servo
CAN, EtherCAT, Modbus và Profibus là những cách phổ biến để thực hiện điều khiển động cơ servo bằng phương tiện giao tiếp. Để điều khiển động cơ bằng phương tiện truyền thông là phương pháp điều khiển ưa thích trong một số tình huống ứng dụng hệ thống lớn và phức tạp. Sử dụng chế độ truyền thông, kích thước của hệ thống, số lượng trục động cơ dễ dàng cắt giảm, không có dây điều khiển phức tạp. Hệ thống được xây dựng cực kỳ linh hoạt.
Điều khiển tốc độ và điều khiển mô-men xoắn của động cơ servo được điều khiển bằng đại lượng tương tự. Điều khiển vị trí được điều khiển bằng cách gửi xung. Chế độ điều khiển cụ thể nên được lựa chọn theo yêu cầu của khách hàng và đáp ứng chức năng chuyển động. Nếu bạn không có yêu cầu về tốc độ và vị trí của động cơ, miễn là đầu ra của một mô-men xoắn không đổi, tất nhiên, là chế độ mô-men xoắn.
Nếu vị trí và tốc độ có các yêu cầu về độ chính xác nhất định và mô-men xoắn thời gian thực không được quan tâm lắm, thì chế độ mô-men xoắn không thuận tiện lắm, chế độ tốc độ hoặc vị trí sẽ tốt hơn. Nếu bộ điều khiển phía trên có chức năng điều khiển vòng kín tốt thì hiệu quả điều khiển tốc độ sẽ tốt hơn. Nếu yêu cầu không quá cao hoặc không có yêu cầu thời gian thực, chế độ điều khiển vị trí không có yêu cầu cao đối với bộ điều khiển phía trên.
Về tốc độ phản hồi của trình điều khiển servo, chế độ mô-men xoắn yêu cầu tính toán ít nhất và trình điều khiển phản hồi tín hiệu điều khiển nhanh nhất. Chế độ vị trí có nhiều tính toán nhất và phản ứng của người lái đối với tín hiệu điều khiển là chậm nhất.
Cần phải điều chỉnh động cơ trong thời gian thực khi yêu cầu hiệu suất động trong chuyển động. Vì vậy, nếu bản thân bộ điều khiển chậm (chẳng hạn như PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động cấp thấp), hãy sử dụng điều khiển vị trí. Nếu bộ điều khiển có tốc độ tính toán nhanh, thì vòng định vị có thể được di chuyển từ trình điều khiển sang bộ điều khiển một cách nhanh chóng để giảm khối lượng công việc của trình điều khiển và nâng cao hiệu quả (chẳng hạn như hầu hết các bộ điều khiển chuyển động trung cấp và cao cấp); Nếu bạn có bộ điều khiển phía trên tốt hơn, bạn cũng có thể sử dụng điều khiển mô-men xoắn, vòng lặp tốc độ cũng được loại bỏ khỏi ổ đĩa, điều này thường chỉ có bộ điều khiển chuyên dụng cao cấp mới có thể làm được điều này và tại thời điểm này, không cần sử dụng bộ điều khiển động cơ trợ lực.
Nói chung là driver control không tốt, hãng nào cũng nói là họ làm tốt nhất, nhưng hiện nay có một cách so sánh trực quan hơn gọi là băng thông đáp ứng. Khi điều khiển mô-men xoắn hoặc điều khiển tốc độ, tín hiệu sóng vuông được cấp cho bộ tạo xung để làm cho động cơ liên tục quay và đảo chiều, đồng thời điều chỉnh tần số liên tục. Những gì được hiển thị trên máy hiện sóng là tín hiệu tần số quét. Khi đỉnh của đường bao đạt tới 70,7 phần trăm của giá trị cao nhất, điều đó cho thấy rằng bước này đã bị lệch. Vòng lặp hiện tại trung bình có thể hoạt động ở tần số hơn 1000Hz, trong khi vòng lặp tốc độ chỉ có thể hoạt động ở hàng chục Hertz.
Nói một cách kỹ thuật hơn:
1. Điều khiển mô-men xoắn động cơ servo
Chế độ điều khiển mô-men xoắn là đặt mô-men xoắn đầu ra của trục động cơ thông qua đầu vào của gán địa chỉ tương tự hoặc trực tiếp bên ngoài. Hiệu suất cụ thể như sau: ví dụ: nếu 10V tương ứng với 5Nm, khi tín hiệu tương tự bên ngoài được đặt thành 5V, đầu ra của trục động cơ là
2,5Nm: Nếu tải trục động cơ nhỏ hơn 2,5Nm, động cơ sẽ quay dương; nếu tải bên ngoài bằng 2,5Nm, động cơ sẽ không quay; nếu mô tơ lớn hơn 2,5Nm thì mô tơ sẽ đảo chiều (thường sinh ra khi có tải trọng lực). Có thể thay đổi mô-men xoắn bằng cách thay đổi ngay lập tức cài đặt của đại lượng tương tự và giá trị địa chỉ tương ứng cũng có thể được thay đổi bằng phương tiện giao tiếp.
Nó chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị cuộn và tháo cuộn có yêu cầu nghiêm ngặt về lực của vật liệu, chẳng hạn như thiết bị dây hoặc thiết bị kéo sợi. Việc cài đặt mô-men xoắn nên được thay đổi bất cứ lúc nào theo sự thay đổi của bán kính cuộn dây để đảm bảo rằng lực của vật liệu sẽ không thay đổi khi bán kính cuộn dây thay đổi.
2. Điều khiển vị trí của động cơ servo:
Chế độ điều khiển thường thông qua tần số xung đầu vào bên ngoài để xác định kích thước của tốc độ quay, thông qua số lượng xung để xác định Góc quay, một số servo cũng có thể trực tiếp thông qua chế độ giao tiếp của tốc độ và chỉ định chuyển vị. Do chế độ vị trí có thể kiểm soát rất chặt chẽ tốc độ và vị trí, nên nó thường được sử dụng trong các thiết bị định vị. Các ứng dụng như máy công cụ CNC, máy in, v.v.
3. Chế độ tốc độ động cơ servo:
Trên đầu vào tương tự hoặc tần số xung có thể được điều khiển cho tốc độ quay, trong thiết bị điều khiển phía trên của chế độ tốc độ điều khiển PID vòng ngoài cũng có thể được định vị, nhưng tín hiệu vị trí động cơ hoặc tín hiệu vị trí tải trực tiếp đến phản hồi phía trên để tính toán. Chế độ vị trí cũng hỗ trợ vòng ngoài tải trực tiếp để phát hiện tín hiệu vị trí. Trong trường hợp 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 trực tiếp ở đầu tải cuối cùng. Ưu điểm của chế độ này là có thể giảm lỗi trong quá trình truyền trung gian và tăng độ chính xác định vị của toàn bộ hệ thống.
4. Nói về 3 vòng
Servo thường được điều khiển bởi ba vòng và cái gọi là ba vòng là ba hệ thống điều chỉnh PID phản hồi âm vòng kín. Vòng PID trong cùng là vòng dòng, được thực hiện hoàn toàn bên trong trình điều khiển servo. Thiết bị Hall phát hiện dòng điện đầu ra của từng pha của trình điều khiển đến động cơ và đưa ra phản hồi âm đối với cài đặt dòng điện cho quy định PID, để đạt được dòng điện đầu ra càng gần bằng dòng điện đã đặt càng tốt. Vòng hiện tại là để kiểm soát mô-men xoắn động cơ, do đó hoạt động của trình điều khiển ở chế độ mô-men xoắn là tối thiểu.
Phản ứng năng động là nhanh nhất.
Vòng thứ hai là vòng tốc độ, được điều chỉnh bằng PID phản hồi âm thông qua tín hiệu của bộ mã hóa động cơ được phát hiện. Đầu ra PID trong vòng trực tiếp là cài đặt của vòng hiện tại, do đó điều khiển vòng tốc độ bao gồm vòng tốc độ và vòng hiện tại, nói cách khác, bất kỳ chế độ nào cũng phải sử dụng vòng hiện tại, vòng hiện tại là gốc của điều khiển . Đồng thời điều khiển tốc độ và vị trí, điều khiển dòng điện (mô-men xoắn) cũng được thực hiện trong hệ thống để đạt được điều khiển tốc độ và vị trí tương ứng.
Vòng thứ ba là vòng định vị, là vòng ngoài cùng và có thể được tạo giữa trình điều khiển và bộ mã hóa động cơ hoặc giữa bộ điều khiển bên ngoài và bộ mã hóa động cơ hoặc tải cuối cùng tùy theo tình huống. Vì đầu ra bên trong của vòng điều khiển vị trí là cài đặt của vòng tốc độ, nên hệ thống thực hiện hoạt động của cả ba vòng ở chế độ điều khiển vị trí và tại thời điểm này, hệ thống có khối lượng tính toán lớn nhất và tốc độ phản hồi động chậm nhất .