Cả điều khiển tốc độ và điều khiển mô-men xoắn cho động cơ servo đều được thực hiện bằng tín hiệu tương tự, trong khi điều khiển vị trí đạt được bằng cách tạo ra các xung. Chế độ điều khiển cụ thể được áp dụng được lựa chọn dựa trên yêu cầu của khách hàng và các chức năng chuyển động cụ thể cần được thực hiện.
ba chế độ điều khiển cho động cơ servo
- Nếu bạn không có yêu cầu cụ thể nào về tốc độ hoặc vị trí của động cơ-và chỉ cần tạo ra mô-men xoắn không đổi- thì Chế độ mô-men xoắn là lựa chọn hiển nhiên.
- Nếu bạn yêu cầu mức độ chính xác nhất định về vị trí và tốc độ nhưng không đặc biệt quan tâm đến các giá trị mô-men xoắn theo thời gian thực thì việc sử dụng Chế độ tốc độ hoặc Chế độ vị trí thường thích hợp hơn.
- Nếu bộ điều khiển máy chủ của bạn sở hữu khả năng điều khiển vòng lặp khép kín-mạnh mẽ thì việc sử dụng Kiểm soát tốc độ thường sẽ mang lại kết quả vượt trội. Ngược lại, nếu yêu cầu của bạn không đặc biệt nghiêm ngặt-hoặc nếu hầu như không có yêu cầu nào về-khả năng phản hồi theo thời gian thực- thì việc sử dụng Kiểm soát vị trí sẽ đặt ra ít yêu cầu hơn đối với bộ điều khiển máy chủ.
Về tốc độ phản hồi của bộ truyền động servo: Chế độ mô-men xoắn bao gồm tải tính toán thấp nhất, dẫn đến phản hồi nhanh nhất từ bộ truyền động đến tín hiệu điều khiển; ngược lại, Chế độ Vị trí đòi hỏi tải tính toán cao nhất, dẫn đến phản hồi chậm nhất từ bộ truyền động đến tín hiệu điều khiển.
Khi cần có hiệu suất động cao trong quá trình chuyển động,-việc điều chỉnh động cơ theo thời gian thực trở nên cần thiết.
- Nếu bản thân bộ điều khiển có tốc độ xử lý tương đối chậm (ví dụ: PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động cấp thấp), nên sử dụng Điều khiển vị trí.
- Nếu bộ điều khiển sở hữu tốc độ xử lý tương đối nhanh, có thể sử dụng Kiểm soát tốc độ; điều này liên quan đến việc chuyển vòng lặp vị trí từ ổ đĩa sang bộ điều khiển, từ đó giảm khối lượng công việc của ổ đĩa và nâng cao hiệu quả tổng thể.
- Nếu có bộ điều khiển máy chủ tiên tiến hơn nữa, có thể sử dụng Kiểm soát mô-men xoắn; điều này liên quan đến việc dịch chuyển vòng tốc độ-ngoài vòng lặp vị trí-ra khỏi ổ đĩa. Cách tiếp cận này thường chỉ khả thi với-bộ điều khiển chuyên dụng, cao cấp.
Nói chung, thước đo mang tính trực quan cao để đánh giá chất lượng điều khiển truyền động được gọi là "băng thông phản hồi".
Khi hoạt động ở chế độ Kiểm soát mô-men xoắn hoặc Kiểm soát tốc độ, bộ tạo xung được sử dụng để nhập tín hiệu sóng vuông-, khiến động cơ liên tục luân phiên giữa chiều quay thuận và quay ngược. Khi tần số tín hiệu tăng dần, máy hiện sóng sẽ hiển thị tín hiệu tần số quét. Khi đỉnh của đường bao tín hiệu giảm xuống 70,7% giá trị tối đa, điều đó cho biết hệ thống đã mất đồng bộ hóa (tức là "bước ra"). Tần suất xảy ra điều này đóng vai trò là chỉ báo trực tiếp về chất lượng của hệ thống điều khiển; thông thường, vòng lặp hiện tại có thể đạt được băng thông vượt quá 1000 Hz, trong khi vòng lặp tốc độ thường bị giới hạn ở vài chục Hertz.
Kiểm soát mô-men xoắn
Điều khiển mô-men xoắn là phương pháp được sử dụng để đặt độ lớn của mô-men xoắn đầu ra bên ngoài của trục động cơ, đạt được thông qua tín hiệu đầu vào tương tự bên ngoài hoặc bằng cách gán trực tiếp một giá trị cho một địa chỉ cụ thể. Về mặt vận hành, điều này có nghĩa là-ví dụ:{2}}nếu đầu vào 10V tương ứng với mô-men xoắn 5 Nm thì việc đặt đầu vào analog bên ngoài thành 5V sẽ dẫn đến đầu ra trục động cơ là 2,5 Nm. Trong các điều kiện sau: nếu tải lên trục động cơ nhỏ hơn 2,5 Nm thì động cơ quay theo chiều thuận; nếu tải bên ngoài bằng 2,5 Nm thì động cơ vẫn đứng yên; và nếu tải vượt quá 2,5 Nm, động cơ sẽ quay theo hướng ngược lại (tình huống thường gặp trong các ứng dụng liên quan đến tải trọng hấp dẫn). Bạn có thể điều chỉnh giá trị mô-men xoắn đã đặt theo thời gian thực bằng cách thay đổi tín hiệu đầu vào tương tự hoặc bằng cách sửa đổi giá trị số của địa chỉ tương ứng thông qua giao diện truyền thông.
Chế độ điều khiển này chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống quấn và tháo cuộn có yêu cầu nghiêm ngặt về độ căng tác dụng lên vật liệu-chẳng hạn như trong máy quấn dây-hoặc thiết bị vẽ sợi quang{2}}. Trong các ứng dụng như vậy, cài đặt mô-men xoắn phải được điều chỉnh linh hoạt theo thời gian thực-để bù đắp cho những thay đổi trong bán kính cuộn dây, nhờ đó đảm bảo rằng lực căng tác dụng lên vật liệu không đổi bất kể sự thay đổi của đường kính cuộn dây.
Kiểm soát vị trí
Trong chế độ Điều khiển vị trí, tốc độ quay thường được xác định bởi tần số của các xung đầu vào bên ngoài, trong khi góc quay được xác định bởi số lượng xung. Ngoài ra, một số hệ thống servo cho phép gán trực tiếp các giá trị tốc độ và chuyển vị thông qua các giao diện truyền thông. Vì chế độ Vị trí cho phép kiểm soát chặt chẽ cả tốc độ và vị trí nên nó thường được sử dụng trong các cơ chế định vị.
Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm máy công cụ CNC, máy in và các thiết bị tương tự.
Chế độ kiểm soát tốc độ
Tốc độ quay có thể được điều khiển thông qua đầu vào analog hoặc bằng cách điều chỉnh tần số xung. Khi được tích hợp vào hệ thống điều khiển PID vòng lặp-bên ngoài do bộ điều khiển cấp-cao hơn quản lý, Chế độ tốc độ cũng có thể được sử dụng cho các tác vụ định vị; tuy nhiên, điều cần thiết là phải phản hồi tín hiệu vị trí của động cơ-hoặc tín hiệu vị trí trực tiếp từ tải-đến bộ điều khiển cấp-cao hơn để xử lý tính toán. Chế độ vị trí cũng hỗ trợ phát hiện tín hiệu vị trí trực tiếp từ vòng ngoài của tải; trong cấu hình này, bộ mã hóa gắn trên trục động cơ chỉ giám sát tốc độ quay của động cơ, trong khi tín hiệu vị trí thực tế được cung cấp bởi thiết bị phát hiện nằm ở đầu tải cuối cùng. Ưu điểm chính của phương pháp này là nó giảm thiểu các lỗi xuất hiện trong các giai đoạn truyền trung gian, do đó nâng cao độ chính xác định vị tổng thể của toàn bộ hệ thống.
Ba-Điều khiển vòng lặp
Động cơ servo thường sử dụng một-cấu trúc điều khiển vòng lặp-đặc biệt, một hệ thống bao gồm ba hệ thống điều khiển PID phản hồi âm-vòng lặp-đóng. Vòng lặp PID trong cùng là "vòng lặp hiện tại". Vòng lặp này hoạt động hoàn toàn bên trong chính bộ truyền động servo; nó sử dụng các cảm biến hiệu ứng Hall-để phát hiện dòng điện đầu ra chạy từ bộ truyền động đến từng pha của động cơ, sau đó áp dụng phản hồi âm cho điểm đặt hiện tại để thực hiện điều chỉnh PID. Mục tiêu là để đảm bảo rằng dòng điện đầu ra thực tế phù hợp chặt chẽ với điểm đặt mong muốn. Về cơ bản, vòng dòng điện điều khiển mô-men xoắn của động cơ; do đó, khi bộ truyền động hoạt động ở chế độ mô-men xoắn, tải tính toán sẽ ở mức tối thiểu, dẫn đến phản hồi động nhanh nhất.
Vòng thứ hai là "vòng vận tốc". Nó thực hiện điều chỉnh PID phản hồi âm-dựa trên các tín hiệu được bộ mã hóa của động cơ phát hiện. Đầu ra PID được tạo trong vòng lặp này đóng vai trò trực tiếp làm điểm đặt cho vòng lặp hiện tại. Do đó, khi vận hành ở chế độ điều khiển vận tốc, hệ thống sẽ tham gia một cách hiệu quả cả vòng vận tốc và vòng hiện tại. Nói cách khác, vòng lặp hiện tại là không thể thiếu trong bất kỳ chế độ vận hành nào; nó tạo thành cơ sở cơ bản của việc kiểm soát. Ngay cả trong các hoạt động điều khiển vận tốc và vị trí, hệ thống vẫn đồng thời thực hiện điều khiển dòng điện (mô-men xoắn) để đạt được sự điều chỉnh chính xác về tốc độ và vị trí.
Vòng lặp thứ ba là "vòng lặp vị trí". Là vòng ngoài cùng, nó có thể được cấu hình giữa bộ truyền động và bộ mã hóa động cơ hoặc giữa bộ điều khiển bên ngoài và bộ mã hóa động cơ (hoặc tải cuối cùng), tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể. Do đầu ra bên trong của vòng điều khiển vị trí đóng vai trò là điểm thiết lập cho vòng lặp vận tốc nên việc vận hành ở chế độ điều khiển vị trí đòi hỏi phải thực hiện đồng thời cả ba vòng. Do đó, chế độ này đặt gánh nặng tính toán cao nhất lên hệ thống và dẫn đến tốc độ phản hồi động chậm nhất.