Động cơ servo là gì?
Động cơ servo là động cơ điều khiển hoạt động của các bộ phận cơ khí trong hệ thống servo. Nó là một động cơ phụ trợ có điều khiển tốc độ gián tiếp.
Động cơ servo cho phép điều khiển tốc độ và vị trí có độ chính xác cao. Chúng chuyển đổi tín hiệu điện áp thành mô-men xoắn và tốc độ để điều khiển vật thể được điều khiển. Tốc độ rôto của động cơ servo được điều khiển bởi tín hiệu đầu vào và có thể phản hồi nhanh chóng. Trong các hệ thống điều khiển tự động, chúng được sử dụng làm bộ truyền động và có các đặc tính như hằng số thời gian cơ điện nhỏ, độ tuyến tính cao và điện áp khởi động thấp. Chúng có thể chuyển đổi tín hiệu điện nhận được thành chuyển vị góc hoặc đầu ra vận tốc góc trên trục động cơ. Động cơ servo được chia thành hai loại chính: DC và AC. Đặc điểm chính của chúng là chúng không quay khi điện áp tín hiệu bằng 0 và tốc độ của chúng giảm đồng đều khi mô-men xoắn tăng.
Nguyên lý làm việc của động cơ servo
Động cơ servo chủ yếu dựa vào xung để định vị. Về cơ bản, động cơ servo nhận một xung và quay theo góc tương ứng với xung đó, do đó đạt được độ dịch chuyển.
Vì bản thân động cơ servo có chức năng phát ra xung nên chúng sẽ phát ra một số lượng xung tương ứng cho mỗi góc mà chúng quay. Điều này tạo ra một vòng phản hồi hoặc vòng kín giữa các xung được gửi đến và nhận bởi mô tơ servo. Bằng cách này, hệ thống biết có bao nhiêu xung được gửi đến và nhận bởi mô tơ servo, cho phép điều khiển rất chính xác chuyển động quay của động cơ và đạt được vị trí chính xác đến 0,001mm.
Việc ứng dụng động cơ servo vào robot công nghiệp đang bùng nổ. Ngành công nghiệp robot đang có sự tăng trưởng bùng nổ, với nhiều nhà sản xuất máy công cụ, nhà sản xuất động cơ servo và các công ty đủ tiêu chuẩn khác đang chuyển sang thị trường robot. Tại sao các nhà sản xuất máy công cụ và động cơ servo lại tích cực chuyển đổi và phát triển robot?
Robot công nghiệp có bốn bộ phận chính: thân robot, động cơ servo, bộ giảm tốc và bộ điều khiển. Động cơ bước được sử dụng để dẫn động các khớp của rô-bốt, đòi hỏi tỷ lệ công suất-trên-trọng lượng tối đa cũng như tỷ lệ mô-men xoắn-trên-quán tính tối đa, mô-men xoắn khởi động cao, quán tính thấp cũng như dải tốc độ rộng và êm ái. Để ngành công nghiệp robot phát triển, cần có những đột phá về động cơ servo và điều khiển tích hợp.
Cấu trúc chung của hệ thống servo điện của robot công nghiệp bao gồm ba điều khiển vòng-đóng: vòng lặp hiện tại, vòng lặp tốc độ và vòng lặp vị trí. Nói chung, đối với bộ điều khiển servo AC, có thể đạt được nhiều chức năng như điều khiển vị trí, điều khiển tốc độ và điều khiển mô-men xoắn bằng cách cài đặt thủ công các thông số bên trong của chúng.
Sự tiến bộ không ngừng của tự động hóa công nghiệp khiến nhu cầu về phần mềm và phần cứng tự động hóa luôn ở mức cao. Hiện nay, động cơ servo AC và DC có mô men khởi động cao, mô men xoắn cao và quán tính thấp được sử dụng rộng rãi trong robot công nghiệp. Các động cơ khác, chẳng hạn như động cơ servo AC và động cơ bước, cũng được sử dụng trong robot công nghiệp tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng của chúng.
Đặc biệt đối với bộ phận tác động cuối của robot (bộ kẹp), nên sử dụng động cơ có kích thước và trọng lượng nhỏ nhất có thể. Khi cần phản hồi nhanh, động cơ servo phải có độ tin cậy cao và khả năng quá tải ngắn hạn-đáng kể. Yêu cầu sử dụng cụ thể bao gồm: tốc độ; tỷ lệ mô-men xoắn khởi động-trên-quán tính cao; đặc tính điều khiển liên tục và tuyến tính, với tốc độ động cơ thay đổi liên tục theo tín hiệu điều khiển, đôi khi tỷ lệ thuận hoặc xấp xỉ tỷ lệ với tín hiệu điều khiển; phạm vi tốc độ rộng; kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và kích thước trục ngắn; khả năng chịu được các điều kiện vận hành khắc nghiệt, khả năng quay tiến và lùi thường xuyên cũng như tăng/giảm tốc cũng như khả năng chống quá tải ngắn hạn-. Xu hướng tương lai trong ngành động cơ servo
Các hệ thống servo AC hiện đại, sau khi chuyển đổi từ analog sang kỹ thuật số, có các vòng điều khiển kỹ thuật số bên trong phổ biến, chẳng hạn như điều khiển chuyển mạch, dòng điện, tốc độ và vị trí. Việc triển khai chúng chủ yếu dựa vào các thiết bị bán dẫn công suất mới, chẳng hạn như DSP-hiệu suất cao với FPGA và thậm chí cả mô-đun servo chuyên dụng cũng không phải là hiếm. Hơn nữa, các thiết bị hoặc mô-đun nguồn mới được cập nhật 2-2,5 năm một lần và các thuật toán phần mềm mới không ngừng phát triển. Kết hợp với những thay đổi về nhu cầu thị trường, sau đây là một số xu hướng phát triển mới nhất trong hệ thống động cơ servo:
**Hiệu quả cao**
Mặc dù hiệu suất cao luôn là chủ đề phát triển quan trọng của hệ thống servo nhưng nó vẫn cần được cải thiện hơn nữa. Điều này chủ yếu bao gồm việc tăng hiệu suất của chính động cơ: ví dụ, cải thiện hiệu suất của vật liệu nam châm vĩnh cửu và thiết kế cấu trúc gắn nam châm tốt hơn; nó cũng bao gồm việc tăng hiệu suất của hệ thống truyền động: bao gồm tối ưu hóa mạch truyền động biến tần, tối ưu hóa chuyển động tăng tốc và giảm tốc, phanh tái tạo và phản hồi năng lượng cũng như các phương pháp làm mát tốt hơn.
**Ổ đĩa trực tiếp**
Bộ truyền động trực tiếp bao gồm bộ truyền động servo bàn xoay sử dụng động cơ đĩa và bộ truyền động servo tuyến tính sử dụng động cơ tuyến tính. Bằng cách loại bỏ các lỗi truyền của các thiết bị truyền động cơ học trung gian (như hộp số), nó đạt được tốc độ cao và độ chính xác định vị cao. Sự dễ dàng mà động cơ tuyến tính có thể được định hình lại cho phép thu nhỏ và giảm trọng lượng của các thiết bị khác nhau bằng cơ chế tuyến tính.
Tốc độ cao, độ chính xác cao và hiệu suất cao: Sử dụng bộ mã hóa-có độ chính xác cao hơn, độ chính xác lấy mẫu và độ sâu bit dữ liệu cao hơn, DSP nhanh hơn, động cơ tuyến tính và quay-hiệu suất cao mà không có hiệu ứng cogging cũng như sử dụng nhiều chiến lược điều khiển hiện đại khác nhau như trí tuệ nhân tạo và thích ứng, các chỉ số hiệu suất cơ bản (tốc độ điều khiển và độ chính xác điều khiển) của hệ thống servo liên tục được cải thiện.
Tích hợp và tích hợp: Việc tích hợp theo chiều dọc của động cơ, phản hồi, điều khiển, truyền động và giao tiếp đã trở thành hướng phát triển cho các hệ thống servo công suất thấp hiện tại. Đôi khi chúng ta gọi động cơ tích hợp bộ truyền động và động cơ thông minh giao tiếp, và đôi khi chúng ta gọi bộ truyền động tích hợp bộ truyền động servo thông minh điều khiển chuyển động và giao tiếp. Sự tích hợp của động cơ, bộ truyền động và bộ điều khiển cho phép tích hợp chặt chẽ hơn ba khía cạnh này từ thiết kế và sản xuất đến vận hành và bảo trì. Tuy nhiên, cách tiếp cận này phải đối mặt với những thách thức và thách thức kỹ thuật lớn hơn trong việc đáp ứng thói quen sử dụng của các kỹ sư, khiến nó khó trở thành xu hướng chủ đạo và đại diện cho một phân khúc nhỏ, khác biệt trong thị trường servo tổng thể.
**Mục đích chung:** Các ổ đĩa có mục đích chung-được trang bị nhiều thông số và chức năng menu phong phú, cho phép người dùng dễ dàng định cấu hình chúng thành năm chế độ vận hành mà không cần thay đổi phần cứng: điều khiển V/F, điều khiển vectơ vòng lặp-mở không cảm biến, điều khiển vectơ thông lượng vòng lặp-đóng, điều khiển động cơ servo AC không chổi than nam châm vĩnh cửu và điều khiển bộ tái tạo. Thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau, chúng có thể điều khiển các loại động cơ khác nhau, chẳng hạn như động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, động cơ DC không chổi than và động cơ bước. Chúng cũng có thể thích ứng với các loại cảm biến khác nhau, ngay cả những loại không có cảm biến vị trí. Bạn có thể xây dựng hệ thống điều khiển vòng lặp bán{6}}đóng{7}}bằng cách sử dụng phản hồi-tích hợp của động cơ hoặc hệ thống điều khiển vòng lặp-đóng hoàn toàn có độ chính xác cao có thể được hình thành bằng cách kết nối với các cảm biến vị trí, tốc độ hoặc mô-men xoắn bên ngoài thông qua một giao diện.
**Tính năng thông minh:** Bộ điều khiển servo AC hiện đại có bộ nhớ tham số, chức năng tự-chẩn đoán lỗi và phân tích. Hầu hết các biến tần nhập khẩu đều có tính năng đo quán tính tải và điều chỉnh độ lợi tự động. Một số có thể tự động xác định các thông số động cơ và tự động xác định vị trí 0 của bộ mã hóa, trong khi một số khác có thể tự động triệt tiêu rung động. Việc tích hợp các bánh răng điện tử, cam điện tử, theo dõi đồng bộ, chuyển động nội suy và các chức năng điều khiển khác với bộ truyền động mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng servo.
