Báo cáo Xây dựng mô hình điều khiển ðộng cơ DC Servo phục vụ giảng dạy tại bộ môn điện-Điện tử, trung tâm Việt Đức (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Xây dựng mô hình điều khiển ðộng cơ DC Servo phục vụ giảng dạy tại bộ môn điện-Điện tử, trung tâm Việt Đức (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH ÐIỀU KHIỂN ÐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ÐIỆN – ÐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ÐỨC MÃ SỐ: T2015-174 S K C0 0 5 6 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, 2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC Mã số: T2015-174 Chủ nhiệm đề tài: Th.S. Trần Kế Thuận TP. HCM 10/2015
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC Mã số: T2015-174 Chủ nhiệm đề tài: Trần Kế Thuận Thành viên đề tài: TP. HCM, 10/2015
4. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SERVO PHỤC VỤ GIẢNG DẠY TẠI BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, TRUNG TÂM VIỆT ĐỨC Mã số: T2015-174 Chủ nhiệm đề tài: Th.S. Trần Kế Thuận TP. HCM, 10/2015
5. MỤC LỤC Chương 1: MỞ ĐẦU 3 1.1 Đặt vấn đề: 3 1.2 Mục đích nghiên cứu: 3 1.3 Đối tượng nghiên cứu: 3 1.4 Giới hạn nghiên cứu: 3 1.5 Tình hình nghiên cứu: 4 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỀU CHỈNH CHÍNH XÁC GÓC QUAY 5 2.1 Khái niệm động cơ Servo 5 2.2 Phân loại động cơ Servo 6 2.2.1 DC Servo 6 2.2.2 AC Servo 7 2.2.3 Sự khác biệt giữa động cơ thường và động cơ Servo 10 2.2.4 Động cơ bước 11 2.2.5 Tóm lược đặc trưng các loại động cơ điều chỉnh góc quay 13 2.2.6 Encoder 13 Chương 3: DRIVER MSDI V2.0 VÀ CÁCH SỬ DỤNG 18 3.1 Driver MSDI V2.0 18 3.1.1 Giới thiệu 18 3.1.2 Một số tính năng cơ bản 18 3.1.3 Thông số kỹ thuật 19 3.1.4 Thông tin về các chân trên Driver MSDI 19 3.1.5 Kết nối 20 3.2 Phần mếm DcTunerPro 21 3.2.1 Cài đặt 21 1
6. 3.2.2 Các thông tin chính của DcTunerPro 23 3.2.3 Kiểm tra Driver MSDI 25 3.2.4 Sử dụng PLC S7-1200 kết hợp với Driver MSDI điều khiển DC Servo 27 3.2.4.1 Cấu hình các bộ phát xung PTO hoạt động 28 3.2.4.2 Cấu hình cho đối tượng kỹ thuật Axis 32 3.2.4.3 Lập trình kiểm tra sự hoạt động 41 Chương 4: KẾT LUẬN & ĐỀ NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 2
7. Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Khi ta cấp điện thì động cơ sẽ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định động cơ phải quay theo chủ đích của chúng ta là điều không dễ dàng nếu như ta không có các công cụ hỗ trợ tương ứng. Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơcấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Khi nói về chuyên đề này ở các học phần: Máy điện, Điều khiển lập trình (PLC), sinh viên rất mơ hồ vì thiếu các mô hình điều khiển trực quan. Để giải quyết vấn đề này, thiết nghĩ cần phải xây dựng mô hình điều khiển động cơ DC Servo nhằm tăng tính trực quan cho Sinh viên khi học tập và nghiên cứu tại Trung tâm Việt Đức. 1.2 Mục đích nghiên cứu: Xây dựng mô hình điều khiển động cơ DC Servo phục vụ giảng dạy tại bộ môn Điện - Điện tử, Trung tâm Việt Đức nhằm tăng tính trực quan cho Sinh viên khi học tập và nghiên cứu về động cơ DC Servo. 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Động cơ DC Servo và board điều khiển 1.4 Giới hạn nghiên cứu: 3
8. Trong phạm vi đề tài “Xây dựng mô hình điều khiển động cơ DC Servo phục vụ giảng dạy tại bộ môn Điện - Điện tử, Trung tâm Việt Đức”, tác giả sẽ xây dựng mô hình động cơ DC Servo kết nối với Board mạch và PLC S7 -1200. 1.5 Tình hình nghiên cứu: Ngày nay động cơ DC Servo đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp đặc biệt là Robot công nghiệp tuy nhiên có một mô hình để Sinh viên học tập một cách trực quan tại Trung tâm Việt Đức là chưa có. 4
9. Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỀU CHỈNH CHÍNH XÁC GỐC QUAY 2.1 Khái niệm động cơ Servo Servo (Servus): Nô lệ. Servo đư ợc thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo RC (radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều 5
10. khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này. Hình 2.1: Cấu tạo trong động cơ Servo Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước. Công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng từ 900- 1800. Việc điều khiển này có thể ứng dụng để lái robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng Ta có thể điều khiển Servo bằng máy tính, Board điện tử hoặc PLC 2.2 Phân loại động cơ servo: 2.2.1 DC Servo Điều khiển động cơ 1 chiều: Dẫn động chạy dao máy công cụ điều khiển số NC/CNC đòi hỏi hệ điều khiển phải có khả năng điều khiển đồng thời cả tốc độ và vị trí. Mặc dù với sự phát triển của công nghệ điện tử, động cơ xoay chiều điều khiển tốc độ bằng biến tần ngày càng phát triển mạnh mẽ nhưng động cơ DC Servo vẫn được sử dụng phổ biến trong các máy công cụ điều khiển số. Động cơ DC Servo có 2 loại: Có chổi than và không chổi than. a) DC Servo có chổi than DC Servo có chổi than gồm 4 thành phần cơ bản: Stator của động cơ là một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây phần ứng lắp trên roto. Trong quá trình hoạt động, từ trường cố định được sinh ra từ nam châm vĩnh cữu gắn trên stator tương tác với dòng từ sinh ra từ cuộn dây trên roto khi có dòng điện chạy qua nó. Quá trình tương tác đó sinh ra moment tác động lên trục roto. Moment này biểu diễn theo phương trình: 6
11. Hình 2.2: Cấu tạo DC Servo chổi than và hệ phương trình Ưu điểm của động cơ DC Servo có chổi than là đơn giản trong điều khiển và giá thành rẻ. Tuy nhiên sử dụng chuyển mạch cơ khí gây ồn, tăng nhiệt độ trên vành góp và quán tính roto cao khi giảm tốc độ. Để khắc phục nhược điểm trên người ta sử dụng động cơ DC Servo không chổi than. b) DC Servo không có chổi than DC Servo không có chổi than được sử dụng phổ biến trong máy công cụ điều khiển số. Cấu trúc cơ bản giống như động cơ DC Servo có chổi than nhưng khác là các cuộn pha của động cơ lắp trên stato và roto là nam châm vĩnh cửu. Roto được chế tạo từ vật liệu ferit hoặc samari coban. Roto làm từ vật liệu samari coban có khả năng tập trung từ cao và từ dư thấp. Nhưng giá thành roto cao hơn nhiều so với roto làm từ vật liệu ferti. Chỉ chế tạo cho động cơ có công suất lớn. Để điều khiển chính xác cả về vị trí và tốc độ động cơ DC Servo không chổi than cần phải có mạch hồi tiếp, tín hiệu phản hồi là tốc độ quay trục động cơ hoặc vị trí góc trục, tín hiệu hồi tiếp phải cấp liên tục cho mạch điều khiển để đảm bảo chính xác chuyển động. Trong công nghiệp thiết bị mạch hồi tiếp của động cơ thường sử dụng là cảm biến tốc độ (Tachometer) chổi than hoặc không chổi than, sensor hiệu ứng Hall, encoder, resolver và synchro. Trên động cơ có hệ thống phanh, sensor đo tốc độ, chuyển mạch hiệu ứng Hall, sensor kiểm tra nhiệt độ động cơ. Có 2 kiểu cơ bản của hệ điều khiển động cơ Servo là tương tự và số. Hệ điều khiển Servo kiểu tương tự là sử dụng mạch điện để thực hiên bù sai số vị trí và tốc độ. Hệ gồm các cụm điều khiển cơ bản là: máy tính điều khiển vị trí, điều khiển tốc độ và động cơ một chiều không chổi than. Mối quan hệ giữa các cụm điều khiển chỉ rõ trong hình với tín hiệu 7
12. phản hồi vị trí từ bộ Encoder hoặc Sesolver qua mạch phản hồi để hồi sinh ra sai số tốc độ và sai số được đưa đến hệ điều khiển tốc độ để xử lý cho phù hợp với vị trí. Hệ điều khiển tốc độ chứa mạch phản hồi tốc độ sinh ra từ Tachometer. Tín hiệu được so sánh với tín hiệu được đưa ra từ hệ điều khiển vị trí và sinh ra điện áp, dòng phù hợp bù cho sai số vị trí và tốc độ. 2.2.2 AC Servo Hiện nay trong máy công cụ điều khiển số dùng khá phổ biến động cơ AC Servo, nhược điểm của động cơ AC Servo là hệ điều chỉnh tốc độ động cơ phức tạp và đắt tiền so với động cơ DC Servo. Hệ điều khiển tốc độ động cơ AC Servo dựa trên cơ sở biến đổi tần số. Tốc độ động cơ được xác định theo tần số nguồn. Một trong những phương pháp điều khiển tốc độ động cơ AC Servo là biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều nhờ bộ chỉnh lưu 3 pha, sau đó biến đổi dòng 1 chiều thành dòng xoay chiều nhưng ở tần số đã được lựa chọn. Nguyên lý hoạt động: Đây là một động cơ góc quay 120 độ cho mỗi bước. Rotor trong động cơ có 2 răng. Stator có ba cực cách nhau 120 độ. Khi cuộn một kích điện thì răng của rotor bị hút vào cực một. Nếu dòng qua cuộn một bị ngắt và đóng dòng cho cuộn hai, rotor quay 120 độ ngược kim đông hồ và răng của rotor sẽ hút vào cực hai. Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta cần cấp điện liên tục luân phiên cho ba cuộn dây. Bảng dưới đây thể hiển rõ quá trình hoạt động của động cơ servo. 8
13. Các đặc điểm hoạt động động cơ AC Servo 9
14. Sư ̣ khác nhau giữa DC Servo và AC Servo: - Nam châm vĩnh cửu được gắn sẳn trên roto - từ trường quay. - Cuộn dây được cung cấp trên các Stator - tĩnh phần ứng. 2.2.3 Sư ̣ khá c biêṭ giữa đôṇ g cơ thường vớ i đôṇ g cơ servo: Về kết cấu và hoạt đông của động cơ servo về cơ bản giống động cơ thường. Nhưng thiết kế để đáp ứng độ chính xác cao, tốc độ cao, tần số cao kiểm soát tốc độ và vị trí của các phương tiêṇ cơ khí. Không phải bất kì động cơ nào cũng có thể dùng làm động cơ servo. Động cơ servo là động cơ hoạt động dựa theo các lệnh điều khiển vị trí và tốc độ. a) Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ: Các động cơ bình thường, muốn chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác thì cần có một khoảng thời gian quá độ. Trong một số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động cơ phải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt được một tốc độ mong muốn trong thời gian ngắn nhất, hoặt đạt được một vị trí mong muốn nhanh nhất. Các động cơ thường không thể đáp ứng được điều này.Để động cơ đáp ứng được những yêu cầu trên thì nó phải được thiết kế sao cho rút ngắn đáp ứng tốc độ của động cơ. 10
15. Muốn như vậy ta cần giảm moment quán tính và tăng dòng giới hạn cho động cơ. Để giảm moment quán tính thì động cơ servo được giảm đường kính rotor và loại bỏcơ cấu sắt không cần thiết. Để tăng dòng giới hạn, động cơ servo có thể sử dụng sắt Ferrit để làm mạch từ và thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp. Đối với động cơ nam châm vĩnh cữu thì nó cần được thiết kế sao cho ngăn cản được sự khử từ và tăng khả năng từ tính của nam châm. b) Tăng khả năng đáp ứng: Đáp ứng ở đây cần được hiểu đó là sự tăng/giảm tốc cần phải “mềm” nghĩa là gia tốc là một hằng số. Một số động cơ như thang máy hay trong một số băng chuyền đòi hỏi đáp ứng tốc độ của cơ cấu phải “mềm”, tức là quá trình quá độ vận tốc phải xảy ra một cách tuyến tính. Để làm được điều này thì cuộn dây trong động cơ phải có điện cảm nhỏ nhằm loại bỏ khả năng chống lại sự biến đổi dòng điện do mạch điều khiển yêu cầu. Các động cơ servo thuộc loại này thường được thiết kế giảm thiểu số cuộn dây trong mạch và có khả năng thu hẹp các vòng từ trong mạch từ khe hở không khí. c) Mở rộng vùng điều khiển (control range): Một số yêu cầu trong điều khiển: Cần điều khiển động cơ ở một dải tốc độ lớn hơn định mức rất nhiều. Động cơ bình thường chỉ cho phép điện áp đặt lên nó phải bằng điện áp chịu được của động cơ. Động cơ servo thuộc loại này có thiết kế đặt biệt nhằm gia tăng điện áp chịu đựng hoặc tăng khả năng bão hoà mạch từ trong động cơ. Như vậy động cơ servo thuộc loại này phải được tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm đất hiếm (rare earth). d) Khả năng ổn định tốc độ: Động cơ servo loại này thường được thiết kế sao cho vận tốc quay của nó rất ổn định. Như các ta biết là không có mạch điện hoàn hảo, không có từ trường hoàn hảo trong thực tế. Chính vì thế một động cơ quay 1750 rpm không có nghĩa là nó luôn luôn quay ở 1750 rmp mà nó chỉ dao động quanh giá trị này. Động cơ servo khác biệt với động cơ thường là ở chỗ độ ổn 11
16. định tốc độ khác cao. Các động cơ servo loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ chính xác (như robot). Nó được thiết kế sao cho có thể gia tăng 2.2.4 Động cơ bước Khái niệm: Động cơ bước được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ chuyển mạch. Cụ thể, các mấu trong động cơ là Stator và Rotor là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch đều phải được điều khiển bên ngoài bộ điều khiển, và đặc biệt các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là cũng có thể quay bất kỳ vị trí nào. Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh, cho phép chúng quay khá nhanh, và với một số bộ điều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở vị trí bất kỳ nào đó. Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường.Thực chất nó là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor ở những vị trí cần thiết. Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản, những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn điều khiển vòng kín với động cơ bước. Nếu một động cơ bước trong hệ điều khiển vòng mở quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và hệ thống phải nhận diện lại; servo motor thì không xảy ra vấn đề này. Phân loại và đặc điểm động cơ bước Xét về cấu tạo động cơ bước được chia thành 3 loại: Động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Động cơ bước biến trở từ. Động cơ bước lai. Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng cảm giác mà không cần 12
17. cấp điện cho chúng. Động cơ nam châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảm thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sự giảm từ tính trong rotor). Bạn cũng có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm kế. Động cơ biến từ trở thường có 3 mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm. Nút trung tâm được dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực. Động cơ bước phong phú về góc quay. Các động cơ kém nhất quay 900 độ mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.80 độ đến 0.720 độ mỗi bước. Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước. Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ một mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) của động cơ. 13
18. 2.2.5 Tóm lược đặc trưng các loại động cơ điều chỉnh được góc quay: 2.2.6 Encoder Khái niệm: Encoder là một bộ mã hóa vòng quay với mục đích dùng để quản trị vị trí góc của một đĩa quay, tính hiệu ra của encoder được đưa ra dưới dạng tín hiệu số. Cấu tạo: gồm một cặp diod e thu phát tín hiệu qua ng học từ một đĩa tròn (chuyển động tròn) hay một thước thẳng (chuyển động dài) có đục lỗ hay sơn tạo ra các điểm có khoảng cách đều. 14
19. - Đĩa quay được xẻ rãnh gắn vào trục. - Một nguồn sáng và 1 tế bào quang điện bố trí thẳng hàng. - Mạch khuếch đại. Nguyên lý hoạt động Khi một đĩa tròn quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh), người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu (photosensor). Với các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn Led có chiếu qua lỗ hay không. Ví dụ: Giả sử trên đĩa quay chỉ có n lỗ, cứ mỗi lần mắt thu được n tính hiệu led có nghĩa là đĩa quay được một vòng. Với đĩa có 6 lỗ thì mắt thu được 6 tín hiệu có nghĩa la led quay được một vòng. Hiện nay trên thị trường thường sử dụng các loại Encoder được sử dụng thường có tần số xung thấp 10khz ( hoặc >20khz). Gọi tần số xung phát ra từ kênh A ( kênh B ) trong 1s là : n. Khi đó ta gọi số xung của đĩa encoder là : Ne ( khi động cơ quay được 1 vòng thì kênh A hoặc B sẽ xuất ra Ne xung) tốc độ của động cơ sẽ là : v = n / Ne (vòng/giây) Phân loại: Hiện có hai loại: -Encoder tuyệt đối (Absolute encoder): Các loại mã được sử dụng: mã nhị phân, mã gray, mã BCD. - Encoder tương đối (Incremental encoder): kiểu thẳng và kiểu quay. 15
20. a) Encoder tuyệt đối (absolute ancoder): Lợi thế sử dụng trong trường hợp góc quay nhỏ và động cơ quay không nhiều vòng. Cấu tạo: Bộ phát ánh sáng (LED phát), đĩa mã hóa (chứa các dải băng mang tín hiệu) và một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ bộ phát (bộ thu thường là photosensor). Như hinh với Encoder có hai vòng lổ, ta có 2 led phát sáng (có thể sử dụng 1 led nhưng led này phải có công suất mạnh) khi đĩa quay qua các phần đen thì photosensor sẽ không nhận được tín hiệu và ngược lại với các phần trong suốt của đĩa. Khi nhận được tín hiêu photosensor sẽ phát ra các xung và đưa các xung này qua mạch khuếch đại để đọc xung dễ dàng hơn (xung đươc dưa ra dưới dạng xung vuông). Cách xác định vị trí chính xác góc quay encoder tuyệt đối: - Với một số nhị phân có 2 chữ số (hai vòng lổ), chúng ta sẽ có 00, 01, 10, 11, tức là 4 trạng thái. Điều đó có nghĩa là với 2 chữ số, chúng ta có thể chia đĩa encoder thành 4 phần bằng nhau. Và khi quay, chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/4 vòng. - Tương tự vậy, nếu với một số có n chữ số, chúng ta sẽ xác định được độ chính xác dến (1/2n) vòng Hình 2.3: xác định vị trí góc quay Encoder Ví dụ: Nếu Encoder ở vị trí góc phần tư thứ nhất thì ở vòng thứ nhất ta sẽ thu được tín hiệu là 1 và vòng thứ 2 cũng là 1. Tương tự như vậy 16
21. nhờ cách xác định tín hiệu thu được ở các vòng lỗ ta cũng sẽ xác định chính xác vị trí của Enccoder. Độ phân giải: Độ phân giải của encoder phụ thuộc vào số bit đầu ra. - Ví dụ: 4 bit -> 24 = 16 vùng => độ phân giải: 22.50 - 10 bit -> 210 =1024 vùng => độ phân giải: 0.360 Ưu và nhược điểm của Encoder tuyệt đối: - Ưu điểm: Thông tin vị trí là đầu ra số và là giá trị tuyệt đối. Giữ được giá trị góc tuyệt đối khi mất nguồn. - Nhược điểm: Giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu ngõ ra khó. b) Encoder tương đối (incremental encoder) - Về căn bản econder tương đối và tuyệt đối gần như giống nhau chỉ khác nhau ở đĩa mã hóa. - Encoder tương đối là loại encoder chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ. - Encoder tương đối có hai loại: - Encoder tương đối kiểu quay. - Encoder tương đối kiểu thẳng. Encoder tương đối kiểu quay: Khi đĩa từ quay qua một lỗ thì photosensor nhận được tín hiệu từ đèn LED chiếu qua thì encoder sẽ tăng lên một giá trị trong biến đếm Đối với Encoder tương đối nếu số tín hiệu bị lỗi ta có thể dựa vào lổ định vị để biết ancoder quay hết được một vòng. Người ta đưa vào thêm một lỗ định vị như vậy cho dù có lệch xung, mà chúng ta thấy rằng encoder đi ngang qua lỗ định vị này, thì chúng ta sẽ biết là encoder đã bị đếm sai ở đâu đó. Encoder tương đối kiểu thẳng: Đĩa mã hóa là một thước thẳng và dùng để đo kích thước thẳng. Chiều dài Encoder thẳng phải bằng tổng chuyển động thẳng tương ứng có nghĩa là chiều dài cần đo phải bằng chiều dài thước. Vì vậy Encoder thẳng thường đắt hơn nhiều so với Encoder dạng quay. 17