Gì là một Servo Motor?
A máy gia công thường bao gồm một hệ thống servo hoàn chỉnh bao gồm động cơ, bộ mã hóa độ chính cao (hoặc cảm biến hồi tiếp khác), bộ điều khiển servo và bộ điều khiển chủ. Không giống như động cơ thông thường, hệ thống này hoạt động dựa trên cơ chế điều khiển hồi tiếp vòng kín, cho phép điều khiển chính xác cao vị trí, tốc độ và mô-men xoắn theo thời gian thực dựa trên các lệnh đầu vào, đồng thời cung cấp phản hồi nhanh chóng.
Một động cơ servo hoạt động như thế nào?
Độ chính xác của động cơ servo bắt nguồn từ hệ thống điều khiển vòng kín của nó. Hệ thống này đạt được điều khiển độ chính xác cao thông qua chu trình liên tục lệnh-phản hồi-chỉnh sửa: bộ điều khiển cấp cao trước tiên đưa ra tín hiệu lệnh xác định vị trí mục tiêu; bộ điều khiển servo sau đó khuếch đại tín hiệu này thành dòng điện công suất lớn để điều khiển động cơ. Đồng thời, bộ mã hóa hoặc cảm biến tích hợp trong động cơ sẽ giám sát vị trí và tốc độ thực tế theo thời gian thực và gửi tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển. Bộ điều khiển liên tục so sánh vị trí mục tiêu và vị trí thực tế bằng các thuật toán điều khiển như PID. Khi phát hiện sai lệch (ví dụ do thay đổi tải), nó lập tức điều chỉnh dòng điện đầu ra để hiệu chỉnh động. Toàn bộ quá trình được hoàn thành trong vài miligiây, cho phép động cơ nhanh chóng đạt tới và duy trì chính xác vị trí mục tiêu, luôn ổn định ngay cả khi có tác động từ bên ngoài. Điều này vượt trội hơn đáng kể so với các giải pháp vòng hở như động cơ bước về khả năng điều khiển mô-men xoắn, tốc độ và vị trí.
Các loại động cơ servo
Động cơ servo có thể được chia thành Động cơ Servo DC và Động cơ Servo AC tùy theo loại nguồn điện cung cấp.
-
Động cơ AC
Trong điều kiện nguồn điện xoay chiều (AC), động cơ chủ yếu được phân loại thành động cơ servo đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) và động cơ servo không đồng bộ (ASM), tùy theo nguyên lý hoạt động và cấu trúc của chúng. PMSM mang lại các ưu điểm như độ chính xác cao và phản hồi nhanh, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điều khiển độ chính cao như robot công nghiệp, máy công cụ CNC, thiết bị bán dẫn và dây chuyền sản xuất tự động. Ngược lại, động cơ servo không đồng bộ phù hợp hơn với các thiết bị có yêu cầu công suất cao, tốc độ cao và độ chính xác tương đối thấp, ví dụ như máy ly tâm, máy nén khí, v.v.
-
Động cơ servo DC
Khi được cấp điện bằng nguồn DC, động cơ servo chủ yếu được phân loại thành Động cơ Servo DC có chổi than (Brushed DC Servo Motors) và Động cơ Servo DC không chổi than (Brushless DC Servo Motors - BLDC), tùy thuộc vào cấu trúc và phương thức vận hành của chúng. Điểm khác biệt cốt lõi giữa hai loại này nằm ở phương pháp đổi chiều (commutation): động cơ servo DC có chổi than sử dụng đổi chiều cơ học, dựa vào tiếp điểm vật lý giữa các chổi than và bộ đổi chiều; trong khi đó, động cơ servo BLDC sử dụng đổi chiều điện tử, tận dụng cảm biến vị trí và thiết bị truyền động để điều khiển chính xác. Hiện nay, động cơ servo BLDC với những ưu điểm rõ rệt về hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ đã dần thay thế các loại có chổi than và trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng servo đòi hỏi độ chính xác và độ tin cậy cao.
Ứng dụng của động cơ Servo
Những khả năng độc đáo của động cơ servo khiến chúng trở nên không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Tự động hóa công nghiệp: Robot, gia công CNC, thiết bị đóng gói, v.v.
- Robot: Điều khiển các khớp tay và chân robot với chuyển động chính xác.
- Điện tử Tiêu dùng: Điều khiển ống kính máy ảnh để đạt được khả năng lấy nét tự động và kiểm soát chuyển động của đầu in trên máy in 3D cao cấp.
- Thiết bị Y tế: Cung cấp năng lượng cho các công cụ chính xác trong robot phẫu thuật và điều khiển bơm chất lỏng trong các máy chẩn đoán.
Các sản phẩm Động cơ Servo tiêu biểu
-
Động cơ Servo DC tích hợp NEMA 23 : động cơ DC không chổi than có kích thước khung 57mm được tích hợp encoder 16-bit và bộ điều khiển servo.
-
Động cơ Servo AC EtherCAT : Động cơ Servo bao phủ dải công suất phổ biến nhất từ 0.05kW đến 7.5kW với encoder tuyệt đối từ tính đa vòng 17-bit. Bộ điều khiển servo hỗ trợ cả hệ thống cấp điện một pha và ba pha với giao tiếp EtherCAT.
-
Động cơ Servo AC Xung : Động cơ Servo bao phủ dải công suất phổ biến nhất từ 0.05kW đến 7.5kW với encoder tuyệt đối từ tính đa vòng 17-bit. Bộ điều khiển servo hỗ trợ cả hệ thống cấp điện một pha và ba pha với giao tiếp Xung.
