NGHIÊN CỨU , TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN AC SERVO

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

BÀI TẬP LỚN
MÔN : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHẤP HÀNH
ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU , TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
AC SERVO

SINH VIÊN THỰC HIỆN : LÊ DUY HUỲNH
NGUYỄN VĂN NGUYÊN

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 1


LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật,đặc biệt là ngành điện-tự
động hóa đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp.Đối với điều khiển chuyển động
trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao,việc điều khiển tốc độ hay vị trí của các
cơ cấu cơ học là hết sức quan trọng. Một trong những máy móc thông dụng là động cơ,
được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực.Chính vì thế việc điều khiển động cơ và
ghép nối chúng thành một hệ truyền động tự động là vô cùng quan trọng để tính toán
sử dụng động cơ. Sau một thời gian làm việc,nghiên cứu,tham khảo chúng em đã hoàn
thành đề tài “NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ AC SERVO ”.Bài làm còn dựa trên nhiều lý thuyết, vì vậy chúng em đang hoàn
thiện và cố gắng thực hiện trong thực tế.
Trong quá trình thực hiện mặc dù đã rất cố gắng hoàn thiện tốt nhất nhưng
không thể tránh khỏi nhưng sai xót do kiến thức còn nhiều hạn chế , kính mong các
thầy cô và bạn đọc có những đóng góp để bài được hoàn thiện hơn nữa .
Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 2


CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ SERVO
1.1 Động cơ servo là gì ?

Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để
động cơ 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 những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ
hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng

Động cơ Servo Panasonic
Mặt khác, 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, 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.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 3


Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiếu máy
khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe

hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động
cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi.

Động cơ servo có nhiều loại bao gồm động cơ AC servo , DC servo, R/C Servo
...Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo R/C
(radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều 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. Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển
robot bằng tín hiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốn
thế. Ta có thể điều khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xử lý hay thậm chí
một mạch điện tử đơn giản dùng IC 555.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 4


1.2 Động cơ servo DC
1.2.1 Động cơ servo

Một động cơ servo (Servo Motors) là một tổ hợp chung cơ bản của bốn bộ
phận: một động cơ điều khiển tốc độ DC, một bánh răng, một vi điều khiển và một
cảm biến.
Khả năng định vị của động cơ servo thường được tính toán để kiểm soát được
chính xác hơn so với những động cơ DC thông thường khác. Động cơ servo thường
cấu tạo gồm 3 dây: dây nguồn, dây tiếp đất và dây điều khiển. Không giống như động
cơ DC hoạt động trên cơ chế xoay chiều bật tắt nguồn, năng lượng (nguồn điện) của
động cơ servo được nạp vào liên tục. Động cơ servo hoạt động bằng việc kiểm soát
dòng điện, giúp động cơ định hướng chính xác hướng hoạt động của mình.
Động cơ servo được thiết kế để dừng tại một vị trí cụ thể. Các vị trí này cần

được tính toán chính xác để khiến máy móc hoạt động được đúng với mục tiêu đề ra
theo ý đồ của người thiết kế. Ví dụ như kiểm soát các bánh lái trên một chiếc thuyền
hoặc cần khiến một cánh tay robot hay chân robot di chuyển trong một phạm vi nhất
định.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 5


Động cơ servo sẽ không quay như động cơ DC thông thường vốn hoạt động
xoay qua lại với góc quay đạt tới mốc 360 độ (hoặc hơn). Trong khi đó, động cơ servo
sẽ hoạt động bằng việc nhận một tín hiệu lệnh quyết định góc vị trí ở đầu ra và sử
dụng sức mạnh (cơ năng) của một động cơ DC cấu tạo bên trong sẽ quay trục quay đến
đúng vị trí. Vị trí này được xác định bởi các vi cảm biến.

PWM được sử dụng cho các tín hiệu lệnh của động cơ servo. Tuy nhiên, không giống
như động cơ DC được PWM điều khiển bằng biến độ rộng xung để kiểm soát tốc độ
quay, động cơ servo dùng điều biến độ rộng xung đó để xác định vị trí của trục động
cơ, chứ không chỉ đơn thuần là tốc độ.
Trung bình một đơn vị xung được tính dựa trên vị trí trục (thường là khoảng
1,5ms), mục đích làm sao để giữ trục luôn ở đúng vị trí. Mỗi khi giá trị xung tăng lên,
sẽ khiến cho trục motor lần lượt chuyển động theo chiều kim đồng hồ, và luôn sẽ có
một xung ngắn hơn để đảo trục ngược lại chiều kim đồng hồ. Xung điều khiển serco
thường được lặp đi lặp lại khoảng 20 mm/s. Có thể nói đơn giản, trục servo di chuyển
đến đâu rồi cũng quay về lại vị trí ban đầu.
Khi động cơ được lệnh di chuyển, nó sẽ điều khiển trục di chuyển đến vị trí cần
đến và giữ nguyên ở vị trí đó, cho dù ngay cả khi có ngoại lực tác động lực đẩy lên nó,
các trục động cơ sẽ từ chối di chuyển khỏi vị trí đã thiết lập bởi bộ điều khiển.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 6


1.2.2

Động cơ bước

Động cơ bước (hay còn có tên là động cơ bước từ tính, động cơ hỗ trợ việc
bước), thực chất là một động cơ tăng lực sử dụng một phương pháp khác trong việc lái
hướng chuyển động. Cụ thể, động cơ bước vận hành bằng việc sử dụng một động cơ
quay liên tục DC, tích hợp cùng mạch điều khiển cùng một động cơ bước hoạt động
bằng nam châm từ tính có nhiều răng được sắp xung quanh một bánh răng trung tâm
để xác định vị trí.
Động cơ bước đòi hỏi phải có một mạch điều khiển bên ngoài hoặc một bộ vi
điều khiển (ví dụ như Raspberry Pi or Ardunio) để tiếp thêm năng lượng cho từng nam
châm điện và khiến các trục động cơ lần lượt xoay. Khi nam châm từ tính ‘A’ được
cung cấp nguồn điện, nó sẽ tác động lực từ tính lên các bánh răng và căn chỉnh chúng
hơi xô lệch đến nam châm điện tiếp theo ‘B’. Khi ‘A’ tắt, và ‘B’ bật, các bánh răng
theo lực từ tính sẽ hơi lệch một chút so với ‘B’, và thế là các răng xếp quây lại thành
vòng tròn quanh bánh răng nguồn và ngắt mạch để quay về chỗ ngoặt ban đầu nhằm
tạo dựng một vòng xoay.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 7


Mỗi vòng xoay tính từ một nam châm điện tiếp theo được gọi là “bước”, và thế

là, động cơ có thể được quay bằng góc bước; góc bước được xác định chính xác từ
trước thông qua một vòng xoay hoàn chỉnh với 360 độ.
Động cơ bước phổ biến với hai loại: động cơ đơn cực và động cơ lưỡng cực.
Động cơ lưỡng cực là loại mạnh nhất của động cơ bước và thường có 4 hoặc 8 chuỗi
dây dẫn. Chúng có hai bộ cuộn dây điện từ cấu tạo bên trong, và bước vận hành bằng
việc thay đổi hướng của các bánh rang với các dây dẫn bên trong.
Động cơ bước đơn cực, được nhận dạng bởi cấu tạo gồm tới 5,6 hoặc 8 đường
dây dẫn. Mặc dù chỉ có 2 cuộn cảm biến, nhưng mỗi cuộn lại là một tập hợp trung tâm
phức tạp. Động cơ bước đơn cực có thể bước mà không cần phải đảo ngược chiều hiện
tại trong các cuộn dây. Tuy nhiên, do cuộn trung tâm lại được sử dụng như để tiếp
thêm một nửa lực từ cho mỗi cuộn dây tại một thời điểm xác định, nên chúng thường
có ít mô-men xoắn hơn loại động cơ lưỡng cực.
Các thiết kế của một động cơ bước thường cung cấp một mô-men xoắn giữ liên
tục mà không cần động cơ để được hỗ trợ, đồng thời cũng cung ứng luôn một động cơ
khác có chức năng nhất định phù hợp với cấu tạo của nó. Dĩ nhiên, tuy phức tạp như
vậy nhưng lỗi định vị lại không xảy ra miễn chỉ cần động cơ bước có tụ cơ năng được
xác lập từ trước .
1.2.3

Động cơ DC không chổi than và có chổi than

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 8


Trước tiên, ta cần hiểu chổi than là gì, vì sao nó có hại cho mô-tơ. Chổi than là
một vật liệu dẫn điện làm từ carbon có tác dụng tiếp điện, duy trì kết nối điện giữa bộ
phận tĩnh và các phần chuyển động của động cơ điện DC hoặc AC được sử dụng trong
công nghiệp sản xuất sử dụng động cơ dây quấn.

Mô-tơ chổi than có cấu tao:
Mô-tơ chổi than là loại mô-tơ dùng chổi than chì. Mô-tơ chổi than sử dụng
trong xe điện RC là loại Mô-tơ dùng điện một pha, gồm có hai dây đỏ và đen. Ưu điểm
của Mô-tơ chổi than là giá xe điều khiển từ xa sản xuất thấp cho nên chúng ta có thể
thấy những chiếc xe điện RC giá thành thấp có gắn động cơ chổi than.
Nhược điểm của loại động cơ chổi than được làm bằng chổi than chì nên sau một
khoảng thời gian sử dụng sẽ làm mòn chổi than, tuổi thọ kém, mô-tơ tiêu thụ điện lớn,
công suất yếu hơn các loại mô-tơ không chổi than có cùng kích cỡ. Vì vậy những chiếc
xe mô hình RC chạy loại mô-tơ này thường không có tốc độ cao.
Nhược điểm của đông cơ chổi than khá lớn và gây bất tiện, vì vậy việc sáng tạo ra
động cơ không chổi than là một bước đột phá lớn, như việc sáng tạo ra pin Li-Po.
Động cơ không chổi than với cấu tạo phức tạp hơn một chút:

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 9


Động cơ DC không chổi than có các ưu điểm của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh
cửu như: tỷ lệ momen/quán tính lớn, tỷ lệ công suất trên khối lượng cao.
Do máy được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên trên rotor hiệu suất động cơ
cao hơn.
Động cơ kích từ nam châm vĩnh cửu không cần chổi than và vành trượt nên không
tốn chi phí bảo trì chổi than. Ta cũng có thể thay đổi đặc tính động cơ bằng cách thay
đổi đặc tính của nam châm kích từ và cách bố trí nam châm trên rotor.
Một số đặc tính nổi bật của động cơ không chổi than khi hoạt động:
-Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện cao.
-Tỷ lệ momen/quán tính lớn (có thể tăng tốc nhanh).
-Vận hành nhẹ nhàng (dao động của momen nhỏ) thậm chí ở tốc độ thấp (để đạt
được điều khiển vị trí một cách chính xác).

-Mômen điều khiển được ở vị trí bằng không.
-Vận hành ở tốc độ cao.
-Có thể tăng tốc và giảm tốc trong thời gian ngắn.
-Hiệu suất cao.
-Kết cấu gọn.
1.3 Động cơ servo AC
Động cơ AC là loại động cơ đồng bộ 3 pha sử dụng lõi từ là nam châm vĩnh cửu
thường được điều khiển bằng cách driver chuyên dụng cùng hãng với khả nay chạy tốc
độ lẫn vị trí với động chính xác cao.
-Nhược điểm của động cơ AC servo là hệ điều hành tốc độ động cơ phức tap và đắt
tiền hơn so với động cơ DC. Hệ điều khiển tốc độ động cơ AC servo dựa trên cơ sở
biến đổi 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 dòng một chiều thành dòng xoay chiều nhưng ở tần số lựa chọn .

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 10


Hình ảnh động cơ servo AC
Về tính năng thì motor servo tỏ ra ưu việt hơn khi sử dụng thuật toán điều khiển
có kiểm soát dựa trên sự phản hồi của cảm biến tốc độ( thường là encoder, relsover)
nên giúp cho kết quả điều khiển tốc độ hay vị trí đạt chất lượng cao hơn. Còn đối với
động cơ bước được thiết kế vi bước dựa trên sự bố trí của các cuộn dây và điều khiển
vòng hở nên dẫn tới khi chạy ở tốc độ cao và tải nặng có thể dẫn tới tình trạng mất
bước điều khiển không chính xác. Chính vì những công nghệ phước tạp được tích hợp
bên trong sản phẩm cộng với việc chế tạo khó hơn nên dẫn tới giá thành của động cơ
ac servo sẽ cao hơn rất nhiều so với motor bước. Tuy nhiên do nhu cầu thị trường hiện
nay đang tăng đột biến và có nhiều thương hiệu cùng sản xuất nên giá thành của servo

hiện tại đã tốt hơn trước, phù hợp hơn với túi tiền của khách hàng nhóm chế tạo máy
tại Việt Nam.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 11


CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SERVO
2.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển trong công nghiệp :
Sự phát triển của nền công nghiệp gắn liền với các hệ thống điều khiển . Công
nghệ ngày càng hiện đại đòi hỏi các hệ thống phải đáp ứng được các yêu cầu khắt khe
để đảm bảo quá trình sản xuất .
Sự phát triển các hệ thống điều khiển được tóm tắt như sau :
- Điều khiển vòng hở (open loop)
-Điều khiển nửa kín (semi-closed loop)
-Điều khiển vòng kín (full-closed loop)
Sau đây giới thiệu sơ lược về các nguyên tắc điều khiển
Giả sử như chúng ta đang có nhu cầu điều khiển một thông số X của đối tượng
A. Trong trường hợp điều khiển vòng hở thì đối tượng A sẽ được điều khiển mà không
cần quan tâm đến thông số X và thức tế thông số X sẽ được người điều khiển quan sát
và thao tác để điều khiển đối tượng A.
Trong trường hợp semi – closed loop thì hệ thống điều khiển sẽ nhận dạng một
thông số Y không phải thông số X nhưng nó có thể ước lượng hoặc đại diện cho X .
Như vậy tính quan sát = mắt đã được loại bỏ một phần . Độ chính xác cao hơn opened
loop.
Và cái cuối cùng đó là closed loop , dĩ nhiên trong trường hợp này đối tượng X
được trực tiếp feedback về hệ thống điều khiển để xử lý .
2.1.1 Điều khiển vòng hở (open loop)

Các bộ phận của một hệ thống điều khiển vòng hở
Hệ không hồi tiếp (Nonfeedback System), là một hệ thống trong đó sự kiểm soát
không tuỳ thuộc vào output.
Một tín hiệu vào, hay lệnh điều khiển hay tín hiệu tham khảo (Reference) r đưa vào
controller. Tín hiệu ra của nó là tín hiệu tác động u, sẽ kiểm soát tiến trình xử lý sao
cho biến c sẽ hoàn tất được vài tiêu chuẩn đặt trước ở ngõ vào.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 12


Trong những trường hợp đơn giản, controller có thể là một mạch khuếch đại, những cơ
phận nối tiếp hoặc những thứ khác, tuỳ thuộc vào loại hệ thống. Trong các bộ điều
khiển điện tử, controller có thể là một microprocessor.
Thí dụ : Một máy nướng bánh có gắn timer để ấn định thời gian tắt và mở máy.Với
một lượng bánh nào đó, người dùng phải lượng định thời gian nướng cần thiết để bánh
chín, bằng cách chọn lựa thời gian trên timer.
Đến thời điểm đã chọn trước, timer điều khiển tắt bộ nung.

Ví dụ về hệ điều khiển hở
Dễ thấy ngay rằng một hệ thống điều khiển như vậy có độ tin cậy không cao.Tín hiệu
tham khảo được đặt trước, còn đáp ứng ở ngõ ra thì có thể thay đổi theo điều kiện
xung quanh, hoặc nhiễu. Muốn đưa đáp ứng c đến trị giá tham khảo r, người dùng phải
qui chuẩn lại bằng cách chọn timer lại.
2.1.2 Hệ điều khiển vòng kín (closed-loop )
Còn gọi là hệ điều khiển hồi tiếp (feedback control system). Để điều khiển được
chính xác, tín hiệu đáp ứng c(t) sẽ được hồi tiếp và so sánh với tín hiệu tham khảo r ở
ngỏ vào.
Một tín hiệu sai số (error) tỷ lệ với sự sai biệt giữa c và r sẽ được đưa đến

controller để sửa sai. Một hệ thống với một hoặc nhiều đường hồi tiếp như vậy gọi là
hệ điều khiển vòng kín.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 13


Hệ thống điều khiển vòng kín
Trở lại ví dụ về máy nướng bánh. Giả sử bộ nung cấp nhiệt đều các phía của
bánh và chất lượng của bánh có thể xác định bằng màu sắc của nó. Một sơ đồ được
đơn giản hoá áp dụng nguyên tắc hồi tiếp cho máy nướng bánh tự động

Ban đầu, máy nướng được qui chuẩn với chất lượng bánh, bằng cách đặt nút
chỉnh màu. Không cần phải chỉnh lại nếu như không muốn thay đổi tiêu chuẩn nướng.
Khi SW đóng, bánh sẽ được nướng, cho đến khi bộ phân tích màu "thấy" được màu
mong muốn. Khi đó SW tự động mở, do tác động của đường hồi tiếp (mạch điện tử
điều khiển relay hay đơn giản là một bộ phận cơ khí). H.1_6. là sơ đồ khối mô tả hệ
thống trên.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 14


Một thí dụ khác về hệ thống điều khiển vòng kín như hình : hệ thống điều khiển
máy đánh chữ điện tử (Electronic Typewriter).

Bánh xe in (printwheel) có khoảng 96 hay 100 ký tự, được motor quay,đặt vị trí
của ký tự mong muốn đến trước búa gõ để in. Sự chọn lựa ký tự do người sử dụng gõ

lên bàn phím. Khi một phím nào đó được gõ, một lệnh cho bánh xe in quay từ vị trí
hiện hành đến vị trí kế tiếp được bắt đầu. Bộ vi xử lý tính chiều và khoảng cách phải
vượt qua của bánh xe, và gửi một tín hiệu điều khiển đến mạch khuếch đại công suất.
Mạch này điều khiển motor quay để thúc bánh xe in. Vị trí bánh xe in được phân tích
bởi một bộ cảm biến vị trí (position sensor). Tín hiệu ra được mã hóa của nó được so
sánh với vị trí mong muốn trong bộ vi xử lý. Như vậy motor được điều khiển sao cho
nó thúc bánh xe in quay đến đúng vị trí mong muốn. Trong thực tế, những tín hiệu
điều khiển phát ra bởi vi xử lý sẽ có thể thúc bánh xe in từ một vị trí này đến vị trí
khác đủ nhanh để có thể in một cách chính xác và đúng thời gian.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 15


2.2 Hệ thống điều khiển dùng động cơ servo :
2.2.1 Xu hướng điều khiển dùng động cơ servo
Điều khiển chuyển động (ĐKCĐ) có lẽ là một trong những lĩnh vực đa dạng và
phát triển nhanh nhất trong ngành điều khiển và tự động hoá. Các khái niệm và công
nghệ ĐKCĐ đã từ lâu không chỉ gói gọn trong những hệ thống servo chuyên dụng
điều khiển bởi các hệ truyền động và thiết bị tạo sẵn thường có giá khá cao. Thay vào
đó, ngày nay ta còn thấy các tính năng của ĐKCĐ ứng dụng cả cho tốc độ và vị trí
trong truyền động thay đổi tần số xoay chiều, các động cơ bước và truyền động vòng
kín cũng như các hệ truyền động và động cơ servo AC và DC thông dụng khác.
Hiện nay có một số xu hướng trong điều khiển động cơ. Trong một số trường
hợp, vấn đề cần quan tâm chỉ đơn giản là điều khiển tốc độ, gia tốc, mômen hoặc các
thuộc tính khác của động cơ trên cơ sở tín hiệu điều khiển đầu vào là từ phía con
người, chẳng hạn như qua bảng điều khiển. Việc điều khiển bằng tay như vậy thuộc về
phạm trù điều khiển vòng hở. Trong một số trường hợp khác, động cơ phải tự động
đưa ra các đáp ứng với các tác động thời gian thực. Các đáp ứng đối với các tác động

này được quan sát và các điều chỉnh cần thiết được tự động tạo ra. Vì vậy, nó tạo ra
một môi trường điều khiển kín. Các điều khiển vòng lặp kín như vậy được gọi là hệ
tùy động servo, hay chỉ đơn giản là servo.
Điều khiển servo là một quá trình xử lý tín hiệu liên quan đến điều khiển động
cơ trên cơ sở động học của các tín hiệu vào như vị trí, tốc độ hay mômen. Trong quá
khứ người ta sử dụng các mạch tương tự để thực hiện điều khiển servo, nhưng khả
năng thích nghi của các bộ vi xử lý tín hiệu số đã tạo ra một công nghệ mới cho sự lựa
chọn trong nhiều ứng dụng.
2.2.1 Hệ thống servo
Servo bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp là Servus (servant), nghĩa là nô lệ, đày tớ. Một
hệ thống được gọi là servo khi hệ thống đó chấp hành một cách chính xác mệnh lệnh
của chủ nhân (tức là người điều khiển.Hệ thống servo là hệ thống điều khiển các thiết
bị cơ học với các biến là biến vị trí và tốc độ (giá trị đặt và giá trị thực)

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 16


Hệ thống servo không đơn giản chỉ là một phương pháp thay thế điều khiển vị
trí và tốc độ của các cơ cấu cơ học, ngoài những thiết bị cơ khí đơn giản, hệ thống
servo bây giờ đã trở thành một hệ thống điều khiển chính trong phương pháp điều
khiển vị trí và tốc độ.

Sơ đồ khối của một hệ thống servo

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 17

CHƯƠNG 3 : TÌM HIỀU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SERVO AC
3.1 Động cơ servo AC
a) Cấu tạo:

Gồm có : - Chổi than
-

Cổ góp
Nam châm vĩnh cửu
Cuộn dây roto

b) Nguyên lý làm việc
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.
3.2 Phương pháp điều khiển động cơ servo AC

Mạch điều khiển động cơ servo AC

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 18


3.2.1 Phân tích nguyên lý làm việc của biến tần :
- Phần đầu chỉnh lưu : Nhìn vào sơ đồ tổng quát ta thấy nguồn điện 3 pha đầu
vào được chỉnh lưu thành điện áp 1 chiều dùng tụ lọc để chỉnh lưu như thế đầu vào
điện áp 380v Ac qua chỉnh lưu điện áp thu được trên 2 đầu tụ khoảng 550V
- Phần 2 nghịch lưu : Phần này là phần phức tạp nhất nhất của biến tần

Mục tiêu của mạch là xuất ra 6 sung điều khiển 6 con IGBT ra điện áp 3pha cho
động cơ . tần số của biến tần phụ thuộc vào 6 xung này. Nó cũng giống việc băm xung
cho biến áp cho 1 số dòng máy hàn inverter hiện nay
3.2.2 Một số đặc điểm của biến tần
Trên đây mới là nguyên lý cơ bản của biến tần. cấu tạo thực thế còn phức tạp
hơn rất nhiều đòi hỏi người thợ sửa chữa biến tần phải rất tinh ý bởi vì hiện nay biến
tần có quá nhiều loại và nhiều đời khác nhau .
Trong biến tần có rất nhiều cảm biến như cảm biến dòng cảm biến áp , cảm biến
nhiệt để bảo vệ phần nào biến tần khỏi quá tải cháy nổ ... . khi có lỗi sảy ra thì biến tần
không thể hoat động .vì hoạt động ở công suất lớn và thường xuyên nên biến tần cũng
không tránh khỏi những lỗi và hỏng hóc . Biến tần đời mới được nhà sản xuất tích hợp
càng nhiều các ứng dụng điều khiển tín hiệu ra vào nhằm mục đích điều khiển biến tần
dễ dàng hơn.
3.2.3 Một số lưu ý khi sử dụng biến tần
Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn
sẽ chỉ phải trả một chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc.
- Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với
điều kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải
chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường
khí hậu Việt Nam.
- Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí.
Các bộ biến tần không thể làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có
không gian rộng, thông gió tốt (tủ phải có quạt thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô ráo
trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 50 độC, không có chất ăn mòn, khí gas, bụi bẩn.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 19

- Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không
tự ý mắc nối hoặc thay đổi các tham số thiết đặt.
- Nhờ các chuyên gia kỹ thuật của hãng cung cấp biến tần cho bạn hướng dẫn
lắp đặt, cài đặt để có được chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng của bạn.
- Khi biến tần báo lỗi hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìm hiểu nguyên nhân
gây lỗi, chỉ khi nào khắc phục được lỗi mới khởi động lại.
- Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi
tiết các thông số đã thay đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này, đây
là các thông tin rất quan trọng cho các chuyên gia khi khắc phục sự cố cho bạn.
3.3 Ứng dụng của động cơ servo AC
Động cơ servo được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ thay đổi nhanh
chóng mà không có động cơ bị quá nhiệt.
- Trong ngành công nghiệp chúng được sử dụng trong các máy công cụ, đóng
gói, tự động hóa nhà máy, xử lý vật liệu, in chuyển đổi, dây chuyền lắp ráp, và nhiều
ứng dụng đòi hỏi người máy khác, máy CNC hoặc sản xuất tự động.
- Chúng cũng được sử dụng trong các máy bay điều khiển bằng radio để kiểm
soát vị trí và sự di chuyển của thang máy.
- Chúng được sử dụng trong robot vì sự chuyển đổi trơn tru của chúng và tắt và
định vị chính xác.
- Chúng cũng được ngành công nghiệp hàng không sử dụng để duy trì chất lỏng
thủy lực trong hệ thống thủy lực của chúng.
- Chúng được sử dụng trong nhiều đồ chơi được điều khiển bởi radio.
- Chúng được sử dụng trong các thiết bị điện tử như đĩa DVD hoặc máy nghe
nhạc Blue ray để mở rộng hoặc phát lại các khay đĩa.
- Chúng cũng đang được sử dụng trong xe ô tô để duy trì tốc độ của phương
tiện.

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 20

Trường ĐHCN Hà Nội

Page 21