Tìm hiểu động cơ servo

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
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tìm hiểu động cơ servo 1Giới thiệuĐộng cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - tacấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta khôngbiết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác địnhtùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điều khiểnđể xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặclàm động cơ không quay cũng không dễ dàng.Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếpvòng 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 điềukhiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay củađộng cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vịtrí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơđạt được điểm chính xác.Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trongnhiếu máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đếncác mô hình máy bay và xe hơi. Ứng dụng mới nhất của động cơ servolà trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máybay và xe hơi.Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là độngcơ servo R/C (radio- controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servokhông phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vôtuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thunày. Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển robot bằng tínhiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốnthế. Ta có thể điều khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xửlý hay thậm chí một mạch điện tử đơn giản dùng IC 555.Trong chương này ta sẽ tìm hiểu động cơ servo R/C là gì, sử dụngchúng trong robot như thế nào. Mặc dù còn có nhiều loại động cơ servokhác nhưng động cơ servo R/C được sử dụng nhiều nhất. Để đơn giảnta gọi động cơ servo R/C là servo.Hoạtđộngcủaservo1. Mô tơ2. Tấm bảng Điện tử học3. Tích cực Power Wire (Đỏ)4. Dây tín hiệu (màu Vàng hoặc Trắng) 5. Phủ định hay dây đất (Đen)6. Điên thế kế ̣7. Tay cầm/ Hộp số Đầu ra8. Sừng/ Bánh xe/ Cánh tay Phiếu đính kèmSecvô(phụ) ợp Secvô(phụ)9. Trường h10. Chip điều khiển tích hợp Hình 1: một động cơ servo R/C kích thước chuẩn điển hình dùng trong mô hình máy bay và xe đua. Ngoài ra còn có nhiều loại kích thước thông dụng khác. Hình2:BêntrongcủamộtđộngcơservoR/C.Servo baogồmmộtđộngcơ, mộtchuỗicácbánhrănggiảmtốc,mộtmạchđiều khiểnvàmộtvônkế 3Động cơ và vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếpvòng kín. Cả mạchđiều khiển và động cơ đều được cấp nguồn DC (thường từ 4.8 – 7.2 V).Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển. Tín hiệunày khởi động độngcơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế. Vị trí của trục vôn kếcho biết vị trí trục ra của servo. Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn,mạch điều khiển sẽ tắt động cơ.Như ta dự đoán, động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứkhông phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước. Mặc dùta có thể chỉnh động cơ servo R/C quay liên tục (sẽ trình bày sau)nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chínhxác trong khoảng từ 90o – 180o. Việc điều khiển này có thể ứngdụng để lái robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biếnđể quét khắp phòng…Servo và điều biến độ rộngxungTrục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là đi62ubiến độ rộng xung (PWM). Trong hệ thống này, servo là đáp ứng củamột dãy các xung số ổn định. Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứngcủa một tín hiệu số có các xung biến đổi từ 1 – 2 ms. Các xung nàyđược gởi đi 50 lần/giây. Chú ý rằng không phải số xung trong mộtgiây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung. Servo đòi hỏikhoảng 30 – 60 xung/giây. Nếu số này qua thấp, độ chính xác và côngsuất để duy trì servo sẽ giảm.Với độ dài xung 1 ms, servo được điều khiển quay theo một chiều(giả sử là chiều kimđồng hồ nhưhình 3 Hình 3: Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xungVới độ dài xung xung 2 ms, servo quay theo chiều ngược lại. Kỹ thuậtnày còn được gọi là tỉ lệ số - chuyển động của servo tỉ lệ với tín hiệu sốđiều khiển.Công suất cung cấp cho động cơ bên trong servo cũng tỉ lệ với độ lệchgiữa vị trí hiện tại của trục ra với vị trí nó cần đến. Nếu servo ở gần vịtrí đích, động cơ được truyền động với tốc độ thấp. Điều này đảm bảorằng động cơ không vượt quá điểm định đến. Nhưng nếu servo ở xa vịtrí đích nó sẽ được truyền động với vận tốc tối đa để đến đích càngnhanh càng tốt. Khi trục ra đến vị trí mong muốn, động cơ giảm tốc.Quá trình tưởng chừng như phức ...