Điều khiển động cơ DC Servo bằng driver Acccelnet
Bài viết hôm nay kênh kiến thức tự động hóa xin giới thiệu với các bạn về điều khiển motor servo dc bằng driver Accelnet. Tìm hiểu về cách cài đặt và sơ đồ đấu dây để điều khiển tốc độ, vị trí, moment động cơ dc servo.
Mục đích của bài viết là giúp bạn đọc tiếp cận với bộ điều khiển động cơ dc servo cụ thể. Để bạn đọc dễ dàng áp dụng khi sử dụng driver khác điều khiển motor servo.
Điều khiển motor servo dc bằng accelnet
1. Giới thiệu về Driver điều khiển motor servo dc
Accelnet ACJ-09-09 là driver điều khiển được motor servo dc và động cơ bldc. Cài đặt thông số động cơ thông qua máy tính, giao tiếp qua cổng kết nối RS232.
+ Điện áp đầu vào 20 – 90 VDC
+ Dòng điện đỉnh là 9A, dòng liên tục 3A
+ Ngỏ ra PWM loại cầu Mosfet 3 pha, tần số PWM 15Khz
+ Loại điều khiển ngỏ vào: PWM; xung và chiều; đếm xung lên và xuống; đọc xung 2 kênh encoder; điện áp tương tự ±10V; đọc xung tốc độ cao.
+ Có 9 ngỏ vào số và 4 ngỏ ra số có thể lập trình thay đổi chức năng.
+ Tín hiệu phản hồi là encoder A/B vi sai đối với dc servo và cảm biến hall lệch pha nhau 1200 đối với động cơ BLDC.
+ Tích hợp chức năng bảo vệ quá dòng, quá áp, quá nhiệt cho động cơ, bảo vệ ngắn mạch.
+ Sử dụng phần mềm CME 2 để cài đặt thông số.
2. Sơ đồ đấu dây motor servo dc
2.1 Cấp nguồn cho driver accelnet
Điện áp DC 20 -90V được cấp vào chân 3 và 4 của cổng J3. Điện áp cấp sẽ dựa vào điện áp định mức của motor servo dc.
Cấp nguồn cho driver Accelnet
2.2 Kết nối với dây động lực của motor servo dc
Kết nối 3 dây động lực của động cơ vào các chân U, V, W ở cổng J2 đối với động cơ BLDC, hoặc nối hai chân U và V đối với motor servo dc.
Kết nối với động lực của motor servo dc
2.3 Kết nối với tín hiệu phản hồi
Kết nối các chân encoder vi sai vào các chân encoder A và /A , B và /B , X và /X ở cổng J4 đối với motor servo dc. Và kết nối cảm biến hall trên động cơ vào Hall U, V, W (lưu ý cảm biến Hall và encoder sử dụng tín hiệu 5V). Nếu động cơ có sử dụng công tắc quá nhiệt thì nối vào hai chân GND và Motemp.
Kết nối các chân phản hồi
2.4 Kết nối với các tín hiệu vào, ra và truyền thông RS232
Cổng RS232 dùng để truyền thông với máy tính thông qua các chân GND, RS-232 TxD, RS-232 RxD ở cổng J5.
Ngỏ vào tương tự ± 10V nối vào hai chân Analog Ref (-) và Analog Ref (+).
Điều khiển analog
Hai chân IN7, IN8 dùng để nhận tín hiệu điều khiển tốc độ, moment, vị trí.
Hai chân IN7, In8 dùng để điều khiển vận tốc, vị trí, moment
Các ngỏ vào còn lại có thể dùng để đọc trạng thái công tắc nhiệt, các công tắc hành trình hoặc đọc xung tốc độ cao HS. Các ngỏ ra được dùng để báo lỗi, kích thắng ngoài, …
Chức năng các chân ngỏ vào và ra
Các loại tín hiệu điều khiển ngỏ vào được trình bày chi tiết ở bài viết trước, để hiểu rỏ hơn vui lòng xem lại bài viết: Động cơ servo là gì
3. Cài đặt thông số trên phần mềm CME2
Chức năng của phần mềm CME 2 là cài đặt thông số truyền thông, cài thông số điều khiển động cơ. Driver Accelnet có thể chạy độc lập với phần mềm CME 2 sau khi cài đặt hoặc có thể điều khiển trực tiếp bằng CME 2, theo dõi trực tiếp trạng thái và thông số hoạt động của motor servo dc.
3.1 Cài đặt truyền thông
Sau khi kết nối cổng RS232 của Accelnet với máy tính. Chọn Tool / Communications Wizard:
Sau đó chọn cổng COM và cài đặc tốc độ truyền thông như hình dưới.
Nếu kết nối thành công thì xuất hiện giao diện như hình sau:
Giao diện kết nối thành công RS232
Các thông số cần chú ý:
+ P, V, I Loop là các vòng điều khiển vị trí, tốc độ và moment.
+ Input/ Output cài đặt lựa chọn chức năng cho các kênh ngỏ vào, ra.
+ Motor/Feedback cài đặc thông số động cơ và lựa chọn loại tín hiệu phản hồi của motor servo dc.
3.2 Cài đặc cơ bản
Đầu tiên nhấp vào biểu tượng bên dưới để mở cửa sổ cài đặt.
Cửa sổ cài đặt
Ta có thể thay đổi thông số hoặc tải file có sẵn lên. Dưới đây là các bước thay đổi thông số mới. Chọn loại động cơ có hoặc không có chổi than, động cơ quay hoặc động cơ tuyến tính.
Cài đặt loại động cơ
Nếu động cơ sử dụng là động cơ BLDC không chổi than thì hộp thoại tiếp theo sẽ cài đặc loại cảm biến Hall tương tự hoặc số. Nếu là motor servo dc có chổi than thì phản hồi sẽ là encoder.
Lựa chọn loại phản hồi
Tiếp theo ta lựa chọn chế độ điều khiển vận tốc, vị trí, hoặc moment. Chọn loại điều khiển ngỏ vào như ngỏ vào số, tương tự, PWM.
Cài chế độ điều khiển và loại điều khiển
3.3 Chọn các thông số motor servo dc
Bước này ta sẽ khai báo thông số động cơ cho driver accelnet như điện trở, điện cảm, vận tốc giới hạn, số cặp cực, moment quán tính.
Sau khi chọn thông số cho động cơ ta nhấp chọn vào Calculate để xem các thông số dòng điện, tốc độ, gia tốc.
3.4 Chọn chức năng ngỏ vào và ngỏ ra
Có thể cho phép điện trở kéo lên hoặc kéo xuống cho các chân ngỏ vào. Lựa chọn chức năng đầu vào là công tắc giới hạn, đọc công tắc nhiệt độ.
Chọn chức năng ngỏ ra dùng để báo lỗi quá dòng, quá nhiệt, mất pha,… hay dùng để kích thắng ngoài cho động cơ.
3.5 Cài đặt lệnh điều khiển motor servo dc
– Điện áp tương tự: Analog Command
+ Scaling: Ta sẽ cài được dòng điện hay vận tốc lớn nhất tương ứng với điện áp 10.
+ Dead Band: Động cơ sẽ không quay khi điện áp điều khiển nằm trong vùng này về 0. Thông số này bảo vệ động cơ không quay khi có nhiễu dao động.
+ Measure: Dùng để đo điện áp khiển, khi điện áp không về 0 thì có thể cho giá trị Offset bằng với giá trị đo được.
– Xung PWM: PWM Command
+ Nếu chọn loại điều khiển dùng động rộng xung 50% thì tốc độ động cơ bằng 0 ở 50% và đạt tốc độ tối đa khi động rộng xung bằng 0 hoặc 100% (theo chiều ngược lại).
Độ rộng xung 50%
+ Nếu chọn loại điều khiển dùng độ rộng xung 100% thì tốc độ động cơ tăng khi độ rộng xung tăng. Động cơ thay đổi chiều quay bằng lệnh điều khiển tại chân đảo chiều.
Độ rộng xung 100%
– Cài đặt điều khiển vị trí: Digital Input
Cho phép chọn loại ngỏ vào điều khiển vị trí, chọn cạnh lên hoặc xuống của xung khi tăng giá trị đếm, chọn độ phân giải của xung đầu vào.
+ Chọn ngỏ vào điều khiển
Loại điều khiển xung và chiều: Một ngỏ vào đếm xung để quay động cơ và một ngỏ vào khác đọc trạng thái cao hay thấp của tín hiệu để thay đổi chiều quay
Loại điều khiển đếm lên, đếm xuống: Một ngỏ vào nhận xung thì sẽ quay thuận, ngỏ vào khác nhận xung thì sẽ quay chiều nghịch.
Loại điều khiển là encoder 2 kênh lệch pha nhau 900: Khi quay encoder thì động cơ sẽ quay theo, xoay encoder theo chiều khác để đảo chiều động cơ.
3.6 Vòng lặp điều khiển PI
Một phần rất quan trọng để điều khiển vị trí, tốc độ và moment động cơ là thông số điều khiển vòng kín PI. Để tốc độ thực tế đùng với tốc độ đặt trước, không bị vọt lố cao thì giá trị PI phải phù hợp.
Tùy theo chế độ điều khiển vận tốc, vị trí, moment mà ta sẽ có bộ số PI khác nhau. Nhấp chọn và Current Loop để mở hộp thoại bên dưới
Driver Accelnet hổ trợ tự động dò các thông số động học này khi chọn Auto Tune, đây là điểm nổi bật của driver này. Sau khi có thông số động học phù hợp thì giá trị thực tế sẽ luôn được điều khiển bám theo giá trị đặt dù tải có bị thay đổi.
4. Một số ví dụ về điều khiển tốc độ, moment và vị trí
4.1 Ví dụ về điều khiển tốc độ
a. Điều khiển tốc độ bằng điện áp tương tự
+ Sơ đồ kết nối
Nguồn điện áp điều khiển tốc độ là ±10V, có thể dùng nguồn ±12V mắc thêm hai điện trở để thay thế cho nguồn ±10V.
+ Chọn chế độ vận tốc và loại tín hiệu điều khiển là điện áp tương tự.
Ta vào Basic Setup/ Change Settings: Brush, Rotary/ Motor Feedback: Incremental/ Operating Mode: Velocity/ Command Source: Analog Command.
Sau đó chọn Motor/Feedback để chỉnh thông số động cơ phù hợp. Tiếp theo ta vào AutoPhase để dò pha động cơ. Vào Control Panel bật Enable để cho phép chạy động cơ. Lúc này bộ điều khiển Accelnet đã chạy độc lập không cần dùng phần mềm.
b. Điều khiển tốc độ bằng PWM
+ Sơ đồ kết nối
Ta sẽ lập trình đọc giá trị biến trở và dùng chân 11 Arduino xuất xung PWM điều khiển nối với chân IN7.
Sử dụng một công tắc đảo chiều tại chân IN8. Cần khai báo điện trở kéo lên cho chân IN8 ở Input/Output.
+ Code Arduino trên phần mềm IDE:
int bientro=0;
void setup() {
pinMode(11, OUTPUT); chân xuất xung
}
void loop() {
bientro=analogRead(0); đọc gia trị biến trở 0-1023
analogWrite(11,bientro/4); xuất PWM 0-255
}
+ Chọn chế độ vận tốc và loại tín hiệu PWM.
Ta vào Basic Setup/ Change Settings: Brush, Rotary/ Motor Feedback: Incremental/ Operating Mode: Velociy/ Command Source: PWM Command.
Sau đó chọn Motor/Feedback để chỉnh thông số động cơ phù hợp. Ở mục PWM command ta có thể chọn chế độ PWM 50% hoặc 100% (đảo chiều bằng công tắc).
4.2 Ví dụ về điều khiển dòng điện (Moment)
Việc điều khiển moment ở driver accelnet giống với điều khiển vận tốc, ta chỉ thay đổi cấu hình trên phần mềm CME2.
a. Điều khiển moment bằng điện áp tương tự
Ta vào Basic Setup/ Change Settings: Brush, Rotary/ Motor Feedback: Incremental/ Operating Mode: Current/ Command Source: Analog Command.
b. Điều khiển moment bằng PWM.
Ta vào Basic Setup/ Change Settings: Brush, Rotary/ Motor Feedback: Incremental/ Operating Mode: Current/ Command Source: PWM Command.
4.3 Ví dụ về điều khiển vị trí
a. Điều khiển vị trí dùng encoder ngoài
+ Ta sẽ dùng encoder có hai kênh A, B lệch nhau 90 độ.
+ Chọn chế độ vị trí và loại tín hiệu điều khiển là Quad AB Encoder.
Ta vào Basic Setup/ Change Settings: Brush, Rotary/ Motor Feedback: Incremental/ Operating Mode: Position/ Command Source: Digital Input.
Chọn ô Digital Input chọn Quar Encoder. Ta có thể điều chỉnh tỉ số xung đầu vào và xung ngỏ ra. Ví dụ động cơ quay 400 xung được một vòng, và encoder ngoài có độ phân giải 200. Để động cơ quay một vòng khi ta xoay encoder một vòng thì ta chọn tỉ số 1 Input = 2 Output.
Video tham khảo
b. Điều khiển vị trí dùng xung chiều
+ Dùng chân số 11 Arduino phát một chuỗi xung ở chân IN7. Và một công tắc đảo chiều nối với chân IN8, lưu ý cần chọn điện trở kéo lên ở mục Input/Output.
+ Code Arduino phát 200 xung có chu kỳ 2mS, sau đó ngừng 3s. Chu kỳ được tiếp tục lặp lại. Tốc độ động cơ phụ thuộc tần số của xung điều khiển.
void setup() {
pinMode(11, OUTPUT);
}
void loop() {
for(int i=0;i<200;i++){
digitalWrite(11,HIGH);
delayMicroseconds(1000); //ON 1mS, OFF 1mS
digitalWrite(11,LOW); // Chu kỳ 2mS
delayMicroseconds(1000);
}
delay(3000);// chờ 3s
}
+ Chọn chế độ vị trí và loại tín hiệu điều khiển là Quad AB Encoder.
Ta vào Basic Setup/ Change Settings: Brush, Rotary/ Motor Feedback: Incremental/ Operating Mode: Position/ Command Source: Digital Input.
Chọn ô Digital Input chọn Pulse and Direction.
Video tham khảo
5. Mua động cơ DC servo giá rẻ, chất lượng
Đặt mua động cơ servo nhiều loại với giá rẻ, uy tín 
+ Cam kết đổi hàng hoặc hoàn tiền trong vòng 3 ngày nếu sản phẩm bị lỗi.
+ Động cơ có hộp giảm tốc và không có hộp giảm tốc
+ Encoder 2 kênh A, B lệch pha nhau 90 độ
+ Điện áp hoạt động < 24VDC
+ Công suất động cơ đa dạng, tốc độ lên đến 6000 vòng /phút
Điều khiển động cơ, Máy điện - Tags: dieu khien dc servo, dieu khien servo, dong co servo dc, motor servo dc
5 Mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều
Điều khiển động cơ một chiều bằng L298
Mạch điều khiển tốc độ Motor DC 220V
Mạch cầu H sử dụng Mosfet – CHI TIẾT NHẤT
Điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng PWM
Điều khiển tốc độ động cơ DC bằng Arduino
Giáo trình máy điện – Đặng Văn Đào