Cách Điều Khiển Một Động Cơ Servo và Các Bộ Phận Bạn Cần

Created: Tháng Bảy 21, 2021
Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Chúng tôi không thường xuyên nói nhiều về điện cơ học ở đây, nhưng việc điều khiển và lái các động cơ nhỏ là những chủ đề quan trọng. Một loại động cơ được tìm thấy trong nhiều sản phẩm tiêu dùng và công nghiệp là động cơ servo. Mặc dù loại động cơ này đòi hỏi một vòng lặp phản hồi kín, bộ mã hóa tích hợp và thuật toán điều khiển, nhưng khả năng kiểm soát vị trí và tốc độ mà chúng cung cấp làm cho chúng có khả năng thích ứng cao trong nhiều ứng dụng.

Câu hỏi về cách lái một động cơ servo đòi hỏi việc xem xét cách cảm biến được triển khai và loại động cơ được lái. Trừ khi bạn đang làm việc với một động cơ servo công suất cao, bạn không cần phải sử dụng các bán dẫn rời để xây dựng mạch điều khiển của mình. Thay vào đó, bạn có thể tìm thấy các bộ điều khiển servo trên thị trường với công cụ tìm kiếm điện tử phù hợp. Hãy xem xét các thành phần bạn sẽ cần để lái và điều khiển động cơ servo, cũng như một số lựa chọn thành phần trên thị trường cho hệ thống điện cơ tiếp theo của bạn.

Cách Lái Một Động Cơ Servo

Trước khi đi vào cách lái một động cơ servo, những người mới làm việc với động cơ servo nên biết rằng động cơ servo không phải là một loại động cơ cụ thể. Thay vào đó, thuật ngữ “servo” chỉ cách mà một động cơ được lái và vị trí, vận tốc, và gia tốc của nó được kiểm soát. Trong một động cơ servo, việc kiểm soát được áp dụng thông qua một vòng lặp phản hồi giữa động cơ và bộ điều khiển, và vị trí/tốc độ của động cơ được cảm nhận với các bộ mã hóa tích hợp trong động cơ. Một số cảm biến cung cấp tính năng này là potentiometers tích hợp, cảm biến hiệu ứng Hall, hoặc LED với một cổng quang và photodiode.

Lái một động cơ servo bao gồm hai yếu tố quan trọng như một phần của mạch lái và điều khiển:

Tín hiệu lái có thể điều chỉnh. Một tín hiệu PWM được sử dụng trong động cơ servo để buộc rotor quay đến một vị trí cụ thể. Bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc, tốc độ quay có thể được điều chỉnh.
Mạch cảm biến và điều khiển. Mạch cảm biến và điều khiển xác định vị trí và tốc độ của rotor khi động cơ hoạt động. Tốc độ chính xác cao có thể được duy trì thông qua điều khiển phản hồi.
Vòng lặp phản hồi và điều chỉnh lái. Điều này có thể được thực hiện với một bộ điều khiển lái chuyên dụng hoặc một MCU. Lưu ý rằng không phải tất cả động cơ servo đều có bộ mã hóa.
Phanh. Chúng tôi luôn thích nói về việc lái động cơ, nhưng hiếm khi bạn nghe ai đó nói về việc phanh động cơ. Servo cần mạch và logic phanh để làm chậm rotor và giữ vị trí của nó sau khi phanh.

Động cơ servo được lái bằng cách gửi một tín hiệu PWM qua dây điều khiển trong khi cung cấp điện cho động cơ. Tùy thuộc vào độ rộng xung, rotor trong động cơ servo có thể quay một góc nhất định, tức là, chu kỳ làm việc xác định vị trí cuối cùng của trục. Động cơ servo có thể được cung cấp điện bằng điện áp DC hoặc AC, và tín hiệu bộ mã hóa (nếu có) đóng vòng lặp phản hồi với bộ xử lý hoặc bộ điều khiển. Kiến trúc cơ bản của một động cơ servo và bộ điều khiển/bộ lái của nó được hiển thị dưới đây.

Sơ đồ khối cho thấy cách điều khiển động cơ servo bằng IC điều khiển động cơ.

Giữ Vị Trí với Servo

Điều tuyệt vời về servo là nó có thể được cấu hình để giữ vị trí của mình giữa các bước kích hoạt. Mô-men xoắn giữ của động cơ servo có thể so sánh với mô-men xoắn từ động cơ bước. Nếu một lực bên ngoài đẩy rotor ra khỏi vị trí đứng yên của nó, bộ mã hóa có thể cảm nhận sự lệch này và khiến bộ điều khiển chống lại lực bên ngoài, giữ vị trí rotor. Servo sẽ giữ bất kỳ lực nào trong mô-men xoắn được chỉ định của nó.

Cấu Tạo của Một Bộ Điều Khiển Servo

Có một số lựa chọn có sẵn cho bộ điều khiển ổ đĩa servo, hoặc bạn có thể xây dựng một bộ điều khiển và mạch điều khiển phù hợp từ các thành phần phổ biến. Một số phương pháp đơn giản để điều khiển và kiểm soát servo bao gồm:

Bộ điều khiển MOSFET kép. Phương pháp này tốt nhất được sử dụng cho servo điện áp thấp và MOSFET có thể được chuyển đổi ở mức logic.
Điều khiển bằng DAC. Dạng sóng điều khiển có thể được tạo trực tiếp thay vì dựa vào bộ điều khiển PWM.
Cầu H điều khiển bằng PWM. Phương pháp này có thể cung cấp dòng điện đồng bộ cao cho động cơ servo.

Trong hai lựa chọn đầu tiên, vòng lặp điều khiển, điều khiển và cảm biến có thể được thực hiện trên một MCU. Trong trường hợp này, sử dụng MOSFET có thể được chuyển đổi ở mức logic và có điện áp định mức cao hơn điện áp của động cơ servo để đảm bảo MOSFET có thể chịu được bất kỳ xung đột nào. Lựa chọn cuối cùng phụ thuộc vào lượng dòng điện cần thiết để điều khiển servo. May mắn thay, có các IC điều khiển có thể được sử dụng với mạch điều khiển động cơ tiêu chuẩn để cung cấp một giải pháp điều khiển/bộ điều khiển đơn lẻ.

Một ví dụ về bộ điều khiển động cơ chính xác giá rẻ SMD (SOIC 24 chân) là LM628/LM629 từ Texas Instruments. Thành phần này tích hợp một vòng lặp điều khiển PID số với điều khiển dựa trên DAC hoặc đầu ra PWM 8 bit để điều khiển một cầu H bên ngoài. Trong phiên bản LM268, một DAC từ 8 bit đến 12 bit bên ngoài được khuyến nghị để tạo ra tín hiệu điều khiển. Bộ điều khiển dựa trên LM629 cung cấp đầu ra PWM 8 bit để điều khiển trực tiếp một cầu H bên ngoài. Cả hai đều có sẵn trong gói DIP 28 chân để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.

Sơ đồ khối cho IC điều khiển động cơ servo LM628 từ Texas Instruments. Từ tài liệu dữ liệu LM628.

Các Thành Phần Khác cho Hệ Thống Điện Cơ

Dù kích thước hay độ phức tạp của mạch điều khiển và ổ đĩa động cơ của bạn là gì, nhiều thành phần sẽ cần thiết để hỗ trợ bộ điều khiển ổ đĩa bạn sử dụng trong hệ thống của mình. Những thành phần này cần làm mọi thứ từ cung cấp điện đến nhận lệnh từ người dùng. Dưới đây là một số thành phần khác bạn có thể cần cho sản phẩm của mình:

Sau khi bạn biết cách điều khiển một động cơ servo, bạn có thể tìm tất cả các linh kiện bạn cần với các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trên Octopart. Khi bạn sử dụng công cụ tìm kiếm điện tử của Octopart, bạn sẽ có quyền truy cập vào một bộ dữ liệu đầy đủ từ nhà phân phối và thông số kỹ thuật của linh kiện, và tất cả đều dễ dàng truy cập qua giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang động cơ và ổ đĩa của chúng tôi để tìm các linh kiện bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.