Động cơ servo hoạt động như thế nào? Động cơ servo là một thiết bị cơ điện tạo ra mô-men xoắn và vận tốc dựa trên dòng điện và điện áp được cung cấp. Động cơ servo hoạt động như một phần của hệ thống vòng kín cung cấp mô-men xoắn và vận tốc theo lệnh từ bộ điều khiển servo sử dụng thiết bị phản hồi để đóng vòng lặp. Thiết bị phản hồi cung cấp thông tin như dòng điện, vận tốc hoặc vị trí cho bộ điều khiển servo, giúp điều chỉnh hoạt động của động cơ tùy thuộc vào các thông số được lệnh.
Động cơ servo có rất nhiều loại, hình dạng và kích cỡ. Thuật ngữ servo được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1859 bởi Joseph Facort, người đã thực hiện cơ chế phản hồi để hỗ trợ lái tàu bằng hơi nước để điều khiển bánh lái. Động cơ servo là một phần của cơ cấu servo bao gồm ba bộ phận chính – động cơ, thiết bị phản hồi và thiết bị điện tử điều khiển. Động cơ có thể là AC hoặc DC, có chổi than hoặc không chổi than, quay hoặc tuyến tính và có kích thước bất kỳ. Thiết bị phản hồi có thể là chiết áp, thiết bị hiệu ứng Hall, máy đo tốc độ, bộ phân giải, bộ mã hóa, bộ chuyển đổi tuyến tính hoặc bất kỳ cảm biến nào khác nếu thích hợp. Hoàn thiện hệ thống servo là các thiết bị điện tử điều khiển cấp nguồn cho động cơ và so sánh dữ liệu phản hồi và tham chiếu lệnh để xác minh rằng động cơ servo đang hoạt động theo lệnh. Có nhiều loại ứng dụng động cơ servo, từ động cơ DC đơn giản được sử dụng trong các ứng dụng theo sở thích (chẳng hạn như máy bay mô hình) đến động cơ không chổi than phức tạp được điều khiển bởi bộ điều khiển chuyển động phức tạp được sử dụng cho các trung tâm gia công nhiều trục. Một ví dụ về cơ cấu servo phổ biến là hệ thống điều khiển hành trình của xe bao gồm động cơ (động cơ), cảm biến tốc độ (phản hồi) và thiết bị điện tử để so sánh tốc độ của xe với tốc độ đã đặt. Nếu xe chạy chậm lại, cảm biến sẽ cung cấp dữ liệu này cho thiết bị điện tử, từ đó sẽ tăng lượng khí vào động cơ để tăng tốc độ đến điểm đặt mong muốn – một hệ thống vòng kín đơn giản.
Một động cơ servo công nghiệp đơn giản bao gồm một động cơ DC nam châm vĩnh cửu với một máy đo tốc độ tích hợp cung cấp điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với tốc độ. Các thiết bị điện tử truyền động cung cấp điện áp và dòng điện cần thiết cho động cơ dựa trên điện áp được phản hồi từ máy đo tốc độ. Trong ví dụ này, tốc độ yêu cầu (được biểu thị dưới dạng điện áp tham chiếu lệnh) được đặt trong trình điều khiển, sau đó mạch điện trong trình điều khiển sẽ so sánh điện áp phản hồi của máy đo tốc độ và xác định xem tốc độ mong muốn có đạt được hay không - được gọi là vòng vận tốc khép kín. Vòng vận tốc đang theo dõi tốc độ yêu cầu và phản hồi của máy đo tốc độ, trong khi người lái điều chỉnh công suất cho động cơ để duy trì vận tốc yêu cầu mong muốn.
Trong hệ thống servo phức tạp hơn, nhiều vòng lặp nhúng được điều chỉnh để có hiệu suất tối ưu nhằm cung cấp khả năng điều khiển chuyển động chính xác. Hệ thống bao gồm các vòng dòng điện, vận tốc và vị trí sử dụng các phần tử phản hồi chính xác. Mỗi vòng lặp báo hiệu cho vòng lặp tiếp theo và giám sát các phần tử phản hồi thích hợp để thực hiện các hiệu chỉnh theo thời gian thực cho phù hợp với các tham số được chỉ huy.
Vòng cơ sở là vòng dòng điện hoặc vòng mô men xoắn. Dòng điện tỷ lệ thuận với mô-men xoắn trong động cơ quay (hoặc lực trong động cơ tuyến tính), cung cấp khả năng tăng tốc hoặc lực đẩy. Cảm biến dòng điện là thiết bị cung cấp phản hồi liên quan đến dòng điện chạy qua động cơ. Cảm biến sẽ gửi tín hiệu trở lại thiết bị điện tử điều khiển - thường là tín hiệu analog hoặc kỹ thuật số tỷ lệ với dòng điện của động cơ. Tín hiệu này được trừ khỏi tín hiệu lệnh. Khi mô tơ servo ở mức dòng lệnh, vòng lặp sẽ được đáp ứng cho đến khi dòng điện giảm xuống dưới dòng lệnh. Sau đó, vòng lặp sẽ tăng dòng điện cho đến khi đạt được dòng lệnh, với chu kỳ tiếp tục ở tốc độ cập nhật dưới giây.
Vòng vận tốc hoạt động theo kiểu tương tự với điện áp tỷ lệ thuận với vận tốc. Vòng lặp vận tốc sẽ gửi lệnh cho vòng lặp hiện tại để tăng dòng điện (do đó làm tăng điện áp) khi vận tốc giảm xuống dưới vận tốc yêu cầu.
Vòng lặp vị trí chấp nhận lệnh cho PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động, từ đó cung cấp lệnh vận tốc được đưa đến vòng vận tốc, từ đó ra lệnh cho dòng điện cần thiết để tăng tốc, duy trì và giảm tốc động cơ để di chuyển đến vị trí được lệnh . Tất cả ba vòng đều hoạt động đồng bộ được tối ưu hóa để mang lại khả năng điều khiển trơn tru và chính xác cho cơ cấu servo.