Đang tải...

CLB Điện tử - Viễn thông Xu hướng thị trường động cơ servo

Thảo luận trong 'Câu lạc bộ các ngành kỹ thuật' bắt đầu bởi vinamech, 10/5/10.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. vinamech
    Offline

    Tài xế O-H
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    6/2/10
    Số km:
    819
    Được đổ xăng:
    52
    Mã lực:
    51
    Xăng dự trữ:
    399 lít xăng
    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 (DSP) đã tạo ra một công nghệ cho sự lựa chọn trong nhiều ứng dụng. Khi dải thông cho điều khiển tốc độ và mômen đơn giản là hẹp một cách tương đối nếu so sánh với mã hóa tiếng nói, MCUs thường đủ nhanh các việc xử lý DSP nhỏ nhặt. Trong một số trường hợp, mặc dù chúng phải dựa vào các bảng tra (look-up tables) để cho các kết quả xấp xỉ, nhưng MCUs không có tốc độ để thực hiện những thuật toán điều khiển nâng cao được cần đến trong truyền động ổ đĩa cứng có chất lượng cao nhất, các ổ CD-ROM hay DVD. Tuy nhiên, các bộ điều khiển đĩa này có yêu cầu cao hơn các bộ điều khiển tốc độ động cơ. Chúng phải đảm bảo điều khiển vị trí servo của phần cơ khí đọc (và viết) mà thường là các động cơ tuyến tính. Điều khiển thích nghi là cần thiết cho các trường hợp này để bù sự thay đổi nhiệt, sự lão hóa (aging) của đĩa và các lực gia tốc vật lý.
    Một ứng dụng khác của DSP servo là truyền động băng từ và máy vẽ dùng bút. Các ứng dụng servo không cần máy tính có thể kể đến cánh tay máy hay điều khiển trục và các hàm điều khiển vị trí môtơ hóa trong đó có các điều khiển bám và tương tự. Các ứng dụng của điều khiển servo bao gồm phanh chống trượt (anti-skid braking) (được thực hiện chủ yếu với MCUs nhưng có vẻ như đang thay đổi) và thậm chí là các hệ thống lái (không thủy lực). Các hệ thống điều khiển được sử dụng trong quân sự để ổn định các bệ phóng, định vị phóng và dẫn đường cho tên lửa. Các thuật toán thường được áp dụng cho điều khiển servo bao gồm lọc Kalman cũng như điều khiển dead-beat, thích nghi và tối ưu.
    Đáp ứng yêu cầu về khả năng điều khiển động cơ tần số thấp, các MCUs như Motorola 80196 được tăng cường tính năng toán học làm cho chúng có sức hấp dẫn với các xử lý DSP. Sản phẩm Motorola bao gồm bộ nhân song song và các chỉ dẫn DSP được thêm vào tập chỉ dẫn của 68HC11 thông thường (đơn vị 8 bit tiền nhiệm). Họ Intel 80C196 giữ khả năng MAC của nó được tăng cường. Thời gian MAC của họ 196 giảm từ 2.3s xuống còn 640ns và vào năm 1996 (bộ 80286 mới) chỉ còn 80ns và cuối cùng là đi đến không gian thực hiện chip DSP. Cả hai họ Motorola và Intel MCUs đề cập ở trên được áp dụng trong các ứng dụng điều khiển đĩa, nhưng đồng thời cũng được áp dụng cho các chức năng điều khiển động cơ khác.
    DSP đã được áp dụng rộng rãi cho điều khiển động cơ bước và điều khiển vòng kín cho các động cơ servo một chiều. Cả MCUs và DSPs được áp dụng trong một số động cơ ba pha, hầu hết là các ứng dụng chuyển mạch số, nhưng thị trường cho động cơ một pha vẫn còn là thách thức đối với DSP. Tuy nhiên hiện nay, ứng dụng điều khiển động cơ không đồng bộ một pha đang trở thành thực tế.

    Để đánh giá tốt hơn về thị trường điều khiển động cơ, Analog Devices đã đầu tư sâu để phát triển các bộ biến đổi A/D lấy mẫu liên tục (cho các hệ công suất ba pha), bộ đồng xử lý chuyển động (ADMC201) được thiết kế cho việc sử dụng với họ ADI 21xx của các chip DSP và, gần đây nhất, ADMC330 được xác định là IC điều khiển chuyển động gồm một lõi DSP, 7 kênh biến đổi A/D (đồng bộ hóa với tần số chuyển mạch PWM để giảm thiểu nhấp nhô dòng động cơ), hai timer phụ PWM để hiệu chỉnh hệ số công suất và ngoại vi MCU thông thường. ADMC330 được làm thử và cuối năm 1996 với giá 10.00 đôla.

    Texas Instruments (TI) cũng bắt đầu tham dự thị trường động cơ công nghiệp. TI thống lĩnh thị trường bộ điều khiển truyền động cho đĩa cứng nhưng đã giới thiệu chip mới nhắm vào điều khiển động cơ công nghiệp vào cuối năm sau đó. Bộ điều khiển DSP TMS320C240 tổ hợp lõi C2xLP của công ty với bộ quản lý sự kiện tối ưu hóa điều khiển chuyển động, các bộ biến đổi A/D kép và các ngoại vi kiểu MCU. C240 có giá 10.00 đôla, nhưng các version được hy vọng giảm giá xuống chỉ còn lân cận 5.00 đôla trong tương lai. Version với bộ nhớ flash đã hiện hữu cho các mục đích phát triển.
    Các phát triển mạnh mẽ nhất cho DSP trong điều khiển chuyển động xuất hiện ở châu Âu và Nhật bản là những nơi dường như có giá trị cao về các động cơ nhỏ hơn, êm hơn và hiệu suất tốt hơn cho các dụng cụ gia đình. Ví dụ, thị trường tự động châu Âu đã chín muồi cho truyền động công suất dựa trên các động cơ điện được điều khiển bởi DSP.
    Nhưng sự phát triển điều khiển chuyển động dùng DSP không thể xảy ra trong chân không. Theo đó, sự phát triển các động cơ tuân theo điều khiển DSP. Ví dụ, các động cơ từ kháng chuyển mạch (động cơ một chiều không có cuộn dây rôto và không có nam châm vĩnh cửu - SR) được điều khiển bởi DSP rốt cuộc là giải pháp rẻ nhất cho nhiều ứng dụng. Hơn nữa, vì tính đơn giản và khắt khe của rôto, SR có thể hoạt động ở tốc độ lớn hơn tốc độ của động cơ không đồng bộ và có thể tăng mômen sản sinh thông qua hộp số điện từ. Hiệu suất năng lượng cao và mômen ở tốc độ thấp lớn tạo ra sự quan tâm cao trong kỹ thuật, nhưng mãi cho đến gần đây, giá thành của phần điện tử đi kèm với động cơ SR cũng đắt như các phần cơ khí. Điều đó tạo ta tính không thực tế cho các ứng dụng mức độ cao. Các động cơ SR đòi hỏi chiến lược chuyển mạch phức tạp mà có thể được thực hiện tốt nhất bằng các DSP chip, vì vậy tương lai của các động cơ SR có vẻ sáng lạng.
    http://www.techonline.com
    Không dừng lại mà tiếp tục phát triển, đó là điều có thể nói về thị trường thành phần trợ động tự động hóa . Những bước tiến kích thước cũng như tính năng mới cho các hệ thống tự động hóa và điều khiển thế hệ mới.
    Động cơ trợ động (servo), được lắp đặt trong vô số quá trình và hệ thống, cũng thay đổi và được cải tiến liên tục để đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe trong các hệ thống này như momen cao hơn, kích cỡ nhỏ hơn, khả năng phản hồi vị trí tuyệt đối, và khả năng điều khiển bằng phần mềm.

    Những ứng dụng cơ bản của động cơ servo

    Để đánh giá tầm ảnh hưởng của những tiến bộ mới nhất đối với việc lựa chọn và sử dụng động cơ servo, gần đây, tạp chí Control Engineering và Nhóm Nghiên cứu của Reed Research đã tiến hành một cuộc khảo sát với độc giả qua email hoặc gửi trực tuyến để họ chia sẻ quan điểm về dòng sản phẩm này. Dưới đây là một số đánh giá thu được từ cuộc khảo sát vào cuối năm 2007.

    Ứng dụng cơ bản và loại động cơ được ưu chuộng:

    Với 385 phiếu bầu chọn, khoảng 54% cho thấy họ sẽ xây dựng đặc tả, đề xuất, và/hoặc mua các động cơ servo để phục vụ các yêu cầu tại nhà xưởng, 25% cho các ứng dụng OEM (thiết bị gốc), và 21% cho cả hai mục đích trên. Kết quả này có thay đổi so với cuộc khảo sát trước đây, được tiến hành vào năm 2005.

    Phân tích kỹ hơn cách thức sử dụng, cuộc khảo sát cho thấy khoảng 57% các loại động cơ servo phục vụ các ứng dụng mới. Những ứng dụng thay thế chỉ chiếm hơn 26%, trong khi thiết bị bổ sung chiếm 16,5% tổng số. Kết quả này cũng tương tự như cuộc khảo sát lần trước, và phân tích thống kê lần này cho thấy sự tăng nhẹ trong các ứng dụng mới (từ 52%) và giảm một chút trong việc bổ sung thiết bị (từ 22%). Ứng dụng thay thế vẫn ổn định với 26%.
    Khi được hỏi về các ứng dụng chủ yếu của động cơ servo, gần một nửa số người tham gia (45%) coi điều khiển chuyển động là ứng dụng hàng đầu. Những ứng dụng khác bao gồm máy đóng gói bao bì (chiếm 12%), máy công cụ và thiết bị CNC (11%), 6% dành cho dây chuyền lắp ráp và thiết bị vận chuyển vật tư. Những ứng dụng khác chiếm tỷ lệ rất nhỏ, dưới 5% số người tham gia khảo sát, đó là lắp ráp ô tô, thiết bị in, xử lí bột giấy, giấy, băng giấy,và các hệ thống tự động lắp trên xe. Khoảng 9% người tham gia chọn “ứng dụng khác” (hình bên).

    Người tham gia khảo sát cũng được hỏi một loạt các đặc tính ưu tiên đối với động cơ servo, bao gồm: chủng loại, kích cỡ, tốc độ và cấu hình.

    Có tới hơn một nửa người tham gia khảo sát muốn sử dụng loại động cơ servo không chổi than. Động cơ với motor bước được yêu chuộng hơn (36%) so với động cơ cảm ứng xoay chiều (31%) và động cơ tuyến tính không chổi than, sử dụng nam châm vĩnh cửu (22%). Phần còn lại thuộc về động cơ một chiều có chổi than(17%), động cơ tuyến tính có chổi than (7%), và động cơ từ trở (2%).

    Những đặc tính hoạt động được mong đợi nhất của động cơ servo
    Chức năng và đặc điểm:
    Khi những người tham gia được yêu cầu đánh giá một loạt các đặc tính chức năng với các tiêu chí từ “rất quan trọng” tới “không quan trọng chút nào”, hầu như tất cả (chiếm 97%) đều nhất trí giá cả là rất quan trọng hoặc khá quan trọng. Tỷ lệ này thấp hơn đôi chút ở các tiêu chí khác như kiểu lắp đặt (95%), và kích cỡ tiêu chuẩn như NEMA 23, 24, 42 vv. (91%). Chức năng bảo vệ EMI/RFI cũng được người tiêu dùng đánh giá cao (90%), vỏ bọc thông thường (87%): cấp bảo vệ IP 65 hoặc cao hơn (83%); và phanh cơ khí tích hợp (80%).

    Người tham gia khảo sát gặp chút bối rối khi đánh giá hiệu quả hoạt động. Có tới gần 90% số người tham gia đánh dấu rất quan trọng hoặc khá quan trọng trên các tính chất nói trên, bao gồm tỷ số momen/quán tính cao (96%), momen cao ở tốc độ thấp (96%), momen đầu ra cao (95%), phần mềm để cài đặt/ điều khiển (92%), mật độ công suất cao (92%), dải tốc độ rộng (92%), và suy giảm momen thấp (90%). Tuy vậy, “lực quán tính khác nhau của rotor có trong cùng một kích thước động cơ” và “thiết kế rotor có nam châm vĩnh cửu bên trong” được đánh giá là không quan trọng do gần chỉ có 23 % và 17% số người tham gia khảo sát đánh dấu vào tính chất này.

    Thực tế thì ứng dụng khó hơn nhiều so với đọc hiểu các tính chất và hiệu năng của sản phẩm vì vậy “nếu muốn mua động cơ trợ động, cần hiểu rõ yêu cầu momen xoắn, công suất cần thiết cho ứng dụng mà bạn quan tâm. Nếu chưa yên tâm hãy hỏi nhà cung cấp hoặc nhà sản xuất động cơ đó, bạn sẽ có nhu cầu trả lời thỏa đáng”.

    Những tiến bộ trong chế tạo động cơ servo, những bước tiến và tính năng được tăng cường
    Mạng truyền thông hiện nay đang được sử dụng cho động cơ servo
    Cuộc khảo sát cho thấy 41 % người được hỏi sử dụng thiết bị này trong hệ thống mạng. Hiện tại, hai giao thức phổ biến nhất đang sử dụng là EtherNet/IP và SERCOS. Gần một nửa tổng số người (49%) cho biết họ đang sử dụng và sẽ tiếp tục sử dụng những mạng này trong 12 tháng tới. Các mạng khác được số đông người hưởng ứng đưa ra bao gồm DeviceNet (32%), Profibus (31%), và Modbus TCP/IP (22%). Khi được hỏi về kế hoạch sử dụng loại giao thức mà hiện tại chưa được lắp đặt cho các ứng dụng này thì người tham gia khảo sát hướng tới SERCOS III (19%), EtherNet IP (14%), EtherCAT (12%), và Profinet (11%), như là những lựa chọn hàng đầu.

    Lấy ý kiến về động cơ servo tích hợp sẵn bộ điều khiển, truyền động và phản hồi bên trong vỏ động cơ, chỉ khoảng 1/3 số người tham gia (30%) cho biết họ đang sử dụng các thiết bọ như vậy. Tuy nhiên, số khác (chiếm 19 %) lại lưu ý rằng mặc dù hiện nay họ không sử dụng động cơ servo trong những cấu hình này, nhưng họ có kế hoạch sử dụng chúng trong 12 tháng tới. Chỉ hơn 2/5 (41%) cho biết họ sử dụng các động cơ servo tuyến tính, và một số nữa, chiếm 22% đồng ý rằng họ có kế hoạch bổ sung chúng trong 12 tháng tới.

    Mặc dù các ứng dụng của động cơ servo không tiên tiến hơn so với nhiều năm về trước, nhưng cách thức trong các sản phẩm mà chúng có mặt cũng đã tiến bộ. “Hãy đảm bảo rằng thiết bị dễ cài đặt và có thể truyền thông với tất cả các PLC”. Một người nữa lại nói: Đừng ngại ngần khi sử dụng động cơ servo. Chúng đã trở nên dễ dàng cài đặt và sử dụng hơn rất nhiều so với 10 năm về trước”.
    Xu hướng hiện tại và tương lai:
    Có tới 52% người được hỏi muốn mua loại động cơ điện động, tích hợp bộ truyền động. 21 % cho biết họ mua động cơ và bộ truyền động riểng lẻ và 15% chọn mua động cơ và truyền động tích hợp; 12 % cho biết họ không ưu tiên gì cả. Về mặt tốc độ, 76% cho biết họ cần tốc độ lên tới 3.000 vòng/phút. Chỉ số ít (9%) cần tốc độ trên 10.000 vòng/phút. Khoảng 43% nói rằng họ sử dụng động cơ servo có tốc độ 3001 tới 4000 vòng/phút, 37% lại cần các thiết bị với tốc độ từ 4000 đến 6000 vòng/phút, và 12 % cho rằng họ cần tốc độ từ 6000 đến 10000 vòng/phút.

    Khi được hỏi về giá trị công suất định mức và kích thước của động cơ servo đang sử dụng và giá trị định mức nào theo dự kiến sẽ được sử dụng trong tương lai, hầu hết những người hưởng ứng (71%) cho biết họ đã sử dụng và có kế hoạch tiếp tục sử dụng các động cơ có công suất lên tới 1kW trong 12 tháng tiếp theo.

    Tình hình chỉ tiêu dành cho động cơ servo
    56% đang và sẽ có kế hoạch sử dụng các thiết bị từ 1 tới 5kW. Chỉ một số ít sử dụng và có kế hoạch tiếp tục sử dụng động cơ servo có giá trị định mức hơn 30 kW. Hầu hết (78%) chỉ ra rằng họ không sử dụng hoặc có ý định sử dụng thiết bị có công suất trên 30kW trong 12 tháng tới.

    Nhìn chung, thị trường servo có vẻ ổn định với khoảng một nửa số người tham gia khảo sát cho biết họ có kế hoạch duy trì mức chi tiêu hiện tại cho thiết bị này trong 21 tháng tới. Hơn 1/3 (35%) có kế hoạch tăng, trong khi chỉ 14 % dự báo sẽ giảm. Mức chi tiêu trong 12 tháng qua là $15000 - $36000 đối với khoảng 1/5 những người hưởng ứng (21%); 17 % nữa thì ở mức $5000 - $14999; và 17% nữa thì ở mức $37.000 – $99.999. Điều ngạc nhiên là gần 18% cho biết họ đã bỏ ra $100.000 hoặc hơn cho các động cơ servo điện tong 12 tháng qua. Và ai có thể chắc rằng thị trường cho động cơ trợ lực sẽ thay đổi thế nào ở Việt Nam trong những năm tới.
    Theo www:mechanic.com.vn
     

Chia sẻ trang này