Giới thiệu
Trong bài học này, chúng ta sẽ khám phá các nguyên lý cơ bản về điều khiển chuyển động, định nghĩa một số thuật ngữ chính và xác định khối cơ bản của hệ thống điều khiển chuyển động.
Có biểu tượng Bảng chú giải thuật ngữ về Chuyển động ở đầu mỗi trang trong hai học phần tiếp theo. Bảng chú giải thuật ngữ sẽ hiển thị trong cửa sổ riêng để tham khảo.
Di chuyển một Vật
Hãy hình dung bạn phải di chuyển một đồ đạc trong nhà từ phía bên này sang phía bên kia của phòng. Bạn xem xét khoảng cách phải di chuyển, bạn nâng một đầu để đánh giá trọng lượng. Sau đó, bạn cân nhắc xem có phải mất cả ngày để di chuyển hoặc có thể di chuyển xong trong vòng 5 phút không.
Lý do cho tất cả câu hỏi này? Bởi vì có thể bạn cần trợ giúp!
Khối lượng của vật, khoảng cách phải di chuyển và tốc độ cần di chuyển đều quyết định đến lực và năng lượng cần 
để thực hiện công việc.
Để di chuyển một vật ( tải ), bạn cần một bộ điều khiển để đưa ra quyết định, một bộ truyền động để biến các quyết định đó thành hành động và động cơ servo hoặc động cơ AC (cơ bắp) để tác dụng lực cần thiết.
Tham số Chuyển động
Trong điều khiển chuyển động, chuyển động được mô tả bằng 4 tham số cơ bản:
- Vị trí – vị trí hiện tại của một vật
- Gia tốc – tốc độ biến đổi vận tốc
- Vận tốc – tốc độ và hướng chuyển động
- Mô-men xoắn – lực quay cần để di chuyển một vật
Hệ thống điều khiển chuyển động được lập trình để điều khiển một hoặc nhiều tham số sau cho từng trục chuyển động được ứng dụng yêu cầu.
Cấu hình Chuyển động
Để hiểu rõ, phân tích và lập tài liệu tốt hơn về chuyển động, các kỹ sư tạo ra Cấu hình Chuyển động.
Cấu hình Chuyển động mô tả, dưới dạng đồ họa, cách thức ứng dụng thay đổi Vị trí, Vận tốc, Gia tốc hoặc Mô-men xoắn theo thời gian.
Cấu hình Chuyển động về Vận tốc này cho biết việc tăng tốc độ theo thời gian (vùng A), sau đó là hằng số còn lại (vùng B) và cuối cùng là giảm theo thời gian (vùng C). Khi tốc độ tăng hoặc giảm, chúng tôi sử dụng thuật ngữ “tăng tốc” và “giảm tốc”
Nhấp vào hình ảnh để xem ví dụ về Cấu hình Chuyển động này.
Vòng Điều khiển
Vòng điều khiển là điều tối quan trọng để duy trì dạng chuyển động mong muốn. Xem xét ví dụ sau:
Hãy hình dung điều khiển đường trường tự động trên xe. Dạng chuyển động mong muốn là để duy trì tốc độ không đổi bất kể điều kiện đường đi là gì.
Khi xe leo lên đồi, bộ điều khiển cảm nhận được tốc độ giảm và cần mô-men xoắn hơn nữa. Để duy trì tốc độ không đổi, bộ điều khiển sẽ tăng nhiên liệu cho động cơ để bắt đầu leo lên đồi.
Khi xe xuống đồi, cảm biến phát hiện tốc độ tăng và sẽ giảm nhiên liệu cho động cơ để bù trừ trọng lực và duy trì tốc độ không đổi trở lại.
Nhấp vào biểu tượng phát để xem ví dụ sau…
Trong ví dụ vừa rồi, phản hồi thời gian thực được sử dụng để điều chỉnh động cơ xe (mô-men xoắn) và duy trì ở tốc độ không đổi.
Phản hồi được hệ thống truyền động servo sử dụng
để điều chỉnh hoạt động của động cơ và duy trì dạng chuyển động mong muốn.
Hai vòng phản hồi khác cũng phổ biến trong hệ thống điều khiển chuyển động Vòng điều khiển mô-men xoắn (để duy trì mô-men xoắn mong muốn) và Vòng điều khiển vị trí (để duy trì vị trí chính xác).
Các ứng dụng chuyển động công nghiệp sử dụng kết hợp các vòng điều khiển cơ bản này để đạt được dạng chuyển động mong muốn.
Chuyển động Phối hợp
Hệ thống chuyển động có thể chỉ có một trục chuyển động hoặc có thể có nhiều trục chuyển động. Khi các trục này chuyển động, chúng có thể chuyển động độc lập với nhau hoặc chuyển động đồng bộ với các trục khác theo cách phối hợp. Hiện tượng này được gọi là chuyển động phối hợp.
Trong chuyển động Điểm tới Điểm đơn giản, một hoặc nhiều trục chỉ di chuyển một vật từ Điểm A tới Điểm B. Tốc độ của mỗi trục độc lập với nhau. Một trục có thể hoàn tất di chuyển trước các trục khác.
Băng chuyền này chỉ có một trục và di chuyển một khối từ điểm này sang điểm khác.
Tuy nhiên, nếu phải tuân theo một lộ trình cụ thể và phải điều khiển tốc độ trong suốt lộ trình này thì sẽ cần đến một hình thức nội suy để phối hợp điều khiển chuyển động này:
- Nội suy Tuyến tính. Bộ điều khiển tính toán tốc độ yêu cầu đối với mỗi trục để di chuyển một vật theo đường thẳng từ điểm A tới điểm B ở tốc độ mong muốn. Tất cả các trục hoàn tất di chuyển cùng lúc.
- Nội suy Đường tròn. Tương tự với nội suy tuyến tính nhưng lộ trình chuyển động là một hình vòng cung của đường tròn và yêu cầu các phép tính phức tạp hơn từ bộ điều khiển.
Các loại chuyển động phối hợp khác có thể di chuyển một vật qua một tập hợp các điểm định sẵn trong không gian ba chiều! Hoạt động này yêu cầu các phép tính phức tạp hơn nữa.
Nội suy Tuyến tính
Trong ví dụ này, chúng ta cần phải cắt một đoạn 4 cạnh từ một hình vuông lớn hơn.
Chuyển động của lưỡi cắt được điều khiển bởi hai động cơ servo; một cho trục X và một cho trục Y. Việc phối hợp chuyển động của trục X và Y là cần thiết để di chuyển lưỡi cắt theo đường cắt chéo giữa điểm đầu và điểm cuối của vết cắt.
Đây là ví dụ về Nội suy Tuyến tính . Các kỹ sư sử dụng phương pháp này để di chuyển một vật từ điểm này sang điểm khác theo một đường thẳng ở tốc độ cụ thể.
Nhấp vào hình ảnh để xem lại vết cắt.
Nội suy Đường tròn
Trong ví dụ thứ hai này, chúng ta cần phải cắt một đường tròn từ một hình vuông lớn hơn.
Chuyển động của lưỡi cắt vẫn được điều khiển bằng hai động cơ servo; một cho trục X và một cho trục Y. Việc phối hợp chuyển động của trục X và Y là cần thiết để di chuyển lưỡi cắt theo đường tròn giữa điểm đầu và điểm cuối của vết cắt.
Đây là ví dụ về Nội suy Đường tròn . Các kỹ sư sử dụng phương pháp này để di chuyển một vật theo đường cong ở tốc độ cụ thể.
Nhấp vào hình ảnh để xem lại vết cắt.