Tìm hiểu về Encoder trong phản hồi và đo đạc tốc độ động cơ DC
Bài viết này cung cấp những thông tin tổng quan về bộ Encoder trong phản hồi và đo đạc tốc độ động cơ DC nói chung và tốc độ chuyển động quay nói riêng. Encoder rất thông dụng trong nhiều ứng dụng thực tế. Vậy nó hoạt động ra sao? Theo nguyên lý nào ? Mời các bác cùng đọc và tham khảo.
TÌM HIỂU VỀ ENCODER PHẢN HỒI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Bài viết này cung cấp những thông tin tổng quan về bộ Encoder trong phản hồi và đo đạc tốc độ động cơ DC nói chung và tốc độ chuyển động quay nói riêng. Encoder rất thông dụng trong nhiều ứng dụng thực tế, nó có thể được chế tạo riêng lẻ hoặc cũng có thể tích hợp vào động cơ (động cơ phản hồi vòng kín- CLose Loop như DC servo, AC servo). Vậy nó hoạt động ra sao? Theo nguyên lý nào ? Mời các bác cùng đọc và tham khảo.
Bộ Encoder rời trên thị trường
Một loại động cơ DC Servo (DC Encoder) 200 xung của hãng Nidec
Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải đọc được góc quay của motor. Một số phương pháp có thể được dùng để xác định góc quay của motor bao gồm Tachometer (thật ra Tachometer đo vận tốc quay dùng biến trở xoay, hoặc dùng encoder). Trong đó 2 phương pháp đầu tiên là phương pháp Analovà dùng Optiacal encoder (Encoder quang thuộc nhóm phương pháp digital).
Hệ thống Optical encoder bao gồm một nguồn phát quang (thường là hồng ngoại –infrared), một cảm biến quang đọc tín hiệu từ đầu phát và một đĩa có chia rãnh để cắt đường tín hiệu quang phát ra từ mắt phát quang. Optical encoder lại được chia thành 2 loại: Encoder tuyệt đối (Absolute Optical Encoder) và Encoder tương đối (Incremental Optical Encoder). Trong đa số các DC Motor, Incremental Optical Encoder được dùng và mô hình động cơ servo trong bài này cũng không ngoại lệ.
Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index). Trong hình 2 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phat-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu x hiện trên cảm biến.
uất
Như thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển. Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder còn có một
cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha 90o. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết chiều quay của động cơ.
Hai kênh A và B lệch pha trong encoder
Hình trên cùng thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau. Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng ngoại xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang phải. Bạn hãy quan sát lúc
tín hiệu A chuyển từ mức xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức thấp. Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải qua trái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay (thông qua số xung) mà còn
biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh A).
Trên đây là 1 video ngắn mô tả trực quan các Encoder hoạt động với các Sensor quang. Đọc xong bài viết, chúng ta cùng xem video để hiểu hơn về cách thức hoạt động của Encoder nhé các bác!
Bộ Encoder rời trên thị trường
Một loại động cơ DC Servo (DC Encoder) 200 xung của hãng Nidec
Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải đọc được góc quay của motor. Một số phương pháp có thể được dùng để xác định góc quay của motor bao gồm Tachometer (thật ra Tachometer đo vận tốc quay dùng biến trở xoay, hoặc dùng encoder). Trong đó 2 phương pháp đầu tiên là phương pháp Analovà dùng Optiacal encoder (Encoder quang thuộc nhóm phương pháp digital).
Hệ thống Optical encoder bao gồm một nguồn phát quang (thường là hồng ngoại –infrared), một cảm biến quang đọc tín hiệu từ đầu phát và một đĩa có chia rãnh để cắt đường tín hiệu quang phát ra từ mắt phát quang. Optical encoder lại được chia thành 2 loại: Encoder tuyệt đối (Absolute Optical Encoder) và Encoder tương đối (Incremental Optical Encoder). Trong đa số các DC Motor, Incremental Optical Encoder được dùng và mô hình động cơ servo trong bài này cũng không ngoại lệ.
Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index). Trong hình 2 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phat-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này. Đó là kênh I của encoder. Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu x hiện trên cảm biến.
uất Như thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển. Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder còn có một
cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha 90o. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết chiều quay của động cơ.
Hai kênh A và B lệch pha trong encoder Hình trên cùng thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau. Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng ngoại xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang phải. Bạn hãy quan sát lúc
tín hiệu A chuyển từ mức xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức thấp. Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải qua trái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay (thông qua số xung) mà còn
biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh A).
Trên đây là 1 video ngắn mô tả trực quan các Encoder hoạt động với các Sensor quang. Đọc xong bài viết, chúng ta cùng xem video để hiểu hơn về cách thức hoạt động của Encoder nhé các bác!
