Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC servo RH14-6003 Matlab

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .2 CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 146003 .3 1.1 Giới thiệu động servo 1.2 Thông số động DC Servo Harmonic RHS 14-6003 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 14-6003 2.1 Xây dựng hệ phương trình tốn học động DC servo RHS 14-6003 2.2 Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 14-6003 11 2.3 Nhận xét 15 KẾT LUẬN .17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 MỞ ĐẦU Trong năm gần cơng nghệ thơng tin có bước nhảy vọt, đặc biệt đời máy tính tạo cho xã hội bước phát triển mới, ảnh hưởng đến hầu hết vấn đề xã hội cơng nghiệp Hịa phát triển đó, ngày nhiều nhà sản xuất ứng dụng họ vi xử lý mạnh vào công nghiệp, việc điều khiển xử lý liệu Những hạn chế kỹ thuật tương tự trôi thông số, làm việc cố định dài hạn, khó khăn việc thực chức điều khiển phức tạp thúc đẩy việc chuyển nhanh công nghệ số Ngoài điều khiển số cho phép tiết kiện linh kiện phần cứng, cho phép tiêu chuẩn hóa Với vi xử lý, cấu trúc phần cứng dùng cho nhiều ứng dụng khác Tuy nhiên kỹ thuật số có nhược điểm xử lý tín hiệu rời rạc…, đồng thời tín hiệu tương tự có ưu điểm mà kỹ thuật số khơng có tác động nhanh liên tục Vì xu hướng điều khiển phối hợp điều khiển số điều khiển tương tự Để nắm vững kiến thức học việc nghiên cứu cần thiết sinh viên Bài tập lớn Môn “Điều khiển số” giúp em biết thêm nhiều kiến thức lẫn kinh nghiệm Dưới hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Tiến em thực xong tập “Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 14-6003.” Do kiến thức cịn hạn chế nên tập cịn có nhiều sai sót, nên em mong nhận bổ sung thầy, cô bạn! CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 14-6003 1.1 Giới thiệu động servo Là động cho phép điều khiển vô cấp tốc độ Điều khiển động DC (DC Motor) ứng dụng thuộc dạng điều khiển tự động DC Motor cấu chấp hành (actuator) dùng nhiều hệ thống tự động (ví dụ robot) DC servo motor động DC có điều khiển hồi tiếp Mặt khác, động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Động servo có nhiều kiểu dáng kích thước, sử dụng nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển máy tính mơ hình máy bay, ô tô Ứng dụng cho động servo dùng Robot, loại với động dùng mơ hình máy bay tơ Cấu tạo động Servo: Hình 1.1: Cấu tạo động servo 1, Động ; 2, Bản mạch 3, dây dương nguồn ; 4, Dây tín hiệu 5, Dây âm nguồn ; 6, Điện kế 7, Đầu (bánh răng) ; 8, Cơ cấu chấp hành 9, Vỏ ; 10, Chíp điều khiển 1.2 Thơng số động DC Servo Harmonic RHS 14-6003 Động DC Servo Harmonic loại động bước nhỏ, sử dụng công nghiệp, khả điều khiển chuyển động momen xoắn với độ xác cao Động có hộp số cho momen xoắn cao, độ cứng xoắn cao hiệu suất cao Do mà sử dụng robot cơng nghiệp tự động hóa Hình 1.2: Đặc tính tải động Thơng số kỹ thuật động cơ: Thông số Đơn vị Công suất đầu (sau hộp số) W 34 Điện áp định mức V 75 Dòng điện định mức A In-lb 48 Nm 98 rpm 5.4 In-lb 54 Nm 6.1 A 2.4 In-lb 155 Nm 18 rpm 100 In-lb/A 80 Nm/A 8.9 v/rpm 0.9 In-bl –sec2 0.41 Kgm2 0.45 ms 6.7 In-lb/rpm 6.2 Nm/rpm 0.71 In-lb/rpm 0.20 Mômen định mức TN Tốc độ định mức nN Mômen hãm liên tục Dịng đỉnh Mơmen cực đại đầu Tm Tốc độ cực đại Hằng số mômen (KT) Động RHS 14-6003 Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb) Mơ men qn tính (J) Hằng số thời gian khí Độ dốc đặc tính Hệ số momen nhớt ( Bf) Nm/rpm Tỷ số truyền 1:R 2.3*10^-2 1:50 lb 88 N 392 lb 88 N 784 Công suất động W 392 Tốc độ định mức động rpm 3000 Điện trở phần ứng Ω 11.6 Điện cảm phần ứng mH 4.5 Dòng thời gian liên tục ms 0.4 Dòng khởi động A 0.25 Dịng khơng tải A 0.4 Tải trọng hướng tâm Tải trọng hướng trục CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 14-6003 2.1 Xây dựng hệ phương trình tốn học động DC servo RHS 14-6003 Các tham số động RHS 14-6003: Ra= 11.6Ω La= 4.5mH=4.5*10^-3H Kt=8.9Nm/A Kb=0.9v/rpm Bf=2.3*10^-2 J=0.45kgm2 Khảo sát: Biến đổi Laplace: Biến đổi Laplace: Mô động miền thời gian liên tục Hình Cấu trúc động DC Servo Kết mô DC servo Harmonic RHS 14 – 6003 với điện áp định mức 75 V Khi khơng có Mc: Hình 2 Đặc tính tốc độ động khơng tải Khi có Mc: Hình Dịng điện động có tải Hình Tốc độ động có tải Nhận xét: Dịng điện Ngay đóng điện dịng điện tăng vọt lên 6.5A khoảng thời gian ngắn (dịng khởi động) nhanh chóng chở trạng thái xác lập Ở trường hợp khơng có tác động Mc (khơng có tải) dịng điện (hình 2.5) dịng điện nhanh chóng vào trạng thái xác lập, cịn có tác động Mc (khi cấp tải định mức) dịng điện tăng lên đến dịng điện định mức (I = 6.5A) sau vào trạng thái xác lập với I = 0.8A Tốc độ Ở trường hợp khơng có tác động Mc (khơng có tải) tốc độ (hình 2.3) tốc độ nhanh chóng vào trạng thái xác lập (v = 3600 Rpm) cịn có tác động Mc (khi cấp tải định mức) tốc độ giảm xuống đến tốc độ định mức (v = 300 Rpm) sau vào trạng thái xác lập với v = 300Rpm.Mô động miền thời gian gián đoạn >> G1=1/(L*s+R) G1 =1/(0.00045s + 11.6) >> G2=Kt 10 G2 = 8.9000 >> G3=1/(J*s+Bf) G3 =1/ (0.45s + 0.0023) >> G0=G1*G2*G3 G0 =8.9/(0.002025s^2 + 5.22s + 0.02668) >> Gws=feedback(G0,Kb) Gws =8.9/(0.0002025s^2 + 5.22s + 8.037) >> Gwz=c2d(Gws,1,'zoh') Gwz =0.8699 z + 1.419e-05/(z^2 - 0.2144z) >> step(75*Gz) Hình Chu kỳ trích mẫu T=1s 11 Hình Chu kỳ trích mẫu T=0.01s Nhận xét: Khi tăng chu kỳ trích mẫu lớn hớn đáp ứng đầu nhanh nhiên dạng đáp ứng không mịn 2.2 Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 14-6003 * Thiết kế điều khiển xấp xỉ - Chọn Usp= 10V, khâu băm xung điều khiển 20kHz, điều khiển: -Chọn khâu phản hồi có dạng: 12 Hình Mơ hình matlab Sử dụng phần tune matlab để tính thơng số P, I, D: Hình Chế độ tune matlab P= 0.0225 I= 0.1048 Khi chưa có Mc: 13 Hình Tốc độ chưa có Mc Khi có Mc thời điểm 2s Hình 10 Tốc độ có Mc thời điểm 2s 14 Hình 11 Dịng điện có Mc thời điểm 2s Nhận xét: Thời gian đáp ứng nhanh, có tác động Mc tốc độ có bị tụt xuống thới gian ngắn (chỉ khoảng 0.4s) nhờ điều khiển, tốc độ nhanh chóng trở tốc độ định mức xác lập * Bộ điều khiển số: Xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật thành phần D bậc 1: GR(z)= Với: , , Thơng số từ điều khiển PID ta có: Suy r0=0.0225, r1=-0.0224 Xây dựng Simulink matlab 15 Hình 12 Vận tốc đặt 2000 rpm Kết mơ phỏng: Hình 13 Đáp ứng tốc độ 16 Hình 14 Đáp ứng dịng điện 2.3 Nhận xét Các kết mô cho thấy đáp ứng điều khiển miền liên tục đáp ứng điều khiển số xấp xỉ liên tục Khẳng định thuật toán cách thức xây dựng điều khiển số xấp xỉ liên tục hồn tồn xác Kết cho thấy việc chọn chu kì trích mẫu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển hệ thống Chu kì trích mẫu nhỏ cho phép ta thiết kế điều khiển có chất lượng cao Tuy nhiên lúc ta lựa chọn chu kì trích mẫu nhỏ, điều phụ thuộc vào lực tính tốn thiết bị, tài nguyên hỗ trợ thân hệ thống cần điều khiển 17 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế hoàn thiện tập lớn nhóm em hồn thành thời hạn, đáp ứng yêu cầu đề tài : “Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 14-6003.” Bên cạnh đó, sau hồn thành tập lớn nhóm em phần tiếp thu thêm cách tìm kiếm tài liệu, tổng hợp thơng tin, kỹ trình bày, … cách xác khoa học hơn, góp phần cải thiện cho công việc nghiên cứu, học tập thân sau Trong q trình hồn thành tập lớn, với kiến thức cịn hạn chế nhóm em khơng thể tránh khỏi thiếu sót khơng mong muốn, mong thầy thông cảm, giành ý kiến bổ sung góp phần giúp đỡ nhóm em hồn thiện tốt hơn, em xin chân thành cảm ơn Hải phòng, ngày 14 tháng 12 năm 2021 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ ỨNG DỤNG – TS Nguyễn Khắc Khiêm, TS Phạm Tuấn Anh – nhà xuất Hàng Hải, 2018 19 ... mịn 2.2 Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 14-6003 * Thiết kế điều khiển xấp xỉ - Chọn Usp= 10V, khâu băm xung điều khiển 20kHz, điều khiển: -Chọn khâu phản... QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 14-6003 1.1 Giới thiệu động servo Là động cho phép điều khiển vô cấp tốc độ Điều khiển động DC (DC Motor) ứng dụng thuộc dạng điều khiển tự động DC Motor... thống tự động (ví dụ robot) DC servo motor động DC có điều khiển hồi tiếp Mặt khác, động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc