Báo cáo thiết kế hệ thống điều khiển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Cơ Khí Báo cáo thiết kế hệ thống điều khiển Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS.Hoàng Vĩnh Sinh sinh viên thực hiện: Đào Quang Trường MSSV: 20187503 I/Tìm hàm truyền theo thơng số có sẵn hệ Z1 = Z2 = 20 Tỉ số truyền hệ = Bánh Z1 làm từ gang xám Z2 làm từ thép C45 Tính độ cứng bánh 1: Ta tính hệ số độ cứng dựa biến dạng bánh 1: K 1= Nm =142 Nm/mm 0,014 mm Tính độ cứng bánh 2: Ta tính hệ số độ cứng dựa biến dạng bánh 2: K 2= Nm =222,2 Nm/ mm 0,045 mm Tổng hợp lại ta tính hệ số độ cứng hệ 1 = + = 0,012Nm/mm ¿ 12 Nm /μm K K1 K ¿> K =83,3 Nm/ μm Tra bảng hệ số phụ thuộc vật liệu k xi=0,57 Dựa theo thông số solidwork ta có: Bánh nặng 2,3 (kg) Bánh nặng 2,6 (kg) Dựa theo thơng số solidwork,ta có khối lượng hệ = 4,9 (kg) Từ ta tính hệ số giảm chấn Hệ số giảm chấn hệ: B=2.k xi.√ mK = 23 Thay đại lượng vừa tìm vào phương trình động học Bdy (t ) d y (t ) + Ky ( t ) + m =M (t) dt d t Từ phương trình động học ta thu hàm truyền nhờ phương pháp Laplace =¿ M(S) B S + K +m S2 Thay số ta có hàm truyền hệ: =¿M(S) 23 S+83,3+ 4,9 S II/Mô động hệ: 2.1/mô hàm truyền hệ: Ta dùng hàm Step để kiểm tra hệ: Khơng có tượng vọt lố thời gian đáp ứng lâu Khi chưa có phản hồi sai số ta có đồ thị hiển thị hình: Ta thu đồ thị từ scope: Sử dụng tiêu chuẩn Bode để khảo sát tính ổn định ta có: GM>0 ϕMHệ chưa ổn định Để hệ ổn định ta thêm phản hồi sai số PID controller: 2.2/Mô động cơ: Mơ hình hệ truyềnn động động DC Theo lý thuyết ta có phương trình trạng thái: Phương trình điện: V(t)+ L d i a (t) + R a i a ( t ) =K e ϴ˙ dt Phương trình momen điện từ: M(t)= K t i a ( t ) Phương trình cân momen: J d ωM d t ˙ + B m ϴ=M (t ) Và V(t)= K e d ωM dt Ea =K e ϴ˙ Với Ea điệnáp lõi động Ra điện trở lõi động Ra=11,4 Ω La làđộ tự cảm lõi động , La =0,1214 H i a dòng điện lõi động M (t ) làmomen tải Bm hệ số cản nhớt B m=0,002953 Nm/rad K t số tỉ lệ momen tải K t =1,28 Nm / A K e số tỉ lệ điện áp K e =0,0045 Vs /rad J m làmomen quán tính J m=0,02215 Kg m Sử dụng matlab ta mô động dạng sơ đồ khối sau: Đơn giản hố khối ta có: Kết nối động với hệ có ta khối: 10 Và đơn giản hố khối ta lại thu được: Ta thu đồ thị vân tốc đầu III/Xử lý thông số đầu kiểm nghiệm lại hàm truyền hệ thống: Vận tốc 3.35 6.43 8.86 10.78 12.35 13.63 14.69 15.58 16.33 Thời gian 10 12 14 16 18 11 16.97 17.51 17.97 18.35 18.68 18.96 19.19 19.38 19.54 19.67 19.78 19.87 19.94 20 20 20 20 20 20 20 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 Từ bảng liệu thiết lập sẵn em sử dụng system identfication để vẽ biểu đồ 12 Em sử dụng chức tìm hàm truyền ổn định cho biểu đồ thu biểu đồ đây: 13 Từ system identification ta thu hàm truyền cuối cùng, sử dụng hàm step bode để kiểm tra lại hệ: 14 15 Dựa vào khảo sát ta có GM>0 ϕM>0 =>hệ ổn định IV/Sử dụng ardruino để điều khiển động Mô điều khiển ardruino 16 Bằng cách đặt giá trị vận tốc cần đạt matlab-simulink ta điều khiển xác vận tốc thực tế động thông qua arduino Ta sử dụng mạch cầu H để kết nối arduino với động nguồn điện 12V.Bằng cách sử dụng biến trở ta điều khiển vị trí động cơ.Sử dụng thêm encoder để đo xác vị trí phản hồi động Lập trình arduino: #include #include #define encodPinA1 #define encodPinB1 #define M1 #define M2 10 double kp = , ki = , kd = 0.01; double input = 0, output = 0, setpoint = 0; long temp; volatile long encoderPos = 0; 17 PID myPID(&input, &output, &setpoint, kp, ki, kd, DIRECT); void setup() { pinMode(encodPinA1, INPUT_PULLUP); pinMode(encodPinB1, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(0, encoder, FALLING); TCCR1B = TCCR1B & 0b11111000 | 1; myPID.SetMode(AUTOMATIC); myPID.SetSampleTime(1); myPID.SetOutputLimits(-255, 255); Serial.begin (115200); } void loop() { setpoint = analogRead(0) / 5; input = encoderPos ; // Serial.println(encoderPos); myPID.Compute(); pwmOut(output); } void pwmOut(int out) { if (out > 0) { analogWrite(M1, out); analogWrite(M2, 0); 18 } else { analogWrite(M1, 0); analogWrite(M2, abs(out)); } } void encoder() { if (PINB & 0b00000001) else encoderPos++; encoderPos ; } 19 ... lại hệ: 14 15 Dựa vào khảo sát ta có GM>0 ϕM>0 = >hệ ổn định IV/Sử dụng ardruino để điều khiển động Mô điều khiển ardruino 16 Bằng cách đặt giá trị vận tốc cần đạt matlab-simulink ta điều khiển. .. (kg) Bánh nặng 2,6 (kg) Dựa theo thơng số solidwork,ta có khối lượng hệ = 4,9 (kg) Từ ta tính hệ số giảm chấn Hệ số giảm chấn hệ: B=2.k xi.√ mK = 23 Thay đại lượng vừa tìm vào phương trình động... =¿ M(S) B S + K +m S2 Thay số ta có hàm truyền hệ: =¿M(S) 23 S+83,3+ 4,9 S II/Mô động hệ: 2.1/mô hàm truyền hệ: Ta dùng hàm Step để kiểm tra hệ: Khơng có tượng vọt lố thời gian đáp ứng lâu