MỞ ĐẦU1CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 5A550221.1.Khái quát về động cơ Servo21.1.1.Khái niệm về động cơ Servo21.1.2.Cấu tạo động cơ Servo31.1.3.Nguyên lý hoạt động của motor servo41.1.4.Ứng dụng của động cơ servo51.2.Động cơ DC SERVO HARMONIC RH 5A55028CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC VÀ KHẢO SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 5A5502112.1.Mô tả đối tượng điều khiển112.2.Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục132.3.Khảo sát ảnh hưởng của chu kỳ trích mẫu T đến tính ổn định của hệ thống17CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XẤP XỈ LIÊN TỤC KHÂU ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 5A5502233.1.Các phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục233.1.1.Xấp xỉ thành phần tích phân233.1.2.Xấp xỉ thành phần D243.1.3.Xấp xỉ luật PID253.2.Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ263.2.1.Xây dựng bộ PID điều khiển tốc độ động cơ263.2.2.Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ303.2.3.So sánh chất lượng điều khiển và kết luận giữa bộ điều khiển xấp xỉ với bộ điều khiển liên tục PI34Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC SERVO HARMONIC RH 5A 5502
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ ỨNG DỤNG MÃ HỌC PHẦN: Giảng viên: Lớp: Nhóm sinh viên: Điều khiển số ứng dụng – N04 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Điện khiển số ứng dụng môn quan trọng nghành điện tử Nó đóng vai trị lớn việc nghiên cứu chế tạo thiết bị điện tử phục vụ cho người sống Để tìm hiểu phạm trù nhỏ môn điều khiển số ứng dụng chúng em xin phân tích ứng dụng thơng dụng đề tài: “Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RH 5A-5502.” CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 5A-5502 1.1 Khái quát động Servo 1.1.1 Khái niệm động Servo Động servo hay gọi servo motor Đây loại máy móc chun dùng, chúng sử dụng để cung cấp cho số thiết bị, dây chuyền hay cấu hoạt động quy trình sản xuất chế tạo Chúng có nhiệm vụ chủ yếu đầu tàu cung cấp lực kéo cho dây chuyền hay cấu khác hoạt động theo Hình 1.1: Động Servo Thiết bị sử dụng từ trường để biến điện trở thành dạng xoay nhằm kéo tải Có thể nói thiết bị độc lập khơng có tải chúng hoạt động bình thường, nhiên q trình hoạt động khơng mang có ý nghĩa Động servo thơng thường kết nối với cấu truyền động khí để cung cấp nhằm thơng qua chuyển động quay Chính mà thực tế chúng có giá trị kết nối thiết bị, cấu khác nhau, chẳng hạn chuyền, hệ thống đai, hệ thống xích hệ thống bơm,… − Nhìn chung có loại động servo: Động servo AC, động servo DC + AC servo xử lý dịng điện cao có xu hướng sử dụng + máy móc cơng nghiệp DC servo khơng thiết kế cho dịng điện cao thường phù hợp cho ứng dụng nhỏ 1.1.2 Cấu tạo động Servo − Động DC Servo gồm có loại: Hình 1.2: Cấu tạo động DC servo motor + DC Servo Motor loại có chổi than: Đây loại động bao gồm phận chủ yếu, chổi than, stato, rotor cuộn cảm lõi + DC servo motor loại khơng có chổi than: Loại động có cấu trúc tương đối giống với loại động có chổi than Điều khác biệt cuộn dây pha lắp rotor động vĩnh cửu Chúng hoạt động êm đặc biệt không gây tiếng ồn nên thường sử dụng rộng rãi phổ biến so với − dịng servo có chổi than Động dạng AC servo: Đây loại động servo sử dụng ngành công nghiệp, phần lớn động chiều khơng có chổi than + Động servo thơng thường có cấu tạo phần tương tự động bước, rotor stator Trong rotor nam châm vĩnh cửu đem lại từ trường mạnh stator lại cuộn dây lại riêng biệt, cấp nguồn điện để làm quay rotor Hình 1.3: Cấu tạo động AC Servo motor 1.1.3 Nguyên lý hoạt động motor servo Rotor động servo motor nam châm vĩnh cửu Động có từ trường mạnh, đồng thời stator động vào cuộn dây riêng biệt, cấp nguồn điện để hoạt động theo trình tự thích hợp, từ làm quay rotor Nếu thời điểm mà dòng điện cấp tới cho cuộn dây chuẩn xác chuyển động quay roto phụ thuộc vào tần số pha dòng điện, mặt khác, phân cực dòng điện chạy cuộn dây stator Động servo tạo nên hệ thống hồi tiếp vịng khép kín tín hiệu đầu động cơ, chúng nối với mạch điều khiển Khi động quay vận tốc vị trí chúng hồi tiếp mạch điều khiển Khi đó, cho dù tác nhân muốn ngăn cản chuyển động quay động cấu hồi tiếp nhận tín hiệu cho thấy chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch, điều khiến cho động đạt vị trí xác điều khiển servo 1.1.4 Ứng dụng động servo Trên thị trường nay, người thường sử dụng loại động AC Servo, ứng dụng phổ biến lĩnh vực điện điện tử Khi máy móc lắp ráp dây chuyền sản xuất địi hỏi phải có tốc độ cao động Servo đáp ứng tốt yêu cầu Cụ thể: + Ứng dụng ngành điện - điện tử: Máy lắp thiết bị lắp linh kiện điện tử ví dụ chip LSI lên bảng mạch, cần tới tốc độ cao độ xác cao Các servo AC thỏa mãn yêu cầu Hình 1.4: Động servo ngành điện – điện tử + Ứng dụng ngành sản xuất thực phẩm, đồ uống: Nhu cầu quy trình thực phẩm chất lượng cao an toàn ngày tăng, vậy, động servo thường sử dụng giải pháp cho nhiều lĩnh vực, quy trình thực phẩm Hình 1.5: Động servo ngành sản xuất thực phẩm, đồ uống + Ứng dụng ngành may mặc, ngành giấy, bao bì: Trong việc điều khiển máy cuộn vải, giấy, bao bì để cắt in ấn… Hình 1.6: Động servo ngành may mặc, ngành giấy, bao bì + Ứng dụng khuôn mẫu đùn ngành sản xuất nhựa: khuôn mẫu đùn thiết bị gia công phận nhựa Vật liệu nhựa nhiệt tan chảy, sau đùn vào khuôn để gia công phận Các khuôn mẫu thông thường chủ yếu sử dụng điều khiển thủy lực, nhiên ngày có nhiều khn mẫu sử dụng hệ thống servo để tiết kiệm điện Hình 1.7: Động servo máy đùn + Ứng dụng điều khiển vận chuyển: Thiết bị vận chuyển linh kiện tuyệt đối thiếu nhiều lĩnh vực, ngành công nghiệp trở nên tinh vi tự động hóa Một ứng dụng điển hình việc di chuyển thiết bị nhà kho qua hệ thống băng tải Động servo giúp điều khiển tốc độ nhanh chậm theo mục đích sử dụng Hình 1.8: Động servo điều khiển vận chuyển 1.2 Động DC SERVO HARMONIC RH 5A-5502 Hình 1.9: Động DC SERVO HARMONIC RH 5A-5502 Động DC Servo Harmonic loại động bước nhỏ, sử dụng công nghiệp, khả điều khiển chuyển động moomen xoắn với độ xác cao Động có hộp số cho mơmen xoắn cao, độ cứng xoắn cao hiệu suất cao Do mà sử dụng rơ bốt cơng nghiệp tự động hóa Đặc tính tải động Hình 1.10: Đặc tính tải động Thơng số kỹ thuật động DC SERVO HARMONIC RH 5A-5502 10 Hình 2.14: Đáp ứng đầu có hộp số CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XẤP XỈ LIÊN TỤC KHÂU ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 5A-5502 3.1 Các phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục Luật PID miền thời gian mô tả: ] Trong đó: + + + KR : hệ số tỷ lệ Tc: số thời gian chậm sau Tv: số thời gian chậm trước 3.1.1 Xấp xỉ thành phần tích phân uI(t) a) Phương pháp xấp xỉ hình chữ nhật Hình 3.1 : Phương pháp xâp xỉ hình chữ nhật => => b) Phương pháp xấp xỉ hình thang Hình 3.2: Phương pháp xấp xỉ hình thang => Vậy: => 3.1.2 Xấp xỉ thành phần D − Các bước thực hiện: + Bước 1: Tìm giá trị xấp xỉ cho de(t)/dt thời điểm t = kT: + Bước 2: Ảnh Laplace: sF(s) F(s)[] + Bước 3: Khai triển chuỗi cho biểu thức e mũ theo cơng thức đây, sau so sánh hệ số vế để tìm c 0, c1, sau so sánh ta tìm C0 , C1 1+ − Một vài trường hợp cụ thể: − Xấp xỉ bậc 2: U(k) [] − Xấp xỉ bậc 1: UD(k) [] 3.1.3 Xấp xỉ luật PID Giả sử xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật thành phần D bậc 1: ] ] Vậy: Với: − Thuật toán PID2: Xấp xỉ luật PID sử dụng phương pháp hình thang cho thành phần I phân bậc cho thành D Với: ;; − Biến dạng thuật tốn PID2: Theo Takahashi làm suy giảm bớt biên độ đại lượng điều khiển đại lượng chủ đạo (giá trị đặt) có đột biến nhanh cách thay e k = wk – xk sử dụng ek = - xk Từ ta có: Ta sử dụng phương pháp xấp xỉ luật PID (Xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật thành phần D bậc 1) 3.2 Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động 3.2.1 Xây dựng PID điều khiển tốc độ động Hình 3.3: Xây dựng khâu PID matlab Hình 3.4: Tính tốn PID matlab Từ hình 3.4 ta có thơng số PI : P = 0.1859 ; I = 4.155 − Thay vào PID ta được: Hình 3.5: Nhập thơng số PI vào matlab - Tiến hành mô ta thu kết quả: + Khi chưa có cản: Hình 3.6: Đáp ứng tốc độ động chưa có cản Hình 3.7: Đáp ứng dịng điện động chưa có cản + Khi có cản với Mc = 0.29 (Nm) Hình 3.8: Đáp ứng tốc độ động có cản Hình 3.8: Đáp ứng dịng điện động có cản Nhận xét: + Động chạy ổn định với tốc độ 4400 v/p + Độ độ thời gian xác lập nhỏ + Tốc độ dòng điện mô phù hợp với thông số động + Thời gian từ lúc bị cản đến trở lại tốc độ ban đầu nhỏ 3.2.2 Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động Ta có thơng số điều khiển PI P = 0.1859 I = 4.155 D=0 Ta có P = KR = 0.1859 I = = 4.155 => = 0.045 TV = T = 0.001 Áp dụng công thức xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật thành phần D bậc ta có: = 0.1859.(1+0) = 0.1859 (1) = = -0.182 =0 Thay (1), (2), (3), vào biểu thức ta được: (2) (3) = − Thay GR (z) vào matlab mô xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ: Hình 3.9: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động − Tiến hành mô kiểm tra kết + Khi chưa có cản Hình 3.10: Đáp ứng tốc độ động khơng có cản Hình 3.11: Đáp ứng dịng điện động khơng có cản + Khi có cản với Mc = 0.29 (Nm) Hình 3.12: Đáp ứng dịng điện động có cản Hình 3.13: Đáp ứng dịng điện động có cản Nhận xét: + + + Động chạy ổn định với tốc độ 4400 v/p Độ độ thời gian xác lập nhỏ Tốc độ dịng điện mơ phù hợp với thơng số động 3.2.3 So sánh chất lượng điều khiển kết luận điều khiển xấp xỉ với điều khiển liên tục PI a) + So sánh chất lượng điều khiển Bộ điều khiển xấp xỉ liên tụcvới điều khiển liên tục PI có đáp + ứng tốc độ dòng điện sát Thời gian xác lập độ độ điều khiển xấp xỉ liên tục + chênh lệch so với điều khiển PI Đáp ứng tốc độ dòng điện hai điều khiển sát với b) + thơng số đơng Kết luận Q trình mơ kiểm tra cho thấy chất lượng điều khiển xấp xỉ liên tục với điều khiển liên tục PI ngang + đáp ứng hai tương đối giống Trong trình tính tốn xây dựng điều khiển xấp xỉ liên tục, để đáp ứng sát điều khiển chất lượng nhất, ta cần phải dựa vào phần mềm để hiệu chỉnh thông số tính + tốn cho chuẩn xác Kết mô cho thấy cách thức xây dựng tính tốn thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ xác TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình điều khiển số ứng dụng – NHÀ XUẤT BẢN HÀNG HẢI File thông số động cơ: RH-DC-SERVO-CATALOG ... chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RH 5A- 5502. ” CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 5A- 5502 1.1 Khái quát động Servo 1.1.1 Khái niệm động Servo Động servo hay gọi servo motor... matlab mô xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ: Hình 3.9: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động − Tiến hành mô kiểm tra kết + Khi chưa có cản Hình 3.10: Đáp ứng tốc độ động. .. 1.2 Động DC SERVO HARMONIC RH 5A- 5502 Hình 1.9: Động DC SERVO HARMONIC RH 5A- 5502 Động DC Servo Harmonic loại động bước nhỏ, sử dụng công nghiệp, khả điều khiển chuyển động moomen xoắn với độ