Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RH 8D3006. NĂM HỌC 2022

Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RH 8D3006. NĂM HỌC 2022 BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỀU KHIỂN SỐ TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO, KHÔNG COPY NHÉ CẢM ƠN Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RH 8D3006. NĂM HỌC 2022 BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỀU KHIỂN SỐ TÀI LIỆU CHỈ MANG TÍNH CHẤT THAM KHẢO, KHÔNG COPY NHÉ CẢM ƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN SỐ Mã: 13310 Học kỳ: – Năm học: 2022 – 2023 Đề tài: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 8D-3006 Ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: HẢI PHỊNG - 12/2022 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 8D – 3006 .1 1.1 Giới thiệu động sevo 1.1.1 Khái niệm 1.2 Cấu tạo servo .1 1.3 Nguyên lý hoạt động động Servo: 1.4 Giới thiệu động DC servo Harmonic RHS 8D-3006 1.4.1 Thông số động RHS 8D-3006 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 8D-3006 2.1 Xây dựng hệ phương trình tính tốn động học động servo: 2.2 Mơ hình tốn động DC servo Harmonic RHS17-3006 2.3 Khảo sát động học đối tượng miền thời gian liên tục 2.4 Khảo sát chu kì trích mẫu T đến tính ổn định hệ thống 2.5 Xây dựng điều khiển số cho động DC servo Harmonic RHS8D-3006 11 2.5.1 Thiết kế điều khiển PID miền liên tục 11 2.6 Xấp xỉ điều khiển PID sang miền số 15 2.7 Mô 16 2.8 Nhận xét kết luận 18 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo động servo Hình 1.2 Đơng DC servo Harmonic RHS8D-3006 thực tế .2 Hình 2.1 Cấu trúc động RHS 8D-3006 Hình 2.2 Mơ hình mơ động RHS 8D-3006 Hình 2.3 Điện áp định mức đơng Hình 2.4 Đáp ứng tốc độ khơng có Mc Hình 2.5 Đáp ứng dịng điện khơng có Mc .6 Hình 2.6 Đáp ứng tốc độ có Mc .7 Hình 2.7 Đáp ứng dịng điện có Mc Hình 2.8 Kết mơ động RHS 8D-3006trên miền số Hình 2.9 Kết mơ động RHS8D-3006 miền số Hình 2.10 Kết mô động RHS 8D-3006 miền số 10 Hình 2.11 Kết mơ động RHS 8D-3006 miền số 10 Hình 2.12 Đáp ứng tốc độ khơng có Mc .11 Hình 2.13 Khối tỷ lệ 11 Hình 2.14 Mơ hình mơ Matlab dùng BĐK PID .12 Hình 2.15 Đáp ứng tốc độ miền liên tục khơng có Mc 13 Hình 2.16 Đáp ứng dịng điện miền liên tục khơng có Mc 13 Hình 2.17 Đáp ứng tốc độ miền liên tục có Mc .14 Hình 2.18 Đáp ứng dịng điện miền liên tục có Mc .14 Hình 2.19 Cấu trúc mô PID sang miền số .16 Hình 2.20 Đáp ứng tốc độ miền gián đoạn khơng có Mc 16 Hình 2.21 Đáp ứng dịng điện miền gián đoạn khơng có Mc 17 Hình 2.22 Đáp ứng tốc độ miền gián đoạn có Mc 17 Hình 2.23 Đáp ứng dịng điện miền gián đoạn có Mc 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 công nghiệp Hịa phát triển đó, ngày nhiều nhà sản xuất ứng dụng họ vi sử lý mạnh vào công nghiệp, việc điều khiển sử lý đữ liệu Những hạn chế kỹ thuật tương tự trổi thông số, làm việc cố định dài hạn, khó khăn việc thực chức điều khiển phức tạp thúc đẩy việc chuyển nhanh cơng nghệ số Ngồi điều khiển số cho phép tiết kiện linh kiện phần cứng, cho phép tiêu chuẩn hóa Với vi sử lý, cấu trúc phần cứng dùng cho nhiều ứng dụng khác Tuy nhiên kỹ thuật số có nhược điểm sử 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 vững kiến thức học việc nghiên cứu cần thiết sinh viên Vì nhóm em giao đề tài tập lớn “Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 8D-3006.” Qua tập lớn giúp chúng em biết thêm nhiều kiến thức lẫn kinh nghiệm Dưới hướng dẫn thầy … chúng em thực xong tập Do kiến thức hạn chế nên tập cịn có nhiều sai xót, nên chúng em mong nhận bổ sung thầy CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 8D-3006 1.1 Giới thiệu động sevo 1.1.1 Khái niệm Là động cho phép điều khiển vô cấp tốc độ.Điều khiển động DC ứng dụng thuộc dạng hệ điều khiển tụ động DC Motor cấu chấp hành dùng nhiều hệ thống tự động 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 , cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điều chỉnh xác Ứng dụng động servo dùng nhiều robot, loại với động dùng mơ hình máy bay tô 1.2 Cấu tạo servo Cấu tạo chung động servo gồm có thành phần chính: Rotor Stator Hình 1.1 Cấu tạo động servo 1.3 Nguyên lý hoạt động động Servo: Stator động cuộn dây riêng biệt Rotor động nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh cấp nguồn theo trình tự định thích hợp để quay rotor Nếu thời điểm dòng điện cấp tới cuộn dây chuẩn xác chuyển động quay rotor phụ thuộc vào tần số pha, phân cực dòng điện chạy cuộn dây stator Động servo hình thành hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động vận hành vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Khi bầt kỳ 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 1.4 Giới thiệu động DC servo Harmonic 8D-3006 Động RHS 8D-3006là động chiều hãng Harmonic Nhật sản Hình 1.2 Đơng DC servo Harmonic 8D-3006thực tế xuất Đây động thiết kế nhỏ gọn, truyền động xác, momen lớn có gắn sẵn encoder 1.4.1 Thơng số động RHS 8D-3006 Bảng 1.1 Thông số động DC servo Harmonic 8D-3006 Thông số Đơn vị Động 8D-3006 Công suất đầu W 62 Điện áp định mức V 75 Dòng điện định mức A 1.7 Momen định mức Nm 20 Tốc độ định mức Rpm 30 Momen hãm liên tục Nm 22 A 3.5 Momen cực đại đầu Nm 54 Tốc độ cực đại Rpm 40 Hằng số momen Nm/A 19 Hằng số B.E.M.F v/rpm 2.0 Momen quán tính kg 0.36 Msec 4.7 Độ dốc đặc tính Nm/rpm 8.1 Hệ số momen nhớt Nm/rpm 3.1 1:R 1:100 Tải trọng hướng tâm N 784 Tải trọng hướng trục N 784 Công suất định mức động W 100 Tốc độ định mức động Rpm 3000 Điện trở phần ứng Ohm 4.8 Điện cảm phần ứng mH 2.3 Dòng khởi động A 0.23 Dịng khơng tải A 0.7 Dịng đỉnh Hằng số thời gian khí Tỷ số truyền CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC 8D-3006 2.1 Xây dựng hệ phương trình tính tốn động học động servo: Đối tượng điều khiển mơ tả dạng phương trình tốn học sau:  Mạch phần ứng: U – E = Iư (Rư + s.Tư )     Mạch kích từ: Uk = Ik.(Rk + s.Tk) Momen quay: M = k.Øi Phương trình động học: M – Mc = Jsw Sức điện động : E = k.Øw 2.2 Mơ hình tốn động DC servo Harmonic 8D-3006 Các tham số động sau:  Rư = 4.8 Ω  Lư = 2,3 mH  Kt = 19 Nm/A  Kp = 0,36 v/rpm  Bf = 3,1.10-1 Nm/rpm  J = 0,36 Kgm2  Hộp số K = 100  Kb =  Momen cản Mc = 22 Nm Cấu trúc động sau: Hình 2.3 Cấu trúc động RHS 8D-3006 2.3 Khảo sát động học đối tượng miền thời gian liên tục Mơ hình mơ Simulink: Hình 2.4 Mơ hình mơ động RHS 8D-3006 Điện áp định mức: U = 75V Hình 2.5 Điện áp định mức đông Tham số động động Matlab:       Rư = 4.8 Ω Lư = 2,3 mH Kt = 19 Nm/A Kp = 0,36 v/rpm Bf = 3,1.10-1 Nm/rpm J = 0,36 Kgm2  Hộp số K = 100  Kb =  Momen cản Mc = 22 Nm Kết đầu khơng tải : Hình 2.6 Đáp ứng tốc độ khơng có Mc Hình 2.7 Đáp ứng dịng điện khơng có Mc Kết đáp ứng đầu cho momen cản Mc = 22: Hình 2.8 Đáp ứng tốc độ có Mc Hình 2.9 Đáp ứng dịng điện có Mc Nhận xét: Tốc độ động thay đổi phụ tải thay đổi, khơng có khả tự ổn định tốc độ Dòng điện động khởi động tăng nhiều so với dòng định mức 2.4 Khảo sát chu kì trích mẫu T đến tính ổn định hệ thống Sử dụng Matlab ta tìm hàm truyền hệ: >> G1=tf(1/Ru,[Ls 1]); >> G2=tf(1,[J Bf]); >> G0=G1*Kt*G2; >> Gk=feedback(G0,Kb); >> Gz=c2d(Gk,0.01,'zoh') Gz = 0.08015 z + 0.02138 -z^2 - 0.8018 z + 0.01282 Sample time: 0.01 seconds Discrete-time transfer function Khảo sát đáp ứng thay đổi chu kì trích mẫu Với T=0.01s Hình 2.10 Kết mô động RHS 17-3006 miền số Hình 2.11 Kết mơ động RHS 17-3006 miền số Với T=0.1s >> G1=tf(1/Ru,[Ls 1]); >> G2=tf(1,[J Bf]); >> G0=G1*Kt*G2; >> Gk=feedback(G0,Kb); >> Gz=c2d(Gk,0.1,'zoh') Gz = 0.4355 z + 0.002682 z^2 - 0.08941 z Sample time: 0.1 seconds Discrete-time transfer function Hình 2.12 Kết mô động RHS 17-3006 miền số Hình 2.13 Kết mơ động RHS 17-3006 miền số Nhận xét: Nhận thấy thời gian lấy mẫu nhỏ hệ gián đoạn gần với hệ liên tục 10 2.5 Xây dựng điều khiển số cho động DC servo Harmonic RHS17-3006 Có thể coi biến đổi khâu quán tính bậc PT1: = Chọn tần số băm xung 20kHz ta = Chọn = = => = 2.5.1 Thiết kế điều khiển PID miền liên tục Ta có Uv=75 tốc độ 3600 vịng Hình 2.14 Đáp ứng tốc độ khơng có Mc Nên ta có khối tỷ lệ: Hình 2.15 Khối tỷ lệ - Mơ hình mơ matlab 11 Hình 2.16 Mơ hình mơ Matlab dùng BĐK PID Tính tốn thơng số cho điều khiển PID Matlab Ta có thông số điều khiển PID: P= 0.191120589935579 I= 8.27136636432354 D= -3.89828629765796e-05 Kết mô 12 + Khi khơng có momen cản Mc: Hình 2.17 Đáp ứng tốc độ miền liên tục khơng có Mc Hình 2.18 Đáp ứng dịng điện miền liên tục khơng có Mc + Khi có momen cản Mc = 22: 13 Hình 2.19 Đáp ứng tốc độ miền liên tục có Mc Hình 2.20 Đáp ứng dịng điện miền liên tục có Mc Nhận xét + Độ độ khoảng 10% + Tốc độ dòng điện với tốc độ dòng điện định mức 2.6 Xấp xỉ điều khiển PID sang miền số Bộ PID miền thời gian mô tả: 14 KR: Hệ số tỉ lệ Tc: Hằng số thời gian chậm sau Tv: Hằng số thười gian vượt mức - Xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật thành phần D bậc => Vậy: Với: ;; Từ thông số từ điều khiển PID ta có: 0.191120589935579 Chọn T = 0.001 (s) Ta thông số điều khiển số xấp xỉ liên tục: Thay ta điều khiển số: 2.7 Mơ 15 Hình 2.21 Cấu trúc mơ PID sang miền số Hình 2.22 Đáp ứng tốc độ miền gián đoạn khơng có Mc 16 Hình 2.23 Đáp ứng dịng điện miền gián đoạn khơng có Mc Khi có Momen cản Mc = 22: Hình 2.24 Đáp ứng tốc độ miền gián đoạn có Mc 17 Hình 2.25 Đáp ứng dịng điện miền gián đoạn có Mc Nhận xét: + Tốc độ dòng điện gần với tốc độ dòng điện định mức + Khi có momen cản làm cho dịng điện tăng tốc độ giảm 2.8 Nhận xét kết luận Các kết mô cho thấy đáp ứng miền số tương tự đáp ứng miền liên tục Điều khẳng định thuật toán cách thức xây dựng điều khiển số hoàn tồn đắn 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 khác cho đáp ứng khác 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 18 ... CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 8D-3006 1.1 Giới thiệu động sevo 1.1.1 Khái niệm Là động cho phép điều khiển vô cấp tốc độ. Điều khiển động DC ứng dụng thuộc dạng hệ điều khiển tụ động DC Motor... Giới thiệu động DC servo Harmonic 8D-3006 Động RHS 8D-3006là động chiều hãng Harmonic Nhật sản Hình 1.2 Đơng DC servo Harmonic 8D-3006thực tế xuất Đây động thiết kế nhỏ gọn, truyền động xác, momen... hệ thống tự động 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