Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RFS 203012.

Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RFS 203012. Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RFS 203012. Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RFS 203012.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐIỀU KHIỂN SỐ MÃ HP: 13322 HỌC KỲ: – NĂM HỌC: 2022 – 2023 Đề tài: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 20-3012 SINH VIÊN MSV LỚP NHIỆM VỤ ĐTĐ60ĐH ĐTĐ60ĐH Nhóm trưởng Thành viên ĐTĐ60ĐH Thành viên GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ĐIỂM ĐÁNH GIÁ: HẢI PHÒNG - 12/2022 MỤC LỤC MỤC LỤC _2 MỞ ĐẦU CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 20-3012 1.1 Giới thiệu động Servo 1.2 Nguyên lý hoạt động DC Servo Harmonic RHS _3 1.3 Thông số động DC Servo Harmonic RHS 20-3012 CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ 2.1 Mô tả đối tượng điều khiển _5 2.2 Khảo sát động học đối tượng miền thời gian liên tục CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XẤP XỈ LIÊN TỤC _10 3.1 Khái quát phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục 10 3.2 Thiết kế điều khiển xấp xỉ liên tục 10 3.2.1 Mơ hình mơ _10 3.2.2 Tính tốn điều khiển PID phương pháp PID Tuner _11 3.2.3 Thiết kế điều khiển xấp xỉ liên tục 11 KẾT LUẬN _15 TÀI LIỆU THAM KHẢO _16 DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1.1 Cấu tạo động servo .1 Hình 1.2: Hình ảnh thực tế động Servo Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc động Hình 2.2: Mơ hình mơ động Servo Hình 2.3: Đặc tính tốc độ động khơng có Mc Hình 2.4: Đặc tính tốc độ dịng điện khơng có Mc .8 Hình 2.5: Đặc tính tốc độ động có Mc Hình 2.6: Đặc tính tốc độ dịng điện có Mc Hình 3.1: Mơ hình mơ điều khiển xấp xỉ liên tục MATLAB 10 Hình 3.2: Tính toán điều khiển PID Tuner 11 Hình 3.3: Cấu trúc mơ điều khiển xấp xỉ liên tục 12 Hình 3.4: Đáp ứng tốc độ khơng có Mc 13 Hình 3.5: Đáp ứng dịng điện khơng có Mc .13 Hình 3.6: Đáp ứng tốc độ có Mc 14 Hình 3.7: Đáp ứng dịng điện có Mc 14 MỞ ĐẦU Trong năm gần công nghệ thông 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 20-3012.” Qua tập lớn giúp em biết thêm nhiều kiến thức lẫn kinh nghiệm Dưới hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Tiến 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 VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 20-3012 1.1 Giới thiệu động Servo 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) Điều khiển DC Motor ta tự xây dựng cho 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 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, tơ 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 ; - Bản mạch - Dây dương nguồn - Dây tín hiệu - Dây âm nguồn - Điện kế - Đầu (bánh răng) - Cơ cấu chấp hành - Vỏ 10- Chíp điều khiển Hình 1.2: Hình ảnh thực tế động Servo - Động servo thiết kế để quay có giới hạn mà khơng phải quay liên tục động DC hay động bước - Đối tượng điều khiển động Động RHS 20-3012của hãng Harmonic.Động thuộc dòng RFS - eries (Sizes 20) dòng động thiết kế nhỏ gọn, truyền động xác, mơ men lớn có gắn sẵn encoder 1.2 Nguyên lý hoạt động DC Servo Harmonic RHS 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 1.3 Thơng số động DC Servo Harmonic RHS 20-3012 Thông số kỹ thuật động thể bảng 1.1: Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật động RHS 20-3012 Thông số Đơn vị Động RHS 203012 Công suất đầu (sau hộp số) W 74 Điện áp định mức V 75 Dòng điện định mức A 1.9 Mômen định mức TN In-lb 208 Nm 24 Tốc độ định mức nN rpm 30 Mômen hãm liên tục In-lb 243 Nm 28 A 4.8 In-lb 729 Nm 84 rpm 40 In-lb/A 182 Nm/A 21.0 v/rpm 2.15 In-bl –sec2 10.4 Dịng đỉnh Mơmen cực đại đầu Tm Tốc độ cực đại Hằng số mômen (KT) 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) Tỷ số truyền Tải trọng hướng tâm Tải trọng hướng trục Công suất động Tốc độ định mức động Kg.m2 1.2 ms 9.2 In-lb/rpm 115 Nm/rpm 13 In-lb/rpm 2.7 Nm/rpm 3.1*10^-1 1:R 100 lb 309 N 1400 lb 309 N 1400 W 120 rpm 3000 Điện trở phần ứng Ω 3.4 Dòng thời gian liên tục ms 0.81 Dòng khởi động A 0.35 Dịng khơng tải A 0.8 CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ 2.1 Mô tả đối tượng điều khiển Đối tượng điều khiển mơ tả phương trình tốn học sau : - Điện áp phần ứng : uA=eA+RAiA+LA - Sức từ động cảm ứng: eA=ke - Tốc độ quay: - Momen quay: - Hằng số động cơ: - Hằng số thời gian phần ứng: TA= Tham số động cơ: Rư = 3.4 Ω (điện trở phần ứng) Lư = 2.7 mH (điện cảm phần ứng) Kt = 21.0 Nm/A (hệ số mô men) Ke = 2.15 V/rpm (hệ số sức điện động) Bf = 3.1*10-1 Nm/rpm (hệ số ma sát) J = 1.2 Kg.m2 (momen quán tính động cơ) Ta có: diA  u  e  i R  L A A A A A  dt   d  ( M  M ) dc c  dt J   M dc  K t i A e  K n b  A Chuyển sang miền ảnh laplace: u A  e A  i A RA  LAi A s    s  ( M dc  M c ) J   M dc  K t iA   e A  K b n Thay TA  LA RA ta có hệ phương trình sau: / RA  i   A  T s  u A  eA  A   ( M dc  M c )    Js   M dc  K t iA  eA  K b n Từ hệ phương trình ta xây dựng sơ đồ cấu trúc động sau: Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc động 2.2 Khảo sát động học đối tượng miền thời gian liên tục Hình 2.4: Mơ hình mơ động Servo - Mơ hình mơ động  Khi khơng có momen cản Mc: Hình 2.5: Đặc tính tốc độ động khơng có Mc Hình 2.6: Đặc tính tốc độ dịng điện khơng có Mc  Khi có mơmen cản Mc Hình 2.7: Đặc tính tốc độ động có Mc Hình 2.8: Đặc tính tốc độ dịng điện có Mc Nhận xét: + Khi có Mc dịng điện tốc độ động có thay đổi khơng có khả ổn định lúc khơng có Mc +Dịng khởi động lớn nhiều so với dòng định mức ban đầu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XẤP XỈ LIÊN TỤC 3.1 Khái quát phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục - Luật PID miền thời gian mô tả: (3.1) Với KR: Hệ số tỉ lệ Tc: Hằng số thời gian chậm sau Tv: Hằng số thười gian vượt mức - Xấp xỉ luật PID + Giả sử xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật thành phần D bậc ta có: (3.2)=> (3.3) Vậy: (3.4) Với: ;; (3.5) 3.2 Thiết kế điều khiển xấp xỉ liên tục 3.2.1 Mô hình mơ Hình 3.9: Mơ hình mơ điều khiển xấp xỉ liên tục MATLAB 10 3.2.2 Tính tốn điều khiển PID phương pháp PID Tuner Hình 3.10: Tính tốn điều khiển PID Tuner - Từ ta có thơng số điều khiển PI sau: + P = 2.566 + I = 10.73 3.2.3 Thiết kế điều khiển xấp xỉ liên tục a, Chọn tham số cho điều khiển - Chọn điện áp vào điều khiển PID từ - 10V - Chọn tốc độ động từ - 3000 (vòng/phút) => Hệ số tỷ lệ 10/3000 - Chọn tham số biến đổi công suất: + Đầu PID : 1V + Đầu vào động cơ: 24V =>Chọn + f = 10kHz => Vậy - Chọn tham số điều khiển PID: Từ thông số từ điều khiển PID ta có: 11 Chọn chu kì trích mẫu T = 0.001 (s) Ta thông số điều khiển số xấp xỉ liên tục: Thay ta điều khiển số: b, Kết mơ Hình 3.11: Cấu trúc mơ điều khiển xấp xỉ liên tục 12 Hình 3.12: Đáp ứng tốc độ khơng có Mc Hình 3.13: Đáp ứng dịng điện khơng có Mc 13 Hình 3.14: Đáp ứng tốc độ có Mc Hình 3.15: Đáp ứng dịng điện có Mc Nhận xét: + Thời gian xác lập nhanh 0.4s + Độ độ khoảng 12% + Tốc độ dòng điện với tốc độ dòng điện định mức - So sánh chất lượng điều khiển: + Thời gian xác lập điều khiển số nhanh chút so với điều khiển PID + Độ độ điều khiển PID cao so với điều khiển số + Đáp ứng đầu hai điều khiển tương đối giống 14 KẾT LUẬN Qua tập lớn giúp chúng em hiểu rõ cấu tạo động Servo DC dòng khác nhau, đặc biệt dòng RHS 20 - 3007 cách thiết kế điều khiển tốc độ Matlab mô Nhờ hướng dẫn thầy bọn em có kết định sau: - 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 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ ỨNG DỤNG, TS.Nguyễn Khắc Khiêm, TS.Phạm Tuấn Anh, PGS.TS Trần Sinh Biên , Nhà xuất Hàng Hải, 2018 [2] DC Servo Systems RH Mini Series, RHS and RFS Series 16 ... Chíp điều khiển Hình 1.2: Hình ảnh thực tế động Servo - Động servo thiết kế để quay có giới hạn mà quay liên tục động DC hay động bước - Đối tượng điều khiển động Động RHS 20-3012của hãng Harmonic. Động. .. ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 20-3012 1.1 Giới thiệu động Servo 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. .. gian liên tục CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XẤP XỈ LIÊN TỤC _10 3.1 Khái quát phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục 10 3.2 Thiết kế điều khiển xấp xỉ liên tục 10 3.2.1