Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ DC SERVO Hanrmonic RHS 17-6006

Chương 1. Tổng quan về động cơ DC Servo Harmonic RHS17 -6006 1.1. Cấu tạo của động cơ servo: Hình 1: Cấu tạo động cơ servo 1, Động cơ ; 2, Bản mạch 7, Đầu ra (bánh răng) ; 8, Cơ cấu chấp hành 3, dây dương nguồn ; 4, Dây tín hiệu 5, Dây âm nguồn ; 6, Điện thế kế 9, Vỏ ; 10, Chíp điều khiển 1.2. Nguyên lý hoạt động: - Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn mà không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Đối tượng điều khiển ở đây là động cơ Động cơ RHS 17-6006 của hãng Harmonic. Động cơ này thuộc dòng RHS - series (Sizes 20) là dòng động cơ được thiết kế nhỏ gọn, truyền động chính xác, mô men lớn và có gắn sẵn encoder.

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ Đề bài 32: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ DC SERVO Hanrmonic RHS 17-6006 Chương 1. Tổng quan về động cơ DC Servo Harmonic RHS17 -6006 1.1. Cấu tạo của động cơ servo 1.2. Nguyên lý hoạt động 1.3. Các tham số cơ bản của động cơ Chương 2. Xây dựng mô hình điều khiển vị trí Động cơ Servo Harmonic RHS 17-6006 2.1. Cấu trúc điều khiển số vị trí động cơ 2.2. Xây dựng hệ phương trình tính toán động học động cơ Servo Harmonic RH 8D-6006 2.3. Xây dựng bộ điều khiển vị trí đông cơ Servo Harmonic RHS 17- 6006 1 ĐIỀU KHIỂN SỐ Đề bài 32: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ DC SERVO Hanrmonic RHS 17-6006 Chương 1. Tổng quan về động cơ DC Servo Harmonic RHS17 -6006 1.1. Cấu tạo của động cơ servo: Hình 1: Cấu tạo động cơ servo 1, Động cơ ; 2, Bản mạch 7, Đầu ra (bánh răng) ; 8, Cơ cấu chấp hành 3, dây dương nguồn ; 4, Dây tín hiệu 5, Dây âm nguồn ; 6, Điện thế kế 9, Vỏ ; 10, Chíp điều khiển 1.2. Nguyên lý hoạt động: - Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn mà không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Đối tượng điều khiển ở đây là động cơ Động cơ RHS 17-6006 của hãng Harmonic. Động cơ này thuộc dòng RHS - series (Sizes 20) là dòng động cơ được thiết kế nhỏ gọn, truyền động chính xác, mô men lớn và có gắn sẵn encoder. 2 1.2. Các tham số cơ bản của động cơ được trình bày trong bảng 1. Kiểu chạy : Liên tục Kích thích : Nam châm vĩnh cửu Cách điện : lớp F Điện trở cách điện : 100M Ω Nhiệt độ môi trường : -10 ~ +40 o C Nhiệt độ lưu trữ: -20 ~ +60 o C Độ ẩm môi trường : 20 ~ 80 % ( không ngưng tụ ) Độ rung : 2.5g (5 ~ 400HZ) Shock : 30g (11ms) Bôi trơn : Dầu nhờn (SK-1A) Đầu ra : Mặt bích Bảng 1: Thông số động cơ Thông số Đơn vị Động cơ RH 8D-6006 Công suất đầu ra (sau hộp số) W 8.6 Điện áp định mức V 24 Dòng điện định mức A 1.0 Mômen định mức T N In-lb 12 Nm 1.4 Tốc độ định mức n N rpm 60 Mômen hãm liên tục In-lb 13 Nm 1.5 Dòng đỉnh A 1.6 Mômen cực đại đầu ra T m In-lb 24 Nm 2.7 Tốc độ cực đại rpm 100 Hằng số mômen (K T ) In-lb/A 19 Nm/A 2.10 Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng của tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb) v/rpm 0.22 Mô men quán tính (J) In-bl –sec 2 0.033 3 Kgm 2 3.7 Hằng số thời gian cơ khí ms 8.5 Độ dốc đặc tính cơ In-lb/rpm 0.42 Nm/rpm 0.047 Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 0.086 Nm/rpm 9.7e-3 Tỷ số truyền 1:R 50 Tải trọng hướng tâm lb 44 N 196 Tải trọng hướng trục lb 22 N 98 Công suất động cơ W 10 Tốc độ định mức động cơ rpm 3000 Điện trở phần ứng Ω 10 Điện cảm phần ứng mH 2.2 Dòng khởi động A 0.24 Dòng không tải A 0.38 Chương 2. Xây dựng mô hình điều khiển vị trí Động cơ Servo Harmonic RHS 17-6006 2.1.Cấu trúc điều khiển số vị trí động cơ -Fω và Fφ lần lượt là hàm truyền phản hồi tốc độ và vị trí -BBĐ Công Suất có chức năng biến đổi điện áp DC 0-5V thành 0-24V Hình 2.1: Cấu trúc điều khiển số vị trí động cơ phản hồi tốc độ và vị trí từ Encoder R phi R w BBĐ Công suất - F w F phi Phi 4 Hình 2.2: Phồi vị trí bằng cách lấy tích phân tốc độ theo thời gian 2.2. Xây dựng hệ phương trình tính toán động học động cơ Servo Harmonic RH 8D-6006 Tham số chính: -Ra=10 -La=2.2mH -Kt=2.1 Nm/A -Kb=0.22 V/rpm -Bf=9.7*e-3 -J=3.7*e-3 => Ta có (1) Chuyển sang miền Laplace ta có . . 1 ( ) . . . a a a a a a dc c dc t a b a s J s n U e i i R L M M i M K e K ω − = +    = −    =  =   (2) R phi R w BBĐ Công suất - F w Tích phân Phi 5 Có ( )*1/ 1 . a a a a a a a a s U e R L i T R T − = => = + Thay vào (2) ta được hệ phương trình sau : ( )*1/ 1 . 1 ( ) . . . a a a a a dc c dc t a b a s J s n U e R i T M M i M K e K ω − =  +    = −    =  =   (5) Từ hệ phương trình trên,ta có cấu trúc của động cơ như sau : Hình 2.2 : Cấu trúc động cơ DC servo 6 Hình 2.3 : Đặc tính tốc độ động cơ Hình 2.4 : Đặc tính dòng phần ứng động cơ 2.3. Xây dựng bộ điều khiển vị trí đông cơ Servo Harmonic RHS 17-6006 Để điều khiển vị trí động cơ DC servo thông thường ta dùng hệ thống ba vòng điều chỉnh ,Tuy nhiên động cơ DC servo RHS 17- 6006 là loại động cơ cỡ nhỏ nên có thể bỏ qua mạch vòng dòng. Ta chọn : -Chu kỳ trích mẫu mạch tốc độ : Tw=0.001s -Chu kỳ trích mẫu mạch vòng vị trí : Tφ=0.1s 7 Hình 2.6: Cấu trúc mạch vòng điều khiển vị trí 2.3.1. Xây dựng vòng điều khiển tốc đọ Ta coi bộ biến đổi công suất là khâu quán tính bậc nhất với : Tf=1/f với f=30kZ(Tần số băm xung) Hàm truyền bộ biến đổi công suất là : 0.0092 ( ) 1 3.333 005 1 bd bd s Tfs e s K G = = + − + =>Mạch vòng dòng điện có cấu trúc như sau : 2 2.133 ( ) 3.324 005 0.08166 1.43 dc s e s G s = − + + =>Hàm truyền đối tượng mạch vòng tốc đọ có cấu trúc sau : 3 1.963 ( ) 1.108 009 3.597 005 0.08171 1.43 ( ) dc Gsw s bd e e s s s G G s = = − + − + + Sử dụng công cụ SISO design của matlab=>xác định được hàm truyền đạt của vòng điều chỉnh tốc độ là. 8 w 0.05( 0.08) ( ) 1 z s z G + = − Xấp xỉ luật PID sử dụng phương pháp hình thang cho thành phần I và phân thức sai bậc 2 cho thành phần D 1 2 3 1 0 1 2 3 ( ) ( ) ( ) 1 3 0 (1 ); 2 2 7 1 (1 ) 2 2 5 2 ; 2 3 ; 2 r r r r r U z z E z T Tv r Kr Tc T Tv T r Kr l T Tc Tv r Kr T Tv r Kr T z z z G z − − − − + + + = = − = + + = − + − = = − Cấu trúc : Hình 2.7. Mạch vòng tốc độ Mô phỏng hệ ta được : 9 Hình 2.8. Hệ tọa độ cực và đáp ứng của hệ thống trên SISO design 2.3.2. Xây dựng bộ điều khiển vị trí Tổng hợp BĐK vị trí Rphi tương tự như các mạch vòng khác.Tuy nhiên cấu trúc của mạch vòng vị trí sẽ không có thành phần I mà chỉ là P hay PD 10 [...]...Để đơn giản,ta coi BĐK vị trí là một khâu khuếch đại với hệ số k=400,thời gian lấy mẫu la T=0.1 s Sừ dụng khối c2000lib,chọn khối c2000 PI controller ta được cấu trúc sau : Kết quả Mô phỏng : Đáp ứng tốc độ 11 Đáp ứng vị trí 12 Kết Luận Tài liệu tham khảo [1] GS.TS Nguyễn Phùng Quang Điều khiển số (Digital Control System) – Đại học Bách khoa Hà Nội – 2007... Control System) – Đại học Bách khoa Hà Nội – 2007 [2] Phạm Văn Khánh Đồ án tốt nghiệp ĐTĐ47 – 2010 [3] Harmonic drive actuator – Precision Gearing & Motion Control DC Servo System – RHS & RFS Series [4] http://www.wattpad.com/900591-dong-co -servo ngày 25/4/2012 23h:30 13 14