Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ DC SERVO hanrmonic RHS 32 6018

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây công nghệ thông tin có những bước nhảy vọt, đặc biệt là sự ra đời của máy tính đã tạo cho xã hội một bước phát triển mới, nó ảnh hưởng đến hầu hết các vấn đề của xã hội và trong công nghiệp cũng vậy. Hòa cùng sự phát triển đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất đã ứng dụng các họ vi sử lý mạnh vào trong công nghiệp, trong việc điều khiển và sử lý đữ liệu. Những hạn chế của kỹ thuật tương tự như sụ trôi thông số, sự làm việc cố điịnh dài hạn, những khó khăn của việc thực hiện chức năng điều khiển phức tạp đã thúc đẩy việc chuyển nhanh công nghệ số. Ngoài ra điều khiển số cho phép tiết kiện linh kiện phần cứng, cho phép tiêu chuẩn hóa. Với cùng một bộ vi sử lý, một cấu trúc phần cứng có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên kỹ thuật sô cũng có những nhược điểm như sử lý các tín hiệu rời rạc…, đồng thời tín hiệu tương tự có những ưu điểm mà kỹ thuật số không có như tác động nhanh và liên tục. Vì vậy xu hướng điều khiển hiện nay là phối hợp cả điều khiển số và điều khiển tương tự. Để lắm vững những kiến thức đã học thì việc nghiên cứu là cần thiết đối với sinh viên. Bài tập lớn Mô “Điều khiển số” đã giúp em biết thêm được rất nhiều về cả kiến thức lẫn kinh nghiệm. Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Tiến em đã thực hiện xong bài tập này. Do kiến thức còn hạn chế nên bài tập còn có nhiều sai xót, nên em mong nhận được sự bổ xung của các thầy, cô và các bạn. Hải Phòng, ngày 04, tháng 05, năm 2012 Sinh viên thực hiện TRỊNH XUÂN HOÀI 1 MỤC LỤC 2 Chương 1. Khái quát chung về động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018 1.1.Giới thiệu động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018 Đối tượng điều khiển ở đây là động cơ Động cơ RHS 32_6018 của hãng Harmonic .Động cơ này thuộc dòng RHS Series DC Servo Actuators series là l dòng động cơ được thiết kế nhỏ gọn ,truyền động chính xác ,mô men lớn và có gắn sẵn encoder Hình 1.1:Động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018 Tính năng của động cơ -Kiểu chạy : Liên tục -Kích thích : Nam châm vĩnh cửu -Cách điện :F -Điện trở cách điện : 100M Ω -Độ rung : 2.5g(5 … 400HZ) -Shock : 30g (11ms) -Bôi trơn : Dầu nhờn - Nhiệt độ môi trường : -20 ~ 60oC -Độ ẩm môi trường : 20 ~ 80 % ( không ngưng tụ ) 3 2. Tham số động cơ Thông số Giá trị Công suất đầu ra 185 W U đm 75 V I đm 4.1 A M đm 30 NM M hãm 36 NM I max 20.6 A M max 220 NM W max 80 rpm Hằng số mô men –Kt 11.5 Nm Mqt 1.4 Nm Hằng số thời gian cơ khí 6.8 ms Độ dốc đặc tính cơ 22 Nm/rpm Hệ số mô men nhớt 7.6*10^-2 Nm/rpm Tỷ số truyền 50 (1:R) Tải trọng hướng tâm 992 N Tải trọng hướng trục 992 N P đc 300 W W đm 3000 rpm R ư 0.6 Ohm L ư 0.92 mH I kđ 1.1 A I kt 1.5 A Hằng số Kb 1.18 V/rpm Hình 1.2. Thông số cơ bản của động cơ 1.2. Một số phương pháp điều khiển động cơ 1 chiều 1.2.1. Phương pháp 1: thay đổi dòng kích từ vào động cơ 1 chiều 1.2.2. Phương pháp 2: Thay đổi điện áp đưa vào stato của động cơ 4 Chương 2. Xây dựng bộ điều khiển động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018 2.1. Mô hình toán của động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018 Tham số chính: -Ra=0.6 -La=0.92 mH -Kt=11.5 Nm/A -Kb=1.18 V/rpm -Bf=7.6*10^-6 -J=1.4 => 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) 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 2.1 : Cấu trúc động cơ DC servo 2.2. Khảo sát đặc tính động học của động cơ trên miền thời gian thực Hình 2.2 : Cấu trúc động cơ DC servo thông số động cơ Ra=0.6 La=0.92e-003 6 Ta=La/Ra Kt=11.5 J=1.4 Bf=0.0076 Ke=1.18 Hình 2.3 : Đặc tính tốc độ động cơ 7 Hình 2.4 : Đặc tính dòng phần ứng động cơ Do động cơ có momen quán tính lớn nên có độ quá về dòng điện là lớn 2.3.Xây dựng bộ điều khiển số cho động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018 2.3.1. Xây dựng bộ điều khiển dòng điện - Xây dựng đối tượng trên miền gián đoạn >> A=tf([1/Ra],[Ta 1]) Transfer function: 1.667 0.001533 s + 1 >> c2d(A,0.001) Transfer function: 0.7985 z - 0.5209 Sampling time: 0.001 -Từ mô hình đối tượng trên miền gián đoạn ta xây dựng bộ điều khiển số cho hàm truyền 8 -Chọn bộ điều khiển có dạng PI : 1 1 1 (1 ) (1 ) R V d z PI z − − + = − -Do đối tượng có dạng: 1 1 1 (1 ) s V z a z − − + -Ta có: 1 R s V V = và 1 1 a d = => 1 1 1/0.7985 ` 0.5209 R V va d a = = = Để chuyển đối tượng từ gián đoạn sang liên tục ta sử dụng khối hàm ZOH với thời gian chích mẫu là 0.001 2.3.2. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ Do khả năng đáp ứng của dòng điện nhanh hơn nhiều so với tốc độ nên ta bỏ qua khâu dòng điện trong tính toán đối tương điều khiển tốc độ - Xây dựng đối tượng trên miền gián đoạn >> B=tf([1*Kt],[J Bf]) Transfer function: 11.5 1.4 s + 0.0076 >> c2d(B,0.001) Transfer function: 0.008214 z - 1 Sampling time: 0.001 -Từ mô hình đối tượng trên miền gián đoạn ta xây dựng bộ điều khiển số cho hàm truyền 9 -Chọn bộ điều khiển có dạng PI : 1 1 1 (1 ) (1 ) R V d z PI z − − + = − -Do đối tượng có dạng: 1 1 1 (1 ) s V z a z − − + -Ta có: 1 R s V V = và 1 1 a d = => 1 1 1/0.008214 ` 1 R V va d a = = = Để chuyển đối tượng từ gián đoạn sang liên tục ta sử dụng khối hàm ZOH với thời gian chích mẫu là 0.001 2.3.3. Xây dựng bộ điều khiển vị trí Do khả năng đáp ứng của tốc độ nhanh hơn nhiều so với tốc độ nên ta bỏ qua khâu tốc độ trong tính toán đối tương điều khiển vị trí - Xây dựng đối tượng trên miền gián đoạn >> C=tf([1],[1 0]) Transfer function: 1 - s >> c2d(C,0.001) Transfer function: 0.001 z - 1 Sampling time: 0.001-Từ mô hình đối tượng trên miền gián đoạn ta xây dựng bộ điều khiển số cho hàm truyền -Chọn bộ điều khiển có dạng PI : 10 [...]... Kết luận - Do động cơ có momen quán tính lớn lên không có khâu điều khiển dòng RI thì có đôj quá về dòng điện lớn - Khả năng đáp ứng tốc độ khi mô phỏng không có khâu điều khiển tốc độ có giá trị vượt quá giá trị định mức , khi có khâu điều khiển tốc độ có độ quá điều chỉnh về tốc độ nhưng tốc độ đã bám sát tốc độ đặt - Khâu điều khiển vị... d1 = a1 = 1 => Để chuyển đối tượng từ gián đoạn sang liên tục ta sử dụng khối hàm ZOH với thời gian chích mẫu là 0.001 11 Chương 3 Mô phỏng hệ thống trên Simulink 3.1 Sơ đồ mô phỏng Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng khâu điều khiển dòng Hình 3.2: Sơ đồ mô phỏng khâu điều khiển tốc độ 12 Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng khâu vị trí 3.2 Kết quả mô phỏng Hình 3.4: Đáp ứng dòng... về tốc độ nhưng tốc độ đã bám sát tốc độ đặt - Khâu điều khiển vị trí có độ quá điều chỉnh vị trí là nhỏ khả năng đáp ứng vị trí nhanh 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1], Bài giảng điều khiển số - Nguyễn Phùng Quang - Đại học Bách khoa Hà Nội [2], Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm, Nguyễn Trung Dũng, Hà Trần Đức - “Lập trình Matlab” - NXB Khoa học kỹ thuật 15 . cơ Dc servo Harmonic RHS 32_ 6018 1.1.Giới thiệu động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_ 6018 Đối tượng điều khiển ở đây là động cơ Động cơ RHS 32_ 6018 của hãng Harmonic .Động cơ này thuộc dòng RHS. Series DC Servo Actuators series là l dòng động cơ được thiết kế nhỏ gọn ,truyền động chính xác ,mô men lớn và có gắn sẵn encoder Hình 1.1:Động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_ 6018 Tính năng của động. đưa vào stato của động cơ 4 Chương 2. Xây dựng bộ điều khiển động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_ 6018 2.1. Mô hình toán của động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_ 6018 Tham số chính: -Ra=0.6