Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ DC SERVO HARMONIC RH 14d 6002

Giới thiệu động cơ servo Điều khiển động cơ DC DC Motor là một ứng dụng thuộc dạng cơ bản nhất của điều khiển tự động vì DC Motor là cơ cấu chấp hành actuator được dùng nhiều nhất trong

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC

RH 14D-6002 1.1 Giới thiệu động cơ servo

Điều khiển động cơ DC (DC Motor) là một ứng dụng thuộc dạng cơ bản nhất của điều khiển tự động vì DC Motor là cơ cấu chấp hành (actuator) được dùng nhiều nhất trong các hệ thống tự động (ví dụ robot) Điều khiển được DC Motor là ta đã có thể tự xây dựng được cho mình rất nhiều hệ thống tự động DC servo motor là động cơ DC có bộ điều khiển hồi tiếp

Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kỳ lý

do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay, ô tô Ứng dụng mới nhất cho động cơ servo là dùng trong Robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và ô tô

Cấu tạo động cơ Servo:

Hình 1.1: Cấu tạo động cơ servo

7, Đầu ra (bánh răng) ; 8, Cơ cấu chấp hành

9, Vỏ ; 10, Chíp điều khiển

1.2 Thông số động cơ DC Servo Harmonic RH 14D-6002.

Động cơ DC Servo Harmonic là loại động cơ bước nhỏ, được sử dụng trong công nghiệp, khả năng điều khiển chuyển động và momen xoắn với độ chính xác cao Động cơ có hộp số cho momen xoắn cao, độ cứng xoắn cao và hiệu suất cao Do đó mà nó được sử dụng trong các robot công nghiệp và tự động hóa

Đặc tính tải của động cơ

Thông số kỹ thuật động cơ:

Thông số Đơn vị Động cơ RH 14D-6002 Công suất đầu ra (sau hộp số) W 20.3

Mômen định mức TN

Mômen cực đại đầu ra Tm

Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng

của tốc độ đến sđđ phần ứng )(Ke) v/rpm 0.30

Mô men quán tính (J) In-bl –sec

Kgm2x10^-3 21.6

Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 0.31

Tốc độ định mức động cơ rpm 3000

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 14D-6002

2.1 Xây dựng hệ phương trình tính toán động học động cơ Servo

DC Servo Harmonic RH 14D-6002 có các tham số chính:

 Ra = 2.7 Ω

 La = 1.1 mH

 KT = 2.92 Nm/A

 KE =KB= 0.3 V/rpm

 Bf = 3.5*10^-2 Nm/rpm

 J = 21.6 Kgm2 x 10^-3

 MC= 3.2 Nm

 Tcl= 0.05*10^-3

Cấu trúc của động cơ như sau :

Hình 2.2 : Cấu trúc động cơ DC servo Kết quả mô phỏng DC servo Harmonic RH 14D-6002:

 Khi không có Mc

 Khi có Mc

Hình 1.1 Đặc tính tốc độ động cơ

Hình 1.2 Đặt tính dòng điện động cơ

2.2 Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ

Để điều chỉnh tốc độ động cơ DC servo thông thường ta dùng hệ thống hai vòng điều chỉnh

Ta chọn :

-Chu kỳ trích mẫu mạch vòng dòng : Tcl = 0.001s

-Chu kỳ trích mẫu mạch vòng tốc độ : Tw=0.001s

Cấu trúc 2 mạch vòng

Hình 2.1 Cấu trúc 2 mạch vòng

2.2.1 Tổng hợp bộ điều khiển dòng

Chọn Tcl=0.5ms

>> G1=tf(1,[0.5*10^-3 1])

>> G2=tf(1,[0.0011 2.7])

>> G3= G1*G2

>> rltool

Hình 2.2 Hệ tọa độ cực và đáp ứng của hệ thống trên SISO design Lấy kêt quả bộ điều khiển :

>> C

0.73719 (s+8395)

S

Mô phỏng kết quả mạch vòng dòng điện trên miền tương tự

Mô phỏng kết quả mạch vòng dòng điện trên miền số :

2.2.2 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ

Vì mạch vòng dòng có ISP << so với mạch vòng tốc độ do vậy trong một trong 1 chu kỳ

*

u

I I

Áp dụng phương pháp xấp xỉ liên tục ta tìm được bộ (khi bỏ qua mạch vòng dòng điện)

Ta có :

G4= Kt= 2.92

G5= tf(1,[J Bf])

G6= G4*G5

Hình 2.3 Hệ tọa độ cực và đáp ứng của hệ thống trên SISO design Kết quả bộ điều khiển :

>> C

0.071077 (s+9.288)

s

Kết quả mô phỏng mạch vòng tốc độ trên miền tương tự :

2.2.3 Tổng hợp 2 mạch vòng

Kết quả mô phỏng trên miền tương tự:

 Đáp ứng tốc độ

 Đáp ứng dòng điện

Kết quả mô phỏng trên miền số:

 Đáp ứng tốc độ

 uĐáp ứng dòng điện

Kết luận : Do thời gian trích mẫu rất nhỏ nên miền tương tự và miền số như

nhau Khi có bộ điều khiển thì đáp ứng tốc độ liên bám theo tín hiệu đặt