Tổng hợp bộ điều khiển4.1.. Thiết kế bộ điều khiển trên miền thời gian liên tục Để điều khiển tốc độ động cơ DC servo thông thường ta dùng hệ thống hai vòng điều chỉnh.. Tuy nhiên động c
Trang 11 Tổng quan về động cơ DC Servo harmonic RHS 32-3018
* 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
* 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
* 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 ~ +40oC
Nhiệt độ lưu trữ: -20 ~ +60 oC
Độ ẩm môi trường : 20 ~ 80 % ( không ngưng tụ )
Trang 2Độ rung : 2.5g (5 ~ 400HZ)
Shock : 30g (11ms)
Bôi trơn : Dầu nhờn (SK-1A)
Đầu ra : Mặt bích
Bảng 1: Thông số động cơ
32-3018 Công suất đầu ra (sau hộp số) W 185
Mômen cực đại đầu ra Tm In-lb 2950
Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh
hưởng của tốc độ đến sđđ phần
ứng )(Kb)
Mô men quán tính (J) In-lb –sec2 50
Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 5.0
Trang 3N RHS:4500
2 Mô hình toán của động cơ DC Servo harmonic RHS 32-3018
Các phương trình toán học động cơ DC servo harmonic RHS 32-3018 Các tham số cơ bản động cơ:
Ra = 0.6
La = 0.92 mH
Kt = 22.9 Nm/A
Kb = 2.35 V/rpm
Bf = 0.56
J = 5.8
Ta có:
A
A A A A A
dc c
dc t A
di
dt d
dt J
M K i
e K n
Chuyển sang miền ảnh laplace:
1
A A A A A A
dc c
dc t A
A b
u e i R L i s
J
M K i
e K n
Trang 4
1
1
A A
dc c
dc t A
A b
R L s
Js
M K i
e K n
Thay A A
A
L T
R
ta có hệ phương trình sau:
1 / 1 1
A
A
dc c
dc t A
A b
R
T s
Js
M K i
e K n
Từ hệ phương trình trên ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc của động cơ như sau:
Hình 1: Cấu trúc động cơ DC servo Thay các thông số của động cơ vào ta được mô hình động cơ DC servo trên simulink sau:
Trang 5Hình 2: Cấu trúc động cơ DC servo harmonic RHS 32-3018
Đặc tính quá độ tốc độ và dòng của động cơ:
Hình 3: Đặc tính dòng phần ứng động cơ DC servo harmonic RHS
32-3018
Trang 6Hình 4: Đặc tính tốc độ động cơ DC servo harmonic RHS 32-3018
3 Các phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục
Ta chọn bộ điều khiển có dạng PI, luật điều khiển được mô tả bởi công thức:
1
0
1 ( ) R ( )
c
KR: Hệ số tỉ lệ
Tc: Hằng số thời gian chậm sau
Để thiết kế trên miền thời gian xấp xỉ liên tục ta xấp xỉ thành phần I theo các phương pháp sau:
* Sử dụng phương pháp hình chữ nhật: xấp xỉ thành phần I
1
k
i I
T
1 1 1
i I
T
T
( TI T KC / R)
Trang 7Trừ vế với vế và chuyển vế đổi dấu ta có:
I
T
T
I
T
T
1
1 1
R I
* Sử dụng phương pháp hình thang:
1
1 2
k
i I
T
1
1 1
1 1
2
k
i I
T
T
( TI TC / KR)
1 1
2
I
T
1 1
2 k k
I
T
2
I
T
U z z U z E z z E z
T
1
1
1
1
2 1
R
I
T z
Trang 84 Tổng hợp bộ điều khiển
4.1 Thiết kế bộ điều khiển trên miền thời gian liên tục
Để điều khiển tốc độ động cơ DC servo thông thường ta dùng hệ thống hai vòng điều chỉnh Tuy nhiên động cơ DC servo harmonic RHS
32-3018 là loại động cơ cỡ nhỏ nên có thể bỏ qua mạch vòng dòng
Hình 5: Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ Xây dựng vòng điều khiển tốc độ: ta chọn bộ điều khiển dạng PI
1
Ts
Ta có hàm truyền hệ hở:
2
2.
86
9
2
.8
ho
Hàm truyền hệ kín:
0.000198 2 0.
2.9
2
.7
kin
G
s
(s+2453) (s+3.527)
kin
(4.7664e-004s+1) (0.2835s+1)
kin
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
Trang 92 2
1 ( )
MC
( ) ( )
kin MC
kin
R s G s
R s G s
1
1 ( )
( ) 1
kin MC
R s
1
( )
kin MC
R s
Bộ điều khiển PI có dạng:
1
Ts
Với:
0.2835
125.0028 2* 2.3791*4.7664e-004
R
0.2835
T
( ) 125.0028
R s
1 ( ) 125.0028
0.00227
R s
s
4.2 Thiết kế bộ điều khiển trên miền thời gian gián đoạn
Ta có bộ điều khiển PI trên miền thời gian lien tục có dạng:
1 ( ) 125.0028
0.00227
R s
s
Với:
Trang 10Ta chọn thời gian T = 0.1s
* Áp dụng phương pháp hình chữ nhật ta có:
1
1
R
I
T z
-5 0.00227
1.8160e 125.0028
C
I
R
T
T
K
-5 1 1
3
1
0.1 125.0028
1.8160e 1 125.0028 5.5067e
1
z
R z
z z
z
* Áp dụng phương pháp hình thang ta có:
1
1
2 1
R
I
-5 0.00227
1.8160e 125.0028
C
I
R
T
T
K
1
1 125.0028 2753.30
1
z
R z
z
5 Kết quả mô phỏng
5.1 Kết quả mô phỏng trên miền thời gian liên tục
Ta có mô hình mạch vòng tốc độ trên miền thời gian liên tục:
Trang 11Hình 6: Mô hình mạch vòng tốc độ với bộ điều khiển PI
Hình 7: Đáp ứng tốc độ động cơ DC servo RHS 32-3018 khi có bộ điều
khiển tốc độ
5.2 Kết quả mô phỏng trên miền thời gian gián đoạn
Trang 12Tài liệu tham khảo
[1] GS.TS Nguyễn Phùng Quang
Điều khiển số (Digital 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