thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ dc servo harmonic rhs 32-3018

1. 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 ~ +40 o C Nhiệt độ lưu trữ: -20 ~ +60 o C Độ ẩm môi trường : 20 ~ 80 % ( không ngưng tụ ) 1 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 RHS 32- 3018 Công suất đầu ra (sau hộp số) W 185 Điện áp định mức V 75 Dòng điện định mức A 4.1 Mômen định mức T N In-lb 521 Nm 60 Tốc độ định mức n N rpm 30 Mômen hãm liên tục In-lb 625 Nm 72 Dòng đỉnh A 16.3 Mômen cực đại đầu ra T m In-lb 2950 Nm 340 Tốc độ cực đại rpm 40 Hằng số mômen (K T ) In-lb/A 189 Nm/A 22.9 Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng của tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb) v/rpm 2.35 Mô men quán tính (J) In-lb –sec 2 50 Kgm 2 5.8 Hằng số thời gian cơ khí ms 6.8 Độ dốc đặc tính cơ In-lb/rpm 779 Nm/rpm 88 Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 5.0 Nm/rpm 0.56 Tỷ số truyền 1:R 100 Tải trọng hướng tâm lb 992 N RHS:4500 Tải trọng hướng trục lb 992 2 N RHS:4500 Công suất động cơ W 300 Tốc độ định mức động cơ rpm 3000 Điện trở phần ứng Ω 0.60 Điện cảm phần ứng mH 0.92 Dòng khởi động A 0.75 Dòng không tải A 1.50 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 Ω La = 0.92 mH Kt = 22.9 Nm/A Kb = 2.35 V/rpm Bf = 0.56 J = 5.8 Ta có: 1 ( ) A A A A A A dc c dc t A A b di u e i R L dt d M M dt J M K i e K n ω  − = +    = −   =   =  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 s M M J M K i e K n ω − = +    = −    =  =   3 ( ) 1 1 ( ) A A A A A dc c dc t A A b i u e R L s M M Js M K i e K n ω  = −  +   = − ⇔   =   =  Thay A A A L T R = ta có hệ phương trình sau: ( ) 1/ 1 1 ( ) A A A A A dc c dc t A A b R i u e T s M M Js M K i e K n ω  = −  +   = − ⇔   =   =  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: 4 Hình 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 5 Hình 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 u t K e t e d T τ τ   = +     ∫ K R : Hệ số tỉ lệ T c : 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 1 k I i i I T u k e T − = ≈ ∑ ( ) 1 1 1 1 k I i i I T u k e T − − = ⇒ − ≈ ∑ ( / ) I C R T T K = 6 Trừ vế với vế và chuyển vế đổi dấu ta có: ( ) ( ) 1 1 I I i I T u k u k e T − ⇒ ≈ − + ( ) 1 1 ( ) ( ) I T U z z U z z E z T − − ⇒ = + ( ) 1 1 ( ) 1 I U z T z E z T z − − ⇒ = − ( ) 1 1 1 1 R I T z R z K T z ω − − − ⇒ = + − * Sử dụng phương pháp hình thang: ( ) ( ) 1 1 1 2 k I i i i I T u k e e T − =   ≈ +     ∑ ( ) ( ) 1 1 1 1 1 2 k I i i i I T u k e e T − − =   ⇒ − ≈ +     ∑ ( / ) I C R T T K = ( ) ( ) ( ) 1 1 1 2 I I i i I T u k u k e e T − ⇒ ≈ − + + ( ) ( ) ( ) 1 1 1 2 k k I T u k u k e e T − ⇒ ≈ − + + ( ) ( ) 1 1 1 ( ) ( ) ( ) 2 I T U z z U z E z z E z T − − ⇒ = + + ( ) 1 1 1 ( ) 2 1 I U z T z E z T z − − + ⇒ = − ( ) 1 1 1 1 2 1 R I T z R z K T z ω − − − + ⇒ = + − 7 4. 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 ( ) R Ts R s K Ts ω + = Ta có hàm truyền hệ hở: ( ) 2 0.000198 0.4 2. 86 9 3 0 37 2 .8 ho s s G s + = + Hàm truyền hệ kín: ( ) 2 0.000198 0. 2.9 4863 1 13 2 .7 kin G s s s + = + ( ) 14747.4747 (s+2453) (s+3.527) kin G s ⇒ = ( ) 2.3791 (4.7664e-004s+1) (0.2835s+1) kin G s ⇒ = Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có: 8 2 2 1 ( ) 1 2 2 MC F s s s δ δ τ τ = + + Ta có: ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) kin MC kin R s G s F s R s G s ω ω = + ( ) 1 1 ( ) ( ) 1 kin MC R s G s F s ω − ⇒ =   −   ( ) ( ) 1 1 1 ( ) 2 (1 ) ( ) 1 kin kin MC R s G s s s G s F s ω δ δ τ τ − ⇒ = = +   −   Bộ điều khiển PI có dạng: 1 ( ) R Ts R s K Ts ω + = Với: 0.2835 125.0028 2*2.3791*4.7664e-004 R K = = 0.2835T = 1 0.2835 1 0.2835 ( ) 125.0028 0.2835 0.00227 s s R s s s ω + + ⇒ = = 1 ( ) 125.0028 0.00227 R s s ω ⇒ = + 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 ω = + Với: 125.0028; 0.00227 R C K T = = 9 Ta chọn thời gian T = 0.1s * Áp dụng phương pháp hình chữ nhật ta có: ( ) 1 1 1 1 R I T z R z K T z ω − − − = + − -5 0.00227 1.8160e 125.0028 C I R T T K = = = ( ) 1 1 -5 1 1 3 1 0.1 125.0028 1.8160e 1 125.0028 5.5067e 1 z R z z z z ω − − − − − ⇒ = + − = + − * Áp dụng phương pháp hình thang ta có: ( ) 1 1 1 1 2 1 R I T z R z K T z ω − − − + = + − -5 0.00227 1.8160e 125.0028 C I R T T K = = = ( ) 1 1 1 1 125.0028 2753.30 1 z R z z ω − − − + = + − 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: 10 [...]... 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 11 Tài 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... 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 12 . của động cơ: Hình 3: Đặc tính dòng phần ứng động cơ DC servo harmonic RHS 32- 3018 5 Hình 4: Đặc tính tốc độ động cơ DC servo harmonic RHS 32-3018 3. Các phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục. 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: 4 Hình 2: Cấu trúc động cơ DC servo harmonic RHS 32-3018 Đặc. 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