Bài tập lớn môn Điều khiển số Thiết kế theo tiêu chuẩn tích phân số (IAE, ITAE, ISE, ITSE) kết hợp với Dead – Beat khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 17 – 6006

Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Lời nói đầu Trong năm gần cơng nghệ thơng tin có bước nhảy vọt, đặc biệt đời máy tính tạo cho xã hội bước phát triển mới, ảnh hưởng đến hầu hết vấn đề xã hội cơng nghiệp Hịa phát triển đó, ngày nhiều nhà sản xuất ứng dụng họ vi xử lý mạnh vào công nghiệp, việc điều khiển xử lý liệu Những hạn chế kỹ thuật tương tự trôi thông số, làm việc cố định dài hạn, khó khăn việc thực chức điều khiển phức tạp thúc đẩy việc chuyển nhanh công nghệ số Ngoài điều khiển số cho phép tiết kiện linh kiện phần cứng, cho phép tiêu chuẩn hóa Với vi xử lý, cấu trúc phần cứng dùng cho nhiều ứng dụng khác Tuy nhiên kỹ thuật số có nhược điểm xử lý tín hiệu rời rạc…, đồng thời tín hiệu tương tự có ưu điểm mà kỹ thuật số khơng có tác động nhanh liên tục Vì xu hướng điều khiển phối hợp điều khiển số điều khiển tương tự Để nắm vững kiến thức học việc nghiên cứu cần thiết sinh viên Bài tập lớn Môn “Điều khiển số” giúp em biết thêm nhiều kiến thức lẫn kinh nghiệm Dưới hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Tiến em thực xong tập “Thiết kế theo tiêu chuẩn tích phân số (IAE, ITAE, ISE, ITSE) kết hợp với Dead – Beat khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 17 – 6006” Do kiến thức cịn hạn chế nên tập cịn có nhiều sai sót, nên em mong nhận bổ sung thầy, cô bạn! Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 323018 1.1 Giới thiệu động servo Là động cho phép điều khiển vô cấp tốc độ Điều khiển động DC (DC Motor) ứng dụng thuộc dạng điều khiển tự động DC Motor cấu chấp hành (actuator) dùng nhiều hệ thống tự động (ví dụ robot) DC servo motor động DC có điều khiển hồi tiếp Mặt khác, động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Động servo có nhiều kiểu dáng kích thước, sử dụng nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển máy tính mơ hình máy bay, ô tô Ứng dụng cho động servo dùng Robot, loại với động dùng mơ hình máy bay tô Cấu tạo động Servo: Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ơn tập Hình 1.1: Cấu tạo động servo 1, Động ; 2, Bản mạch 3, dây dương nguồn ; 4, Dây tín hiệu 5, Dây âm nguồn ; 6, Điện kế 7, Đầu (bánh răng) ; 8, Cơ cấu chấp hành 9, Vỏ ; 10, Chíp điều khiển 1.2 Thông số động DC Servo Harmonic RHS 17 - 6006 Động DC Servo Harmonic loại động bước nhỏ, sử dụng công nghiệp, khả điều khiển chuyển động momen xoắn với độ xác cao Động có hộp số cho momen xoắn cao, độ cứng xoắn cao hiệu suất cao Do mà sử dụng robot cơng nghiệp tự động hóa Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ơn tập Hình 1.2: Đặc tính tải động Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Thông số kỹ thuật động cơ: Thông số Đơn vị Động RHS 17 - 6006 Công suất đầu (sau hộp số) W 65 Điện áp định mức V 75 Dòng điện định mức A 1.7 In-lb 87 Nm 98 rpm 60 In-lb 100 Nm 11 A 43 In-lb 300 Nm 34 rpm 80 In-lb/A 85 Nm/A 9.6 Mômen định mức TN Tốc độ định mức nN Mômen hãm liên tục Dịng đỉnh Mơmen cực đại đầu Tm Tốc độ cực đại Hằng số mômen (KT) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ôn tập Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng tốc độ đến sđđ phần ứng v/rpm 1.0 In-bl –sec2 0.79 Kgm2 0.089 )(Kb) Mơ men qn tính (J) Hằng số thời gian khí ms 4.7 In-lb/rpm 18 Nm/rpm 2.1 In-lb/rpm 0.48 Nm/rpm 5.4*10^-2 Độ dốc đặc tính Hệ số momen nhớt ( Bf) Tỷ số truyền 1:R 1:50 lb 176 N 784 lb 176 N 784 Công suất động W 100 Tốc độ định mức động rpm 3000 Điện trở phần ứng Ω Tải trọng hướng tâm Tải trọng hướng trục 4.8 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Điện cảm phần ứng mH 2.3 Dòng thời gian liên tục ms 0.5 Dòng khởi động A 0.36 Dịng khơng tải A 0.7 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 32-3018 2.1 Cấu trúc điều khiển tốc độ động Hình 2.1: Cấu trúc điều khiển số tốc độ động phản hồi tốc độ từ Encoder 2.2 Xây dựng hệ phương trình tính tốn động học động Servo DC Servo Harmonic RHS 32-3018 có tham số chính: Rư = 4.8 Ω Lư = 2.3 mH KT = 9.6 Nm/A Ke = V/rpm Bf = 5.4*10^-2 Nm/rpm J = 0.089 Kgm2 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ôn tập MC= 5.9 Nm Nđm = 3000 rpm Mô động miền thời gian liên tục Hình 2.2 Cấu trúc động DC servo Kết mô DC servo Harmonic RHS 17 – 6006 với điện áp định mức 75 V Khi khơng có Mc : Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ơn tập Hình 2.3 Đặc tính tốc độ động khơng tải Hình 2.4 Đặt tính dịng điện động 10 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ơn tập Khi có Mc Hình 2.5 Đặc tính tốc độ động 11 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ơn tập Hình 2.6 Đặt tính dịng điện động Nhận xét: Đáp ứng đầu theo giá trị đặt Khi có Mc tốc độ giảm, dịng điện tăng Mô động miền thời gian gián đoạn >> g1= tf(1,[2.3*10^-3 4.8]) >> G2=9.6 >> g3=tf(1, [0.089 5.4*10^-2]) >> G4=1 >> G0=G1*G2*G3 >> Gk=feedback(G0,g4) >> Gz=c2d(Gk,0.01,'zoh') 12 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] >> step(75*Gz) Hình 2.7 Đặc tính với chu kì trích mẫu T=0.01 13 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hình 2.8 Đặc tính với chu kì trích mẫu T=0.05 Nhận xét: Khi tăng chu kỳ trích mẫu lớn hớn đáp ứng đầu nhanh nhiên dạng đáp ứng không mịn 2.2.1 Tổng hợp điều khiển dòng theo Dead - Beat Thực Matlab >> g1i=tf(1,[0.05 1]); >> g2i=tf(1,[2.3*10^-3 4.8]); >> g0i=g1i*g2i; >> gki=feedback(g0i,1) 14 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ôn tập >> gzi=c2d(gki,0.01,'zoh') ; Ta hàm gzi sau : GSi ( z )  0.0355 z  0.0016 z  0.7849 z  7.07e  10 Sampling time: 0.01chia vế cho z 2 ta 0.0355 z 1  0.0016 z 2 GSi ( z )   0.7849 z 1  7.07e  10 * z 2 1 Theo phương pháp Dead - Beat Chọn hàm L(z-1) = l0 = n  bi   27 0.0355  0.0016 i 27  (1  0.7849 z 1  7.07e  10 z 2 ) 27  21.19231  1.9089e  8z 2 GR ( z )    27  (0.0355 z 1  0.0016 z 2 )  0.9585z 1  0.0432 z 2 1 Hình 2.10 Cấu trúc điều khiển dịng Kết mô 15 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hỗ trợ ơn tập Hình 2.11 Dạng đáp ứng dòng điện 2.2.2 Thiết kế điều khiển tốc độ Sử dụng Matlab để tính tốn: >> g1w=9.6; >> g2w=tf(1, [0.089 5.4*10^-2]) >> g2w=tf(1, [0.089 5.4*10^-2]); >> g0w=g1w*g2w; >> gkw=feedback(g0w,1) ; >> gzw=c2d(gkw,0.01,'zoh') 16 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Transfer function: 0.6583 z - 0.338 Sampling time: 0.01 >> gzw1=filt(0.6583,[1 -0.338],0.01) Transfer function: 0.6583z^-1 -1 - 0.338 z^-1 Sampling time: 0.01 Áp dụng phương pháp tính điều khiển theo tiêu chuẩn tích phân: Hàm truyền điều khiển có dạng : r0  r1z 1  p1z 1 Chọn r0 = Umax = 75 ; P= -1 để có khâu tích phân điều khiển r1