TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ MÔN HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ ỨNG DỤNG Đề tài Thiết kế xấp xỉ khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ MÔN HỌC HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ ỨNG DỤNG Đề tài: Thiết kế xấp xỉ khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 17-3006 Họ tên : Nguyễn Thành Long Mã sinh viên : 83833 Lớp : ĐTĐ60ĐH Giảng viên : Cao Đức Thanh HẢI PHÒNG 12/2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: Khái quát chung động DC Servo Harmonic RHS 17-3006 1.1 Giới thiệu động DC Servo Harmonic RHS 17-3006 1.1.1 Tổng quan 1.1.2 Cấu tạo động Servo 1.2 Hình ảnh thực tế .5 Chương Xây dựng điều khiển động DC servo Harmonic RHS 17-3006 2.1 Mô tả đối tượng điều khiển 2.2 Khảo sát động học đối tượng miền thời gian liên tục 2.2.1 Mơ hình mơ 2.2.2 Kết mô CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XẤP XỈ LIÊN TỤC .11 3.1 Phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục 11 3.2 Thiết kế điều khiển 12 3.2.1 Thiết kế điều khiển PID miền liên tục .12 3.2.2 Thiết kế điều khiển số xấp xỉ liên tục .16 3.3 Mô 17 KẾT LUẬN 21 MỞ ĐẦU Trong năm gần công 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 sử lý mạnh vào công nghiệp, việc điều khiển sử lý đữ liệu Những hạn chế kỹ thuật tương tự trổi 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 sử lý, cấu trúc phần cứng dùng cho nhiều ứng dụng khác Tuy nhiên kỹ thuật số có nhược điểm sử 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 vững kiến thức học việc nghiên cứu cần thiết sinh viên Vì nhóm em giao đề tài tập lớn “Thiết kế xấp xỉ khâu điều chỉnh tốc độ động DC Servo Harmonic RHS 17-3006.” Qua tập lớn giúp chúng em biết thêm nhiều kiến thức lẫn kinh nghiệm Dưới hướng dẫn thầy … chúng em thực xong tập Do kiến thức hạn chế nên tập cịn có nhiều sai xót, nên chúng em mong nhận bổ sung thầy Chương 1: Khái quát chung động DC Servo Harmonic RHS 17-3006 1.1 Giới thiệu động DC Servo Harmonic RHS 17-3006 1.1.1 Tổng quan 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) Điều khiển DC Motor ta tự xây dựng cho nhiều hệ thống tự động 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 tơ 1.1.2 Cấu tạo động Servo DC Servo Motor có chổi than: loại động bao gồm phận là: stato, rotor, chổi than cuộn cảm lõi 1.2 Hình ảnh thực tế hình 1.Hình ảnh động RHS 17-3006 thực tế Động RHS 17-3006 động chiều hãng Harmonic Nhật sản xuất Đây động thiết kế nhỏ gọn, truyền động xác, momen lớn có sẵn encoder 1.2 Bảng thơng số động DC Servo Harmonic RHS 17-3006 Bảng 1.1: thông số động RHS-3006 Thông số Công suất đầu Điện áp định mức Đơn vị W V Động RHS17-3006 62 75 Dòng điện định mức Momen định mức Tốc độ định mức Momen hãm liên tục Dòng định mức Momen cực đại đầu Tốc độ cực đại Hằng số momen Hằng số B.E.M.F Momen quán tính Hằng số thời gian khí Độ dốc đặc tính Hệ số momen nhớt Tỷ số truyền Tải trọng hướng tâm Tải trọng hướng trục Công suất định mức động Tốc độ định mức động Điện trở phần ứng Điện cảm phần ứng Dịng khởi động Dịng khơng tải Momen quán tính (J) A Nm Rpm Nm A Nm Rpm Nm/A v/rpm Kg Msec Nm/rpm Nm/rpm 1:R N N W Rpm Ohm mH A A kgm2 1.7 20 30 22 3.5 54 40 1.9 2.0 0.36 4.7 8.1 3.1 1:100 784 784 100 3000 4.8 2.3 0.23 0.7 0.36 Chương Xây dựng điều khiển động DC servo Harmonic RHS17- 3006 2.1 Mô tả đối tượng điều khiển Đối tượng điều khiển mô tả phương trình tốn học sau: Mạch phần ứng: U - E= I Ư ( RƯ + sT Ư ) Mạch kích từ: U k = I k ( Rk + sT k ) Momen quay: M=k∅I Phương trình động học: M- M c = Jsw Sức điện động: E= k∅w Tham số động cơ: RƯ = 4.8 Ω T Ư = 0.0023H K p = 1.9 Nm/A J =0.36 kgm 2.2 Khảo sát động học đối tượng miền thời gian liên tục 2.2.1 Mơ hình mơ hình 1.Mơ hình mơ động DC servo Harmonic RHS17-3006 2.2.2 Kết mơ -Khi khơng có momen cản: hình 2 Đáp ứng dịng điện khơng có Mc hình Đáp ứng tốc độ khơng có Mc -Khi ta lấy Mc=10: hình Đáp ứng dịng điện có Mc hình Đáp ứng tốc độ có Mc -Nhận xét: +Khi có tải dịng điện tốc độ động có thay đổi khơng có khả ổn định lúc khơng có tải +Dịng khởi động lớn nhiều so với dòng định mức ban đầu CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XẤP XỈ LIÊN TỤC 3.1 Phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục - Luật PID miền thời gian mô tả: [ de (t) U ( t )=K R e ( t )+ ∫ e ( t ) dt+Tv Tc dt ] KR: Hệ số tỉ lệ Tc: Hằng số thời gian chậm sau Tv: Hằng số thười gian vượt mức - Xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật thành phần D bậc 1: k T T uk =K R ek + ∑ e i−1+ V (e k −e k−1) T C i=1 T [ [ ] T T V => uk =uk−1 + K R ek −e k−1+ T e i−1+ T ( e k −2 e k−1 −e k−2) C Vậy: G R ( z )= −1 −2 U ( z ) r 0+ r z +r z = E(z) 1−z−1 Với: ( r =K R 1+ TV T TV T ; r 1=−K R 1+ T − T ; r 2=K R V T T C ) ( ) 3.2 Thiết kế điều khiển 3.2.1 Thiết kế điều khiển PID miền liên tục - Mơ hình mơ matlab ] 75 PID(s) Kp Constant PID Controller Gain Transfer Fcn Constant1 Scope Gain1 Scope2 Transfer Fcn1 Scope1 Step Kp hình 3.1 Mơ hình mơ Matlab dùng BĐK PID Scope3 - Tính tốn thơng số cho điều khiển PID Matlab hình 3.2 Tính tốn bđk pid tuner - Ta có thơng số điều khiển PI: P = 2.566, I = 10.73 - Kết mô + Khi khơng có momen cản Mc hình 3.3 Đáp ứng dịng điện khơng có Mc hình 3.4 Đáp ứng tốc độ khơng có Mc -Khi có momen cản hình 3.5 Đáp ứng tốc độ có Mc hình 3.6 Đáp ứng dịng điện có Mc -Nhận xét + Độ độ khoảng 10% + Tốc độ dòng điện với tốc độ dòng điện định mức 3.2.2 Thiết kế điều khiển số xấp xỉ liên tục Từ thông số từ điều khiển PID ta có: P=K R =2.566 I= KR =10.73 → T c =0.239 Tc D=K R T v =0 →T v =0 Chọn T = 0.001 (s) Ta thông số điều khiển số xấp xỉ liên tục: ( r =K R 1+ ( TV =2.566 T r 1=−K R 1+ r 2=K R ) TV T − =−2.555 T TC ) TV =0 T Thay r , r ,r ta điều khiển số: −1 −2 U ( z ) r 0+ r z +r z 2.566+(−2.555)z −1 G R ( z )= = = E(z) 1−z−1 1−z−1 3.3 Mô Transfer Fcn2 PID(s) PID Controller 2.566-2.565z-1 1-z-1 75 Constant Discrete Filter Kp Gain Transfer Fcn Constant1 Scope Gain1 Scope1 Step Kp hình 3.7 Cấu trúc mô Kết mô phỏng: Scope2 Transfer Fcn1 Scope3 hình 3.8 Đáp ứng dịng điện khơng có Mc hình Đáp ứng tốc độ khơng có Mc hình 3.10 Đáp ứng dịng điện có Mc hình 3.11 Đáp ứng tốc độ có Mc -Nhận xét: + Tốc độ dòng điện gần với tốc độ dòng điện định mức + Khi có mome cản làm cho dịng điện tăng tốc độ giảm