đề 5 thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ dc servo harmonic rh 8d 3006

Tiêu chuẩn thiết kế và kết quả mô phỏng trên miền thời gian liên tục và trên miền thời gian gián đoạn...16 3.1.1.. Các phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục, thiết kế trên miền thời gian

BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN SỐ

Nguyễn Minh Tuấn MSV: 85391 Lớp: ĐTĐ60ĐH

Nguyễn Minh Quang MSV: 84574 Lớp: ĐTĐ60ĐH

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 8D-3006 5

1.1 Giới thiệu về động cơ DC Servo Harmonic RH 8D-3006 5

1.2 Ứng dụng của động cơ DC servo Harmonic RH 8D-3006 8

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 8D-3006 KHI CHƯA DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN 9

2.1 Mô tả đối tượng điều khiển 9

2.2 Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục 9

2.2.1 Khai báo biến 9

2.2.2 Khảo sát động học 9

2.3 Khảo sát ảnh hưởng của chu kỳ trích mẫu T đến tính ổn định của hệ thống 13

2.3.1 Khảo sát với chu kì trích mẫu T = 0.01 đến tính ổn định của hệ thống 14

2.3.2 Khảo sát với chu kì trích mẫu T = 0.001 đến tính ổn định của hệ thống 15

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH 8D-3006 16

3.1 Tiêu chuẩn thiết kế và kết quả mô phỏng trên miền thời gian liên tục và trên miền thời gian gián đoạn 16

3.1.1 Dòng điện 18

3.1.2 Tốc độ 19

3.2 Các phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục, thiết kế trên miền thời gian gián đoạn và kết quả mô phỏng trên miền thời gian gián đoạn 19

3.2.1 Dòng điện 21

3.2.2 Tốc độ 22

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

LỜI MỞ ĐẦU

Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Văn Tiến đã hướng dẫn, tạo điều kiện hỗ trợ chúng

em suốt quá trình học tập và nghiên cứu bài tập lớn môn Điều khiển số củanhóm em cũng như sự giúp đỡ của thầy trong những học phần khác của chúng

em Nhờ có sự hướng dẫn của thầy nên nhóm em có thể hoàn thành được đề tàinghiên cứu lần này Vì còn nhiều khuyết điểm , nên không thể tránh khỏi nhữngthiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy đểkiến thức của chúng em trong lĩnh vực này được hoàn thiện, bổ sung thấy đượcnhững khuyết điểm của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO

HARMONIC RH 8D-3006 1.1 Giới thiệu về động cơ DC Servo Harmonic RH 8D-3006

Hình 1.1: Động cơ RH 8D-3006 trong thực tế

* Cấu tạo của động cơ servo:

Hình 1.2: Cấu tạo động cơ servo

1, Động cơ; 2, Bản mạch; 3, Dây dương nguồn; 4, Dây tín hiệu

5, Dây âm nguồn; 6, Điện thế kế 7, Đầu ra (bánh răng); 8, Cơ cấu chấp hành;

9, Vỏ; 10, Chíp điều khiển Động cơ RH 8D-3006 là động cơ một chiều do hãng Harmonic của Nhật sảnxuất Đây là động cơ được thiết kế nhỏ gọn, truyền động chính xác, momen lớn

và có gắn sẵn encoder

* Nguyên lý hoạt động:

Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn mà không phải quay liên tụcnhư động cơ DC hay động cơ bước

* Các tham số cơ bản của động cơ được trình bày trong bảng 1.1

 Kiểu chạy: Liên tục

 Kích thích: Nam châm vĩnh cửu

 Cách điện: Lớp B

 Điện trở cách điện: 100MΩ

 Động rung:2.5g(5~400HZ)

 Shock: 30g(11ms)

 Bôi trơn: Dầu nhơn (SK-2)

 Nhiệt độ môi trường:0~40°C

 Độ ẩm môi trường: 20~ 80%(không ngưng tụ)

1.2 Ứng dụng của động cơ DC servo Harmonic RH 8D-3006

Có rất nhiều máy móc sử dụng động cơ DC servo để hoạt động Cụ thể động cơ

DC servo có thể ứng dụng trong ngành điện - điện tử (ví dụ như lắp các chip LSItrên bảng mạch) Tuy nhiên, hiện nay động cơ DC servo rất hạn chế trong ứngdụng ngành điện - điện tử mà thay vào đó động cơ có ứng dụng chủ yếu trongngành sản xuất thực phẩm, đồ uống và ứng dụng trong ngành giấy, may mặc,bao bì

Ngoài ra động cơ DC servo còn có một số ứng dụng khác như:

 Ứng dụng trong sản xuất robot vì sự chuyển động trơn tru và định vịchính xác

 Ứng dụng trong các loại đồ chơi điều khiển bằng radio

 Ứng dụng trong sản xuất các loại thhieets bị điện tử như đĩa DVD, máynghe nhạc blue

 Ứng dụng trong xe ô tô để duy trì tốc độ của phương tiện

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RH

8D-3006 KHI CHƯA DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Mô tả đối tượng điều khiển

Thông số cơ bản động cơ DC Servo Harmonic RH 8D-3006:

Rư = 10 (Ω); L); Lư = 2.2 (mH); Kt = 4.2 (Nm/A); J = 15 (kgm2 x 103);

Bf = 3.1x 10-2 (Nm/rpm); Ke = 0.44 (V/rpm); U = 24 (V); I = 0.8 (A);

Mc = 2.0 (Nm); ω = 3000 (rpm)

2.2 Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục

2.2.1 Khai báo biến

Hình 2.1: Khai báo biến

2.2.2 Khảo sát động học

Ta thực hiện khảo sát động học trên miền thời gian thực của Simulink

- Ta thấy ban đầu khi khởi động dòng điện tăng nhanh lên xấp xỉ 1A sau đókhoảng 0.2s đi vào xác lập xấp xỉ 0.35A

 Dòng khởi động lớn do ban đầu tốc độ chưa đạt ngưỡng định mức, phảnhồi về nhỏ giá trị đặt đưa vào phần ứng lớn Và khi tốc độ tăng lên thì giátrị phản hồi tăng lên khiến giá trị đặt đó giảm dần

 Trị số của dòng điện khi ở trạng thái xác lập nhỏ hơn giá trị mà nhà sảnxuất đưa ra (0.35A < 0.8A) là do chưa có momen cản

Hình 2.4: Đồ thị biểu thị tốc độ động cơ

- Ta thấy tốc độ khởi động tăng dần và đi vào xác lập sau khoảng 0.2s là

2300 vòng tương ứng với thời gian dòng khởi động đi vào xác lập

 Trị số tốc độ khi vào trạng thái xác lập nhỏ hơn nhiều so với tốc độ nhàsản xuất đưa ra (2300rpm < 3000rpm)

 Trường hợp 2: Khi momen cản Mc = 2.0 (giá trị khảo sát)

Hình 2.5: Đồ thị dòng điện khi có momen cản

- Ta thấy trước khi có tác động của momen cản (0s – 1s) đồ thị dòng điệngiống như trường hợp 1, nhưng sau khi có sự tác động momen cản (1s -

∞) thì trị số dòng điện tăng lên và đi vào xác lập ở 0.75A

 Khi đưa momen cản theo trị số khảo sát vào ta thấy trị số xác lập củadòng điện là 0.75A ≈ 0.8A mà nhà sản xuất đưa ra

 Vì phải chịu kéo tải nên tốc độ giảm so với khi mới khởi động (0s – 1s)

 Như vậy ta có thể kết luận trên miền thời gian liên tục thì các thông số củađộng cơ tra được trên tài liệu khá sát với thực tế Có sự đáng tin cậy cao

2.3 Khảo sát ảnh hưởng của chu kỳ trích mẫu T đến tính ổn định của hệ thống

Ta thực hiện khảo sát trên cửa sổ lập trình (Command Window) củaMatlab

s=tf(‘s’)

G1=1/R/(L*s+1)

- Ta thấy trên miền z (miền rời rạc) thì đồ thị có dạng tổng quan giống nhưmiền thời gian liên tục và xác lập ở 47rpm

 Tuy khá giống về đặc tính so với miền liên tục nhưng do ảnh hưởng bởichu kì trích mẫu nên dạng đường cong có dạng bậc thang

2.3.2 Khảo sát với chu kì trích mẫu T = 0.001 đến tính ổn định của hệ thống

 Ta thấy rằng khi giảm chu kì trích mẫu đi thì dạng đường cong đã mịnhơn rất nhiều và sẽ ngày càng giống dạng đặc tính trên miền liên tục nếu

ta tiếp tục giảm T

 Ta kết luận rằng thông số trên tài liệu của động cơ là đáng tin cậy, có thể

sử dụng để thiết kế bộ điều khiển

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

SERVO HARMONIC RH 8D-3006

3.1 Tiêu chuẩn thiết kế và kết quả mô phỏng trên miền thời gian liên tục

và trên miền thời gian gián đoạn

Sử dụng công cụ Tune trong MATLAB-SIMULINK:

Hình 3.1: Giao diện Tune

Sơ đồ mạch vòng khi thêm bộ điều khiển PID:

Hình 3.2: Sơ đồ mạch vòng thêm bộ PISau khi dùng Tune thì bọn em ra được bộ PI có thông số như sau:P: 191.212960762996

I: 8202.57440877942

 Tính chọn Gbd

Ta có : Gbd(s)=

Hình 3.3: Cài đặt thông số bộ PI

Thực hiện mô phỏng

3.1.1 Dòng điện

Hình 3.4: Mô phỏng dòng điện khi có bộ PID liên tục

- Từ 0-1s: Dòng điện tăng cao lên 3.6A rồi hạ xuống 0.1A rồi đi vào xáclập ở 0.4A

- Sau 1s: Có sự xuất hiện của Mc=2.0Nm thì dòng điện lên tới 1.1A rồi đivào xác lập ở 0.8A

Nhận xét: Có sự tác động của bộ điều khiển mà dòng điện đáp ứng giá trị xác

lập nhanh hơn rất nhiều

3.1.2 Tốc độ

Hình 3.5: Mô phỏng tốc độ khi có bộ PID liên tục

- Từ 0-1s: Tốc độ tăng lên 3400 rpm rồi giảm về giá trị đặt 3000rpm trong0.2s

- Sau 1s: Có sự xuất hiện của Mc=2.0Nm thì tốc độ giảm xuống 2800rpmrồi lại nhanh chóng tăng về giá trị đặt trong 0.2s

Nhận xét: Bộ điều khiển đã tác động và điều khiển tốc độ động cơ duy trì ở giá

trị đặt 3000rpm, ngay cả khi có momen cản thì tốc độ cũng nhanh chóng đượctrở về tốc độ đặt

3.2 Các phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục, thiết kế trên miền thời gian gián đoạn và kết quả mô phỏng trên miền thời gian gián đoạn.

Tính toán tham số bộ điều khiển PID số

Như vậy ta thu được bộ điều khiển số

Mô phỏng trên Matlab:

Hình 3.6: Mạch vòng tốc độ khi có bộ điều khiển số

3.2.1 Dòng điện

Hình 3.7: Mô phỏng dòng điện khi có bộ điều khiển số

- Từ 0-1s: Dòng điện tăng cao lên 3.5A rồi hạ xuống 0.2A rồi đi vào xáclập ở 0.4A

- Sau 1s: Có sự xuất hiện của Mc=2.0Nm thì dòng điện lên tới 1.1A rồi đivào xác lập ở 0.8A

- Đáp ứng về dòng và tốc độ của hai bộ điều khiển là tương đối giống nhau

- Thời gian xác lập của bộ điều khiển số chậm hơn 1 chút so với điều khiểnPI

- Độ quá độ của bộ điều khiển số cao hơn so với bộ điều khiển PI

- Nguyên nhân gây ra sai số là do làm tròn trong quá trình tính toán và lấythông số

 Nhận xét

Các kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng ra trên miền số tương tự như đáp ứng ratrên miền liên tục Điều này khẳng định thuật toán và cách thức xây dựng bộđiều khiển số là hoàn toàn đúng đắn và chính xác Kết quả cũng cho thấy việcchọn chu kì trích mẫu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển của hệ thống.Chu kì trích mẫu khác nhau sẽ cho ra các đáp ứng khác nhau Chu kì trích mẫucàng nhỏ cho phép ta thiết kế được các bộ điều khiển có chất lượng càng cao.Tuy nhiên không phải lúc nào ta cũng lựa chọn được chu kì trích mẫu nhỏ, điềunày phụ thuộc vào năng lực tính toán của thiết bị, các tài nguyên hỗ trợ cũngnhư bản thân hệ thống cần điều khiển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Điều khiển số và ứng dụng– TS Nguyễn Khắc Khiêm; TS Phạm TuấnAnh; Hiệu đính: PGS.TS Trần Sinh Biên, Nhà xuất bản Hàng Hải,2018

[2] Matlab và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nguyễn PhùngQuang, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,2006