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 RFS32 6018

Lời nói đầu Trong năm gần công nghệ thông tin có bước nhảy vọt,đặc biệtlà đời máy tính tạo cho xã hội bước phát triển mới, nóảnh hưởngđến hầu hết vấn đề xã hội công nghiệp vậy.Hòa phát triển đó, ngày nhiều nhà sản xuất ứng dụng họ vixử lý mạnh vào công nghiệp, việc điều khiển xử lý liệu.Những hạn chế kỹ thuật tương tự trôi thông số, làm việc cố địnhdài hạn, khó khăn việc thực chức điều khiển phức tạp đãthúc 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 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 RFS32-6018” Do kiến thức hạn chế nên tập có nhiều sai sót, nên em mong nhận bổ sung thầy! CHƯƠNG 1: Khái quát động DC Servo Harmonic RFS 32-6018 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 vòng 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 mô hình máy bay, ô tô.Ứng dụng cho động servo dùng Robot, loại với động dùng mô hình máy bay ô tô Cấu tạo động Servo: Hình 1.1: Cấu tạo động servo Trong : 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 RFS 32-6018 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 công nghiệp tự động hóa Hình 1.2: Đặc tính tải động Thông số động : Thông số Đơn vị Động RFS 32-6030 Công suất đầu ra(sau hộp số) W 185 Điện áp định mức V 75 Dòng điện định mức A 4.1 Momen định mức TN In-Ib 280 Nm 30 Tốc độ định mức nn rpm 60 Momen hãn liên tục In-Ib 312 Nm 36 Dòng đỉnh A 20.6 Momen cực đại đầu Tm In-Ib 1910 Nm 220 Tốc độ cực đại Rpm 80 Hằng số mômen (KT) In-Ib/A 100 Nm/A 11.5 Hằng số điện B.E.M.F (ảnh hưởng v/rpm tốc độ đến sđđ phản ứng) (Kb) 1.18 Momen quán tính (J) In-Ib-sec2 12.2 Kgm2 1.4 Hằng số thời gian khí Ms 6.8 Độ dóc đặc tính In-Ib/rpm 194 Nm/rpm 22 In-Ib/rpm 0.67 Nm/rpm 7.6*10-2 Tỷ số truyền 1:R 50 Tải trọng hướng tâm Ib 992 N RFS:4000 Ib 353 N RhS:4500 Công suất động W 300 Tốc độ định mức động rpm 3000 Điện trở phần ứng Ω 0.60 Điện cảm phần ứng mH 0.92 Dòng thời gian liên tục ms 1.5 Dòng khởi động A 1.1 Dòng không tải A 1.5 Hệ số momen nhớt (Bf) Tải trọng hướng trục CHƯƠNG 2: Thiết kế khâu điều chỉnh kiểu deadbeat cho mạch vòng dòng điệnđộng DC Servo Harmonic RHS RFS 32-6030 2.1 Thiết kế khâu điều chỉnh kiểu deadbeat cho mạch vòng dòng điện Hình Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện - Hàm tryền biến đổi : FBD = Ta có hàm truyền đối tượng điều khiển : Gi(s) = = Trong : RA : điện trở phần ứng; TA = = 2,2.10-4 Ti : chu kỳ trích mẩu - Thay số ta có : Gi(s) = - Sử dụng lệnh c2d ta tìm hàm truyền đạt miền ảnh Z đối tượng theo phương pháp ZOH (với chu kỳ trích mẩu 0,22.10-3) - >> % chuong trinh matlab >> G= tf(0.1,[2.2e-7 1.22e-3 1]) G= 0.1 2.2e-07 s^2 + 0.00122 s + Continuous-time transfer function >> Ti = 0.22e-3% chu ki trich mau Ti = 2.2000e-04 >> G = c2d(G,Ti,'ZOH') G= 0.007489 z + 0.004994 z^2 - 1.17 z + 0.2952 Sample time: 0.00022 seconds Discrete-time transfer function >> G = filt([0 0.007489 0.004994],[1 -1.17 0.2952],0.22e-3) G= 0.007489 z^-1 + 0.004994 z^-2 - 1.17 z^-1 + 0.2952 z^-2 Sample time: 0.00022 seconds Discrete-time transfer function Ta thu hàm truyền đối tượng sau : GI(z) = = * Thiết kế điều khiển theo phương pháp Dead – Beat với L(z-1) =l0 + l1.z-1 - Từ GI(z) ta có B(z-1) = b0 + b1z-1 + b2z-2 A(z-1) = a0 + a1z-1 + a2z-2 Với : b0 = ; b1 = 0,007489 ; b2 = 0,004994 a0 = ; a1 = -1,17 ; a2 = 0,2952 - Theo phương pháp Dead – Beat ta tìm được: l0 = = 36,91 ; l1 = = 43,19 : L(z-1) = 36,91 + 43,19z-1 - Từ ta xác định điều khiển : GR(z-1) = >> % chuong trinh matlab tim bo dieu khien >> l0 = 36.91; l1=43.19; >> L = filt([l0 l1],[1],0.22e-3) L= 36.91 + 43.19 z^-1 Sample time: 0.00022 seconds >> b0 = ; b1 = 0.007489 ; b2 = 0.004994 ; >> B = filt([b0 b1 b2],[1],0.22e-3) B= 0.007489 z^-1 + 0.004994 z^-2 Sample time: 0.00022 seconds >> a0 = ; a1 =-1.17 ; a2 = 0.2952 ; >> A = filt([a0 a1 a2],[1],0.22e-3) A= - 1.17 z^-1 + 0.2952 z^-2 Sample time: 0.00022 seconds >> Gr = L*A/(1-L*B)% Ham truyen bo dieu khien Gr = 36.91 + 0.0053 z^-1 - 39.64 z^-2 + 12.75 z^-3 - 0.2764 z^-1 - 0.5078 z^-2 - 0.2157 z^-3 Sample time: 0.00022 seconds Discrete-time transfer function >> Gk = L*B% Ham truyen dat cua he kin co bo dieu khien Gk = 0.2764 z^-1 + 0.5078 z^-2 + 0.2157 z^-3 Sample time: 0.00022 seconds Discrete-time transfer function >> step(Gk)% hàm mô dac tính cua hệ kín có điều khiển Kết mô : Hình Kết mô đặc tính hệ Nhận xét : Ta thấy điều khiển Dead – Beat đầu đạt giá trị xác lập sau chu kỳ trích mẩu 2.2 Tối ưu modul số cho mạch vòng tốc độ : * Ta có sơ đồ khối cấu trúc mạch vòng tốc độ hình 2.3 sau : Hình Sơ đồ khối hệ điều chỉnh PI Trong : Ki : hệ số phản hồi dòng điện; : Hằng số thời gian máy phát tốc; : Hệ số phản hồi máy phát tốc; Tư = Lư/ Rư : Hằng số thời gian động cơ; Ti : Hằng số thời gian cảm biến sensor dòng điện; TV : Hệ số thời gian van; Tsi = Ti + Tv + Tđk Tư Tc : Hằng số thời gian học Tc = Rư.j/(K)2 Ta có sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ thu gọn hình : 10 Hình Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ Trong : S0 (p) = (2.1) Đặt = + nhỏ Ta có : S0 (p) = ( 2 ) Xác định hàm truyền điều chỉnh tốc độ : * Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu moodul : F (p) = ( ) R(p) = R(p) = (2.4 ) (2.5 ) chọn = Ta có hàm truyền điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul tối ưu: R(p) = ( 2.6 ) R( p) khâu tỷ lệ ( P ) Hàm truyền mạch vòng tốc độ : = ( 2.7 ) Với : = * áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng : 11 mạch vòng tốc độ hàm truyền điều chỉnh có dạng : R(p) = ( 2.8 ) F (p) = ( 2.9 ) F(p) = = (2.10 ) Chọn = TS ta : T0 = 4TS K = = 2.TS ( 2.11 ) Thay vào ( 2.8 ) ta có hàm truyền điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng : R(p) = ( 2.12 ) R(p) khâu tích phân –tỷ lệ ( PI ) Kết tổng hợp mạch vòng tốc độ tiêu chuẩn modul tối ưu ta có : = ( 2.13 ) Kết tổng hợp mạch vòng tốc độ tiêu chuẩn modul tối ưu đối xứng ta có : = ( 2.14 ) Ta có biểu thức momen quán tính trục động : J= ( 2.15 ) Thế j ( 2.15 ) vòa ( 2.12 ) hàm truyền điều chỉnh tốc độ R thiết kế theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta : R(p) = ( + ) (2.16 ) * Tính toán thông số mô : 12 = = = 314 ( rad/s ) Cu = = = 0.024 R(p) = ( + ) = + Tsi = Tv + Ti + Tđk Hằng số thời gian máy biến dòng : Ti = 0.0002 s Hằng số thời gian chỉnh lưu : Tv = 0.0002 s Tđk : Hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lưu Tđk = 0.002 s Tω = 0.006 số thời gian máy phát tốc Tsi = 0,00022 + 0,00022 + 0,002 = 0,0024 s = + = 0,0024 + 0,006 = 0,0108 = = 187,18 1+ = - Hàm truyền máy biến dòng : FMOI = = - Sơ đồ mô matlab-simulink Hình Sơ đồ cấu trúc mô 13 Hình Kết mô Kết luận : - Sau khoảng thời gian tốc độ động đạt giá trị ổn định , đạt với giá trị mong muốn Tài liệu tham khảo Bài giảng điều khiển số(Đại học bách khoa Hà Nội) – Nguyễn Phùng Quang Matlab & simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động – Nguyễn Phùng Quang 14 [...]... vòng tốc độ hàm truyền bộ điều chỉnh có dạng : R(p) = ( 2.8 ) F (p) = ( 2.9 ) F(p) = = (2.10 ) Chọn = TS ta được : T0 = 4TS K = = 2.TS ( 2.11 ) Thay vào ( 2.8 ) ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng là : R(p) = ( 2.12 ) R(p) là khâu tích phân –tỷ lệ ( PI ) Kết quả khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn modul tối ưu ta có : = ( 2.13 ) Kết quả tổng hợp mạch... tốc độ Trong đó : S0 (p) = (2.1) Đặt = 2 + rất nhỏ Ta có : S0 (p) = ( 2 2 ) Xác định hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ : * Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu moodul : F (p) = ( 2 3 ) R(p) = R(p) = (2.4 ) (2.5 ) chọn = Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul tối ưu: R(p) = ( 2.6 ) R( p) là khâu tỷ lệ ( P ) Hàm truyền của mạch vòng tốc độ là : = ( 2.7 ) Với : 2 = * áp dụng tiêu chuẩn. .. mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn modul tối ưu đối xứng ta có : = ( 2.14 ) Ta có biểu thức momen quán tính trên trục động cơ là : J= ( 2.15 ) Thế j ở ( 2.15 ) vòa ( 2.12 ) hàm truyền bộ điều chỉnh tốc độ R thiết kế theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta được : R(p) = ( 1 + ) (2.16 ) * Tính toán các thông số mô phỏng : 12 = = = 314 ( rad/s ) Cu = = = 0.024 R(p) = ( 1 + ) = 2 + Tsi = Tv + Ti + Tđk Hằng số thời... matlab-simulink Hình 5 Sơ đồ cấu trúc mô phỏng 13 Hình 6 Kết quả mô phỏng Kết luận : - Sau một khoảng thời gian tốc độ động cơ đạt giá trị ổn định , đạt với giá trị mong muốn Tài liệu tham khảo Bài giảng điều khiển số( Đại học bách khoa Hà Nội) – Nguyễn Phùng Quang Matlab & simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động – Nguyễn Phùng Quang 14 ... Hằng số thời gian bộ chỉnh lưu : Tv = 0.0002 s Tđk : Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lưu Tđk = 0.002 s Tω = 0.006 là hằng số thời gian của máy phát tốc Tsi = 0,00022 + 0,00022 + 0,002 = 0,0024 s = 2 + = 0,0024 2 + 0,006 = 0,0108 = = 187,18 1+ = - Hàm truyền của máy biến dòng : FMOI = = - Sơ đồ mô phỏng trên matlab-simulink Hình 5 Sơ đồ cấu trúc mô phỏng 13 Hình 6 Kết quả mô phỏng Kết luận ... Khái quát động DC Servo Harmonic RFS 32 -6018 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... 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 vòng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc. .. tiêu chuẩn tối ưu đối xứng : R(p) = ( 2.12 ) R(p) khâu tích phân –tỷ lệ ( PI ) Kết tổng hợp mạch vòng tốc độ tiêu chuẩn modul tối ưu ta có : = ( 2.13 ) Kết tổng hợp mạch vòng tốc độ tiêu chuẩn