Xây dựng mô hình điều khiển tốc độ động cơ servo harmonic RHS 32 3030

Chương Khái quát chung động DC servo Harmonic RHS 32-3030 Giới thiệu động DC servo Harmonic RHS 32-3030 Hình 1.1: Động RHS 32-3030 thực tế * Cấu tạo động servo: Hình 1.2: 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 Động RHS 32-3018 động chiều hãng Harmonic Nhật sản xuất Đây động thiết kế nhỏ gọn, truyền động xác, momen lớn có gắn sẵn encoder * Nguyên lý hoạt động: - Động servo thiết kế để quay có giới hạn mà quay liên tục động DC hay động bước * Các tham số động trình bày bảng 1.1 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 ~ +40oC Nhiệt độ lưu trữ: -20 ~ +60 oC Độ ẩm môi trường : 20 ~ 80 % ( không ngưng tụ ) Độ rung : 2.5g (5 ~ 400HZ) Shock : 30g (11ms) Bôi trơn : Dầu nhờn (SK-1A) Đầu : Mặt bích Chương Xây dựng mô hình điều khiển tốc độ động Servo Harmonic RHS 32-3030 2.1 Mô hình toán động DC servo Harmonic RHS 32-3030 Các tham số động sau: Ra = 0.4 Ω; La = 0.86mH Kt = 26.6 Nm/A ; Kb = 1.08 V/rpm Bf = 0.073 J = 12 Ta có : = = (= Kt = Kb.n + Chuyển sang Laplace ta được: - = + s s.� = (- ) = = n - = + s � = (- ) = = n Với = ta có: = (-) � = (- ) = = n Cấu trúc động sau: Hình 2.1: Cấu trúc động RHS 32-3030 2.2 Khảo sát đặc tính động học động miền thời gian thực Mô hình mô Simulink: Hình 2.2: Mô hình mô động RHS 14-6003 2.2.1 Khảo sát động miền liên tục Kết mô : • Đặc tính độ tốc độ dòng động không tải: Hình 2.3: Đặc tính dòng phần ứng động DC servo harmonic RHS 32-3030 Hình 2.4: Đặc tính tốc độ động DC servo harmonic RHS 32-3030 2.2.2 Khảo sát động miền gián đoạn : >> G1=Tf(1,[0.00084 0.4]) Transfer function: 0.00084 s + 0.4 >> G2=26.6 G2 = 26.6000 >> G3=Tf(1,[12 0.073]) Transfer function: -12 s + 0.073 >> G1=Tf(1,[0.00084 0.4]) Transfer function: 0.00084 s + 0.4 >> G2=26.6 G2 = 26.6000 >> G3=Tf(1,[12 0.073]) Transfer function: -12 s + 0.073 >> G4=1.08 G4 = 1.0800 >> G0=G1*G2*G3 Transfer function: 26.6 -0.01008 s^2 + 4.8 s + 0.0292 >> Gk= feedback(G0,G4) Transfer function: 26.6 0.01008 s^2 + 4.8 s + 28.76 >> Gz=c2d(Gk,0.001,'zoh') Transfer function: 0.001132 z + 0.0009665 -z^2 - 1.619 z + 0.6211 Sampling time: 0.001 >> step(Gz) Hình 2.5 : Tốc độ động miền gián đoạn 2.2.3 Xây dựng điều khiển theo phương pháp xấp xỉ liên tục a, Xây dựng PI : -Tìm hàm truyền kín RHS 32-3030 gk -Trong cửa sổ lệnh Matlab gõ lệnh Rltool - File- Import- gk- Respone to step Command để quan sát đáp ứng - Thiết kế điều khiển cách vào Automated tuning- PID turning Thay đổi Band width Phase Margin sau ấn Update Compenrator Ta đáp ứng sau : Hình 2.6 Hệ tọa độ cực hệ thống SISO design 10 Hình 2.7 : Đáp ứng đầu hệ thống SISO design Bộ điều khiển tốc độ miền liên tục : C = 52.686 * 11 + 0.019 s s Bộ điều khiển tốc độ miền gián đoạn : C= Zero/pole/gain from input "Input" to output "Output": 0.99377 (s+53.02) s Sampling time: 0.001 2.3 Các phương pháp thiết kế xấp xỉ liên tục Ta chọn điều khiển có dạng PI, luật điều khiển mô tả công thức:   u (t ) = K R e(t ) + ∫ e ( τ ) dτ  Tc   KR: Hệ số tỉ lệ Tc: Hằng số thời gian chậm sau Để thiết kế miền thời gian xấp xỉ liên tục ta xấp xỉ thành phần I theo phương pháp sau: * Sử dụng phương pháp hình chữ nhật: xấp xỉ thành phần I T uI ( k ) ≈ TI k ∑e i =1 T ⇒ uI ( k − 1) ≈ TI i −1 k −1 ∑e i =1 i −1 (TI = TC / K R ) Trừ vế với vế chuyển vế đổi dấu ta có: ⇒ uI ( k ) ≈ u I ( k − 1) + T ei −1 TI 12 ⇒ U ( z ) = z −1U ( z ) + T −1 z E ( z) TI U ( z) T z −1 ⇒ = E ( z ) TI − z −1 ⇒ Rω ( z −1 ) T z −1 = KR + TI − z −1 * Sử dụng phương pháp hình thang: T uI ( k ) ≈ TI 1  e + e ( ) ∑ i i −1    i =1  k T ⇒ uI ( k − 1) ≈ TI k −1 1  ∑  ( e + e )  i =1 i −1 i ⇒ u I ( k ) ≈ u I ( k − 1) + ⇒ u ( k ) ≈ u ( k − 1) + (TI = TC / K R ) T ( ei + ei −1 ) TI T ( ek + ek −1 ) TI U ( z) T T + z −1 −1 ⇒ U ( z ) = z U (z) + ( E ( z) + z E ( z ) ) ⇒ E ( z) = 2T − z −1 TI I −1 ⇒ Rω ( z −1 ) T + z −1 = KR + 2TI − z −1 13 Chương Mô hệ thống Matlab - Simulink 3.1 Tổng hợp điều khiển 3.1.1Thiết kế điều khiển miền thời gian liên tục Để điều khiển tốc độ động DC servo thông thường ta dùng hệ thống hai vòng điều chỉnh Tuy nhiên động DC servo harmonic RHS 32-3030 loại động cỡ nhỏ nên bỏ qua mạch vòng dòng Hình 3.1: Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 14 Hình 3.2: Đáp ứng tốc độ Hình 3.3: Đáp ứng dòng điện 3.1.2 Thiết kế xấp xỉ liên tục Ta có điều khiển PI miền thời gian liên tục có dạng: 15 1,001+ 52.686 s Với: KR = 1,001 ; TC = 52,686 Ta chọn thời gian T = 0.001s * Áp dụng phương pháp hình chữ nhật ta có: Rω ( z −1 ) T z −1 = KR + TI − z −1 TI = = = 52,633 Rω ( z-1 ) = 1,001 + * * Áp dụng phương pháp hình thang ta có: Rω ( z −1 ) T + z −1 = KR + 2TI − z −1 Rω ( z-1 ) = 1,001 + * 3.2 Kết mô a Phương pháp hình chữ nhật Ta có: Rω ( z-1 ) = 1,001 + * Mô hình Simulink: 16 Hình 3.4: Mô hình xấp xỉ theo phương pháp hình chữ nhật Hình 3.5: kết mô đáp ứng dòng điện 17 Hình 3.6: kết mô đáp ứng tốc độ b Phương pháp hình thang Ta có: Rω ( z-1 ) = 1,001 + * Mô hình Simulink: Hình 3.7: Mô hình xấp xỉ theo phương pháp hình thang 18 Hình 3.8: Kết mô đáp ứng dòng điện Hình 3.9: Kết mô đáp ứng tốc độ 19 3.3 Nhận xét kết luận: Các kết mô cho thấy đáp ứng miền số tương tự đáp ứng miền liên tục Điều khẳng định thuật toán cách thức xây dựng điều khiển số hoàn toàn đắn xác Kết cho thấy việc chọn chu kì trích mẫu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển hệ thống Chu kì trích mẫu khác cho đáp ứng khác Chu kì trích mẫu nhỏ cho phép ta thiết kế điều khiển có chất lượng cao Tuy nhiên lúc ta lựa chọn chu kì trích mẫu nhỏ, điều phụ thuộc vào lực tính toán thiết bị, tài nguyên hỗ trợ thân hệ thống cần điều khiển Tài liệu tham khảo: [1] Điều khiển số (Digital control) – Nguyễn Phùng Quang, giảng cho sinh viên đại học Bách Khoa Hà Nội,2007 [2] Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nguyễn Phùng Quang, Nhà xuất khoa học kỹ thuật,2006 20 [...]... Chương 3 Mô phỏng hệ thống trên Matlab - Simulink 3.1 Tổng hợp bộ điều khiển 3.1.1Thiết 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- 3030 là loại động cơ cỡ nhỏ nên có thể bỏ qua mạch vòng dòng Hình 3.1: Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 14 Hình 3.2: Đáp ứng tốc độ Hình. .. 1,001 + * Mô hình trên Simulink: 16 Hình 3.4: Mô hình xấp xỉ theo phương pháp hình chữ nhật Hình 3.5: kết quả mô phỏng đáp ứng dòng điện 17 Hình 3.6: kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ b Phương pháp hình thang Ta có: Rω ( z-1 ) = 1,001 + * Mô hình trên Simulink: Hình 3.7: Mô hình xấp xỉ theo phương pháp hình thang 18 Hình 3.8: Kết quả mô phỏng đáp ứng dòng điện Hình 3.9: Kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ 19.. .Hình 2.7 : Đáp ứng đầu ra của hệ thống trên SISO design Bộ điều khiển tốc độ trên miền liên tục : C = 52.686 * 11 1 + 0.019 s s Bộ điều khiển tốc độ trên miền gián đoạn : C= Zero/pole/gain from input "Input" to output "Output": 0.99377 (s+53.02) s Sampling time: 0.001 2.3 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... phỏng đáp ứng tốc độ 19 3.3 Nhận xét và kết luận: Các kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng ra trên miền số tương tự như đáp ứng ra trên miền liên tục Điều này khẳng định thuật toán và cách thức xây dựng bộ điều khiển số là hoàn toàn đúng đắn và chính xác Kết quả cũng cho thấy việc chọn 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... bộ điều khiển có chất lượng càng cao Tuy nhiên không phải lúc nào ta cũng lựa chọn được chu kì trích mẫu nhỏ, điều này phụ thuộc vào năng lực tính toán của thiết bị, các tài nguyên hỗ trợ cũng như bản thân hệ thống cần điều khiển Tài liệu tham khảo: [1] Điều khiển số (Digital control) – Nguyễn Phùng Quang, bài giảng cho sinh viên đại học Bách Khoa Hà Nội,2007 [2] Matlab và Simulink dành cho kỹ sư điều. .. có bộ điều khiển PI trên miền thời gian liên tục có dạng: 15 1,001+ 52.686 s Với: KR = 1,001 ; TC = 52,686 Ta chọn thời gian T = 0.001s * Áp dụng phương pháp hình chữ nhật ta có: Rω ( z −1 ) T z −1 = KR + TI 1 − z −1 TI = = = 52,633 Rω ( z-1 ) = 1,001 + * * Áp dụng phương pháp hình thang ta có: Rω ( z −1 ) T 1 + z −1 = KR + 2TI 1 − z −1 Rω ( z-1 ) = 1,001 + * 3.2 Kết quả mô phỏng a Phương pháp hình. .. thống cần điều khiển Tài liệu tham khảo: [1] Điều khiển số (Digital control) – Nguyễn Phùng Quang, bài giảng cho sinh viên đại học Bách Khoa Hà Nội,2007 [2] Matlab và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nguyễn Phùng Quang, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,2006 20 ... sau: * Sử dụng phương pháp hình chữ nhật: xấp xỉ thành phần I T uI ( k ) ≈ TI k ∑e i =1 T ⇒ uI ( k − 1) ≈ TI i −1 k −1 ∑e i =1 i −1 (TI = TC / K R ) Trừ vế với vế và chuyển vế đổi dấu ta có: ⇒ uI ( k ) ≈ u I ( k − 1) + T ei −1 TI 12 ⇒ U ( z ) = z −1U ( z ) + T −1 z E ( z) TI U ( z) T z −1 ⇒ = E ( z ) TI 1 − z −1 ⇒ Rω ( z −1 ) T z −1 = KR + TI 1 − z −1 * Sử dụng phương pháp hình thang: T uI ( k ) ≈ TI