Thiết kế xấp xỉ liên tục khắc điều chỉnh tốc độ động cơ DC servo harmonic RHS 14 6003.

Thiết kế xấp xỉ liên tục khắc điều chỉnh tốc độ động cơ DC servo harmonic RHS 14 6003 là một thiết kế để điều chỉnh tốc độ của động cơ DC servo harmonic RHS 14 6003. Thiết kế này sử dụng một hệ thống khắc điều chỉnh liên tục để điều chỉnh tốc độ của động cơ. Hệ thống này sử dụng một bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh các tham số như điện áp, dòng điện, và tốc độ. Hệ thống cũng có thể điều chỉnh các tham số khác như độ nhạy, độ ổn định, và độ bền.

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỀU KHIỂN SỐ Đề 11: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động DC servo Harmonic RHS 14-6003 Chương Khái quát chung động DC servo Harmonic RHS 14-6003 1.1 Giới thiệu động DC servo Harmonic RHS 14-6003 1.1 Mơ hình tốn động DC servo Harmonic RHS 14-6003 Chương Xây dựng điều khiển động DC servo Harmonic RHS 14-6003 2.1 Khảo sát đặc tính động học động miền thời gian thực 2.2 Xây dựng điều khiển số cho động DC servo Harmonic RHS 14-6003 Chương Mô hệ thống Matlab-Simulink 3.1 Sơ đồ mô 3.2 Kết mô 3.3 Nhận xét kết luận Hải phòng ngày 12/4/2013 GVHD SVTH PHẠM TUẤN ANH NGUYỄN ĐÌNH TIẾN Chương Khái quát chung động DC servo Harmonic RHS14-6003 1.1 Giới thiệu động DC servo Harmonic RHS14-6003 Hình 1.1: Động RHS 14-6003 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 14-6003 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 khơng phải 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 Bảng 1.1: Thơng số động RHS 14-6003 Thông số Công suất đầu (sau hộp số) Điện áp định mức Dịng điện định mức Mơmen định mức TN Tốc độ định mức nN Mômen hãm liên tục Dịng đỉnh Mơmen cực đại đầu Tm Đơn vị W V A In-lb ĐC RHS14-6003 34 75 1.0 48 Nm rpm In-lb Nm A In-lb 5.4 60 54 6.1 2.4 155 Nm Tốc độ cực đại rpm Hằng số mômen (KT) In-lb/A Nm/A Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng v/rpm tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb) Mơ men qn tính (J) In-lb –sec2 18 100 80 8.9 0.9 0.41 Kgm2 0.45 Hằng số thời gian khí ms 6.7 Độ dốc đặc tính In-lb/rpm 6.2 Nm/rpm 0.71 Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 0.2 Nm/rpm 2.3*10-2 Tỷ số truyền 1:R 1:50 Tải trọng hướng tâm lb 88 N 392 Tải trọng hướng trục lb 88 N 392 Công suất động W 50 Tốc độ định mức động rpm 3000 Điện trở phần ứng Ω 11.6 Điện cảm phần ứng mH 4.5 Dịng khởi động A 0.25 Dịng khơng tải A 0.4 1.2 Mơ hình tốn động DC servo Harmonic RHS14-6003 Các tham số động sau: Ra = 11.6 Ω; La = 4.5 mH Kt = 8.9 Nm/A ; Kb = 0.9 V/rpm Bf = 2.3*10-2 J = 0.45 Ta có : - = + = ( - = Kt = Kb.n Chuyển sang Laplace ta được: - = s.� = ( = = Với = - + s - = �= ) ( = n = ta có: = �= ( = = n ( - - ) ) - n + ) s Cấu trúc động sau: Hình 1.3: Cấu trúc động RHS 14-6003 Chương Xây dựng điều khiển động DC servo Harmonic RHS14-6003 2.1 Khảo sát đặc tính động học động miền thời gian thực Mơ hình mơ Simulink: Hình 2.1: Mơ hình mơ động RHS 14-6003 Với T=20s: Đặc tính q độ tốc độ dịng động khơng tải: Hình 2.1: Đặc tính dịng phần ứng động DC servo harmonic RHS 14-6003 Hình 2.2: Đặc tính tốc độ động DC servo harmonic RHS 14-6003 Đặc tính q độ tốc độ dịng động có tải: Hình 2.3: Đặc tính dịng phần ứng động DC servo harmonic RHS 14-6003 Hình 2.4: Đặc tính tốc độ động DC servo harmonic RHS 14-6003 2.2 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 k T uI ( k ) ≈ TI ∑e i =1 T ⇒ uI ( k − 1) ≈ TI i −1 k −1 ∑e i =1 (TI = TC / K R ) i −1 Trừ vế với vế chuyển vế đổi dấu ta có: ⇒u I ( k ) ≈ u I ( k −1) + ⇒ U ( z ) = z −1U ( z ) + T ei −1 TI 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 )  k i =1 i i −1 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 T U ( z) 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 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 14-6003 loại động cỡ nhỏ nên bỏ qua mạch vịng dịng Hình 3.1: Cấu trúc mạch vịng điều chỉnh tốc độ Ta có hàm truyền hệ hở: RS = 8,9 0.002 s + 5.22s + 0.267 Hàm truyền hệ kín: RS ( kín) = 8,9 0.002 s + 5.22 s + 8, 277 → RS ( kín ) = 8,9 ( s + 1,5866)( s + 2608, 4) → RS ( kín ) = 0, 00215 (0, 63s + 1)(0, 0004 s + 1) Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có: FMC ( s ) = 1 + 2τ δ s + 2τ δ2 s Ta có: FMC ( s ) = Rω ( s )Gkin ( s ) + Rω ( s)Gkin ( s ) ⇒ Rω ( s ) = −1 Gkin ( s )  FMC ( s ) − 1 ⇒ Rω ( s ) = 1 = −1 Gkin ( s )  FMC ( s ) − 1 Gkin ( s ) 2τ δ s (1 + τ δ s ) Xây dựng vòng điều khiển tốc độ: ta chọn điều khiển dạng PI Rω ( s ) = K R + Ts Ts Với: KR = 0.0004 = 0,148 2*0, 00215*0, 63 TR = 0, 0004 ⇒ Rω ( s ) = 0,148 + 0, 0004 s 370 + 0,148s = 0, 0004 s s ⇒ Rω ( s) = 0,148 + 370 s 3.1.2 Thiết kế điều khiển miền thời gian gián đoạn Ta có điều khiển PI miền thời gian lien tục có dạng: Rω ( s ) = 0,148 + 370 s Với: K R = 0,148; TC = 370 Ta chọn thời gian T = 0.1s * Áp dụng phương pháp hình chữ nhật ta có: Rω ( z TI = −1 T z −1 = KR + TI − z −1 ) TC 370 = = 2500 K R 0,148 0.1 z −1 ⇒ Rω ( z ) = 0,146 + 2500 − z −1 z −1 = 0,146 + (4 * e − 5) − z −1 −1 * Áp dụng phương pháp hình thang ta có: Rω ( z TI = −1 ) T + z −1 = KR + 2TI − z −1 TC 370 = = 2500 K R 0,148 ⇒ Rω ( z −1 ) + z −1 = 0,148 + (2 * e − 5) − z −1 3.2 Kết mô 3.2.1 Kết mô miền thời gian liên tục Với T=20s: Ta có mơ hình mạch vịng tốc độ miền thời gian liên tục: Hình 3.2: Mơ hình mạch vịng tốc độ với điều khiển PI Hình 3.3: Đáp ứng tốc độ động DC servo RHS 14-6003 có điều khiển tốc độ 3.2.2 Kết mô miền thời gian gián đoạn a Phương pháp hình chữ nhật Ta có: ⇒ Rω ( z −1 ) z −1 = 0,146 + (4 * e − 5) − z −1 Mơ hình Simulink: Hình 3.4: Mơ hình xấp xỉ theo phương pháp hình chữ nhật Hình 3.5: kết mơ đáp ứng dịng điện Hình 3.5: kết mơ đáp ứng tốc độ b Phương pháp hình thang Ta có: ⇒ Rω ( z −1 ) + z −1 = 0,148 + (2 * e − 5) − z −1 Mơ hình Simulink: Hình 3.6: Mơ hình xấp xỉ theo phương pháp hình thang Hình 3.7: Kết mơ đáp ứng dịng điện Hình 3.8: Kết mô đáp ứng tốc độ 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 hồn tồn 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 khơng phải lúc ta lựa chọn chu kì trích mẫu nhỏ, điều phụ thuộc vào lực tính tốn thiết bị, tài ngun 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 ... Với = - + s - = �= ) ( = n = ta có: = �= ( = = n ( - - ) ) - n + ) s Cấu trúc động sau: Hình 1.3: Cấu trúc động RHS 1 4-6 003 Chương Xây dựng điều khiển động DC servo Harmonic RHS1 4-6 003... Harmonic RHS1 4-6 003 Các tham số động sau: Ra = 11.6 Ω; La = 4.5 mH Kt = 8.9 Nm/A ; Kb = 0.9 V/rpm Bf = 2.3*1 0-2 J = 0.45 Ta có : - = + = ( - = Kt = Kb.n Chuyển sang Laplace ta được: - = s.� = (... cực đại đầu Tm Đơn vị W V A In-lb ĐC RHS1 4-6 003 34 75 1.0 48 Nm rpm In-lb Nm A In-lb 5.4 60 54 6.1 2.4 155 Nm Tốc độ cực đại rpm Hằng số mômen (KT) In-lb/A Nm/A Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng