Bài tập lớn Điều khiển số :Thiết kế khâu điều chỉnh kiểu DeadBeat cho dòng động cơ DCServo Rh 11D 3001

Bài tập lớn học phần Điều khiển số đề tài:Thiết kế khâu điều chỉnh kiểu DeadBeat cho dòng động cơ DCServo Rh 11D 3001(AUTO NHẬN). Lời nói đầu Chương 1. Khái quát chung về động cơ DC servo Harmonic R113001 Chương 2. TỔNG HỢP MẠCH DÒNG ĐIỆN THEO KHÂU ĐIỀU CHỈNH DEADBEAT Chương 3. MÔ PHỎNG MẠCH KHI ĐÃ TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN Chương 4: Thực thi bộ điều khiển số trên vi điều khiển atmega16 Kết luận Tài liệu tham khảo

Mục lục Lời nói đầu Chương Khái quát chung động DC servo Harmonic R11-3001 1.1 Giới thiệu động RH-11D-3001 1.2.Các thông số động RH-11D 3001 1.3.Mơ chưa có điều khiển Chương TỔNG HỢP MẠCH DÒNG ĐIỆN THEO KHÂU ĐIỀU CHỈNH DEAD-BEAT 2.1 Tổng hợp mạch dòng điện theo khâu điều chỉnh DEAD-BEAT 2.2 Sơ đồ mạch vòng tốc độ Chương MÔ PHỎNG MẠCH KHI ĐÃ TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Mô điều khiển 3.2 Nhận xét kết luận Chương 4: Thực thi điều khiển số vi điều khiển atmega16 4.1.Thực thi điều khiển số 4.2Thuật toán 4.3 Cấu trúc điều khiển chương trình Kết luận Tài liệu tham khảo Lời nói đầu Trong năm gần cơng 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 sụ trôi thông số, làm việc cố điịnh 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 sơ 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 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 Do kiến thức cịn hạn chế nên tập cịn có nhiều sai sót, nên em mong nhận bổ xung thầy, cô bạn Đề 41: “Thiết kế khâu điều chỉnh kiểu DeadBeat cho dòng động DCServo Rh 11D 3001” Chương Khái quát chung động DC servo Harmonic R113001 Đối tượng điều khiển động Động RH-11D 3001 hãng Harmonic Động thuộc dòng RH Mini series ldòng động thiếtkế nhỏ gọn ,truyền động xác ,mơ men lớn có gắn sẵn encoder 1.1 Giới thiệu động DC Servo RH 11D 3001 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 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, tơ Ứng dụng cho động servo dùng Robot, loại với động dùng mô hình máy bay tơ * Cấu tạo động servo: * 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 Kiểu chạy : Liên tục Kích thích : Nam châm vĩnh cửu Cách điện : lớp B Điện trở cách điện : 100M Ω Độ rung : 2.5g(5~400HZ) Shock : 30g (11ms) Bôi trơn : Dầu nhờn (SK-2) Nhiệt độ môi trường : ~ 40oC Độ ẩm môi trường : 20 ~ 80 % ( khơng ngưng tụ) Hình1.1 Động RH-11D 3001 1.2.Các thông số động RH-11D 3001 Thông số Đơn vị Công suất đầu (sau hộp số) Điện áp định mức Dòng điện định mức W V A ĐC RH-11D 3001 12.3 24 1.3 Mômen định mức TN Tốc độ định mức nN Mômen hãm liên tục Dịng đỉnh Mơmen cực đại đầu Tm Tốc độ cực đại Hằng số mômen (KT) In-lb 34 Nm rpm In-lb Nm A In-lb Nm rpm In-lb/A Nm/A v/rpm 3.9 30 39 4.4 2.1 69 7.8 50 43 4.91 0.5 Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb) Mơ men qn tính (J) In-lb –sec2 Kgm2 Hằng số thời gian khí ms Độ dốc đặc tính In-lb/rpm Nm/rpm Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm Nm/rpm Tỷ số truyền 1:R Tải trọng hướng tâm lb N Tải trọng hướng trục lb N Công suất động W Tốc độ định mức động rpm Điện trở phần ứng Ω Điện cảm phần ứng mH Dịng khởi động A Dịng khơng tải A 0.38 43 8.5 4.6 5.2.10-4 0.62 1.7*10-2 100 55 245 44 196 20 3000 4.7 1.6 0.31 0.55        Ra = 4.7 La = 1.6mH Kt = 4.91 Nm/A Kb = 0.5V/rpm=4.75 (V/rad/s) Bf = 4.966 J=43e-3 Ta = = 0.34 (ms) 1.3 Ta có phương trình Thực biến đổi Laplace ta có: Trong : Ua: điện áp phần ứng (V) Ia: dòng điện phần ứng (A) Ra: điện trở phần ứng (Ω) La: điện cảm phần ứng (H) E: sức điện động (V) Kb: số điện áp phần ứng (V/rpm) M: mômen quay trục động (N.m) Kt: số mômen (N.m/A) Mc: mômen cản trục động (N.m) J: mơmen qn tính (kgm2) : tốc độ quay trục động (rad/s) Bf: hệ số ma sát ổ trục (N.m/rpm) Từ (1),(2),(3),(4) ta có mơ hình động chiều kích rừ độc lập miền Laplace sau: Hình 1.2 Mơ hình động chiều miền Laplace -Mô động chiều Hình 1.3 Mơ hình động miền LapLace Thiết kế không gian matlab Ra=4.7; La=1.6e-3; Ta=La/Ra; Kt=4.91; Ke=0.5; J=43e-3; Bf=0.017; Kbd=24/10; Tbd=0.01; Kw=10/3000; Tw=0.01; T=0.01; % s=tf('s'); G1=1/(Ra+La*s); G2=Kt; G3=1/(J*s+Bf); G4=Ke; G5=Kbd/(Tbd*s+1); G6=Kw/(Tw*s+1); G7=10/3000; Gh1=G1*G2*G3; Gs=Gh1/(1+Gh1*G4); Gz=c2d(Gs,T,'zoh') step(Gz); Gs = 0.0003378 s^2 + 0.9924 s + 0.3923 Thực biến đổi Z biểu thức ta có: Chọn Ti=0,0001(s) Biểu diễn Gs(z) dạng z-1 Ta tổng hợp điều khiển R theo kiểu Dead-Beat nên ta có hàm truyền điều chỉnh có dạng sau: Chọn đa thức L(z-1) có dạng: L(z-1)=l0+l1.z-1+l2.z-2 U(z) = L(z-1).A(z-1).W(z-1) => Uz = (l0 + l1z-1 + l2z-2)( a0 + a1z-1 + a2z-2)W(z) => Uk = a0l0wk+(l0a1 + a0l1)wk-1+(l0a2 + l1a1 +a0l2)wk-2+(l1a2 + a1l2)wk-3 + a2l2wk-4 Ta có: u0 = u1 u0 = u2 => l0 = 0,6573; l1 = 0,7069; l2 = 0,7856  L(z-1)= 0,6573+0,7069.z-1- 0,7856.z-2 2.2 Sơ đồ mạch vòng tốc độ Hình 2.2 Mơ hình mạch vịng tốc độ động chiều Từ mơ hình ta có đối tượng hàm truyền hở sau: Với T=10.Ti=10.0,0001=0,001 (s) Chọn điều khiển có dạng (PI) sau: Với d1=a1=-0,998 Vs=1,41.10-3 Với đối tượng cách chọn điều khiển ta có: CHƯƠNG MƠ PHỎNG MẠCH KHI ĐÃ TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Mô điều khiển Sơ đồ mô động có điều khiển Hình 3.1 Mơ hình mơ mạch dịng tốc độ động chiều Đặc tính động khơng tải với U=10v: Đặc tính tốc độ: Hình 3.2 Đặc tính tốc độ động có bđk Đặc tính dịng điện phần ứng: Hình 3.2 Đặc tính dịng phần ứng khơng tải có điều khiển Đặc tính động có điều khiển Mc=9N/m Hình 3.4 Đặc tính tốc độ động có tải Đặc tính dịng phần ứng có tải Mc=9N/m Hình 3.5 Đặc tính dịng phần ứng động có tải 3.2 Nhận xét kết luận Khi chưa có tải: - Khi có điều khiển dịng điện phần ứng giai đoạn đầu giảm mạnh (1A) - Khi có điều khiển động chạy với giá trị tốc độ đặt trước Khi có tải: - Khi có điều khiển động bị sụt tốc khoảng nhỏ 0.5s sau tăng lên giá trị tốc độ đặt KẾT LUẬN: Bộ điều khiển điều khiển tốc độ động theo giá trị đặt trước thỏa mãn yêu cầu đề Chương 4: Thực thi điều khiển số vi điều khiển atmega16 4.1.Thực thi điều khiển số Bộ điều khiển tổng hợp R(z)= Áp dụng cấu trúc trực tiếp dạng tắt: rk = ek + rk-1 uk = 0.01rk – 0.05rk-2 Cấu trúc thực thi đks theo dạng tắt: Hình 4.1 Bộ điều khiển số theo dạng tắt 4.2Thuật tốn Thuật tốn chương trình Bắt đầu Khởi tạo ADC Khơi tạo I/O Khơi tạo Timer ngắt sau 10ms Khai báo biến sk,yk,ek,rk,rk-1,M1,M2 Chờ ngắt Thuật tốn ngắt timer: Tính Sk, yk ek = sk - yk rk = ek + M1 uk = rk + M2 rk-1 = rk M1 = rk-1 M2 = -0.05rk-1 PORTC=uk Quay lại chương trình 4.3 Cấu trúc điều khiển chương trình Chương trình vi điều khiển #include #include // Declare your global variables here char sk=0,yk=0,rk=0,rk-1=0,M1=0,M2=0; // Timer1 overflow interrupt service routine interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void) { // Reinitialize Timer1 value TCNT1H=0xD8F0 >> 8; TCNT1L=0xD8F0 & 0xff; sk=read_adc(0); yk=read_adc(1); ek=sk-yk; rk=ek+M1; uk=rk+M2; rk-1=rk; M1=rk-1; M2=-0.05*rk-1; if(uk>255) {uk=255;}; else if(uk Uz = (l0 + l1z -1 + l2z-2)( a0 + a1z -1 + a2z-2)W(z) => Uk = a0l0wk+(l0a1 + a0l1)wk -1+ (l0a2 + l1a1 +a0l2)wk-2+(l1a2 + a1l2)wk-3 + a2l2wk-4 Ta có: u0 = u1 u0 = u2 => l0 = 0,6573; l1... Ra=4.7; La =1. 6e-3; Ta=La/Ra; Kt=4. 91; Ke=0.5; J=43e-3; Bf=0. 017 ; Kbd=24 /10 ; Tbd=0. 01; Kw =10 /3000; Tw=0. 01; T=0. 01; % s=tf('s'); G1 =1/ (Ra+La*s); G2=Kt; G3 =1/ (J*s+Bf); G4=Ke; G5=Kbd/(Tbd*s +1) ; G6=Kw/(Tw*s +1) ;... bạn Đề 41: “Thiết kế khâu điều chỉnh kiểu DeadBeat cho dòng động DCServo Rh 11 D 30 01? ?? Chương Khái quát chung động DC servo Harmonic R 113 0 01 Đối tượng điều khiển động Động RH -11 D 30 01 hãng Harmonic