CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM
4.1.Thí nghiệm với hệ thống truyền động bám chính xác
4.1.1. Giới thiệu mơ hình hệ thống thí nghiệm
Mơ hình hệ thống truyền động bám chính xác (được xây dựng dựa theo kết cấu và ngun lý của MEDE5 [26]) ở phịng thí nghiệm Điện - Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp được dùng để nghiên cứu và thử nghiệm các phương pháp điều khiển mới. Việc điều khiển chuyển động bám chính xác cho hệ thống trên được thực hiện qua điều khiển động cơ servo. Khi có sự sai lệch, tín hiệu vị trí từ encoder sẽ được gửi về và được so sánh với giá trị đặt của hệ thống, từ đó bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu để điều khiển động cơ sao cho tín hiệu ra bám chặt theo tín hiệu đặt.
Mơ hình hệ thống (hình 4.1) gồm các thành phần:
- Arduino board (hình 4.2): nhận tín hiệu phản hồi từ sensor vị trí (Encoder) và giao tiếp với máy tính, xuất tín hiệu ra mạch công suất (cầu H) để điều khiển động cơ. Arduino là một bo mạch vi xử lý dùng để lập trình và tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ và một số thiết bị khác. Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều các thiết bị từ đơn giản đến
phức tạp vì có nhiều ưu điểm như dễ sử dụng, ngơn ngữ lập trình đơn giản, mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở cho cả phần cứng, phần mềm. Với Arduino, dễ dàng kiểm nghiệm các thuật tốn điều khiển trong thực tế vì nó kết hợp được với các phần mềm chuyên dụng như Matlab, Labview, ...
Hình 4.1. Mơ hình thí nghiệm hệ thống truyền động bám chính xác
Hình 4.2. Arduino Board Hình 4.3. Động cơ servo và cơ cấu bánh răng
- Động cơ servo và cơ cấu bánh răng (hình 4.3) dùng để truyền động hệ thống là động cơ servo DB M60-8 có các thơng số: điện áp 24 V, cơng suất 60W, tốc độ 3000 vịng/phút, Encoder 1000 xung/vịng.
- Mạch cầu H (H-Bridge Circuit): điều khiển MOSFET công suất, cho phép đảo chiều, chống trùng dẫn, dịng cho phép 10A.
- Cơng tắc hành trình LXW5-11G1 dùng để giới hạn hành trình chuyển động của con trượt.
4.1.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển với bộ HAC
Bài toán điều khiển ở đây là điều khiển chuyển động đến một vị trí chính xác theo giá trị đặt với yêu cầu đảo chiều liên tục đòi hòi bộ điều khiển phải tác động nhanh, loại bỏ được nhiễu ma sát sao cho quá trình gia tốc, giảm tốc của con trượt êm hơn. Cấu trúc điều khiển hệ thống như hình 4.4
Hình 4.4. Cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động bám chính xác
Bộ điều khiển HAC được thiết kế trên nền Matlab/Simulink và thực hiện kết nối với hệ thống thông qua Arduino board có giao diện như hình 4.5.
Hình 4.5. Giao diện thí nghiệm hệ truyền động bám chính xác
- Khâu lọc biến trạng thái SVF - State Variable Function (hình 4.6)
- Các khối chức năng trong Arduino board:
Hình 4.7. Arduino IO setup (Khối kết nối vào/ra)
Hình 4.8. Real-Time Pacer (Khối thiết lập thời gian thực)
Hình 4.9. Encoder read (Khối đọc tín hiệu encoder)
Hình 4.10. Arduino analog write (Khối vào/ra tương tự - PWM)
Hình 4.11. Arduino digital write (Khối vào/ra số)
4.1.3. Kết quả thí nghiệm
Hình 4.13. Đáp ứng hệ thống với bộ HAC 2 đầu vào
Hình 4.14. Sai lệch e(t) Nhận xét:
- Đáp ứng của hệ thống ở trạng thái xác lập có độ quá điều chỉnh và sai lệch tĩnh rất nhỏ. Với nhiễu trong suốt quá trình làm việc của hệ thống thì bộ
điều khiển HAC đáp ứng tốt với thời gian xác lập nhanh khoảng 2,5s và chịu được sự tác động của nhiễu phụ tải. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Kết quả thực nghiệm cho thấy tín hiệu ra hệ thống ổn định, triệt tiêu được nhiễu, tín hiệu ra bám được theo giá trị đặt với sai lệch nhỏ không đáng kể (q trình mơ phỏng khơng có sai lệch tĩnh).
- Từ thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển sử dụng HA áp dụng được trong hệ thống điều khiển chuyển động theo một quỹ đạo mẫu với yêu cầu tác động nhanh, đảo chiều liên tục, chịu nhiều tác động nhiễu trong quá trình làm việc nên có thể ứng dụng được trong lĩnh vực điều khiển cho một số đối tượng công nghiệp, đảm bảo chất lượng hệ thống đạt yêu cầu.