CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA TRỄ TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU TRỤC
4.1. Hệ truyền động nhiều trục điều khiển vị trí
4.1.4. Điều khiển liên kết chéo (cross-coupled control)
Bộ điều khiển liên kết chéo được sử dụng để cải thiện độ chính xác của chuyển động tổng hợp (độc lập với độ chính xác bám của mỗi trục) trong hệ thống truyền động nhiều trục. Bộ điều khiển liên kết chéo phối hợp chuyển động của các trục để tối thiểu sai lệch quỹ đạo chuyển động. Nó nhận các tín hiệu đặt và vị trí đo về của các trục, tính toán khoảng cách giữa vị trí thực và quỹ đạo chuyển động mong muốn. Từ khoảng cách sai lệch này bộ điều khiển liên kết chéo sẽ hoặc là tính
toán ra các giá trị bù tương ứng để bù vào đầu ra của bộ điều khiển servo hoặc gửi tín hiệu tới bộ nội suy để thay đổi giá trị đặt cho bộ điều khiển servo.
Do vậy bộ điều khiển liên kết chéo có thể được xem xét hoặc là như một phần của mạch vòng điều khiển servo (nếu nó hoạt động để thay đổi đầu ra của bộ điều khiển servo) hoặc là như một phần của điều khiển quá trình thích nghi (nếu nó hoạt động để thay đổi giá trị đặt cho bộ điều khiển servo). Bộ điều khiển liên kết chéo bao gồm hai thành phần chính như sau:
Bộ ước lượng sai lệch quỹ đạo
Bộ điều khiển bù liên kết chéo
Để ước lượng sai lệch chuyển động bộ ước lượng sai lệch cần đo vị trí thực của các trục cũng như các lượng đặt đầu vào.
Đối với hệ hai trục ta có thể ước lượng sai lệch như sau:
Giả sử hệ thống có quỹ đạo mong muốn và trạng thái của hệ thống như trên hình 4-1.
Trên hình vẽ ta có vị trí thực của đối tượng điều khiển là tại điểm P, điểm R là vị trí đặt tiếp theo. Ta có sai lệch điều khiển của mỗi trục tương ứng là Ex và Ey. Sai lệch quỹ đạo chuyển động là khoảng cách từ P tới quỹ đạo mong muốn (trong trường hợp này là một điểm nằm trong đoạn QS). Tuy nhiên việc tìm một cách chính xác sai lệch này là rất khó khăn và ở đây chúng ta sẽ gần đúng sai lệch quỹ đạo chuyển động bằng độ dài của đoạn thẳng PS, là khoảng cách giữa vị trí thực tế của đối tượng điều khiển tới đường tròn tạo bởi bán kính cong tại điểm R.
Với góc đủ nhỏ ta có: PQ E c y osExsin
Trong đó là góc giữa vector tiếp tuyến của quỹ đạo chuyển động và trục x.
os QC r
c
1
os os 1
QS r r r
c c
2 2
1 os sin sin os
sin x y
QS r c
c
RQ r E E
Như vậy ta có:
2 2
1 (1 os )cos
x y
E E
QS r c
(4.3)
nhỏ, cos xấp xỉ bằng 1 và do vậy:
2 2
2
x y
E E
QS r
PS PQ QS
2 2
ˆ os -E sinx
2
x y
y
E E
PS E c
r ˆ E Cx x E Cy y
(4.4)
với:
y
sin 2
os +E 2r
x x
y
C E
r
C c
Dễ dàng nhận thấy rằng Cx và Cy không chỉ phụ thuộc vào các tham số của quỹ đạo đặt và r mà còn phụ thuộc vào các sai lệch của các trục (Ex và Ey) và sai lệch quỹ đạo chuyển động là hàm phi tuyến của các sai lệch của các trục.
Mục tiêu của bộ điều khiển liên kết chéo là di chuyển đối tượng chuyển động vè vị trí S (vị trí gần quỹ đạo mong muốn) còn các bộ điều khiển vị trí của các hệ servo dẽ điều khiển đối tượng chuyển động về phía điểm đặt mới (điểm R).
Sai lệch trên các trục có thể đo theo thời gian thực, còn các đại lượng tham số của quỹ đạo đặt có thể nhận được từ bộ nội suy quỹ đạo.
Sai lệch quỹ đạo chuyển động được đưa vào bộ điều khiển bù liên kết chéo để tính toán ra các tín hiệu điều khiển. Các tín hiệu điều khiển này sẽ thêm vào tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển servo của mỗi trục rồi được đưa tới các hệ truyền động động cơ servo.
-
Nội suy quỹ đạo
PI
Cx
Cy
Servo Controller
Servo Controller
Servo Motor
Servo Motor
+
+ +
Bộ ước lượng sai lệch quỹ đạo
chuyển động
+ -
+ -
Hình 4-2. Cấu trúc điều khiển liên kết chéo
4.2. Hệ điều khiển truyền động nhiều trục điều khiển vị trí dùng mạng