Kết quả mụ phỏng khi sử dụng bộ điều khiển PI kết hợp với bộ phản hồi momen xoắn cho khớp nối mềm:
Cỏc thụng số cơ bản của thiết bị:
+Động cơ servo một chiều:
-Nhón hiệu: MTK-2250-BLBAN -Điện ỏp cực đại : 40VDC -Tốc độ cực đại : 5000 vũng/phỳt -Mụ men định mức : 0,35 Nm -Mụ men cực đại : 2,12 Nm -Dòng định mức : 5,5 A -Dũng cực đại : 30 A - Hằng số mụ men động cơ: Kt=0,35/5,5 -Điện trở phần ứng : 0,9 -Điện cảm : 2,5mH
-Mụ men quỏn tớnh động cơ: JM=7,455.10-5kgm2
+Khớp nối mềm: là thanh hợp kim cú độ cứng: Ks=0,28 Nm/rad +Tải: Đĩa kim loại cú mụ men quỏn tớnh: JL=8,878.10-5kgm2
Cỏc thụng số cơ bản của bộ điều khiển:
ta = 0,15 Hệ số khuyếch đại
Td = 0,1 Hằng số thời gian của bộ lọc thụng thấp.
Kp = 0,1 Hệ số khuyếch đại của khõu tỷ lệ
KI = 0.8486 Hệ số khuyếch đại của khõu tớch phõn
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Kết quả mụ phỏng: 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Thoi Gian t ( s ) To c d o n ( v o n g /p h u t )
SO SANH TOC DO TAI VA DO CO CUA BO DIEU KHIEN PI
n-PI-D.Co n-PI-Tai n-dat
Toc do dat
Toc do tai voi bo dieu khien PI
Toc do Dong co voi bo dieu khien PI
+Chất lượng động học của hệ thống khi khụng tải ứng với tốc độ đặt 700(vòng/phỳt) như sau:
- Số lần dao động 2 (lần) - Thời gian đỏp ứng 0,07 giõy
- Độ quỏ điều chỉnh lớn: 15% so với tốc độ đặt - Thời gian xỏc lập của hệ thống nhỏ 0.4 giõy. - Sai lệch tĩnh: 0,05 (vòng/phỳt).
+Chất lượng động học của hệ thống khi động cơ đang làm việc ứng với tốc độ đặt 700(vòng/phỳt) cho mang tải với Tload = Tđịnh mức = 0.35NM tại thời điểm mang tải 0.5 giõy như sau:
- Số lần dao động 1 (lần)
- Thời gian đỏp ứng 0,2 giõy (tớnh từ thời điểm mang tải)
Hỡnh 3.18 So sỏnh tốc độ tải và tốc độ động cơ của hệ khớp nối mềm khi sử dụng bộ điềukhiển PI kết hợp với bộ phản hồi momen xoắn
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Độ quỏ điều chỉnh bộ 1,2 vũng/phỳt
- Thời gian xỏc lập của hệ thống nhỏ 0.2 giõy (tớnh từ thời điểm mang tải) - Sai lệch tĩnh: 0,15 vũng/phỳt.
Nhận xột: Khi sử dụng bộ điều khiển PI kết hợp với khõu phản hồi momen xoắn cho hệ truyền động khớp nối mềm ta thấy ở thời kỳ quỏ độ thỡ độ quỏ điều chỉnh về tốc độ của hệ tương đối lớn tuy nhiờn đến thời điểm xỏc lập thỡ tốc độ động cơ, tốc độ tải bỏm sỏt nhau và bỏm sỏt giỏ trị đặt.
Kết quả mụ phỏng khi sử dụng bộ điều khiển phản hồi trạng thỏi dựng bộ quan sỏt Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm:
Thụng số mụ phỏng:
KS = 0,28 Nm/rad Độ cứng lò xo truyền động (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
JM = 7,455.10-5 Kgm2 Momen quỏn tớnh trục động cơ
JL = 8,878.10-5 Kgm2 Momen quỏn tớnh tải
ta = 0,15 Hệ số khuyếch đại
Td = 0,1 Hằng số thời gian
Kp = 0,1 Hệ số khuyếch đại của khõu tỷ lệ
KI = 0.8486 Hệ số khuyếch đại của khõu tớch phõn
Kt=0,35/5,5 Hằng số mụ men động cơ
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mụ phỏng và đỏnh giỏ chất lƣợng của bộ quan sỏt trạng thỏi Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm:
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Thoi Gian t ( s ) To c d o n ( v o n g /p h u t )
SO SANH TOC DO DONG CO THUC VA TOC DO DONG CO QUAN SAT DUOC
Toc do Dong co thuc
Toc do Dong co Quan sat duoc tu bo quan sat Luenberger
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Thoi Gian t ( s ) To c d o n ( v o n g /p h u t )
SO SANH TOC DO TAI THUC VA TOC DO TAI QUAN SAT DUOC
n-PI.Luenbeger-Tai n-PI.Luenbeger-Tai.QSat
Toc do Tai quan sat duoc tu bo quan sat Luenberger Toc do Tai thuc
Hỡnh 3.19 So sỏnh tốc độ động cơ thực và tốc độ động cơ quan sỏt được
Hỡnh 3.20 So sỏnh tốc độ tải thực và tốc độ tải quan sỏt được
Tốc độ động cơ thực
Tốc độ động cơ quan sỏt
Tốc độ tải thực
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 Thoi Gian t ( s ) M o m e n t rờ n t ru c d o n g c o (N M )
SO SANH MO MEN XOAN TREN TRUC DONG CO VA MO MEN XOAN QUAN SAT
Tshaft Tshaft.Qsat
Mo men xoan tren truc Dong co
Mo men xoan Quan sat duoc tren truc Dong co
Nhận xột: Khi sử dụng bộ quan sỏt trạng thỏi Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm ta thấy độ tốc độ động cơ và tốc độ tải mà bộ quan sỏt ước lượng được là tương đối trựng khớt so với tốc độ động cơ và tốc độ tải thực.
+Chất lượng bộ quỏn sỏt Luenberger như sau: -Tốc độ quan sỏt bỏm sỏt tốc độ thực tế
--Độ sai lệch quan sỏt = 0.05 (vũng/phỳt). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 3.21 So sỏnh momen xoắn trờn trục động cơ thực và momen xoắn trờn trục động cơ quan sỏt được
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mụ phỏng và đỏnh giỏ chất lƣợng của bộ điều khiển phản hồi trạng thỏi dựng bộ quan sỏt Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Thoi Gian t ( s ) To c d o n ( v o n g /p h u t )
SO SANH TOC DO TAI VA DO CO CUA BO DIEU KHIEN PI-LUENBERGER OBSERVER
Toc do Dong co voi bo dieu khien PI - Luenberger
Toc do tai voi bo dieu khien PI - Luenberger
Toc do dat
Nhận xột: Tốc độ động cơ bỏm sỏt tốc độ tải với độ quỏ điều chỉnh rất bộ, thời gian xỏc lập ngắn.
+ Chất lượng động học của hệ thống khi khụng tải ứng với tốc độ đặt 700(vũng/phỳt) như sau:
- Số lần dao động 0 (lần) - Thời gian đỏp ứng 0,37 giõy
- Độ quỏ điều chỉnh bằng 0(vũng/phỳt) - Thời gian xỏc lập của hệ thống nhỏ 0.4 giõy. - Sai lệch tĩnh: 0,05 (vũng/phỳt).
Hỡnh 3.22 So sỏnh tốc độ tải và tốc độ động cơ ứng với bộ điều khiển phản hồi trạng thỏi dựng dựng bộ quan sỏt Luenberger
Tốc độ tải với bộ điều khiển phản hồi trạng
thỏi dựng bộ quan sỏt Luenberger
Tốc độ động cơ với bộ điều khiển phản hồi
trạng thỏi dựng bộ quan sỏt Luenberger
Tốc độ động cơ
Tốc độ tải
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
+Chất lượng động học của hệ thống khi động cơ đang làm việc ứng với tốc độ đặt 700(vòng/phỳt) cho mang tải với Tload = Tđịnh mức = 0.35 NM tại thời điểm mang tải 0.5 giõy như sau:
- Số lần dao động 2 (lần)
- Thời gian đỏp ứng 0,04 giõy (tớnh từ thời điểm mang tải) - Độ quỏ điều chỉnh bộ: 5 vũng/phỳt (1% so với tốc độ đặt)
- Thời gian xỏc lập của hệ thống nhỏ 0,1 giõy (tớnh từ thời điểm mang tải) - Sai lệch tĩnh: 0,05 vòng/phỳt
Kết quả mụ phỏng khi so sỏnh giữa bộ điều khiển PI và bộ điều khiển phản hồi trạng thỏi dựng bộ quan sỏt Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Thoi Gian t ( s ) To c d o n ( v o n g /p h u t )
SO SANH TOC DO TAI BO DIEU KHIEN PI VA PI-LUENBERGER
Toc do tai voi bo dieu khien PI-Luenberger
Toc do dat
Toc do tai voi bo dieu khien PI-Luenberger
Hỡnh 3.23 So sỏnh tốc độ tải ứng với bộ điều khiển PI và bộ điều khiển phản hồi trạng thỏi dựng bộ quan sỏt Luenberger (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tốc độ tải với bộ điều khiển PI
Tốc độ tải với bộ điều khiển phản hồi
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Nhận xột:
Qua cỏc chỉ tiờu chất lượng thu được từ hai bộ điều khiển ta thấy bộ điều khiển phản hồi trạng thỏi dựng bộ quan sỏt Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm cú đỏp ứng tốc độ tải tốt hơn rất nhiều so với khi sử dụng bộ điều khiển PI :
- Độ quỏ điều chỉnh bộ hơn.
-Thời gian xỏc lập của hệ thống ứng với hai bộ điều khiển bộ.
Thời gian xỏc lập của hệ thống cú thể tăng hoặc giảm bằng cỏch thay đổi n. Tuy nhiờn sự tăng hoặc giảm n chỉ nằm trong một giới hạn nhất định. Nếu thay đổi quỏ giới hạn cú thể làm hệ thống mất ổn định.
3.4. Kết luận chƣơng 3
Như vậy chương 3 đó tiến hành thiết kế và chạy mụ phỏng với bộ điều khiển phản hồi trạng thỏi sử dụng bộ quan sỏt Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm. Thụng qua mụ phỏng cho thấy ngoài việc giảm được số lượng sensor và quan sỏt được cỏc trạng thỏi khụng đo được bằng sensor thỡ bộ quan sỏt Luenberger cho kết quả ước lượng khỏ tốt. Mặt khỏc phương phỏp phản hồi trạng thỏi dựng bộ quan sỏt cú thể giỳp người thiết kế biết được hướng điều chỉnh cỏc thụng số theo cỏc chỉ tiờu đặt ra. Từ đú cú thể thấy được vai trò quan trọng của hệ điều khiển phản hồi trạng thỏi sử dụng bộ quan sỏt Luenberger trong điều khiển.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHƢƠNG 4
THIẾT KẾ HỆ THÍ NGHIỆM THỰC TRấN Mễ HèNH TRUYỀN ĐỘNG KHỚP NỐI MỀM PP400
Ở phần trước đó tiến hành thiết kế và mụ phỏng với bộ điều khiển phản hồi trạng thỏi dựng bộ quan sỏt Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm. Chương 4 sẽ tỡm hiểu bộ thớ nghiệm truyền động PP400 và thiết kế hệ thớ nghiệm thực trờn mụ hỡnh truyền động PP400.
4.1 Thiết bị thớ nghiệm PP400
Hệ thống truyền động khớp mềm PP400 do hóng KentRidge Instruments sản xuất Bộ PP400 trờn hỡnh vẽ 4.1 bao gồm:
Hỡnh 4.1 Hệ truyền động PP400
- Động cơ servo một chiều sinh mụ men động cơ Tm và cú mụ men quỏn tớnh JM
- Khới nối mềm là thanh hợp kim khụng cứng tuyệt đối cú độ cứng Ks, được nối giữa trục động cơ và trục tải
- Tải là đĩa kim loại trờn đú cú gắn cỏc vành khuyờn kim loại để thay đổi mụ men quỏn tớnh tải JL
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Ngoài ra hệ thống còn cú encoder động cơ và mỏy phỏt tốc(Tacho) để đo tốc độ động cơ, encoder tải để đo tốc độ tải.
Phần mạch điện là bo mạch chuyờn dụng của hóng, được điều khiển bằng phần mềm của hóng viết bằng Labview. Việc thay đổi chương trỡnh chỉ thực hiện được bằng cỏch lập trỡnh Assembly cho vi xử lý 16 bớt UC8096 của Intel.
Phần thực nghiệm trong luận văn này khụng dựng card chuyờn dụng, mà dựng Card NI6014 của hóng National Instruments ghộp vào cổng PCI của mỏy tớnh và mạch lực tự thiết kế.
Sau đõy sẽ nờu cỏc thụng số cơ bản của cỏc phần tử của thiết bị: Động cơ servo một chiều:
Nhón hiệu: MTK-2250-BLBAN Điện ỏp cực đại : 40Vdc Tốc độ cực đại : 5000 vũng/phỳt Mụ men định mức : 0,35 Nm Mụ men cực đại : 2,12 Nm Dòng định mức : 5,5 A Dòng cực đại : 30 A Điện trở phần ứng : 0,9 Điện cảm : 2,5mH Mụ men quỏn tớnh : 7,455.10-5kgm2
Khớp nối mềm: là thanh hợp kim cú độ cứng Ks=0,28 N/rad Tải: Đĩa kim loại cú mụ men quỏn tớnh JL=8,878.10-5kgm2
Mỗi vành khuyờn kim loại cú mụ men quỏn tớnh: JU=1,932.10-5kgm2 Mỏy phỏt tốc 1 chiều (Tacho)
Điện ỏp phỏt ra : 7V/1000vũng/phỳt 10% Điện trở tải nhỏ nhất: 10k
Điện ỏp phỏt ra cú thể đảo chiều khi động cơ đảo chiều quay Độ tuyến tớnh của điện ỏp phỏt ra với sai số: 1% (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Encoder động cơ và encoder tải
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cỏc kờnh ra : 6 kờnh (A, B, Z, U, V, W) Dạng xung ra là xung vuụng
Tần số lớn nhất (max) cú thể phỏt ra xung được: 200kHz Nguồn cung cấp : 5V5%
Dòng tiờu thụ(max) : 200mA
Thời gian sườn lờn/xuống tối đa: 100ns
Cỏc thụng số của động cơ, khớp nối và tải của bộ thớ nghiệm này được lấy làm cỏc thụng số đầu vào để thiết kế bộ điều khiển ở chương 3.
4.2. Card NI6014
Card NI6014 là thiết bị phần cứng thuộc dòng DAQ của hóng National Instrument, sử dụng để điều khiển đối tượng thời gian thực. Card được ghộp với mỏy tớnh qua cổng PCI của mỏy tớnh. Mỏy tớnh và card trở thành hệ thống điều khiển hoàn chỉnh, bao gồm nhiều chức năng: Thu thập tớn hiệu vào qua cổng vào tương tự(AI) vào số(DI) và cỏc bộ đếm(Counter), đưa tớn hiệu điều khiển ra bờn ngoài qua cổng ra tương tự(AO), ra số(DO) và cỏc đầu ra tạo xung, tớnh toỏn cỏc bộ điều khiển bằng CPU mỏy tớnh. Card PCI 6014 được điều khiển nhờ phần mềm chuyờn dụng của hóng là DQA7.x hoặc bằng cỏc phần mềm do người sử dụng viết bằng ngụn ngữ C, VB, Lab-window, LabView ... Đặc biệt hiện nay card này đó được chương trỡnh Matlab hỗ trợ điều khiển thụng qua chương trỡnh mụ phỏng Simulink. Việc thiết kế điều khiển trờn Simulink rất đơn giản, Cỏc chương trỡnh điều khiển thiết kế theo dạng khối xõy dựng sẵn trờn Simulink. Simulink hỗ trợ cỏc khối vào ra với card. Sau khi dịch sơ đồ điều khiển là chương trỡnh cú thể kết nối điều khiển Card với thời gian thực, rất tiện lợi. Sau đõy em sẽ trỡnh bày cỏc đặc điểm phần cứng của Card6014.
Cỏc đầu nối chức năng cơ bản của Card NI6014 bao gồm: AI, AO, DIO, TIO. - 16 kờnh AI với độ phõn giải 16 bớt.
- 2 kờnh AO với độ phõn giải 16 bớt
- 8 đầu vào ra số chuẩn TTL cú thể đặt là đầu ra(DO) hoặc đầu vào(DI) bằng chương trỡnh
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tổng số cú 68 đầu nối vào ra trờn Card.
Sơ đồ khối của Card được thể hiện trờn hỡnh vẽ 4.2
Cú thể thấy Card 6014 như một bộ mở rộng cổng vào ra cho mỏy tớnh và cú thờm cỏc bộ đếm, bộ định thời, với tốc độ truyền rất nhanh qua BUS PCI. Tốc độ tớnh toỏn cũng như truy cập chỉ còn phụ thuộc vào tốc độ của mỏy tớnh.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
4.2.1.Đầu vào tƣơng tự(AI)
Card NI6014 cú 16 kờnh AI: AI (0,1...15)
Bộ chuyển đổi ADC chuyển tớn hiệu tương tự thành tớn hiệu số. Một bộ đệm lớn(512 mẫu tớn hiệu hay 512words) kiểu FIFO(vào trước ra sau) lưu trữ giữ liệu trong quỏ trỡnh chuyển đổi để đảm bảo dữ liệu khụng bị mất. Vào dữ liệu chuyển đổi cú thể bằng phương phỏp DMA, ngắt hoặc vào bằng chương trỡnh.
Trở khỏng vào cỏc đầu AI rất lớn: 1G. Do đú sẽ khụng làm suy giảm tớn hiệu vào.
Chống điện ỏp đặt vào quỏ: 25V khi chạy hoặc 15 V khi tắt.
Dải điện ỏp vào chuẩn là -1010V, tuy nhiờn bộ AI của card hỗ trợ cả cỏc