Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 256012.

Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 256012. Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 256012. Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 256012. Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 256012.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

THIẾT KẾ MÔN HỌC

ĐIỀU KHIỂN SỐ

Mã: 13310 Học kỳ: 1 – Năm học: 2022 – 2023

Đề tài: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc

độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 25-6012

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp

Giảng viên hướng dẫn:

DANH MỤC HÌNH ẢNH

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC

RH RHS 25-6012 1

1.1 Giới thiệu động cơ sevo 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.2 Cấu tạo servo 1

1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo: 2

1.4 Giới thiệu động cơ DC servo Harmonic RHS 25-6012 2

1.4.1 Thông số động cơ RHS 25-6012 3

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC RHS 25-6012 4

2.1 Xây dựng hệ phương trình tính toán động học động cơ servo: 4

2.2 Mô hình toán của động cơ DC servo Harmonic RHS 25-6012 4

2.3 Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục 5

2.4 Khảo sát chu kì trích mẫu T đến tính ổn định của hệ thống 8

2.5 Xây dựng bộ điều khiển số cho động cơ DC servo Harmonic RHS 25-6012 11

2.5.1 Thiết kế bộ điều khiển PID trên miền liên tục 11

2.6 Xấp xỉ bộ điều khiển PID sang miền số 15

2.7 Mô phỏng 16

2.8 Nhận xét và kết luận 18

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây công nghệ thông tin có những bước nhảy vọt, đặc biệt

là sự ra đời của máy tính đã tạo cho xã hội một bước phát triển mới, nó ảnh hưởng đếnhầu hết các vấn đề của xã hội và trong công nghiệp cũng vậy Hòa cùng sự phát triển

đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất đã ứng dụng các họ vi sử lý mạnh vào trong côngnghiệp, trong việc điều khiển và sử lý đữ liệu Những hạn chế của kỹ thuật tương tựnhư sự trổi thông số, sự làm việc cố định dài hạn, những khó khăn của việc thực hiệnchức năng điều khiển phức tạp đã thúc đẩy việc chuyển nhanh công nghệ số Ngoài rađiều khiển số cho phép tiết kiện linh kiện phần cứng, cho phép tiêu chuẩn hóa Vớicùng một bộ vi sử lý, một cấu trúc phần cứng có thể dùng cho nhiều ứng dụng khácnhau Tuy nhiên kỹ thuật số cũng có những nhược điểm như sử lý các tín hiệu rời rạc,đồng thời tín hiệu tương tự có những ưu điểm mà kỹ thuật số không có như tác độngnhanh và liên tục Vì vậy xu hướng điều khiển hiện nay là phối hợp cả điều khiển số

và điều khiển tương tự

Để lắm vững những kiến thức đã học thì việc nghiên cứu là cần thiết đối với sinh

viên Vì vậy nhóm em được giao đề tài bài tập lớn “Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC Servo Harmonic RHS 25-6012.” Qua bài tập lớn đã

giúp chúng em biết thêm được rất nhiều về cả kiến thức lẫn kinh nghiệm Dưới sựhướng dẫn của thầy … chúng em đã thực hiện xong bài tập này Do kiến thức còn hạnchế nên bài tập còn có nhiều sai xót, nên chúng em mong nhận được sự bổ sung của

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC

cơ DC có bộ điều khiển hồi tiếp

Mặt khác động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín.Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vậntốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kì lý do nào ngăncản chuyển động quay của động cơ , cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưađạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạtđược điều chỉnh chính xác

Ứng dụng của động cơ servo dùng nhiều trong robot, cùng loại với các động

cơ dùng trong mô hình máy bay và ô tô

1.2 Cấu tạo servo

Cấu tạo chung của một động cơ servo gồm có 2 thành phần chính: Rotor vàStator

1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo:

Stator của động cơ được cuốn các cuộn dây riêng biệt và Rotor của động cơ làmột thanh nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh và được cấp nguồn theo một trình

tự nhất định thích hợp để quay rotor

Nếu thời điểm và dòng điện cấp tới các cuộn dây là chuẩn xác thì chuyển độngquay của rotor phụ thuộc vào tần số và pha, phân cực và dòng điện chạy trong cuộndây stator

Động cơ servo được hình thành bởi những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu

ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ vận hành thì vận tốc

và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Khi đó bầt kỳ lý do nào ngăn cảnchuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạtđược vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạtđược điểm chính xác nhất

Hình 1.2 Đông cơ DC servo Harmonic RHS 25-6012thực tế

1.4 Giới thiệu động cơ DC servo Harmonic RHS 25-6012

Động cơ RHS 25-6012là động cơ một chiều do hãng Harmonic của Nhật sản

xuất Đây là động cơ được thiết kế nhỏ gọn, truyền động chính xác, momen lớn và

có gắn sẵn encoder

1.4.1 Thông số động cơ RHS 25-6012

Bảng 1.1 Thông số động cơ DC servo Harmonic RHS 25-6012

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC

SERVO HARMONIC RHS 25-6012

2.1 Xây dựng hệ phương trình tính toán động học động cơ servo:

Đối tượng điều khiển được mô tả dưới dạng phương trình toán học sau:

Thông số Đơn vị Động cơ RHS 25-6012

2.2 Mô hình toán của động cơ DC servo Harmonic RHS 25-6012

Các tham số cơ bản của động cơ như sau:

Cấu trúc động cơ như sau:

2.3 Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục

Mô hình mô phỏng trên Simulink:

Hình 2.4 Mô hình mô phỏng động cơ RHS 25-6012

Điện áp định mức: U = 75V

Hình 2.5 Điện áp định mức đông cơ

Tham số động cơ động cơ trên Matlab:

Kết quả đáp ứng đầu ra khi cho momen cản Mc = 22:

Hình 2.8 Đáp ứng tốc độ khi có M c

Hình 2.9 Đáp ứng dòng điện khi có M c

Nhận xét: Tốc độ động cơ thay đổi khi phụ tải thay đổi, không có khả năng tự

ổn định tốc độ Dòng điện động cơ khi khởi động tăng rất nhiều so với dòng địnhmức

2.4 Khảo sát chu kì trích mẫu T đến tính ổn định của hệ thống

Sử dụng Matlab ta tìm được hàm truyền của hệ:

Sample time: 0.01 seconds

Discrete-time transfer function

Khảo sát đáp ứng ra khi thay đổi chu kì trích mẫu

Với T=0.01s

Hình 2.10 Kết quả mô phỏng động cơ RHS 17-3006 trên miền số

Hình 2.11 Kết quả mô phỏng động cơ RHS 17-3006 trên miền số

Sample time: 0.1 seconds

Discrete-time transfer function

Hình 2.12 Kết quả mô phỏng động cơ RHS 17-3006 trên miền số

Hình 2.13 Kết quả mô phỏng động cơ RHS 17-3006 trên miền số

2.5 Xây dựng bộ điều khiển số cho động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006

Có thể coi bộ biến đổi là 1 khâu quán tính bậc nhất PT1:

2.5.1 Thiết kế bộ điều khiển PID trên miền liên tục

Hình 2.16 Mô hình mô phỏng trên Matlab dùng BĐK PID

Tính toán thông số cho bộ điều khiển PID bằng Matlab

Ta có được các thông số của bộ điều khiển PID:

P= 0.191120589935579

+ Khi không có momen cản Mc:

Hình 2.17 Đáp ứng tốc độ trên miền liên tục khi không có M c

Hình 2.18 Đáp ứng dòng điện trên miền liên tục khi không có M c

+ Khi có momen cản Mc = 22:

Hình 2.19 Đáp ứng tốc độ trên miền liên tục khi có M c

Hình 2.20 Đáp ứng dòng điện trên miền liên tục khi có M c

Nhận xét

Tc: Hằng số thời gian chậm sau

Tv: Hằng số thười gian vượt mức

Hình 2.21 Cấu trúc mô phỏng PID sang miền số

Hình 2.22 Đáp ứng tốc độ trên miền gián đoạn khi không có M

Hình 2.23 Đáp ứng dòng điện trên miền gián đoạn khi không có M c

Hình 2.24 Đáp ứng tốc độ trên miền gián đoạn khi có M c

Hình 2.25 Đáp ứng dòng điện trên miền gián đoạn khi có M c

Nhận xét:

+ Tốc độ và dòng điện ra gần đúng với tốc độ và dòng điện định mức

+ Khi có momen cản làm cho dòng điện tăng và tốc độ giảm đi ít