thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ dc servo harmonic rh-14d 3002

Hòa cùng sự phát triển đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất đã ứng dụng các họ vi sử lý mạnh vào trong công nghiệp, trong việc điều khiển và sử lý đữ liệu.. Những hạn chế của kỹ thuật tương

LỜI NÓI 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 đến hầu 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 công nghiệp, trong việc điều khiển và sử lý đữ liệu Những hạn chế của kỹ thuật tương tự như sụ trôi thông số, sự làm việc cố điịnh dài hạn, những khó khăn của việc thực hiện chức năng điều khiển phức tạp đã thúc đẩy việc chuyển nhanh công nghệ số Ngoài ra điều khiển số cho phép tiết kiện linh kiện phần cứng, cho phép tiêu chuẩn hóa Với cùng một bộ vi sử lý, một cấu trúc phần cứng có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau Tuy nhiên kỹ thuật sô 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 động nhanh 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 Bài tập lớn Mô “Điều khiển số” đã giúp em biết thêm được rất nhiều về cả kiến thức lẫn kinh nghiệm Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Tiến em đã thực hiện xong bài tập này Do kiến thức còn hạn chế nên bài tập còn có nhiều sai xót, nên em mong nhận được sự bổ xung của các thầy, cô và các bạn

Chương 1 Mô tả đối tượng điều khiển

Đối tượng điều khiển ở đây là động cơ Động cơ RH-14D 3002 của hãng Harmonic Động cơ này thuộc dòng RH Mini series là ldòng động cơ được thiếtkế nhỏ gọn ,truyền động chính xác ,mô men lớn và có gắn sẵn encoder

* Các tham số cơ bản của động cơ được trình bày trong bảng 3.1

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 : 0 ~ 40oC

Độ ẩm môi trường : 20 ~ 80 % ( không ngưng tụ)

Hình 3.1 Động cơ RH-14D 3002 gắn trên trục vít me

* B ng thông s ảng thông số động cơ: ố động cơ: động cơ: ng c : ơ:

Hằng số B.E.M.F ( ảnh

hưởng của tốc độ đến tốc độ

phần ứng Kb)

Chương 2: Khảo sát đối tượng trên miền thơi gian liên tục

2.1 Xây dựng hệ phương trình toán học động cơ DC servo RH-14D 3002 Các tham số cơ bản của động cơ :

Ra = 2.7

La = 1.1mH

Kt = 5.76 Nm/A

Kb = 0.6 V/rpm

Bf = 0.15

J=81.6e-3

Ta = Ra La = 0.41 (ms)

Xuất phát từ phương trình động cơ một chiều

- = +

= ( -

Ta có hệ phương trình động cơ như sau:





























) (

1

1

) (

1

Ea U

s Ta Ra Ia

Mc M

Bf s

J w

Ia Kt M

w Ke Ea

* Cấu trúc động cơ được mô tả như sau:

Từ hệ phương trình trên ta xây dựng được mô hinh động cơ trên miền liên tục:

* Đáp ứng tốc độ khi không tải như sau:

* Đáp ứng dòng điện không tải như sau:

* Đáp ứng khi có tải:

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 định mức

2.2 Mô hình động cơ trên miền số

>> G1=tf(1/Ra,[Ta 1])

Transfer function:

0.3704

-0.41 s + 1

>> G2=tf(1,[J Bf])

Transfer function:

1

-4.06 s + 0.15

>> Gopen=G1*Kt*G2

Transfer function:

2.133

-1.665 s^2 + 4.121 s + 0.15

>> Gclose=feedback(Gopen,ke)

Transfer function:

2.133

-1.665 s^2 + 4.121 s + 1.43

>> Gz =C2d(Gopen,0.01,'zoh')

>> Transfer function:

6.355e-005 z + 6.303e-005

z^2 - 1.976 z + 0.9755

Sampling time: 0.01

* Kết quả mô phỏng trên miền số

Chương 3: Tổng hợp bộ điều khiển số cho động cơ

3.1 Thiết kế bộ PID trên miền tương tự cho động cơ DC servo Harmonic RH

14D-3002

Để điều khiển tốc độ động cơ DC servo thông thường ta dùng hệ thống hai vòng điều chỉnh Tuy nhiên động cơ DC servo harmonic RH 14D-3002 là loại động cơ cỡ nhỏ nên có thể bỏ qua mạch vòng dòng

Sử dụng Matlab ta tìm được hàm truyền của hệ:

>>G1=tf(1/Ra,[Ta 1];

>>G2=tf(1,[J Bf]);

>>Gopen=G1*Kt*G2;

>>Gclose=feedback(Gopen,ke);

>>Gk=zpk(Gk);

Để thuận lợi cho quá trình diều khiển ta coi bộ biến đổi là khâu quán tính bậc nhất với hăng số thời gian Tf=0.0001s

Ta có:

Gbd = Tf Kbd s 1=

1 17 3

0092 0



s

Để tổng hợp bộ điều khiển tốc độ cho động cơ ta bỏ qua sức từ động cảm ứng Khi đó hàm truyền của động cơ sẽ là:

37 0



s

Vậy ta có hàm truyền mạch phần ứng như sau:

G(s) = Gdc Gbd = 30.17.0092. 1



s 0.410.37. 1



s = (3.17.s01.0034).(0.41.s1) nên k = 0.0034; T1 =3.17 ;T2= 0.41

Áp dụng phương pháp tối ưu độ lớn ta tìm được bộ điều khiển tối ưu độ lớn PI: R(s) = (1+ ) với =2 2

1

kT

T

=

Ta dùng máy phát tốc để phản hồi tốc độ về Với hàm truyền của máy phát tốc

=

Với = 0.004s, = =0.032 => =

3.2 Xấp xỉ bộ điều khiển PI sang miền số

Nên

= 0.015, = 0.0001

Chọn T=0.01s

Áp dụng xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật và thành phần D theo khai triển chuỗi gần đúng bậc nhất ta có khâu điều chỉnh gián đoạn thiết kế xấp xỉ liên tục sau:

= với = = 0.015; = - (1 - ) = 1.485

3.3 Mô hình mô phỏng trên hệ liên tục và gián đoạn

* Mô hình trên miền liên tục

M_file lưu thông số mô phỏng:

Ra=2.7 %Ohm

Ta=0.41 %sec

ke=0.6 %Nm/A

Kt=5.76 %V/rpm

Bf=0.15 Nm/rpm

J=4.06 %kgm2

Mc=7.8 %momen can dinh muc Ua=24 %dien ap dinh muc

Kft=0.032

Tft=0.004

Kbd=7.5

Tbd=0.0001

Kr=0.015

Tr=0.0001

G1=tf([1/Ra],[Ta 1]);

G2=tf(1,[J Bf]);

G3=G1*Kt*G2;

Gdc= feedback(G3,Kb);

Gbd=tf(Kbd,[Tbd 1]);

Gr1=tf([Tr 1],[Tr 0]);

Gr=Kr*Gr1;

Gh=Gr*Gbd*Gdc;

Gft=tf(Kft,[Tft 1]);

Gk=feedback(Gh,Gft);

* Kết quả mô phỏng tốc độ:

* Nhận xét và kết luận

Các kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng ra trên miền số tương tự như đáp ứng ra trên miền liên tục Điều này khẳng định thuật toán và cách thức xây dựng bộ điều khiển số là hoàn toàn đúng đắn và chính xác Kết quả cũng cho thấy việc chọn chu kì trích mẫu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển của hệ thống Chu kì trích mẫu khác nhau sẽ cho ra các đáp ứng khác nhau Chu kì trích mẫu càng nhỏ cho phép ta thiết kế được các bộ điều khiển có chất lượng càng cao Tuy nhiên không phải lúc nào ta cũng lựa chọn được chu kì trích mẫu nhỏ, điều này phụ thuộc vào năng lực tính toán của thiết bị, các tài nguyên hỗ trợ cũng như bản thân hệ thống cần điều khiển

Tài liệu tham khảo:

[1] Hà Nội, Điều khiển số (Digital control) – Nguyễn Phùng Quang, bài giảng

cho sinh viên đại học Bách Khoa 2007

[2] Matlab và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nguyễn Phùng Quang, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2006