thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ dc servo harmonic rhs 20-3007

Giới thiệu động cơ servo Điều khiển động cơ DC DC Motor là một ứng dụng thuộc dạng cơ bản nhất của điều khiển tự động vì DC Motor là cơ cấu chấp hành actuator được dùng nhiều nhất trong

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC

RHS 20-3007

1.1 Giới thiệu động cơ servo

Điều khiển động cơ DC (DC Motor) là một ứng dụng thuộc dạng cơ bản nhất của điều khiển tự động vì DC Motor là cơ cấu chấp hành (actuator) được dùng nhiều nhất trong các hệ thống tự động (ví dụ robot) Điều khiển được DC Motor là

ta đã có thể tự xây dựng được cho mình rất nhiều hệ thống tự động DC servo motor là động 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, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay, ô tô Ứng dụng mới nhất cho động cơ servo là dùng trong Robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và ô tô

Cấu tạo động cơ Servo:

Hình 1.1: Cấu tạo động cơ servo

1, Động cơ ; 2, Bản mạch

3, dây dương nguồn ; 4, Dây tín hiệu

5, Dây âm nguồn ; 6, Điện thế kế

7, Đầu ra (bánh răng) ; 8, Cơ cấu chấp hành

9, Vỏ ; 10, Chíp điều khiển

1.2 Thông số động cơ DC Servo Harmonic RHS 20-3007

Động cơ DC Servo Harmonic là loại động cơ bước nhỏ, được sử dụng trong công nghiệp, khả năng điều khiển chuyển động và momen xoắn với độ chính xác cao Động cơ có hộp số cho momen xoắn cao, độ cứng xoắn cao và hiệu suất cao

Do đó mà nó được sử dụng trong các robot công nghiệp và tự động hóa

Thông số kỹ thuật động cơ:

Thông số Đơn vị Động cơ RHS

20-3007 Công suất đầu ra (sau hộp số) W 74

Mômen định mức TN In-lb 208

Mômen hãm liên tục In-lb 243

Mômen cực đại đầu ra Tm In-lb 729

Hằng số mômen (KT) In-lb/A 182

Nm/A 21.0 Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng

của tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb)

v/rpm 2.15

Mô men quán tính (J) In-bl –sec2 10.4

Kg.m2 1.2 Hằng số thời gian cơ khí ms 9.2

Độ dốc đặc tính cơ In-lb/rpm 115

Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 2.7

Nm/rpm 3.1*10^-1

Tốc độ định mức động cơ rpm 3000

Dòng thời gian liên tục ms 0.81

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ

2.1 Mô tả đối tượng điều khiển

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

- Điện áp phần ứng : uA=eA+RAiA+LA dt

di A

- Sức từ động cảm ứng: eA=ke  n

- Tốc độ quay: ( )

2

1

T

M m m J dt

dn







- Momen quay: m M k M i A

- Hằng số động cơ: k e  2  k M

- Hằng số thời gian phần ứng: TA=

A

A R L

Tham số của động cơ:

Ra = 3.4 Ω

La = 2.7 mH

Kt = 21.0 Nm/A

Ke = 2.15 V/rpm

Bf = 3.1*10-1 Nm/rpm

J = 1.2 Kg.m2

Ta có:

1

A

dc t A

di

u e i R L

dt d

M M

dt J

M K i

e K n



















Chuyển sang miền ảnh laplace:

1

dc t A

J

















Thay A A

A

L T

R

 ta có hệ phương trình sau:

1 / 1 1

A

A

dc t A

R

T s

M M Js

M K i

e K n









 













Từ hệ phương trình trên ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc của động cơ như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của động cơ 2.2 Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục

- Mô hình mô phỏng

Hình 2.2 Mô hình mô phỏng động cơ

- Kết quả mô phỏng

Hình 2.3 Đáp ứng tốc độ

Hình 2.4 Đáp ứng dòng điện phần ứng 2.3.Tổng hợp bộ điều khiển dòng

Ta chọn : Mạch vòng dòng có T I  0.1ms

MẠch vòng tốc độ Tw  1ms

Thời gian T cl  0.7ms

Tính bộ điều khiển dòng :

Dặt các thông số trong matlab

G1=tf(1,[Tcl 1])

G2=tf(1,[Lu Ru])

G3=G1*G2

Gõ lệnh >>Rltool

Điểm cực

Thay đổi tần số

Đáp ứng

Xuất kết quả của bộ điều khiển

>>C

Ta được

2.3255 (s+6549)

s

Mô phỏng kết quả của bộ điều khiển trên miềm tương tự

Kết quả

Kết luận : Kết quả đầu ra luôn bám theo tín hiệu đặt

* Mô phỏng kết quả của bộ điều khiển trên miềm số

Kết quả :

*Xây dựng bộ điều khiển tốc độ

Vì mạch vòng dòng có I  SP so với mạch vòng tốc độ do vậy trong một trong 1 chu kỳ

*

u

I I

Áp dụng phương pháp xấp xỉ liên tục ta tìm được bộ (khi bỏ qua mach vòng dòng G8=Kt

G9=tf(,[J Bf])

G10=G8*G9

Cấu trúc mô hình khi xây dựng bộ điều khiển khiển tốc độ

Bộ điều khiển

0.027969 (s+10.26)

s

Mô hình

Két quả

Kết quả trên miền số

*Khi có cả bộ điều khiển dòng và điều khiển tốc độ

Kết quả

Trên miên số

Kết quả

Kết luận :

Khi có bộ điều khiển thì kết quả luôn bám theo kết quả đăt

Khi sử dụng bbooj điều khiển ở miền tương tự và miền thời gian số ta thấy kết quả không có gì sai biệt do thời gian trich mẫu nhỏ gần như không dáng kể Nên ta nhin như ở miên tương tự