BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SERVO BÀI TẬP LỚN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC SERVO MOTOR MT-2240-B

Mô phỏng vị trí và vận tốc bậc 4 TIMES TIMES... Mô phỏng vị trí và vận tốc bậc 4 TIMES TIMES... 1.3 Nhận xét và đánh giá mô phỏng - Từ kết quả mô phỏng của cả 3 cấp tốc độ cao, trung b

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO MÔN HỌC

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SERVO

BÀI TẬP LỚN: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC SERVO MOTOR

MT-2240-B

MÃ MÔN HỌC: SERV334029 GHVH: VÕ LÂM CHƯƠNG NHÓM 7 (SINH VIÊN THỰC HIỆN):

Nguyễn Quang Minh

Đỗ Hoàng Khang

Vũ Mạnh Huy

22146171

22146138

22416130

TP HỒ CHÍ MINH - 11/2024

MỤC LỤC

Thông số của động cơ MT-2240-B 1

1 Mô phỏng 3 cấp vận tốc cho NL=4 và NL=5 2

1.1 TH1: NL=4 2

1.1.1 Tốc độ thấp tương đương với hệ bậc 1 2

1.1.2 Tốc độ trung bình tương đương với hệ bậc 2 4

1.1.3 Tốc độ cao tương đương với hệ bậc 4 6

1.2 TH2: NL=5 8

1.2.1 Tốc độ thấp tương đương với hệ bậc 1 8

1.2.2 Tốc độ trung bình tương đương với hệ bậc 2 9

1.2.3 Tốc độ cao tương đương với hệ bậc 4 11

1.3 Nhận xét và đánh giá mô phỏng 13

2 Mô phỏng PID 13

2.1 Mô phỏng vị trí

2.2 Mô phỏng vận tốc

Thông số động cơ servor MT-2240-B

Bảng thông số động cơ MT-2240-B

Từ bảng datasheet ta có các thông số như sau:

 Tốc độ định mức: Nmax = 5000 (rpm)

 Hằng số moment: KT = 0.071 (N.m/A)

 Moment quán tính: JM =0.000035 (kgm2 )

 Điện trở: R= 1.6Ω

 Điện cảm cuộn dây: L= 3.3(mH)

 Mmax = 1.4 => KL = 170

 Hằng số sức điện động: Ke = 0,071 (V/rad/s)

1 Mô phỏng 3 cấp vận tốc cho NL= 4 và NL= 5

1.1 TH1: NL=4

1.1.1 Tốc độ thấp tương đương với hệ bậc 1

Ta có Nmax = 5000 (rpm) = 523,5988(rad/s) Để điều khiển tốc độ thấp thì:

V ≤ 𝑁 ↔ 𝑉 ≤ 523,5988 ≤ 26,17 𝑟𝑎𝑑/𝑠

 Chọn V = 20 rad/s

Chọn 

L

= 0,05

Với 𝑁 = 4 , ta sẽ tính được các thông số sau;

𝑁 =

. ↔ 𝐽 = 𝑁 𝐽 𝑁 = 4 1 0,000035 = 0,00014

WL= =

, =1101,94



L

=

. ↔ 𝐷 = 2 

L 𝐽 𝐾 = 2.0,05 √0,00014.170 =0,017

Cp = 0, 24

Cv = 0,82

b0 = (1 + NL) 𝐶 𝐶 = (1 + 4) 0,24.0,82 =0.984

b1= (1+ 𝑁 )(𝐶 + 2𝐶 𝐶 

L

) + 2 𝑁 

L

= (1+4)(0,82+2.0,24.0,82.0,05) + 2.4.0,05=4,598

Cp1 = = ,

, =0,214

Kp1 = Cp1. WL =0,2139.1101,94=235,81

Mô phỏng vận tốc và vị trí bậc 1

TIME(S)

1.1.2 Tốc độ trung bình tương đương với hệ bậc 2

Ta có Nmax = 5000 (rpm) = 523,5988(rad/s) Để điều khiển tốc độ trung bình thì:

𝑁 ≤V ≤ 𝑁 ↔ .523,5988 ≤ V ≤ 523,5988

↔ 26,17≤V ≤104,71

 𝑐ℎọ𝑛 𝑉 = 30

Chọn 

L

= 0,05

Với 𝑁 = 4 , ta sẽ tính được các thông số sau;

𝑁 =

. ↔ 𝐽 = 𝑁 𝐽 𝑁 = 4 1 0,000035 = 0,00014

WL= =

, =1101,94



L

=

. ↔ 𝐷 = 2 

L 𝐽 𝐾 = 2.0,05 √0,00014.170 =0,017

Cp = 0,24

Cv = 0,82

TIME(S)

b0 = (1 + NL) 𝐶 𝐶 = (1 + 4) 0,24.0,82 =0,984

b1= (1+ 𝑁 )(𝐶 + 2𝐶 𝐶 

L

) + 2 𝑁 

L

= (1+4)(0,82+2.0,24.0,82.0,05) + 2.4.0,05=4,598

Cp2= = ,

, =0,214

Cv2=4 Cp2 = 4.0,214= 0,856

Kp2 = Cp2. WL =0,214 1101,94 =235,81

Kv2 = Cv2. WL =0,856 1101,94 =943,26

Mô phỏng vận tốc và vị trí bậc 2

TIME(S)

1.1.3 Tốc độ cao tương đương với hệ bậc 4

Ta có Nmax = 5000 (rpm) = 523,5988(rad/s) Để điều khiển tốc độ cao thì:

V ≥ 𝑁 ↔ 𝑉 ≥ 523,5988 ↔ V ≥ 104,719

=> chọn V = 120 rad/s

Chọn 

L

= 0,05

Với 𝑁 = 4 , ta sẽ tính được các thông số sau;

𝑁 =

. ↔ 𝐽 = 𝑁 𝐽 𝑁 = 1 0,000035.4 = 0,00014

WL= =

, = 1101,94



L

=

. ↔ 𝐷 = 2 

L 𝐽 𝐾 = 2.0,05 √0,00014.170 =0,017

Cp = 0, 24

Cv = 0,82

Kp = Cp. WL =0,24.1101,94 =246,47

Kv = Cv. WL =0,82.1101,94 =903,59

𝐾 = 𝐾 𝐽 + = 903,59 0.000035 + , = 0,1581

TIME(S)

Mô phỏng vị trí và vận tốc bậc 4

TIME(S)

TIME(S)

1.2 TH2: NL=5

1.2.1 Tốc độ thấp tương đương với hệ bậc 1

Ta có Nmax = 5000 (rpm) = 523,5988(rad/s) Để điều khiển tốc độ thấp thì:

V ≤ 𝑁 ↔ 𝑉 ≤ 523,5988 ≤ 26,17 𝑟𝑎𝑑/𝑠

 Chọn V = 20 rad/s

Chọn 

L

= 0,05

Với 𝑁 = 5 , ta sẽ tính được các thông số sau;

𝑁 =

. ↔ 𝐽 = 𝑁 𝐽 𝑁 = 5 1 0,000035 = 0,000175

WL= =

, =985,61



L

=

. ↔ 𝐷 = 2 

L 𝐽 𝐾 = 2.0,05 0,000175.170 = 0,017

Cp = 0, 24

Cv = 0,82

b0 = (1 + NL) 𝐶 𝐶 = (1 + 5) 0,24.0,82 =1,1808

b1= (1+ 𝑁 )(𝐶 + 2𝐶 𝐶 

L

) + 2 𝑁 

L

= (1+5)(0,82+2.0,24.0,82.0,05) + 2.5.0,05 =5,538

Cp1 = = ,

, =0,213

Kp1 = Cp1. WL =0,213.985,61= 209,93

Mô phỏng vận tốc và vị trí bậc 1

1.2.2 Tốc độ trung bình tương đương với hệ bậc 2

Ta có Nmax = 5000 (rpm) = 523,5988(rad/s) Để điều khiển tốc độ trung bình thì:

𝑁 ≤V ≤ 𝑁 ↔ .523,5988 ≤ V ≤ 523,5988

↔ 26,17≤V ≤104,71

 𝑐ℎọ𝑛 𝑉 = 30

Chọn 

L

= 0,05

Với 𝑁 = 5 , ta sẽ tính được các thông số sau;

𝑁 =

. ↔ 𝐽 = 𝑁 𝐽 𝑁 = 5 1 0.000035 = 0,000175

TIME(S)

TIME(S)

WL= =

, =985,61



L

=

. ↔ 𝐷 = 2 

L 𝐽 𝐾 = 2.0,05 0,000175.170 = 0,017

Cp = 0, 24

Cv = 0,82

b0 = (1 + NL) 𝐶 𝐶 = (1 + 5) 0,24.0,82 =1,1808

b1= (1+ 𝑁 )(𝐶 + 2𝐶 𝐶 

L

) + 2 𝑁 

L

= (1+5)(0,82+2.0,24.0,82.0,05) + 2.5.0,05 =5,538

Cp2= = ,

, =0,213

Cv2=4 Cp2 = 4.0,213= 0,852

Kp2 = Cp2. WL =0,213.985,61= 209,93

Kv2 = Cv2. WL =0,852.985,61=839,73

Mô phỏng vận tốc và vị trí bậc 2

TIME(S)

1.2.3 Tốc độ cao tương đương với hệ bậc 4

Ta có Nmax = 5000 (rpm) = 523,5988(rad/s) Để điều khiển tốc độ cao thì:

V ≥ 𝑁 ↔ 𝑉 ≥ 523,5988 ↔ V ≥ 104,719

=> chọn V = 120 rad/s

Chọn 

L

= 0,05

Với 𝑁 = 5 , ta sẽ tính được các thông số sau;

𝑁 =

. ↔ 𝐽 = 𝑁 𝐽 𝑁 = 1 0.000035.5 = 0,000175

WL= =

, =985,61



L

=

. ↔ 𝐷 = 2 

L 𝐽 𝐾 = 2.0,05 0,000175.170 =0,017

Cp = 0,24

Cv = 0,82

Kp = Cp. WL =0,24.985,61=236,54

Kv = Cv. WL =0,82.985,61=808,20

𝐾 = 𝐾 𝐽 + = 808,2 0.000035 + , = 0,1697

TIME(S)

Mô phỏng vị trí và vận tốc bậc 4

TIME(S)

TIME(S)

1.3 Nhận xét và đánh giá mô phỏng

- Từ kết quả mô phỏng của cả 3 cấp tốc độ cao, trung bình, thấp trên thì

có thể thấy đáp ứng vận tốc đủ nhanh, không có dao động và sai lệch vận tốc không đáng kể

- Khi chúng ta thay đổi thông số NL mà vẫn giữ nguyên hệ số giảm chấn



L thì có thể thấy thông số của động cơ có thể đáp ứng trong khoảng từ

3 ≤ N ≤ 10 không có sự khác biệt giữa 3 cấp độ cao, thấp, trung bình.Từ

đó thõa mãn với lý thuyết đã học

2 Mô phỏng PID

Sơ đồ mạch điện tương đương với sơ đồ khối động cơ DC

Back EMF Const, Ke (V/rad/s) 0.071

Torque Const., Kt (Nm/A) 0.071

Viscous Cofficient (b) 7.1*10^(-4)

Trong đó:

u là điện áp tín hiệu đầu vào

ω là vận tốc góc tín hiệu đầu ra

R là điện trở phần ứng

L là điện cảm phần ứng

𝐾 là hằng số sức điện động

- Hệ số K của hàm truyền động cơ DC

K = =

, = 14,0845

- Thời gian đáp ứng

, , = 0,0111

Mô phỏng Matlad:

global Kp Ki Kd Kb Ts b R L JM Km ek0 Ui0 Ud0 ek_reset U

% DU LIEU DC

JM = 3.5*10^(-5);

Ke = 0.071;

Km = 0.071;

R = 1.6;

L = 3.3*10^(-3);

b= 7.1*10^(-4) ;%0;

U= 30 ;

%thoi gian dap ung

tau = 2*10^(-3); % t/g dap ung

tauc =5*10^(-3); % t/g dap ung mong muon

% THONG SO

K =Km/(R*(JM/tau));

% THOI gian dap ung

% THONG SO PID

Kp =tau/(K*tauc);

Ki =Kp/tau;

Kd = 0;

Kb =1/tau;% anti windup

% thoi gian lay mau

Ts =0.001;

% set g/t bien luu

% ek0

ek0 = 0;

% ekset

ek_reset = 0;

% Ui0

Ui0= 0;

% Ud0

Ud0=0;

sim ('cau2')

code function:

function Y = pidfunction(u)

global Kp Ki Kd Kb Ts ek0 Ui0 ek_reset Ua

N =170;

% sai so err

uA = u(1);% dau vao

uB = u(2);% dau ra

ek = u(1) - u(2);

% U theo PID

%Kp

Up = Kp * ek;

%Ki Anti-windup

Ui = Ui0 + Ki*ek*Ts+Kb*ek_reset*Ts;

% Kd filter

Ud = (1-Ts*(N+Ts))+Ts*(N+Ts)*Kd*(ek-ek0);

% SAVE

ek0=ek;

Ui0 =Ui;

% U PID

U_tong= Up+Ui+Ud;

% GIoi han ap theo muc ap quy dinh dc

if U_tong > Ua

ek_reset= Ua-U_tong;

U_tong=Ua;

elseif U_tong < (-Ua)

ek_reset= (-Ua-U_tong);

U_tong=-Ua;

else

ek_reset=0;

end

% Gia tri dau ra

Y=U_tong;