XÂY DỰNG mô HÌNH điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ DC SERVO HARMONIC RH 14d 6002

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

RH 11D-6001 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 RH 14D-6002.

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

Đặc tính tải của động cơ

Thông số kỹ thuật động cơ:

Thông số Đơn vị Động cơ RH 11D-6001 Công suất đầu ra (sau hộp số) W 13.6

Mômen định mức TN

Mômen cực đại đầu ra Tm

Hằng số mômen (KT) In-lb/A 22

Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng

của tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb) v/rpm 0.26

Mô men quán tính (J) In-bl –sec

Độ dốc đặc tính cơ In-lb/rpm 1.2

Nm/rpm 1.4*10^-1

Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 0.16

Nm/rpm 1.8*10^-2

N 196

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG

CƠ DC SERVO HARMONIC RH 14D-6002 2.1 Cấu trúc điều khiển tốc độ động cơ

Hình 2.1: Cấu trúc điều khiển số tốc độ động cơ phản hồi tốc độ từ Encoder

2.2 Xây dựng hệ phương trình tính toán động học động cơ Servo

DC Servo Harmonic RH 14D-6002 có các tham số chính:

 Ra = 2.7 Ω

 La = 1.1 mH

 KT = 2.92 Nm/A

 KB = 0.3 V/rpm

 Bf = 3.5*10^-2 Nm/rpm

 J = 21.6 Kgm2

Ta có hệ phương trình động cơ servo:

(1) Chuyển sang miền Laplace ta có :

1

.

.

.

a a

dc c

dc t a

b

a

s

J s

n

i

e K

















(2)

Mà :

a



Thay vào (2) ta được hệ phương trình sau :

1

.

.

.

a

a a

a

a

dc c

dc t a

b

a

s

J s

n

i

e K



























Từ hệ phương trình trên,ta có cấu trúc của động cơ như sau :

Hình 2.2 : Cấu trúc động cơ DC servo 2.3.Tổng hợp mô hình toán động cơ servo

*Khi không có momen cản

*Khi không có momen cản

2.4.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