7 ĐỀ THI VÀ ĐÁP ÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SERVO

a. Drawing a general diagram of a servo system for a 3axis CNC machine using DC servo motors. It is similar to the figure 2.1 in the lecture note (chapter 2) b. What are differences between semiclosed loop and fullclosed loop system? According to your diagram from (a), is it a openloop, semiclosed loop or fullclosed loop system? In many servo systems, a feedback system can be only established based on the information of servo actuator. This kind of control system is called a semiclosed loop. Otherwise, a full closedloop is a system that feedback information is obtained from a mechanism part According to the diagram, it is a semiclosed loop system because there are only feedback loops from the servo actuators. c. Express the advantages and disadvantages of a servo system using DC servo motors? Choose a reason that makes DC servo motors less common in industrial applications? Advantages: Smooth rotation at low speeds and capability of high speed applications (up to 5000 RPM). No power used at standstill: with no static loads on the motor, no current is required to hold position Wide variety of types available: being produced in many styles including very low inertia types for high dynamic applications. Closedloop control: high precision in trajectory control Disadvantages: Brush maintenance: limiting their use in clean rooms, and other environments where brush dust is not acceptable. Poor thermal performance: all the heat is generated in the rotor, from which the thermal path to the outer casing is very inefficient. Increased installed cost: the installed cost of a DC servo system is higher than that of a stepper due to the requirement for feedback components. The reason that makes DC servo motors less common in industrial applications is brush maintenance Bài 2: (4đ) a. Vẽ sơ đồ khối mạch điều khiển động cơ bước lưỡng cực (bipolar)? Viết lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ trên ở 2 chế độ “1 phase ON” và “2 phase ON”? Lợi ích của việc điều khiển “2 phase ON” là gì? 1 phase ON OUT1 + 0 0 + 0 0 + 0 0 OUT2 0 + 0 0 + 0 0 + 0 OUT3 0 + 0 0 + 0 0 + 0 OUT4 0 0 + 0 0 + 0 0 + Dựa vào bảng trên sinh viên vẽ lại lưu đồ giải thuật 2 phase ON OUT1 + + + + + + 0 OUT2 + + + 0 + + OUT3 + + + + + + + OUT4 + + + + + Dựa vào bảng trên sinh viên vẽ lại lưu đồ giải thuật Điều khiển “2 phase ON” giúp tăng moment lực của động cơ lên khoảng 30%40% so với “1 phase ON” a. Tìm hàm truyền mô tả mối quan hệ giữa ngõ ra và các ngõ vào? Trong đó: ; min; b. , tìm điều kiện của để hệ kín ổn định? Phương trình đặc trưng hệ kín: Xấp xỉ Taylor: Để hệ ổn định các hệ số phải cùng dấu Do là thời gian tích phân của bộ điều khiển nên . Vậy không tồn tại để hệ kín ổn định. c. Thiết kế bộ điều khiển PI hoặc PID khi giá trị đặt thay đổi? Trong đó: Sử dụng các phương trình (4.43) và (4.44) trong slide bài giảng, ta có là bộ điều khiển PI với các hệ số:

T R U IN G DAI HOC SIX PHAM KY THUAT

t h A n h PHO HO CHI MINH

KHOA CO KHI CHE TAO MAY

BO MON CO DIEN TU*

DAP AN HOC KY 1, NAM HQC 19-20 Mon: HE THONG TRUYEN DONG SERVO

MS mon hoc: SERV424029

De so: 01; De thi co 2 trang.

Thai gian: 75phut.

Du&c phep sir dung tai lieu

Dap an:

B a i l :

a So1 do ket noi bo dieu khien cho dong co1 (0.75)

Do dpng ca luang cue 2 pha nen sir dung mach cau H tich hap (vi du: L298)

H-Bridee 1 1

P0

1

1 IN 1 OUT11

1 1

OUT2 1

1 1 CONTROLLER 1

P2

1 1

1 IN 3 OUT31

1 1 1

OUT4 1

1 H-Bridge 2

b Tinh thoi gian delay (0.75)

Tinh so xung (0.75d)

B an m ay di ch uy en 200 m m tu a n g d u a n g vdi don g c a qu ay 20 vong

G oc b u d c a - 1.8°, nen so xung de dong ca quay 1 vong l a 200 (xung)

Do do, tong so xung can thiet la 4000 xung.

SVviet giai thuat theo cac ket qua tren (Id)

else count ;

if (count>=2*N){

count=0;

poscnt++;

} else if (count<=-2*N){

count=0;

poscnt—;

i _

T inh goc q u ay 9 :

th eta = poscnt*2*pi+ co un t*p i/N ;

b Viet cong thuc tinh tin hieu dieu khien u(t)? Bien doi u(t) thanh cong thuc rdi rac theo

thdi diem lay mau thu k? (Biet co = — )

Dua vao sa do khoi, ta co:

u(t) = [ K p(Gr - 9 ) - ( o ] K v = r l f ) K (0.75d)

Gia su hp dupe lay mau vdi thdi gian lay m§u T, cong thuc rdi rac:

S6 hieu: BM1/QT-PDBCL-RDTV

AYj =2Yj+l AYJ+l=AYJ+ 2

Đáp án Điều khiển quá trình (PCTR421929), Đề 01, HỌC KỲ I, 2017-2018

Sử dụng các phương trình (4.43) và (4.44) trong slide bài giảng, ta có G c là

bộ điều khiển PI với các hệ số:

d Tính sai số (offset) trong trường hợp sử dụng bộ điều khiển tỉ lệ và

nhiễu thay đổi?

Hàm trễ không ảnh hưởng đến độ lợi tĩnh của hệ nên ta có thể sử dụng công

1

offset = 2 2 2

1

d OL

Đây là quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt độ dòng ra T2 được điều khiển bằng cách

thay đổi lưu lượng hơi (P s) đưa vào bình để trao đổi nhiệt với dòng vào có

nhiệt độ T1 Sử dụng thiết bị đo để đo nhiệt độ dòng ra (T2) trả về tín hiệu

điện và được đưa vào bộ điều khiển nhiệt độ (TC), tín hiệu ra của bộ điều

khiển (tín hiệu điện) được chuyển thành tín hiệu áp suất thông qua bộ chuyển

đổi (I/P) để điều khiển độ mở van điều khiển nhằm thay đổi lưu lượng hơi đi

- Most RTDs consist of a length of fine coiled wire wrapped around a

ceramic or glass core The RTD element is made from a pure material,

typically platinum, nickel or copper

- Its principle is based on a physical phenomenon that the material resistance

is a function of its temperature

b Platinum (Pt) is the most popular since it can be used for a wide

temperature range and has excellent stability Therefore, it is suitable for

industry applications

1

c There are three types of wire configuration They are two-wire, three-wire

and wire configurations In wire configuration:

four-Advantage: the most accuracy compared

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

It is similar to the figure 2.1 in the lecture note (chapter 2)

b What are differences between semi-closed loop and full-closed loop system? According to your diagram from (a), is it a open-loop, semi-closed loop or full-closed loop system?

In many servo systems, a feedback system can be only established based on the information of servo actuator This kind of control system is called a semi- closed loop Otherwise, a full closed-loop is a system that feedback information

is obtained from a mechanism part

Advantages:

- Smooth rotation at low speeds and capability of high speed applications (up

to 5000 RPM)

- No power used at standstill: with no static loads on the motor, no current is

required to hold position

- Wide variety of types available: being produced in many styles including

very low inertia types for high dynamic applications

- Closed-loop control: high precision in trajectory control

Disadvantages:

- Brush maintenance: limiting their use in clean rooms, and other

environments where brush dust is not acceptable

- Poor thermal performance: all the heat is generated in the rotor, from

which the thermal path to the outer casing is very inefficient

Full-closed loop

- Increased installed cost: the installed cost of a DC servo system is higher

than that of a stepper due to the requirement for feedback components

The reason that makes DC servo motors less common in industrial applications is brush maintenance

Bài 2: (4đ)

a Vẽ sơ đồ khối mạch điều khiển động cơ bước lưỡng cực (bipolar)? Viết lưu đồ

giải thuật điều khiển động cơ trên ở 2 chế độ “1 phase ON” và “2 phase ON”?

Lợi ích của việc điều khiển “2 phase ON” là gì?

Dựa vào bảng trên sinh viên vẽ lại lưu đồ giải thuật

2 phase ON

OUT1 + + - - + + - + + 0 - - OUT2 - - + + - - + - - 0 + + OUT3 - + + - - + + - + + + - OUT4 + - - + + - - + - - - +

Dựa vào bảng trên sinh viên vẽ lại lưu đồ giải thuật

Điều khiển “2 phase ON” giúp tăng moment lực của động cơ lên khoảng 40% so với “1 phase ON”

30%-b Cho sơ đồ khối bộ điều khiển tốc độ động cơ DC servo như hình:

Để giảm ảnh hưởng của việc tốc độ đặt thay đổi đột ngột và sự nhạy với nhiễu tần số cao của khâu D, ta sử dụng bộ điều khiển PID sữa đổi như sau:

Sử dụng các phương trình (2.1) đến (2.5) sinh viên viết lại lưu đồ giải thuật

Bài 3: (3đ) Sử dụng giải thuật DS để nội suy 1 cung tròn ở góc phần tư I, theo chiều kim đồng hồ (CW), R=6

a Lập bảng tính các giá trị cần thiết theo lưu đồ giải thuật?

b Vẽ kết quả chạy được theo bảng câu a?

c Tính sai số của hình nội suy được?

7 1 17 1 14 13 -1 0 1

Lưu ý: X =1 nghĩa là tăng 1 BLU theo trục X

Y= 1 nghĩa là giảm 1 BLU theo trục Y

b

0 1 2 3 4 5 6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

a Vẽ sơ đồ khối mạch điều khiển động cơ bước đơn cực (unipolar)? Viết lưu đồ

giải thuật điều khiển động cơ trên ở chế độ “2 phase ON” với vận tốc 100

(RPM) Biết hàm delay(t), t: thời gian delay (us: micro second)

Sơ đồ khối mạch điều khiển (0.5)

Trình tự kích 2 phase ON của động cơ (0.25)

Giả sử A, B, C, D kết nối với 4 ngõ ra của một vi điều khiển bất kỳ, dựa trên trình tự kích trên ta rút ra được mức logic điều khiển (chỉ cần xét 1 chu kì điện) (0.5)

b Viết giải thuật điều khiển động cơ chế độ nữa bước (half-step) với thời gian delay như tính được ở câu a Vận tốc của động cơ lúc này bằng bao nhiêu?

Trình tự kích half step của động cơ (0.25)

Giả sử A, B, C, D kết nối với 4 ngõ ra của một vi điều khiển bất kỳ, dựa trên trình tự kích trên ta rút ra được mức logic điều khiển (chỉ cần xét 1 chu kì điện) (0.5)

A(1a) H H L L L L L H B(1b) L L L H H H L L C(2b) L L L L L H H H D(2a) L H H H L L L L

Dựa vào bảng trên sinh viên vẽ lại lưu đồ giải thuật (0.5)

Nếu vẫn dùng thời gian delay như câu a, vận tốc động cơ giảm đi ½ và bằng

position loop

velocity loop

Vi điều khiển

velocity controller

position controller

Sử dụng vi điều khiển 16-bit, ví dụ: dsPIC30F4011/12

(SV có thể vẽ sơ đồ như trong slide bài giảng, chương 2)

b Viết giải thuật đọc encoder sử dụng ngắt ngoài (chế độ x2)? (1)

Để đọc encoder sử dụng ngắt ngoài chế độ x2, ta sử dụng 1 ngắt ngoài ở chế độ cạnh lên (rising) và cạnh xuống (falling) Giả sử sử dụng 1 ngắt ngoài INT0 của 1

vi điều khiển bất kỳ kết nối với chân A của encoder, ta có giải thuật đọc encoder trong ngắt:

#define MAXSPEED = (unsigned int)(((unsigned long)MAX_CNT*2048)/125)

#define HALFMAXSPEED (MAXSPEED>>1)

Giải thuật (0.5)

Phần giải thuật trong ngắt giống slide 41, chương 3, của bài giảng Lưu ý công thức chuyển đổi sang vận tốc thật cuối cùng có thay đổi:

RealVel = (int)(((long)Speed*125)/2048);

d Viết giải thuật điều khiển vận tốc cho động cơ?

Sử dụng bộ điều khiển PI để điều khiển vận tốc, phương trình bộ điều khiển:

u K   (sử dụng công thức tính tích phân lùi) T e

Giải thuật điều khiển tương tự như slide 46, chương 3 của bài giảng Lưu ý

bỏ phần tính cho khâu (1)

e Thiết kế quỹ đạo để điều khiển vị trí cho động cơ với yêu cầu:

- Động cơ quay 20 vòng trong 2 giây

- Chuyển động điểm-điểm

- Phương pháp quỹ đạo hỗn hợp với vận tốc hình thang

Tính toán các thông số cần thiết (0.5)

Góc quay: 20 2   40 ( rad)

Lựa chọn gia tốc khởi động cho động cơ, công thức 4.12 slide bài giảng

2 2

4

f i c

c

T R U IN G DAI HOC S I/ PHAM KY THUAT

THANH PHO HO CHI M1NH

KHOA CO KHI CHE TAO MAY

BO MON CO BIEN TU*

BE THI HOC KY 1, NAM HOC 2019-2020 Mon: HE THONG TRUYEN DONG SERVO

Ma mon hoc: SERV424029

Be so: 01; Be thi co 2 trang.

Thai gian: 75 phut.

D irac p h e p sir d u n g tai lieu

Bai 1: (4d) Cho mot co cau bao gbm: 1 dong cobudc luong cue (bipolar), goc bude a - 1.8°

truyen dong mot ban may dich chuyen thong qua true vitme co budc vit P = 10 (mm), hanh trinh 400 (mm).

a Ve so do ket noi bo dieu khien cho dong co?

b Van tdc tinh tien cua ban may la 100 mm/s, tlnh thdi gian delay khi xuat xung dieu khien dong co?

c Cho bang thu tu pha cua dong

co nhu hinh, viet giai thuat dieu khien dich chuyen cua ban may 1 khoang 200 (mm) vdi van tdc nhu cau b (su dung

so do ket noi dieu khien cau a)

Cho so dd khoi bo dieu khien vi tri dong co DC servo nhu hinh:

a Mb ta va vidt giai thuat doc encoder, tu do tinh goc quay 6 cua dong co?

b Viet cong thuc tinh tin hieu dieu khien u(t)? Bien doi u(t) thanh cong thuc rdi rac theo

thdi diem lay mau thu k? (Biet co = ——)

a Lap bang tinh cac gia tri can thiet theo luu do giai thuat?

b Ve ket qua chay duoc theo bang cau a?

Ghi chu: Can bo coi thi khong duac giai thick de thi.

Chuan dau ra cua hoc phan (ve kien thirc) Noi dung kiem tra [G 1.1]: Ve dugc so do cau tao tong quat cua cac he thong

servo trong cong nghiep, dien hinh la: tay may, may CNC

[G 1.2]: Giai thich dugc nguyen ly hoat dong va cac van

de dieu khien lien quan.

Caul

[G 2.1]: H ieu r5 thuat toan thudng dung de dieu khien van

toe, vi tri cua dong co

[G 2.2]: Phan tlch dugc cac yeu to lien quan anh hudng

den qua trinh dieu khien

Cau 1 c, Cau 2

[G 4.1]: Thiet ke bo dieu khien cho mot co cau servo dien

hinh.

[G 4.2]: Lap luu do giai thuat, viet chuong trinh dieu khien

quy dao di chuyen bang cac giai thuat noi suy

Cau 2, Cau 3

Ngay & thang iZnam |Q p'j

Thong qua bo mon