Điều khiển số RHS 20 - 6007

RHS 20 - 6007

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỀU KHIỂN SỐ

Đề 43: Tên đề tài: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí (góc quay) động

cơ DC Servo Harmonic RHS 20-6007

Chương 1 Khái quát chung về động cơ DC servo Harmonic RHS 20-6007

1.1. Giới thiệu động cơ DC servo Harmonic RHS 20-6007

1.2 Mô hình toán của động cơ DC servo Harmonic RHS 20-6007

Chương 2 Xây dựng bộ điều khiển động cơ DC servo Harmonic RHS 20-6007

2.1 Mô phỏng động cơ trên miền thời gian liên tục

2.2 Mô phỏng động cơ trên miền thời gian gián đoạn

2.3.Tổng hợp bộ điều khiển vị trí

Chương 3 Mô phỏng hệ thống trên Matlab-Simulink.

3.1 Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí 3.2 Mô phỏng và nhận xét

Chương 1

Khái quát chung về động cơ DC servo Harmonic

RHS20-6007

1.1. Giới thiệu động cơ DC servo Harmonic RHS20-6007.

Hình 1.1: Động cơ RHS 17-3006 trong thực tế Động cơ RHS 20-6007 là động cơ một chiều do hãng Harmonic của Nhật sản xuất Đây là động cơ được thiết kế nhỏ gọn, truyền động chính xác, momen lớn và có gắn sẵn encoder

Cấu tạo của động cơ servo:

Hình 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

* Nguyên lý hoạt động:

- Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn mà không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước

Đối tượng điều khiển ở đây là động cơ Động cơ RHS 20-6007 của hãng Harmonic Động cơ này thuộc dòng RFS - series (Sizes 20) là dòng động cơ được thiết kế 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 1.

Kiểu chạy : Liên tục

Kích thích : Nam châm vĩnh cửu

Cách điện : lớp F

Điện trở cách điện : 100M Ω

Nhiệt độ môi trường : -10 ~ +40oC

Nhiệt độ lưu trữ: -20 ~ +60 oC

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

Độ rung : 2.5g (5 ~ 400HZ)

Shock : < 30g (11ms)

Bôi trơn : Dầu nhờn (SK-1A)

Đầu ra : Mặt bích

Bảng 1: Thông số động cơ

Thông số Đơn vị Động cơ RFS 20-6007 Công suất đầu ra (sau hộp số) W 74

Mômen định mức TN In-lb 104

Tốc độ định mức nN rpm 60

Mômen hãm liên tục In-lb 122

Nm 14

Mômen cực đại đầu ra Tm In-lb 495

Hằng số mômen (KT) In-lb/A 91

Nm/A 10.5 Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng

của tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb)

v/rpm 1.08

Mô men quán tính (J) In-bl –sec2 205

Kgm2 0.29 Hằng số thời gian cơ khí ms 9.2

Độ dốc đặc tính cơ In-lb/rpm 29

Nm/rpm 3.3

Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 0.46

Nm/rpm 5.1e-2

Tải trọng hướng tâm lb 309

Tải trọng hướng trục lb 309

Tốc độ định mức động cơ rpm 3000

Điện trở phần ứng Ω 3.4

2.2 Xây dựng hệ phương trình tính toán động học động cơ Servo RHS 20-6007 Các tham số cơ bản của động cơ:

Ra = 3.4 Ω

Ta= 0.81

La = 2.7 mH

Kt = 10.5 Nm/A

Kb = 1.08 V/rpm

Bf = 0.051

J = 2.5

=> Ta có

(1)

Chuyển sang miền Laplace ta có

1

.

.

.

b

a

s

J s

n

i

e K

ω











=



(2)

Có

a

+

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

1

.

.

.

a

a

a

b

a

s

J s

n

i

e K

ω

−



=









=



(5)

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

Hình 2.2 : Cấu trúc động cơ DC servo RHS 20-6007

Chương 2 Xây dựng bộ điều khiển động cơ DC servo Harmonic

RHS20-6007

2.1 Mô phỏng động cơ trên miền thời gian liên tục.

%Tham so dong co DC

Ra = 3.4

Ta= 0.81

La = 2.7

Ke = 10.5

Kt = 1.08

Bf = 0.051

J = 2.5

% Mo phong dong co DC tren mien thoi gian lien tuc

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

G2=Ke

G3=tf(1,[J Bf])

Gopen=G1*G2*G3

Gclose=feedback(Gopen,Kt)

step(Gclose*75)

Hình 2.1: Đáp ứng tốc độ của động cơ trên miền thời gian liên tục

2.2 Mô phỏng động cơ trên miền thời gian gián đoạn.

%Mo phong dong co DC tren mien thoi gian gian doan

Gz1=c2d(Gclose,0.01)% Gian doan hoa voi chu ki trich mau 0.01s hold on

step(Gz1*75,'r-')

Hình 2.2: Đáp ứng tốc độ trên miền thời gian gián đoạn

2.3 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ.

% Dung cong cu Rltool ta tim dc thong so bo dieu khien toc do

Ri=tf([0.3328 1.668],[1 0])

Gspeed=Gclose*Ri

Gclose2=feedback(Gspeed,1)

step(Gclose2*30)

HÌnh 2.2: Đặc tính tốc độ của động cơ.

2.4 Tổng hợp bộ điều khiển vị trí.

% Dung cong cu Rltool ta tim dc thong so bo dieu khien vi tri Rw=tf([20.84 5.586],[1 0])

TP=tf(1,[1 0])

Gw=Gclose2*TP*Rw

Gclose3=feedback(Gw,1)

step(Gclose3*10)

Hình 2.4 Đáp ứng của hệ thống.

Chương 3

Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều khiển vị trí cho động cơ

Servo Harmonic RHS 20-6007.

3.1 Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí

- Sơ đồ khối

- Kết quả mô phỏng