Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ DC SERVO hanrmonic RHS 32 6018

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây công nghệ thông tin có những bước nhảy vọt, đặc
biệt là sự ra đời của máy tính đã tạo cho xã hội một bước phát triển mới, nó
ảnh hưởng đến hầu hết các vấn đề của xã hội và trong công nghiệp cũng vậy.
Hòa cùng sự phát triển đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất đã ứng dụng các họ
vi sử lý mạnh vào trong công nghiệp, trong việc điều khiển và sử lý đữ liệu.
Những hạn chế của kỹ thuật tương tự như sụ trôi thông số, sự làm việc cố
điịnh dài hạn, những khó khăn của việc thực hiện chức năng điều khiển phức
tạp đã thúc đẩy việc chuyển nhanh công nghệ số. Ngoài ra điều khiển số cho
phép tiết kiện linh kiện phần cứng, cho phép tiêu chuẩn hóa. Với cùng một
bộ vi sử lý, một cấu trúc phần cứng có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác
nhau. Tuy nhiên kỹ thuật sô cũng có những nhược điểm như sử lý các tín
hiệu rời rạc…, đồng thời tín hiệu tương tự có những ưu điểm mà kỹ thuật số
không có như tác động nhanh và liên tục. Vì vậy xu hướng điều khiển hiện
nay là phối hợp cả điều khiển số và điều khiển tương tự.
Để lắm vững những kiến thức đã học thì việc nghiên cứu là cần thiết đối với
sinh viên. Bài tập lớn Mô “Điều khiển số” đã giúp em biết thêm được rất
nhiều về cả kiến thức lẫn kinh nghiệm. Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn
Văn Tiến em đã thực hiện xong bài tập này. Do kiến thức còn hạn chế nên
bài tập còn có nhiều sai xót, nên em mong nhận được sự bổ xung của các
thầy, cô và các bạn.
Hải Phòng, ngày 04, tháng 05, năm 2012
Sinh viên thực hiện
TRỊNH XUÂN HOÀI
1
MỤC LỤC
2
Chương 1.
Khái quát chung về động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018
1.1.Giới thiệu động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018
Đối tượng điều khiển ở đây là động cơ Động cơ RHS 32_6018 của hãng

Harmonic .Động cơ này thuộc dòng RHS Series DC Servo Actuators series
là l dòng động cơ được thiết kế nhỏ gọn ,truyền động chính xác ,mô men lớn
và có gắn sẵn encoder
Hình 1.1:Động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018
Tính năng của động cơ
-Kiểu chạy : Liên tục
-Kích thích : Nam châm vĩnh cửu
-Cách điện :F
-Điện trở cách điện : 100M Ω
-Độ rung : 2.5g(5 … 400HZ)
-Shock : 30g (11ms)
-Bôi trơn : Dầu nhờn
- Nhiệt độ môi trường : -20 ~ 60oC
-Độ ẩm môi trường : 20 ~ 80 % ( không ngưng tụ )
3
2. Tham số động cơ
Thông số Giá trị
Công suất đầu ra 185 W
U đm 75 V
I đm 4.1 A
M đm 30 NM
M hãm 36 NM
I max 20.6 A
M max 220 NM
W max 80 rpm
Hằng số mô men –Kt 11.5 Nm
Mqt 1.4 Nm
Hằng số thời gian cơ khí 6.8 ms
Độ dốc đặc tính cơ 22 Nm/rpm
Hệ số mô men nhớt 7.6*10^-2 Nm/rpm

Tỷ số truyền 50 (1:R)
Tải trọng hướng tâm 992 N
Tải trọng hướng trục 992 N
P đc 300 W
W đm 3000 rpm
R ư 0.6 Ohm
L ư 0.92 mH
I kđ 1.1 A
I kt 1.5 A
Hằng số Kb 1.18 V/rpm
Hình 1.2. Thông số cơ bản của động cơ
1.2. Một số phương pháp điều khiển động cơ 1 chiều
1.2.1. Phương pháp 1: thay đổi dòng kích từ vào động cơ 1 chiều
1.2.2. Phương pháp 2: Thay đổi điện áp đưa vào stato của động cơ
4
Chương 2.
Xây dựng bộ điều khiển động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018
2.1. Mô hình toán của động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018
Tham số chính:
-Ra=0.6
-La=0.92 mH
-Kt=11.5 Nm/A
-Kb=1.18 V/rpm
-Bf=7.6*10^-6
-J=1.4
=> Ta có
(1)
Chuyển sang miền Laplace ta có
. .
1

( )
.
.
.
a a
a a a a
dc c
dc t
a
b
a
s
J s
n
U e i i
R L
M M
i
M K
e
K
ω
− = +



= −




=

=


(2)
5
Có
( )*1/
1 .
a
a a a
a
a
a a
s
U e
R
L
i
T
R T
−
= => =
+
Thay vào (2) ta được hệ phương trình sau :
( )*1/
1 .
1
( )

.
.
.
a
a a
a
a
dc c
dc t
a
b
a
s
J s
n
U e
R
i
T
M M
i
M K
e
K
ω
−

=

+




= −


 =

=


(5)
Từ hệ phương trình trên,ta có cấu trúc của động cơ như sau :
Hình 2.1 : Cấu trúc động cơ DC servo
2.2. Khảo sát đặc tính động học của động cơ trên miền thời gian thực
Hình 2.2 : Cấu trúc động cơ DC servo
thông số động cơ
Ra=0.6
La=0.92e-003
6
Ta=La/Ra
Kt=11.5
J=1.4
Bf=0.0076
Ke=1.18
Hình 2.3 : Đặc tính tốc độ động cơ
7
Hình 2.4 : Đặc tính dòng phần ứng động cơ
Do động cơ có momen quán tính lớn nên có độ quá về dòng điện là lớn
2.3.Xây dựng bộ điều khiển số cho động cơ Dc servo Harmonic RHS 32_6018

2.3.1. Xây dựng bộ điều khiển dòng điện
- Xây dựng đối tượng trên miền gián đoạn
>> A=tf([1/Ra],[Ta 1])

Transfer function:
1.667

0.001533 s + 1

>> c2d(A,0.001)

Transfer function:
0.7985

z - 0.5209

Sampling time: 0.001
-Từ mô hình đối tượng trên miền gián đoạn ta xây dựng bộ điều khiển số cho hàm
truyền
8
-Chọn bộ điều khiển có dạng PI :
1
1
1
(1 )
(1 )
R
V d z
PI
z

−
−
+
=
−
-Do đối tượng có dạng:
1
1
1
(1 )
s
V
z
a z
−
−
+
-Ta có:

1
R
s
V
V
=
và
1 1
a d
=
=>

1 1
1/0.7985 ` 0.5209
R
V va d a
= = =
Để chuyển đối tượng từ gián đoạn sang liên tục ta sử dụng khối hàm ZOH với thời
gian chích mẫu là 0.001
2.3.2. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ
Do khả năng đáp ứng của dòng điện nhanh hơn nhiều so với tốc độ nên ta bỏ
qua khâu dòng điện trong tính toán đối tương điều khiển tốc độ
- Xây dựng đối tượng trên miền gián đoạn
>> B=tf([1*Kt],[J Bf])

Transfer function:
11.5

1.4 s + 0.0076
>> c2d(B,0.001)

Transfer function:
0.008214

z - 1

Sampling time: 0.001
-Từ mô hình đối tượng trên miền gián đoạn ta xây dựng bộ điều khiển số cho
hàm truyền
9
-Chọn bộ điều khiển có dạng PI :
1

1
1
(1 )
(1 )
R
V d z
PI
z
−
−
+
=
−
-Do đối tượng có dạng:
1
1
1
(1 )
s
V
z
a z
−
−
+
-Ta có:

1
R
s

V
V
=
và
1 1
a d
=
=>
1 1
1/0.008214 ` 1
R
V va d a
= = =
Để chuyển đối tượng từ gián đoạn sang liên tục ta sử dụng khối hàm ZOH với thời
gian chích mẫu là 0.001
2.3.3. Xây dựng bộ điều khiển vị trí
Do khả năng đáp ứng của tốc độ nhanh hơn nhiều so với tốc độ nên ta bỏ qua
khâu tốc độ trong tính toán đối tương điều khiển vị trí
- Xây dựng đối tượng trên miền gián đoạn
>> C=tf([1],[1 0])

Transfer function:
1
-
s

>> c2d(C,0.001)

Transfer function:
0.001

z - 1

Sampling time: 0.001-Từ mô hình đối tượng trên miền gián đoạn ta xây dựng bộ
điều khiển số cho hàm truyền
-Chọn bộ điều khiển có dạng PI :
10
1
1
1
(1 )
(1 )
R
V d z
PI
z
−
−
+
=
−
-Do đối tượng có dạng:
1
1
1
(1 )
s
V
z
a z

−
−
+
-Ta có:

1
R
s
V
V
=
và
1 1
a d
=
=>
1 1
1/0.001 ` 1
R
V va d a
= = =
Để chuyển đối tượng từ gián đoạn sang liên tục ta sử dụng khối hàm ZOH với thời
gian chích mẫu là 0.001
11
Chương 3.
Mô phỏng hệ thống trên Simulink
3.1. Sơ đồ mô phỏng
Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng khâu điều khiển dòng
Hình 3.2: Sơ đồ mô phỏng khâu điều khiển tốc độ
12

Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng khâu vị trí
3.2. Kết quả mô phỏng
Hình 3.4: Đáp ứng dòng điện
Hình 3.5: đáp ứng về tốc độ
13
Hình 3.6: Khả năng đáp ưng về vi trí
3.3. Kết luận
- Do động cơ có momen quán tính lớn lên không có khâu điều khiển dòng RI
thì có đôj quá về dòng điện lớn
- Khả năng đáp ứng tốc độ khi mô phỏng không có khâu điều khiển tốc độ có
giá trị vượt quá giá trị định mức , khi có khâu điều khiển tốc độ có độ quá điều
chỉnh về tốc độ nhưng tốc độ đã bám sát tốc độ đặt
- Khâu điều khiển vị trí có độ quá điều chỉnh vị trí là nhỏ khả năng đáp ứng
vị trí nhanh
14
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1], Bài giảng điều khiển số - Nguyễn Phùng Quang - Đại học Bách khoa Hà
Nội.
[2], Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm, Nguyễn Trung Dũng, Hà Trần
Đức - “Lập trình Matlab” - NXB Khoa học kỹ thuật.
15