thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh vị trí động cơ dc servo harmonic rhs 20-3007

CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ DC SERVO HARMONIC
RHS 20-3007
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
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 RHS 20-3007.
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.

Thông số kỹ thuật động cơ:
Thông số Đơn vị Động cơ RHS 20-
3007
Công suất đầu ra (sau hộp số) W 74
Điện áp định mức V 75
Dòng điện định mức A 1.9
Mômen định mức T
N
In-lb 208
Nm 24
Tốc độ định mức n
N
rpm 30
Mômen hãm liên tục In-lb 243
Nm 28
Dòng đỉnh A 4.8
Mômen cực đại đầu ra T
m
In-lb 729
Nm 84
Tốc độ cực đại rpm 40
Hằng số mômen (K
T
) In-lb/A 182
2
Nm/A 21.0
Hằng số điện B.E.M.F ( ảnh hưởng
của tốc độ đến sđđ phần ứng )(Kb)
v/rpm 2.15
Mô men quán tính (J) In-bl –sec

2
10.4
Kg.m
2
1.2
Hằng số thời gian cơ khí ms 9.2
Độ dốc đặc tính cơ In-lb/rpm 115
Nm/rpm 13
Hệ số momen nhớt ( Bf) In-lb/rpm 2.7
Nm/rpm 3.1*10^-1
Tỷ số truyền 1:R 100
Tải trọng hướng tâm lb 309
N 1400
Tải trọng hướng trục lb 309
N 1400
Công suất động cơ W 120
Tốc độ định mức động cơ rpm 3000
Điện trở phần ứng Ω 3.4
Dòng thời gian liên tục ms 0.81
Dòng khởi động A 0.35
Dòng không tải A 0.8
3
CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ
2.1. Mô tả đối tượng điều khiển
Đối tượng điều khiển được mô tả bởi phương trình toán học sau :
- Điện áp phần ứng : u
A
=e
A
+R

A
i
A
+L
A
dt
di
A
- Sức từ động cảm ứng: e
A
=k
e
n.
ψ
- Tốc độ quay:
)(
2
1
TM
mm
Jdt
dn
−=
π
- Momen quay:
AMM
ikm .
ψ
=
- Hằng số động cơ:

Me
kk .2
π
=
- Hằng số thời gian phần ứng: T
A
=
A
A
R
L
4
Tham số của động cơ:
R
a
= 3.4 Ω
L
a
= 2.7 mH
K
t
= 21.0 Nm/A
K
e
= 2.15 V/rpm
B
f
= 3.1*10
-1
Nm/rpm

J = 1.2 Kg.m
2
Ta có:
1
( )
A
A A A A A
dc c
dc t A
A b
di
u e i R L
dt
d
M M
dt J
M K i
e K n
ω

− = +



= −


=



=

Chuyển sang miền ảnh laplace:

1
( )
A A A A A A
dc c
dc t A
A b
u e i R L i s
s M M
J
M K i
e K n
ω
− = +



= −



=

=


Thay

A
A
A
L
T
R
=
ta có hệ phương trình sau:
5
( )
1/
1
1
( )
A
A A A
A
dc c
dc t A
A b
R
i u e
T s
M M
Js
M K i
e K n
ω

= −


+


= −
⇔


=


=

Từ hệ phương trình trên ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc của động cơ như sau:
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc của động cơ
2.2. Khảo sát động học của đối tượng trên miền thời gian liên tục
- Mô hình mô phỏng
6
Hình 2.2. Mô hình mô phỏng động cơ
- Kết quả mô phỏng
Hình 2.3. Đáp ứng tốc độ
7
Hình 2.4. Đáp ứng dòng điện phần ứng
2.3.Tổng hợp bộ điều khiển dòng
Ta chọn : Mạch vòng dòng có
0.1
I
T ms=
MẠch vòng tốc độ
w

1T ms=
Thời gian
0.7
cl
T ms=
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
8
Thay đổi tần số
9
Đáp ứng
10
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
11
Kết quả
12
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 :

13
*Xây dựng bộ điều khiển tốc độ
Vì mạch vòng dòng có
SP
I =
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
14
Bộ điều khiển
0.027969 (s+10.26)

s
Mô hình
Két quả
15
Kết quả trên miền số
16
*Khi có cả bộ điều khiển dòng và điều khiển tốc độ
Kết quả
17
Trên miên số
Kết quả

18
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
19