Xây dựng bộ điều khiển động cơ dc servo harmonic RFS 32 6030

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 xử lý mạnh vào
trong công nghiệp, trong việc điều khiển và xử lý dữ 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 xử 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 xử 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 nắm vững những kiến thức đã học thì việc nghiên cứu là cần thiết đối với sinh
viên. Bài tập lớn Môn “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
sót, nên em mong nhận được sự bổ sung của các thầy, cô và các bạn.

Hải Phòng, ngày 04, tháng 05, năm
2012
Sinh viên thực hiện
TRỊNH XUÂN HOÀI


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 )

2. Tham số động cơ
Thông số
Công suất đầu ra
U đm
I đm
M đm
M hãm
I max
M max
W max
Hằng số mô men –Kt
Mqt
Hằng số thời gian cơ khí

Độ dốc đặc tính cơ
Hệ số mô men nhớt
Tỷ số truyền
Tải trọng hướng tâm
Tải trọng hướng trục
P đc

Giá trị
8.6 W
24 V
1.0 A
1.5 NM
2.7 NM
1.6 A
NM
80 rpm
11.5 Nm
1.4 Nm
6.8 ms
22 Nm/rpm
7.6*10^-2 Nm/rpm
50 (1:R)
992 N
992 N
300 W


W đm
Rư
Lư

I kđ
I kt
Hằng số Kb

3000 rpm
0.6 Ohm
0.92 mH
1.1 A
1.5 A
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


Chương 2.
Xây dựng bộ điều khiển động cơ Dc servo Harmonic RFS 32_6030

2.1. Mô hình toán của động cơ Dc servo Harmonic RFS32-6030
Tham số chính:
P=8.6W
U=24V
I=1.0 A
Mđm=1.5N.m
Nđm=3000 rpm
Rư=10 Ω
Lư=2.2 mH
Kt=2.1 Nm/A

Ke=0.22 V/rpm
Bf=0.0097 Nm/rpm
J=3.7 kgm2
=> Ta có

(1)
Chuyển sang miền Laplace ta có


(2)
Có
Thay vào (2) ta được hệ phương trình sau :
(5)
2.2. Khảo sát đặc tính động học của động cơ trên miền thời gian thực

Hình 2.1 : Cấu trúc động cơ DC servo


Hình 2.2 : Đặc tính tốc độ động cơ


Hình 2.3 : 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 mô hình toán cho động cơ Dc servo Harmonic RFS32-6030 trên
miền thời gian gián đoạn
- Xây dựng đối tượng trên miền gián đoạn

>> G1 = tf(1,[2.2 10])

Transfer function:

1
----------


2.2 s + 10

>> G2 = 2.1

G2 =

2.1000

>> G3 = tf(1,[3.7 0.0097])

Transfer function:
1
-------------3.7 s + 0.0097

>> G4 = 0.22

G4 =

0.2200

>> G0 = G1*G2*G3


Transfer function:
2.1
-------------------------8.14 s^2 + 37.02 s + 0.097

>> Gk = feedback(G0,0.22)

Transfer function:
2.1
-------------------------8.14 s^2 + 37.02 s + 0.559

>> step(24*Gk)
>> Gz = c2d(Gk,0.01,'ZOH')

Transfer function:
1.271e-005 z + 1.251e-005
------------------------z^2 - 1.956 z + 0.9555

Sampling time: 0.01
>> step(24*Gz)
>> Gz = c2d(Gk,0.05,'ZOH')


Transfer function:
0.0002994 z + 0.0002775
----------------------z^2 - 1.796 z + 0.7966

Sampling time: 0.05

Hình 2.4 Đáp ứng ra khi thay đổi chu kì trích mẫu trên miền gian gián đoạn
của mô hình động cơ 1 chiều.


Nhận xét: Từ đồ thị ta thấy: chu kì trích mẫu T càng nhỏ thì đặc tính ra càngống

với dạng liên tục hơn. Tức là trong quá trình quá độ êm hơn đặc tính trơn
mịn hơn.
2.4 Xây dựng bộ điều khiển dòng điện
Xây dựng bộ điều khiển dòng điện cho đối tượng trên miền gián đoạn theo
phương pháp Dead- Beat:
Nguyên lý: Khâu Dead- Beat là khâu cho phép thực hiện quá trình quá độ trong
khoảng thời gian hữu hạn định trước.Sai lệch điều chỉnh bị triệt tiêu sau một
lượng hữu hạn chu kì trích mẫu.khâu này có thể được thiết kế theo đặc tính
chủ đạo hay đặc tính nhiễu.Nguyên lý điều chỉnh này chỉ có thể đươc thực
hiện trong các hệ thống điều khiển số
Vì tốc độ biến thiên tốc độ nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ biến thiên của dòng
điện nên trong một chu kì thì Ke.ω là hằng số.
G2(S)
RI(S)
G1(s)
Cấu trúc:
Iđặt

+
-

Với:

G1(s)= 1/(TCL.s+1)
G2(s)= 1/(Lư.s+ Rư)

>> G1=tf(1,[2.2,10])


Transfer function:

1
---------2.2 s + 10

>> G2=tf(1,[0.22,1])

Transfer function:
1
---------0.22 s + 1

>> G3=G1*G2

Transfer function:
1
---------------------0.484 s^2 + 4.4 s + 10

>> Gz=C2d(G3,0.01,'ZOH')
Transfer function:
0.0001002 z + 9.724e-005


-----------------------z^2 - 1.911 z + 0.9131

Sampling time: 0.01
Suy ra: GI(s)=
Theo phương pháp Dead-Beat:
Chọn l0= = =0,3163
=>RI(s)=

2.5. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ
Vì mạch vòng dòng có TSP nhỏ hơn rất nhiều so với mạch vòng tốc độ, do vậy

trong một chu kì I*=Iu
Cấu trúc tương đương khi xây dựng bộ điều khiển Rω(z)
Rω(z)
Kt
MC
+

-

Với Gω(s)= ke = 0.22
>> g1=tf(0.22,[3.7,0.0097])

Transfer function:

+


0.22
-------------3.7 s + 0.0097

>> G=C2d(g1,0.01,'ZOH')

Transfer function:
0.0005946
--------z-1

Sampling time: 0.01
Gω(s)=
Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ theo tiêu chuẩn tích phân.
Chon r0=85

Điều kiện ràng buộc: r1 ≤ -85(1-85.0,004419) ≤-53,072
Với k=0: ek= 1
Với k=1: ek=

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

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


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

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.