ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ BÀI TẬP LỚN MÔN ĐIỀU KHIỂN SỐ Đề 54: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC servo Harmonic RHS 17-3006. Chương 1. Khái quát chung về động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 1.1. Giới thiệu động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 1.1. Mô hình toán của động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 Chương 2. Xây dựng bộ điều khiển động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 2.1. Khảo sát đặc tính động học của động cơ trên miền thời gian thực 2.2. Xây dựng bộ điều khiển số cho động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 Chương 3. Mô phỏng hệ thống trên Matlab-Simulink 3.1. Sơ đồ mô phỏng 3.2. Kết quả mô phỏng 3.3. Nhận xét và kết luận Hải phòng ngày 12/4/2012 GVHD SVTH K.s. NGUYỄN VĂN TIẾN HOÀNG THỊ LOAN 1 Chương 1. Khái quát chung về động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 1.1. Giới thiệu động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 Hình 1.1: Động cơ RHS 17-3006 trong thực tế Động cơ RHS 17-3006 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. Bảng 1.1: Thông số động cơ RHS 17-3006 Thông số Đơn vị Động cơ RHS17-3006 Công suất đầu ra W 62 Điện áp định mức V 75 Dòng điện định mức A 1.7 Momen định mức Nm 20 Tốc độ định mức Rpm 30 Momen hãm liên tục Nm 22 Dòng đỉnh A 3.5 Momen cực đại đầu ra Nm 54 2 Tốc độ cực đại Rpm 40 Hằng số momen Nm/A 19 Hằng số B.E.M.F v/rpm 2.0 Momen quán tính kg 0.36 Hằng số thời gian cơ khí Msec 4.7 Độ dốc đặc tính cơ Nm/rpm 8.1 Hệ số momen nhớt Nm/rpm 3.1. Tỷ số truyền 1:R 1:100 Tải trọng hướng tâm N 784 Tải trọng hướng trục N 784 Công suất định mức động cơ W 100 Tốc độ định mức của động cơ Rpm 3000 Điện trở phần ứng Ohm 4.8 Điện cảm phần ứng mH 2.3 Dòng khởi động A 0.23 Dòng không tải A 0.7 1.2. Mô hình toán của động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 Các tham số cơ bản của động cơ như sau: Ra = 4.8Ω La = 2.3mH Kt = 19 Nm/A Kb = 2.0 V/rpm Bf = 0.31Nm/rpm J = 0.36 kg Ta có : - = . + . = ( - = Kt. = Kb.n Chuyển sang Laplace ta được: - = . + s - = . + s s.� = (- ) � = (- ) = . = . 3 = .n = .n Với = ta có: = ( - ) � = (- ) = . = .n Cấu trúc động cơ như sau: Hình 1.2: Cấu trúc động cơ RHS 17-3006 4 Chương 2. Xây dựng bộ điều khiển động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 2.1. Khảo sát đặc tính động học của động cơ trên miền thời gian thực Mô hình mô phỏng trên Simulink: Hình 2.1: Mô hình mô phỏng động cơ RHS 17-3006 Với m_file lưu thông số của động cơ như sau: Ra=4.8%Ohm Ta=0.0005%sec Kt=19%Nm/A Kb=2%V/rpm Bf=0.31%Nm/rpm J=0.36%kgm2 Mc=22%momen can dinh muc Ua=75%dien ap dinh muc plot(ScopeData.time,ScopeData.signals.values) plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals.values) Kết quả đáp ứng đầu ra khi không tải: Hình 2.2a: Kết quả mô phỏng động cơ RHS 17-3006 5 Kết quả đáp ứng đầu ra khi có tải: Hình 2.2a: Kết quả mô phỏng động cơ RHS 17-3006 6 Nhận xét: Tốc độ động cơ thay đổi khi phụ tải thay đổi, không có khả năng tự ổn định tốc độ. Dòng điện động cơ khi khởi động tăng rất nhiều so với dòng định mức. 2.2. Mô hình toán của động cơ trên miền số >> Gz=c2d(Gk,0.1,'zoh') Transfer function: 0.4329 z + 0.0005641 z^2 - 0.09917 z + 1.376e-018 Sampling time: 0.1 Khảo sát đáp ứng ra khi thay đổi chu kì trích mẫu Với T=0.1s Hình 2.3a: Kết quả mô phỏng động cơ RHS 17-3006 trên miền số Với T= 0.01s >> Gz=c2d(Gk,0.01,'zoh') Transfer function: 0.09476 z + 0.004515 z^2 - 0.7937 z + 2.043e-009 Sampling time: 0.01 7 Hình 2.3b: Kết quả mô phỏng động cơ RHS 17-3006 trên miền số Nhận thấy thời gian lấy mẫu càng nhỏ hệ gián đoạn càng gần với hệ liên tục. 2.3. Xây dựng bộ điều khiển số cho động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 2.3.1. Thiết kế bộ PID trên miền tương tự cho động cơ DC servo Harmonic RHS17-3006 Để điều khiển tốc độ động cơ DC servo thông thường ta dùng hệ thống hai vòng điều chỉnh. Tuy nhiên động cơ DC servo harmonic RHS17-3006 là loại động cơ cỡ nhỏ nên có thể bỏ qua mạch vòng dòng. Sử dụng Matlab ta tìm được hàm truyền của hệ: >>G1=tf(1/Ra,[Ta 1]; >>G1=tf(1/Ra,[Ta 1]); >>G=tf(1,[J Bf]); >>Gh=G1*Kt*G; >>Gk1=feedback(Gh,Kb); >>Gk=zpk(Gk) plot(ScopeData.time,ScopeData.signals.values) plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals.values) Hàm truyền của động cơ: G1(s) = = Để tổng hợp bộ điều khiển tốc độ cho động cơ ta bỏ qua sức từ động cảm ứng. Khi đó hàm truyền của động cơ như sau: = = Có thể coi gần đúng hàm truyền của bộ biến đổi là 1 khâu quán tính bậc nhất PT1: 8 = Với = 0.0001s, = = 7.5 => = Từ đó ta có hàm truyền của mạch phần ứng : G1(s) = . = nên k = 1.56; T1 =0.0001; T2= 0.0005 Áp dụng phương pháp tối ưu độ lớn ta tìm được bộ điều khiển tối ưu độ lớn PI: R(s) = (1+ ) với = = = 0.0001. Do đó R(s) = (1+ ) = 0.064(1+) Do khi mô phỏng thử trên simulink với =0.064 đáp ứng đầu ra dao động quá nhiều nên em giảm =0.015 để đáp ứng bớt dao động đi. Ta dùng máy phát tốc để phản hồi tốc độ về. Với hàm truyền của máy phát tốc = Với = 0.004s, = =0.032 => = 2.3.2. Xấp xỉ bộ điều khiển PI sang miền số R(s) = (1+ ) = 0.015(1+) Nên = 0.015, = 0.0001. Chọn T=0.01s Áp dụng xấp xỉ thành phần I theo phương pháp hình chữ nhật và thành phần D theo khai triển chuỗi gần đúng bậc nhất ta có khâu điều chỉnh gián đoạn thiết kế xấp xỉ liên tục sau: = với = = 0.015; = - (1 - ) = 1.485 9 Chương 3. Mô phỏng hệ thống trên Matlab - Simulink 3.1. Sơ đồ mô phỏng Hình 3.1: Mô hình mô phỏng trên hệ liên tục Hình 3.2: Mô hình mô phỏng trên hệ gián đoạn M_file lưu thông số mô phỏng: Ra=4.8%Ohm Ta=0.0005%sec Kt=19%Nm/A Kb=2%V/rpm Bf=0.31%Nm/rpm J=0.36%kgm2 Mc=22%momen can dinh muc Ua=75%dien ap dinh muc Kft=0.032 Tft=0.004 10 [...]... G3=G1*Kt*G2; Gdc= feedback(G3,Kb); Gbd=tf(Kbd,[Tbd 1]); Gr1=tf([Tr 1],[Tr 0]); Gr=Kr*Gr1; Gh=Gr*Gbd*Gdc; Gft=tf(Kft,[Tft 1]); Gk=feedback(Gh,Gft); 3.2 Kết quả mô phỏng Hình 3.3a: Đáp ứng trên miền liên tục 11 Hình 3.3b: Đáp ứng trên miền liên tục Hình 3.4a: Đáp ứng trên miền liên tục 12 Hình 3.4b: Đáp ứng trên miền gián đoạn Trên đây là các kết quả khi thực hiện mô phỏng bằng Simulink Dưới đây là kết quả... Nhận xét và kết luận Các kết quả mô phỏng cho thấy đáp ứng ra trên miền số tương tự như đáp ứng ra trên miền liên tục Điều này khẳng định thuật toán và cách thức xây dựng bộ điều khiển số là hoàn toàn đúng đắn và chính xác Kết quả cũng cho thấy việc chọn chu kì trích mẫu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển của hệ thống Chu kì trích mẫu khác nhau sẽ cho ra các đáp ứng khác nhau Chu kì trích mẫu... ra các đáp ứng khác nhau Chu kì trích mẫu càng nhỏ cho phép ta thiết kế được các bộ điều khiển có chất lượng càng cao Tuy nhiên không phải lúc nào ta cũng lựa chọn được chu kì trích mẫu nhỏ, điều này phụ thuộc vào năng lực tính toán của thiết bị, các tài nguyên hỗ trợ cũng như bản thân hệ thống cần điều khiển 15 Tài liệu tham khảo: [1] Điều khiển số (Digital control) – Nguyễn Phùng Quang, bài giảng... thống cần điều khiển 15 Tài liệu tham khảo: [1] Điều khiển số (Digital control) – Nguyễn Phùng Quang, bài giảng cho sinh viên đại học Bách Khoa Hà Nội,2007 [2] Matlab và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nguyễn Phùng Quang, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật,2006 16 . ĐIỀU KHIỂN SỐ Đề 54: Thiết kế xấp xỉ liên tục khâu điều chỉnh tốc độ động cơ DC servo Harmonic RHS 17-3006. Chương 1. Khái quát chung về động cơ DC servo Harmonic RHS1 7-3006 1.1. Giới thiệu động. động cơ DC servo Harmonic RHS1 7-3006 1.1. Mô hình toán của động cơ DC servo Harmonic RHS1 7-3006 Chương 2. Xây dựng bộ điều khiển động cơ DC servo Harmonic RHS1 7-3006 2.1. Khảo sát đặc tính động. RHS1 7-3006 2.3.1. Thiết kế bộ PID trên miền tương tự cho động cơ DC servo Harmonic RHS1 7-3006 Để điều khiển tốc độ động cơ DC servo thông thường ta dùng hệ thống hai vòng điều chỉnh. Tuy nhiên động cơ DC servo