BAOCAO [PDF]

Zitiervorschau

BÀI TẬP LỚN MÔ PHỎNG DC SERVO MOTOR

GVHD

: TS. VÕ LÂM CHƯƠNG

NHÓM : Số 9 MÔN HỌC : HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG SERVO

TP HỒ CHÍ MINH , 24/ 06/2021

DANH SÁCH NHÓM THỰC HIỆN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC KÌ II 2020-2021 Nhóm số 9 (lớp thứ sáu tiết 789)

Thành viên nhóm : S T T

Họ và tên

Mã số sinh viên

Tỷ lệ hoàn thành

1

Phan Phúc Khang

18146139

100%

2

Phạm Phi Long

18146166

100%

Nhận xét của giáo viên …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… Ngày… Tháng… Năm 2021 Giáo viên chấm điểm

Bài 1: Mô phỏng đáp ứng ngõ ra của bộ điều khiển vị trí của hệ thống servo trục đơn. _ Loại động cơ : M4-2954 DC SERVO MOTOR

_ Thông số động cơ theo datasheet :  

Rated Speed = 2300(rpm) = (2300 x 2pi)/60 = 240.85(rad/s) Mo-men quán tính của trục động cơ: Jm = 0.00343(kg.m2)

_ Các thông số được chọn để phù hợp theo yêu cầu đề bài:  

Hệ số cứng của khớp nối: KL = 58 Chọn NL theo điều kiện đã cho: (3 ≤ NL ≤ 10) + TH1: NL = 3 Ta có các thông số sau: o Mo-men quán tính của tải: J L=N L N 2G J M =3 ×1 ×0.00343=0.01029 o Tần số dao động tự nhiên của tải: KL 58 ωL= = =75.0768(rad / s) JL 0.01029 + TH2: NL = 6 Ta có các thông số sau: o Mo-men quán tính của tải: J L=N L N 2G J M =6 ×1 ×0.00343=0.02058 o Tần số dao động tự nhiên của tải: KL 58 ωL= = =53.0874( rad /s) JL 0.02058

√ √

√ √

+ TH3: NL = 9 Ta có các thông số sau: o Mo-men quán tính của tải: J L=N L N 2G J M =9 ×1 ×0.00343=0.03087 o Tần số dao động tự nhiên của tải: KL 58 ωL= = =43.3457(rad / s) JL 0.03087

√ √

1. High speed: 4th Order Model

Mô hình hệ bậc 4 của hệ thống servo 1.1 Tính toán và chọn thông số : + Tham số Cpvà Cv và các độ lợi vòng lặp vị trí Kp và độ lợi vòng lặp vận tốc là : Kp  Cp   L Kv  Cv   L

+ Với Cp = 0.24 ; Cv = 0.82 được chọn từ một kết quả đã được mô phỏng với nhiều Cp và Cv khác nhau:

+ Hệ số giảm chấn :  L = 0.02 + Hệ số ma sát nhớt : DL =

2. L . K L .J L

= 2 × 0.02 ×

1 240.85 V ≥ 5 Vmax = 5 = 48.17 (rad/s)

 Chọn Vtb = 50 (rad/s) 1.2 Mô phỏng sử dụng Simulink trong matlab : + Chọn Block Parameters: Ramp _ Slope: K = 50 _ Start time: 0 + Chọn Block Parameters: Saturation _ Upper limit : 20 _ Lower limit : 0 + Chú thích : _ P.s : Position

K L .J L



TH1 : NL = 3

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí hệ bậc 4 khi NL = 3

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 4 khi NL = 3



TH2 : NL = 6

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí hệ bậc 4 khi NL = 6

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 4 khi NL = 6



TH3 : NL = 9

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí hệ bậc 4 khi NL = 9

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 4 khi NL = 9

 Nhận xét: _ Thông qua mô phỏng ta thấy được với tham số NL càng nhỏ thì đáp ứng ngõ ra càng tiến sát với thông số đầu vào. _ Khi chọn NL nhỏ thời gian tăng tốc nhanh hơn, _ Do đây là khi động cơ đạt vận tốc cao nhất và tiết kiệm thời gian hơn để điều khiển vị trí nên chọn NL =3 đạt được độ chính xác cao nhất theo yêu cầu đề.

2. Middle speed : 2nd Order Model

Mô hình hệ bậc 2 của hệ thống servo 2.1 Tính toán và chọn thông số : + Tham số Cpvà Cv và các độ lợi vòng lặp vị trí Kp và độ lợi vòng lặp vận tốc là : Kp 2  Cp 2   L Kv 2  Cv 2   L

+ Để đạt trạng thái tốc độ trung bình (< 1/5 tốc độ định mức) , hai tham số Cp2 và Cv2 được biểu hiện theo công thức : b0 ≈Cp b1 + Điều kiện Cv2 : C v 2=4 C p 2 ≈ 4 C p C p 2=

Qua hai công thức trên ta chọn được giá trị của Cp2 và Cv2 là: Cp2 = 0.24 ; Cv2 = 0.96 1 1 20 Vmax ≤ V ≤ 5 Vmax => 12.04 ≤ V ≤ 48.17

 Chọn Vtb = 40 (rad/s) 2.2 Mô phỏng sử dụng Simulink trong matlab : + Chọn Block Parameters: Ramp _ Slope: K = 40 _ Start time: 0 + Chọn Block Parameters: Saturation _ Upper limit : 10

_ Lower limit : 0 

TH1 : NL = 3

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí hệ bậc 2 khi NL = 3

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 2 khi NL = 3



TH2 : NL = 6

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí hệ bậc 2 hệ bậc 2 khi NL = 6

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 2 khi NL = 6



TH3 : NL = 9

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí hệ bậc 2 khi NL = 9

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 2 khi NL = 9

 Nhận xét: _ Thông qua mô phỏng ta thấy được với tham số NL càng nhỏ thì đáp ứng ngõ ra càng tiến sát với thông số đầu vào. _ Ngõ ra vận tốc giảm khi NL tăng, với NL càng nhỏ thì thời gian đạt được vận tốc mong muốn càng nhanh. _ Điều kiện mô hình thứ hai (2nd order model) thỏa để tốc độ trung bình của đông cơ đạt lớn hơn hoặc bằng 1/20 và nhỏ hơn hoặc bằng 1/5 tốc độ định mức khi NL bằng 3.  Chọn NL = 3 đáp ứng yêu cầu đề bài.

3. Low speed : 1st Order Model

Mô hình hệ bậc 3 của hệ thống servo 3.1 Tính toán và chọn thông số : + Tham số Cpvà Cv ,độ lợi vòng lặp vị trí Kp là : K p 1=C p 1 × ω L

+ Với Cp1 = 0.24 chọn từ một kết quả mô phỏng và đươc xác định theo công thức: C p 1=

b0 ≈Cp b1

1 240.85 V ≤ 20 Vmax = 20 = 12.0425 (rad/s)

 Chọn Vtb = 12 (rad/s) 3.2 Mô phỏng sử dụng Simulink trong matlab : + Chọn Block Parameters: Ramp _ Slope: K = 12 _ Start time: 0 + Chọn Block Parameters: Saturation _ Upper limit : 10 _ Lower limit : 0

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí hệ bậc 1 khi NL = 3

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 1 khi NL = 3

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí hệ bậc 1 khi NL = 6

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 1 khi NL = 6

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vị trí khi hệ bậc 1 NL = 9

Mô phỏng đáp ứng đầu ra của điều khiển vận tốc hệ bậc 1 khi NL = 9

 Nhận xét: _ Qua chạy mô phỏng ta thấy được với tham số NL càng nhỏ thì đáp ứng ngõ ra càng tiến sát với thông số đầu vào. _ Điều kiện mô hình thứ nhất (1st order model) thỏa để tốc độ thấp nhất của đông cơ đạt nhỏ hơn hoặc bằng 1/20 tốc độ định mức khi NL bằng 3.  Chọn NL = 3 đáp ứng yêu cầu đề bài.  Kết luận : - Qua 3 hệ điều khiển vị trí với các vận tốc khác nhau, khi NL càng nhỏ thì khả năng đáp ứng tốt hơn , càng bám sát đầu vào đã đươc cho trước, thời gian đáp ứng cũng nhanh hơn so với các hệ bậc cao. - Điều khiển vị trí ở vận tốc cao thì NL tác động nhiều hơn ở ngõ ra vị trí. Code mô phỏng :