C01 - B03 - Cac dac diem cua dieu khien chuyen dong.pdf

BÀI 3: Các đặc điểm của điều khiển
chuyển động
CHƯƠNG 1:
Tổng quan về điều khiển chuyển động
1
CHƯƠNG 1: Tổng quan về điều khiển chuyển động BÀI 3: Các đặc điểm của điều khiển chuyển động

• Có hai cấu hình hệ thống điều khiển chuyển động điển hình:
– Bộ điều khiển nhiều trục trong đó điều khiển chuyển động, quỹ đạo và
logic hoạt động được điều khiển bởi một thiết bị duy nhất.
– Phân tán với bộ điều khiển chuyển động riêng cho mỗi hệ đơn trục.
• Hệ thống điều khiển chuyển động cho một trục động cơ thường bao
gồm các thành phần sau
2
Cấu trúc chung hệ điều khiển chuyển động
Bộ điều khiển
chuyển động
Biến tần/bộ
khuyếch đại
Động cơ /
tải
Cảm biến /
phản hồi
Bộ điều khiển
chuyển động
Biến tần/bộ
khuyếch đại
Động cơ /
Phản hồi
Hình 1.13

• Bộ mã hóa phản hồi (encoder) của hệ không nhất thiết phải ở đuôi
động cơ, tuy vậy trong phần lớn các ứng dụng thực tế là như vậy.
• Xem xét sâu về mặt điều khiển với hệ ở hình 1.13, có ba mạch vòng
điều khiển kín trong hệ thống điều khiển chuyển động, đó là mạch
vòng vị trí, mạch vòng tốc độ và mạch vòng dòng điện (mô men).
3
Tạo quỹ
đạo
Bộ điều
khiển vị trí
Bộ điều
khiển tốc độ
Bộ đk
dòng điện
Động cơ/tải/
phản hồi
Phản hồi vị trí / tốc độ
Phản hồi
dòng điện
Bộ điều khiển chuyển động Driver / Amplifier
Tốc độ đặt Dòng điện đặt

Khối tạo biên dạng (profile) chuyển động
• Tạo ra biên dạng chuyển động là khâu quan trọng của bất kỳ hệ
thống điều khiển chuyển động nào vì nó xác định các yêu cầu
chuyển động của hệ thống.
• Việc kiểm soát và tạo tín hiệu đặt vị trí thường được xử lý trong bộ
điều khiển chuyển động.
4
Tạo quỹ
đạo
Bộ điều
khiển vị trí
Bộ điều
khiển tốc độ
Bộ đk
dòng điện
Động cơ/tải/
phản hồi
Phản hồi
dòng điện

Mạch vòng vị trí
• Trong hệ thống điều khiển chuyển động truyền thống, mạch vòng vị
trí thường nằm trong bộ điều khiển chuyển động và so sánh vị trí
đặt với vị trí phản hồi để xác định sai lệch vị trí.
• Từ đó tạo ra một tốc độ mong muốn, còn gọi là tốc độ tham chiếu,
để điều chỉnh vị trí.
• Thông thường, tín hiệu được chuyển từ bộ điều khiển chuyển động
sang bộ khuếch đại (driver/amplifier) bằng tín hiệu tương tự 
phương pháp này dễ bị lỗi (sai lệch) và nhiễu.
5
Tạo quỹ
đạo
Bộ điều
khiển vị trí
Bộ điều
khiển tốc độ
Bộ đk
dòng điện
Động cơ/tải/
phản hồi
Phản hồi
dòng điện

Mạch vòng vị trí
• Hiện nay, tín hiệu đặt tốc độ thường gửi tới bộ khuếch đại qua mạng
truyền thông chuyển động như SERCOS, EtherCAT, PROFINET
IRT
• Trong trường hợp trục đơn có tích hợp điều khiển chuyển động, nó
được đặt như một tín hiệu đặt kỹ thuật số trực tiếp đến biến tần (ví
dụ Cclink, Modbus …).
• Tốc độ cập nhật điển hình cho mạch vòng vị trí là 0,25ms đến 2ms.
• Tốc độ cập nhật 1ms là đủ “nhanh” để kiểm soát ngay cả các ứng
dụng servo có đáp ứng động học nhanh nhất, do hệ thống cơ
thường có hệ số thời gian điều khiển lớn.
• Tốc độ cập nhật (liên quan tới tốc độ truyền thông) nhanh hơn cải
thiện hiệu suất không đáng kể.
6

Mạch vòng tốc độ
• Vòng tốc độ thường được tích hợp trong bộ điều khiển truyền động
(diver/amplifier).
• Mạch vòng này so sánh tốc độ mong muốn từ mạch vòng vị trí với
tốc độ phản hồi từ động cơ và tạo ra một mô-men đặt.
• Để hệ thống điều khiển chuyển động chính xác, phải giảm thiểu độ
trễ của hệ truyền động, nếu không hệ thống sẽ không ổn định.
• Tốc độ cập nhật điển hình (hằng số thời gian) cho mạch vòng tốc độ
thường từ 250μs đến 500μs.
7
Tạo quỹ
đạo
Bộ điều
khiển vị trí
Bộ điều
khiển tốc độ
Bộ đk
dòng điện
Động cơ/tải/
phản hồi
Phản hồi
dòng điện

Mạch vòng mô men
• Mạch vòng dòng điện được tích hợp trong bộ truyền động / bộ
khuếch đại, và được thiết kế để điều chỉnh mô-men thông qua dòng
điện đầu ra cho động cơ.
• Lấy mô-men đặt (dòng điện đặt) từ mạch vòng tốc độ và dòng điện
phản hồi từ các cảm biến đo dòng bên trong bộ khuếch đại để tạo ra
các tín hiệu điều khiển bộ biến đổi công suất trong biến tần.
• Tốc độ cập nhật điển hình cho một mạch vòng dòng điện là khoảng
62,5μs
8
Tạo quỹ
đạo
Bộ điều
khiển vị trí
Bộ điều
khiển tốc độ
Bộ đk
dòng điện
Động cơ/tải/
phản hồi
Phản hồi
dòng điện

• Có bốn loại tham số cơ bản rất quan trọng trong điều khiển các hệ
thống chuyển động gồm: khoảng cách, vận tốc, gia tốc và độ giật.
9
Các quan hệ trong điều khiển chuyển động
Vị trí (θ) = tốc độ × thời gian
= ∫v · dt (tích phân tốc độ theo thời gian)
Tốc độ (v) = vị trí / thời gian
= dθ/dt (mức độ thay đổi vị trí)
= ∫a · dt (tích phân gia tốc theo thời gian)
Gia tốc (a) = tốc độ / thời gian
= dv/dt (mức độ thay đổi tốc độ)
= ∫γ · dt (tích phân độ giật theo thời gian)
Độ giật (γ) = gia tốc / thời gian
= da/dt (mức độ thay đổi gia tốc)

• Biểu thức vận tốc hình thang đơn giản như hình 1.18 có mức độ gia
tốc và giảm tốc không đổi và bên dưới đặc tính vị trí tương ứng.
10
Các kiểu biên dạng
Tăng tốc Chạy đều Dừng
Tốc độ
Vị trí
Giảm tốc
0
1
2
3
4
5
0
5
10
15
20
25
30
Mô men
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ta + Tc
Tc
Td + Tc
Th
Hình 1.18

• Nếu phân tích biên
dạng chuyển động
theo gia tốc và độ
giật. Độ giật có vai
trò lớn khi chuyển
đổi tốc độ một cách
mềm mại (êm).
• Đặc tính này rất
quan trọng trong
các ứng dụng như
thang máy.
• Tương quan giữa
các đại lượng như
hình 1.19.
11
0
2
4
6
8
10
12
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
-3
-2
-1
0
1
2
3
Tăng
tốc
Chạy
đều
Giảm
tốc
Tăng
tốc
Chạy
đều
Giảm
tốc
Chạy tiến Chạy lùi
Dừng
Vị
trí
Tốc
độ
Gia
tốc
Độ
giật
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-2
0
2
104
Hình 1.19

• Với mức độ gia/giảm
tốc không đổi  độ
giật cao khi bắt
đầu/kết thúc tăng tốc
và giảm tốc.
• Có thể giảm độ giật
bằng cách thay đổi
tốc độ tăng tốc (gia
tốc) với biên dạng tốc
độ dạng chữ S.
• Độ giật có biên dạng
hình thang (bậc 1-0-1)
 tạo cấu hình bậc 2-
1-2 cho vận tốc.
• Chuyển tiếp từ vận
tốc này sang vận tốc
khác mượt mà hơn.
12
Hình 1.20
0
2
4
6
8
10
12
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
5
Dừng
-5
0
5
Vị
trí
Tốc
độ
Gia
tốc
Độ
giật
Tăng
tốc
Chạy
đều
Giảm
tốc
Tăng
tốc
Chạy
đều
Giảm
tốc
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-10
-5
0
5
10

• Một phương pháp tốt
hơn nữa là dùng các
đường thay đổi tốc độ
phức tạp hơn.
• Hình 1.21 cho thấy
hiệu quả của biên
dạng hình ‘sin’  gia
tốc và giảm tốc sẽ có
dạng hình sin.
• Biên dạng tốc độ
cũng là sin (thực tế là
cos – tích phân của
sin)  huyển đổi vận
tốc rất mượt mà.
• Lý tưởng cho các hệ
cơ khí-servo có độ
chính xác cao.
13
Hình 1.20
0
2
4
6
8
10
12
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
-5
0
5
Dừng
Vị
trí
Tốc
độ
Gia
tốc
Độ
giật
Tăng
tốc
Chạy
đều
Giảm
tốc
Tăng
tốc
Chạy
đều
Giảm
tốc
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-10
-5
0
5
10

C01 - B03 - Cac dac diem cua dieu khien chuyen dong.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to C01 - B03 - Cac dac diem cua dieu khien chuyen dong.pdf

Similar to C01 - B03 - Cac dac diem cua dieu khien chuyen dong.pdf (20)

C01 - B03 - Cac dac diem cua dieu khien chuyen dong.pdf