Nâng cao chất lượng hệ thống truyền động bám điện cở làm việc ở tốc độ chậm trên cơ sở đánh giá thành phân

Bài báo trình bày vấn đề tổng hợp thuật toán điều khiển bám góc cho hệ điện cơ làm việc tốc độ chậm trong công nghiệp và quân sự. Trên cơ sở xây dựng bộ ước tính ma sát; từ đó đánh giá thành phần mô men ma sát, kết hợp với luật điều khiển thích nghi và bù mô men ma sát. Thuật toán tổng hợp được kiểm chứng mô phỏng trên Matlab - Simulink, thực nghiệm với mô hình để minh chứng kết quả.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao chất lượng hệ thống truyền động bám điện cở làm việc ở tốc độ chậm trên cơ sở đánh giá thành phân Nghiên cứu khoa học công nghệ N©ng cao chÊt l­îng hÖ thèng truyÒn ®éng b¸m ®iÖn c¬ lµm viÖc ë tèc ®é chËm trªn c¬ së ®¸nh gi¸ thµnh phÇn ma s¸t vµ bï m« men ma s¸t TRẦN ĐỨC CHUYỂN Tóm tắt: Bài báo trình bày vấn đề tổng hợp thuật toán điều khiển bám góc cho hệ điện cơ làm việc tốc độ chậm trong công nghiệp và quân sự. Trên cơ sở xây dựng bộ ước tính ma sát; từ đó đánh giá thành phần mô men ma sát, kết hợp với luật điều khiển thích nghi và bù mô men ma sát. Thuật toán tổng hợp được kiểm chứng mô phỏng trên Matlab - Simulink, thực nghiệm với mô hình để minh chứng kết quả. Từ khóa: Đánh giá mô men, Bù mômen ma sát, Ma sát. 1. MỞ ĐẦU Hệ truyền động bám sát theo góc có ứng dụng nhiều trong các thiết bị kỹ thuật. Theo cấu trúc thì hệ bám có tín hiệu ra bám sát theo tín hiệu vào với một lượng sai số hữu hạn, khi tín hiệu vào sai số biến thiên [3]. Ta luôn mong muốn sai số này càng nhỏ càng tốt, tuỳ thuộc vào yêu cầu của thiết bị. Các hệ truyền động có độ chính xác cao và góc quay hạn chế như: các khớp mềm robot công nghiệp trong các dây chuyền sản xuất; lắp ráp với độ chính xác cao, các máy đo xa laze, hệ truyền động bám sát của vũ khí, hệ thống antel đài ra đa mặt đất và trên máy bay, các cơ cấu chuyển động ăn dao của máy cắt gọt kim loại CNC … Hình 1. Mô hình điều khiển truyền động bám sát theo góc, hệ điện cơ: mô men ma sát sinh ra từ cơ cấu chấp hành. Trong hệ bám sát điện cơ đòi hỏi sai số bám sát nhỏ thì tính chất chuyển động của hệ thống phải được quan tâm trong quá trình thiết kế bộ điều chỉnh. Khi chuyển động với tốc độ cao thì mô men quay của động cơ chấp hành lớn hơn nhiều lần mômen ma sát, còn chuyển động của tốc độ chậm thì mômen của động cơ chấp hành cho phép so sánh với mômen ma sát và mômen cản. Khi quan tâm đến chế độ làm việc ở tốc độ chậm và rất chậm, thì chất lượng bám sát phụ thuộc vào việc đánh giá mômen ma sát. Mômen ma sát là đại lượng khó xác định chính xác, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố mang tính bất định, [9, 10, 16]; việc đánh giá mô men ma sát có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng vòng điều chỉnh theo mô men để đảm bảo tính tối ưu tác động nhanh cho hệ thống trong quá trình điều khiển. Bài báo này trình bày một phương pháp tổng hợp bộ điều khiển bám góc cho hệ điện cơ làm việc ở tốc độ thấp đảm bảo mô men, trên cơ sở xây dựng bộ ước tính Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 32, 08 - 2014 47  Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tính ma sát kết hợp luật thích nghi bù đánh giá mô men ma sát một cách chính xác hơn. Đây là bài toán phức tạp, là một hướng đi mang tính khoa học và có nhiều triển vọng mới. 2. NỘI DUNG CHÍNH 2.1. Xây dựng mô hình Xét mô hình hệ truyền động bám sát theo góc làm việc với tốc độ chậm, trên cơ sở phương pháp Block có cấu trúc như sau [3]:  fm ( ) m q ( )  motor ˆ fm m Hình 2. Mô hình tổng quát kết nối các khối trong quá trình đánh giá bù ma sát cho hệ thống bám làm việc tốc độ chậm. Để xây dựng mô hình toán học đánh giá mô men ma sát ta xét phương trình mô tả chuyển động quay của đầu trục động cơ [4]: um  J mm  D   motor   fm (1) trong đó, um - Mô men sinh ra bởi động cơ điện, thanh truyền..., ω tốc độ quay của cơ cấu công tác; τmoto mô men tải qui đổi về trục cơ cấu công tác; τfm mô men sinh ra do ma sát đặt lên trục quay của cơ cấu công tác, cản trở chuyển động quay; θm là vị trí góc quay của trục động cơ; Jm mô men quán tính phụ thuộc vào góc quay của cơ cấu công tác: bao gồm mô men quán tính của roto động cơ, mô men quán tính của cơ cấu công tác. Khi ta gọi hàm tích lũy S luôn phụ thuộc vào thành phần ma sát, được viết như sau: 1 2 S  J m m (2) 2 và vi phân (2) theo thời gian ta được: S  mum  m motor  m fm . (3) 2.1.1. Mô hình mô men ma sát Trên thực tế có nhiều mô hình ma sát chuẩn, khi nghiên cứu về các thành phần ma sát thì trên thực tế có mô hình ma sát Lugre và mô hình Dahl hay mô hình Lorentzian; đây là các mô hình ma sát đặc trưng trên thực tế được sử dụng nhiều [4, 7, 10, 16, 18, 20]. Các dạng lực ma sát, mô men ma sát có thể chỉ ra trên hình 3. Khi cơ cấu chuyển động chậm thì ảnh hưởng của thành phần ma sát là đáng kể. Mô hình ma sát được kết hợp giữa thành phần ma sát nhớt và thành phần ma sát khô. Ma sát nhớt có thể dễ dàng mô tả khi sử dụng hệ số phản kháng. Ma sát khô trong hệ thống truyền động phụ thuộc vào chất lượng bề mặt tiếp xúc [10, 16, 17]. 48 Trần Đức Chuyển, “Nâng cao chất lượng hệ thống bám … bù mô men ma sát.” Nghiên cứu khoa học công nghệ c f   f f   Hình 3. Các hình dạng mô men ma sát phụ thuộc vào tốc độ: a) Mô men ma sát Coulomb; b) Mô men ma sát Coulomb với ma sát nhớt; c) Mô men ma sát tổng hợp; d) Mô men ma sát LuGre Các mô ...