- Truyền động và điều khiển robot.. - −u điểm nh− là điều khiển đơn giản không phải dùng các bộ biến đổi phụ, không gây bẩn môi tr−ờng, các loại động cơ điện hiện đại có thể lắp trực tiếp trên các khớp quay.... - Trong kỹ thuật robot, về nguyên tắc có thể dùng động cơ điện các loại khác nhau, nh−ng trong thực tế chỉ có hai loại đ−ợc dùng nhiều hơn cả. - động cơ điện một chiều và động cơ b−ớc.. - Ngày nay, do những thành tựu mới trong nghiên cứu điều khiển động cơ. - điện xoay chiều, nên cũng có xu h−ớng chuyển sang sử dụng động cơ điện xoay chiều để tránh phải trang bị thêm bộ nguồn điện một chiều. - Ngoài ra, loại động cơ điện một chiều không chổi góp (DC brushless motor) cũng bắt đầu đ−ợc ứng dụng vào kỹ thuật robot.. - Động cơ điện một chiều. - Động cơ điện một chiều gồm có hai phần. - Tuỳ cách đấu dây giữa phần cảm so với phần ứng, ta có những loại động cơ điện một chiều khác nhau. - Động cơ kích từ nối tiếp (Hình 9.1.a);. - Động cơ kích từ song song (Hình 9.1.b);. - Động cơ kích từ hổn hợp (Hình 9.1.c).. - Các loại động cơ điện một chiều.. - Các thông số chủ yếu quyết định tính năng làm việc của động cơ điện một chiều là. - Các quan hệ cơ bản của động cơ điện một chiều là : E = U - rI = knΦ. - Số vòng quay của động cơ điện một chiều. - Muốn điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng cách. - Muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều cần thay đổi hoặc chiều của từ thông (tức chiều của dòng điện kích từ) hoặc thay đổi chiều dòng điện phần ứng.. - Động cơ b−ớc : Nguyên tắc hoạt động. - Trên hình 9.2 là sơ đồ động cơ b−ớc loại đơn giản nhất dùng nam châm vĩnh cửu gồm stato có 4 cực và roto có 2 cực.. - Hình 9.2 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ b−ớc.. - Trên đây là sơ đồ nguyên lý của động cơ b−ớc loại có ít cực và dùng nam châm vĩnh cửu. - Trên cơ sở đó ta có thể tìm hiểu các loại động cơ có nhiều cực và dùng nam châm điện có từ tính thay đổi.. - Nh− vậy tuỳ theo cách cấp điện cho các cuộn dây trên stato ta có thể điều khiển các vị trí dừng của roto. - Việc cấp điện cho các cuộn dây có thể số hoá, cho nên có thể nói động cơ b−ớc là loại động cơ điện chuyển các tín hiệu số đầu vào thành chuyển động cơ học từng nấc ở đầu ra.. - Khi dùng động cơ b−ớc không cần mạch phản hồi cho cả điều khiển vị trí và vận tốc.. - Thích hợp với các thiết bị điều khiển số. - Với khả năng điều khiển số trực tiếp, động cơ b−ớc trở thành thông dụng trong các thiết bị cơ điện tử hiện. - Tuy nhiên phạm vi ứng dụng động cơ b−ớc là ở vùng công suất nhỏ và trung bình. - Việc nghiên cứu nâng cao công suất động cơ b−ớc đang là vấn đề rất. - Ngoài ra, nói chung hiệu suất của động cơ b−ớc thấp hơn các loại động cơ khác.. - Các thông số chủ yếu của động cơ b−ớc : Góc quay. - Động cơ b−ớc quay một góc xác định ứng với mỗi xung kích thích. - Tốc độ quay của động cơ b−ớc phụ thuộc vào số b−ớc trong một giây. - Đối với hầu hết các động cơ b−ớc, số xung cấp cho động cơ bằng số b−ớc (tính theo phút) nên tốc độ có thể tính theo tần số xung f. - Tốc độ quay của động cơ b−ớc tính theo công thức sau. - Ngoài ra còn các thông số quan trọng khác nh− độ chính xác vị trí, momen và quán tính của động cơ.... - Các loại động cơ b−ớc. - Tuỳ theo kiểu của roto, động cơ b−ớc đ−ợc chia thành các loại sau. - Động cơ b−ớc kiểu từ trở biến đổi (VR : Variable Resistance. - Động cơ b−ớc nam châm vĩnh cữu (PM : Permanent Magnet. - Động cơ b−ớc kiểu lai (Hybrid). - Tuỳ theo số cuộn dây độc lập trên stato động cơ b−ớc đ−ợc chia thành các loại : 2 pha, 3 pha hoặc 4 pha.. - Roto động cơ b−ớc có nhiều cực (còn gọi là răng). - Góc b−ớc lớn nhất là 90 0 ứng với động cơ có số b−ớc s = 4 b−ớc/vòng. - Phần lớn những động cơ b−ớc hiện nay có số b−ớc s = 200, nên θ = 1,8 0. - Động cơ đ−ợc tạo b−ớc nhỏ có. - Ví dụ, nếu phân 125 b−ớc nhỏ trong một b−ớc đầy, với 200 b−ớc/vòng thì độ phân giải của động cơ là 125 x b−ớc nhỏ/. - Tải trọng lớn, quán tính bé, dễ thay đổi chuyển động, dễ điều khiển tự động.. - Các ph−ơng pháp điều khiển Robot. - Nhiệm vụ quan trọng đầu tiên của việc điều khiển robot là bảo đảm cho. - Đó cũng là nội dung cơ bản để xây dựng ch−ơng trình điều khiển vị trí cho robot.. - Tuỳ theo yêu cầu nâng cao chất l−ợng điều khiển (độ chính xác) mà ta cần tính đến ảnh h−ởng của các yếu tố trên, và theo đó, ph−ơng pháp điều khiển cũng trở nên đa dạng và phong phú hơn.. - Điều khiển tỉ lệ sai lệch (PE : Propotional Error):. - vậy, kiểu điều khiển chuyển động nầy là luôn có chiều h−ớng làm cho sai lệch ε xấp xỉ zero.. - Bên cạnh đó, chúng ta cũng cần quan tâm đến phần độ lớn, nghĩa là, chúng ta không những cần biết "làm cho động cơ chuyển động bằng cách nào?". - mà còn cần biết "cần cung cấp cho động cơ một năng l−ợng (mômen động) là bao nhiêu?". - Chúng ta hãy áp dụng một tín hiệu điều khiển mà nó tỉ lệ với ε. - F = K p (θ d - θ(t)) (9.1) Qui luật nầy xác định một hệ điều khiển phản hồi và đ−ợc gọi là hệ điều khiển tỉ lệ sai lệch.. - Điều khiển tỉ lệ - đạo hàm (PD : Propotional Derivative):. - Để khắc phục điều trên, có thể chọn ph−ơng pháp điều khiển tỉ lệ - đạo hàm (PD), với lực tổng quát. - K e - Hệ số tỉ lệ sai lệch vị trí.. - Điều khiển tỉ lệ - tích phân - đạo hàm (PID : Propotional Integral Derivative):. - Hệ thống với cấu trúc luật điều khiển PD vẫn còn một số nh−ợc điểm, không phù hợp với một số loại robot. - Một hệ thống điều khiển khác có bổ sung thêm tín hiệu tốc độ đặt và sai lệch tốc độ ε = tác động vào khâu khuyếch đại K. - Nh− vậy, tuỳ theo cấu trúc đã lựa chọn của bộ điều khiển, ta đem đối chiếu các ph−ơng trình hoặc (9.3) với ph−ơng trình Lagrange - Euler, Từ đó nhận đ−ợc các ph−ơng trình của hệ điều khiển t−ơng ứng. - Nội dung phần nầy trình bày ph−ơng pháp xây dựng hàm truyền đối với tr−ờng hợp chuyển động một bậc tự do, mỗi khớp th−ờng đ−ợc điều khiển bằng một hệ truyền động riêng. - Phổ biến hơn cả là động cơ điện một chiều.. - Xét sơ đồ truyền động của động cơ điện một chiều với tín hiệu vào là điện. - áp U a đặt vào phần ứng, tín hiệu ra là góc quay θ m của trục động cơ. - động cơ. - Sơ đồ động cơ điện một chiều.. - Trong thực tế, trục động cơ đ−ợc nối với hộp giảm tốc rồi tới trục phụ tải nh− hình 9.4. - Sơ đồ động cơ điện cùng phụ tải.. - Mômen trên trục động cơ bằng tổng momen cần để động cơ quay, cộng với mômen phụ tải quy về trục động cơ.. - Ký hiệu : J m : Mômen quán tính của động cơ.. - Ta có. - Trong đó f m và f L là hệ số cản của động cơ và của phụ tải.. - Theo định luật bảo tồn năng l−ợng, công do phụ tải sinh ra, tính trên trục phụ tải là M L θ L phải bằng công quy về trục động cơ M * L θ m . - Mômen trên trục động cơ phụ thuộc tuyến tính với c−ờng độ dòng điện phần ứng và không phụ thuộc vào góc quay và vận tốc góc, ta có. - e b : sức phản điện động của động cơ.. - Vì hệ thống gồm có động cơ và phụ tải nên tín hiệu ra thực tế là góc quay của trục phụ tải θ L , do đó hàm truyền chuyển. - Điều khiển vị trí mỗi khớp động. - Mục đích của điều khiển vị trí là làm sao cho động cơ chuyển dịch khớp. - Việc điều khiển đ−ợc thực hiện nh− sau : Theo tín hiệu sai lệch giữa giá trị thực tế và giá trị tính toán của vị trí góc mà điều chỉnh điện áp U a (t) đặt vào động cơ. - Nói cách khác, để điều khiển động cơ theo quỹ đạo mong muốn phải đặt vào động cơ một điện áp tỉ lệ thuận với độ sai lệch góc quay của khớp. - Biến đổi Laplace ph−ơng trình (9.18). - Ph−ơng trình (9.22) cho thấy rằng hệ điều khiển tỉ lệ của một khớp động là một hệ bậc hai, nó sẽ luôn ổn định nếu các hệ số của của ph−ơng trình bậc hai là những số d−ơng. - Với việc thêm phản hồi nầy, điện áp đặt lên động cơ sẽ tỉ lệ tuyến tính với sai số vị trí và. - Đây là ph−ơng pháp điều khiển tỉ lệ - Đạo hàm.. - Hình 9.6 : Sơ đồ khối điều khiển chuyển dịch một khớp động có liên hệ phản hồi.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt