Tài liệu Đồ án con lắc ngược đôi

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN --- --- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CON LẮC NGƯỢC ĐÔI Giảng viên hướng dẫn : Th.S Bùi Thị Cẩm Quỳnh Sinh viên thực hiện : Đặng Tiểu Bình 15020471 Phạm Đức Hà 15023121 Đỗ Minh Hùng 15066831 Nguyễn Phúc Khải 15048531 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ..…………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ..…………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………........................................................ ii Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ................................................... I  NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN..............................................................II  MỤC LỤC ........................................................................................................................ III  DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ .................................................................................... VIII  DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................................. XI  DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU ....................................................................................... XI  PHẦN NỘI DUNG ............................................................................................................. 1  CHƯƠNG 1 :  TỔNG QUAN VỀ HỆ CON LẮC NGƯỢC ĐÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU...................................................................................................... 1  1.1  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .............................................................................. 1  1.2  Mô hình nghiên cứu .............................................................................................. 1  1.2.1  Thông số mô hình ..................................................................................... 1  1.2.2  Phần cứng cần thiết .................................................................................. 3  1.2.2.1  Tên các bộ phận........................................................................................ 3  1.2.2.2  Thông số kĩ thuật ...................................................................................... 4  1.2.2.3  Các thành phần bổ sung cần thiết ............................................................ 5  1.2.2.4  Thiết lập phần cứng (Đã thiết lập sẵn, chỉ xem để kiểm tra lại) .............. 5  1.2.3  Sơ đồ kết nối ............................................................................................. 2  1.2.3.1  Encoder..................................................................................................... 2  1.2.3.2  Kết nối tiêu biểu........................................................................................ 2  1.2.3.3  Thông tin về rotary unit (SVR02) ............................................................. 3  1.3  Tuyến tính hóa hệ phi tuyến ................................................................................. 3  1.4  Phương pháp điều khiển tối ưu ............................................................................. 5  1.4.1  Phương pháp điều khiển tối ưu toàn phương tuyến tính LQR ( Linear Quadratic Regulator – LQR ) ...................................................................................... 5  1.4.2  Bộ ước lượng trạng thái tối ưu (bộ lọc kalman) ....................................... 8  iii Khóa luận tốt nghiệp 1.4.3  Con lắc ngược đôi Bộ điều khiển LQG (linear quadratic Gaussian) .................................... 10  1.5  Lý thuyết kỹ thuật robot ..................................................................................... 10  1.5.1  Tính các ma trận biến xoay .................................................................... 10  1.5.1.1  Phép quay quanh các trục toạ độ ........................................................... 11  1.5.1.2  Phép tịnh tiến trên các trục toạ độ ......................................................... 12  CHƯƠNG 2 :  PHẦN MỀM MAPLE, PHẦN MỀM LABVIEW VÀ ỨNG DỤNG . 13  2.1  Phần mềm maple ................................................................................................. 13  2.1.1  Giới thiệu phần mềm .............................................................................. 13  2.1.1.1  Chức năng cốt lõi ................................................................................... 13  2.1.1.2  Kiến trúc ................................................................................................. 13  2.1.1.3  Nguồn gốc tên gọi................................................................................... 14  2.1.2  Tổng quan về Maple ............................................................................... 14  2.1.2.1  Title Bar .................................................................................................. 14  2.1.2.2  Menu Bar ................................................................................................ 14  2.1.2.3  Tool Bar .................................................................................................. 14  2.1.2.4  Formatting Bar ....................................................................................... 14  2.1.2.5  Vùng làm việc ......................................................................................... 15  2.1.2.6  Hộp thoại Quick Help............................................................................. 15  2.1.3  Một số lệnh thường sử dụng trong Menu Bar ........................................ 15  2.1.4  Các môi trường làm việc trong Maple ................................................... 17  2.1.4.1  Text ......................................................................................................... 17  2.1.4.2  Math ........................................................................................................ 17  2.1.4.3  Drawing .................................................................................................. 17  2.1.4.4  Plot ......................................................................................................... 18  2.1.4.5  Animation ............................................................................................... 18  2.1.5  Một số lưu ý............................................................................................ 18  2.1.5.1  Một số điều qui định khi nhập lệnh ........................................................ 18  2.1.5.2  Một số điều cần chú ý ............................................................................. 18  iv Khóa luận tốt nghiệp 2.1.6  Con lắc ngược đôi Dữ liệu trong maple [4] .......................................................................... 18  2.1.6.1  Các phép toán ......................................................................................... 18  2.1.6.2  Kiểu dữ liệu ............................................................................................ 19  2.1.6.3  Các hàm số cho số nguyên (Integer). ..................................................... 19  2.1.6.4  Các hàm số cho số thực (Float) ............................................................. 19  2.1.7  Các lệnh thường sử dụng trong Maple ................................................... 20  2.1.7.1  Khai triển ................................................................................................ 20  2.1.7.2  Rút gọn biểu thức số ............................................................................... 20  2.1.7.3  Tính giá trị .............................................................................................. 20  2.1.7.4  Đổi dạng số............................................................................................. 20  2.1.7.5  Nghiệm đa thức....................................................................................... 20  2.1.7.6  Phân tích đa thức thành tích số .............................................................. 20  2.1.7.7  Khai triển phân thức thành tổng phân thức đơn giản ............................ 21  2.1.7.8  Giải phương trình, bất phương trình...................................................... 21  2.1.7.9  Giải hệ phương trình, hệ bất phương trình ............................................ 21  2.1.7.10  Định nghĩa hàm số mới .......................................................................... 21  2.1.7.11  Đạo hàm cấp 1........................................................................................ 21  2.1.7.12  Đạo hàm cấp n........................................................................................ 22  2.1.7.13  Tích phân ................................................................................................ 22  2.1.7.14  Tích phân bội .......................................................................................... 22  2.1.7.15  Tích phân bội ba ..................................................................................... 22  2.1.7.16  Tổng riêng – chuỗi số ............................................................................. 23  2.1.7.17  Chuỗi taylor ............................................................................................ 23  2.1.7.18  Tạo ma trận ............................................................................................ 23  2.1.7.19  Ma trận chuyển vị ................................................................................... 23  2.1.7.20  Định thức ................................................................................................ 24  2.1.7.21  Hạng ma trận .......................................................................................... 24  2.2  Phần mềm Labview ............................................................................................ 24  v Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi 2.2.1  LabVIEW là gì? ...................................................................................... 24  2.2.2  Khả năng điều khiển và giao tiếp với thiết bị ngoại vi........................... 24  2.2.3  Tổng quan về phần mềm LabView ........................................................ 25  2.2.3.1  Front Panel ............................................................................................. 25  2.2.3.2  Block Diagram........................................................................................ 25  2.2.3.3  Tool palette ............................................................................................. 26  2.2.3.4  Controls Palette (bảng điều khiển) ........................................................ 27  2.2.3.5  Function palette ...................................................................................... 27  2.2.3.6  Các phép toán cơ bản ............................................................................. 28  2.2.3.7  Các phép so sánh .................................................................................... 28  2.2.3.8  Các phép logic ........................................................................................ 28  2.2.3.9  Các hàm toán học phức tạp .................................................................... 28  2.2.3.10  Các hàm về mảng ................................................................................... 28  2.2.3.11  Thời gian thực thi vòng lặp và các hàm Delay ...................................... 28  2.2.3.12  Các cấu trúc điều khiển luồng chương trình .......................................... 29  2.3  Tìm phương trình trạng thái bằng Maple............................................................ 29  2.3.1  Hệ phương trình trạng thái ..................................................................... 29  2.4  Ứng dụng Labview vào nghiên cứu.................................................................... 33  CHƯƠNG 3 :  NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH ................................................................. 34  3.1  Mô hình không gian trạng thái thực ................................................................... 34  3.1.1  Tính ổn định ........................................................................................... 34  3.1.2  Tính điều khiển được .............................................................................. 35  3.1.3  Tính quan sát được ................................................................................. 36  3.2  Điều khiển hồi tiếp trạng thái ............................................................................. 37  3.3  Mô phỏng ............................................................................................................ 40  3.3.1  Phần mềm cần thiết ................................................................................ 40  3.3.2  Thiết lập cho mô phỏng .......................................................................... 40  3.3.3  Nhận xét kết quả: .................................................................................... 42  vi Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi 3.4  Điều khiển thực ................................................................................................... 42  3.4.1  Thiết lập vận hành mô hình thực ............................................................ 42  3.4.2  Nhận xét và đánh giá: ............................................................................. 45  CHƯƠNG 4 :  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MỚI DÙNG LQG ........................ 46  4.1  Phương pháp ....................................................................................................... 46  4.2  Mô phỏng LQR với nhiễu tự tạo ........................................................................ 46  4.3  Mô phỏng LQG để khử nhiễu ............................................................................. 48  4.4  Chạy thực với thí nghiệm LQG .......................................................................... 49  4.4.1  Nhận xét và đánh giá: ............................................................................. 53  4.4.2  Hướng phát triển:.................................................................................... 53  TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 55  PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 57  A  CHƯƠNG TRÌNH THÀNH LẬP BẢNG TÍNH MAPLE .................... 57  a)  Thiết lập dữ liệu...................................................................................... 57  b)  Khởi tạo bảng tính .................................................................................. 57  B  MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB............................................................. 64  a)  Mô phỏng LQR với nhiễu ....................................................................... 64  b)  Mô phỏng LQG bằng matlab.................................................................. 66  c)  Các hình ảnh mô phỏng LQR có nhiễu .................................................. 69  LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... 76  vii Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình con lắc ngược đôi ......................................................................... 2  Hình 1.2 Các bộ phận mô hình con lắc ngược đôi .................................................... 3  Hình 1.3 Các thành phần cần thiết [11] ..................................................................... 5  Hình 1.4 Đầu nối encoder [10] .................................................................................. 2  Hình 1.5 Bộ ốc 2 chân [10]........................................................................................ 2  Hình 1.6 Encoder [11] ............................................................................................... 2  Hình 1.7 Sơ đồ kết nối [11] ....................................................................................... 3  Hình 1.8 Bộ lọc Kalman [2] ...................................................................................... 9  Hình 1.9 Bộ điều khiển LQG [2] ............................................................................. 10  Hình 2.1 Title Bar .................................................................................................... 14  Hình 2.2 Menu bar ................................................................................................... 14  Hình 2.3 Tool Bar .................................................................................................... 14  Hình 2.4 Formatting Bar.......................................................................................... 14  Hình 2.5 Vùng làm việc của Maple ......................................................................... 15  Hình 2.6 Cửa sổ Quick Help ................................................................................... 15  Hình 2.7 Text ........................................................................................................... 17  Hình 2.8 Math .......................................................................................................... 17  Hình 2.9 Cửa sổ front panel..................................................................................... 25  Hình 2.10 Cửa sổ block diagram ............................................................................. 26  Hình 2.11 Tool palette ............................................................................................. 26  Hình 2.12 Controls Palette....................................................................................... 27  Hình 2.13 Function palette ...................................................................................... 27  Hình 2.14 Các hàm Delay........................................................................................ 28  Hình 2.15 Các vòng lặp ........................................................................................... 29  Hình 3.1 Mô hình không gian trạng thái hiển thị trên labview ............................... 34  Hình 3.2 Phương trình đặc trưng của hệ.................................................................. 35  viii Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi Hình 3.3 Xét tính ổn định bằng matlab ................................................................... 37  Hình 3.4 Sơ dồ khối vòng điều khiển hồi tiếp trạng thái ........................................ 37  Hình 3.5 Tính ma trận điều khiển K ........................................................................ 39  Hình 3.6 Phương trình đặc trưng của hệ thống khi có ma trận điều khiển K.......... 40  Hình 3.7 Lab Double Pendulum.lvproj ................................................................... 41  Hình 3.8 DBIP Modelling.vi ................................................................................... 41  Hình 3.9 DBIP Contrl Design.vi ............................................................................. 42  Hình 3.10 DBIP Control.vi ...................................................................................... 43  Hình 3.11 HIL Khởi tạo Express VI [9] .................................................................. 43  Hình 3.12 Chọn thiết bị thu thập dữ liệu ................................................................. 44  Hình 3.13 Quá trình điều khiển thực ....................................................................... 44  Hình 4.1 CD Correlated Gaussian Random Noise (One Vector) ............................ 46  Hình 4.2 Chương trình và mô phỏng LQR với nhiễu.............................................. 46  Hình 4.3 Chương trình và mô phỏng LQR với nhiễu.............................................. 47  Hình 4.4 Kết quả mô phỏng LQR có nhiễu ............................................................. 47  Hình 4.5 Chương trình mô phỏng LQG .................................................................. 48  Hình 4.6 Chương trình mô phỏng LQG .................................................................. 48  Hình 4.7 Kết quả mô phỏng..................................................................................... 49  Hình 4.8 Matrix control L........................................................................................ 50  Hình 4.9 Chương trình điều khiển LQG.................................................................. 51  Hình 4.10 Chương trình điều khiển LQG................................................................ 52  Hình 4.11 Kết quả thực thi ...................................................................................... 53  Hình B-1 Tạo file.m cho LQR ................................................................................ 64  Hình B-2 Sơ đồ khối Simulink LQR ...................................................................... 64  Hình B-3 Kết quả mô phỏng LQR có nhiễu ........................................................... 65  Hình B-4 Tạo file.m cho LQG ............................................................................... 66  Hình B-5 Sơ đồ khối Simulink cho LQG ............................................................... 67  ix Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi Hình B-6 Kết quả mô phỏng LQG bằng matlab..................................................... 67  Hình C-1 Chương trình mô phỏng LQR có nhiễu .................................................. 69  Hình C-2 Kết quả mô phỏng LQR có nhiễu bằng labview .................................... 70  Hình C-3 Chương trình mô phỏng LQG bằng labview .......................................... 71  Hình C-4 Chương trình mô phỏng LQG bằng labview .......................................... 72  Hình C-5 Kết quả mô phỏng LQG bằng labview ................................................... 72  Hình C-6 Chương trình điều khiển thực LQG........................................................ 73  Hình C-7 Chương trình điều khiển thực LQG........................................................ 74  Hình C-8 Kết quả thực nghiệm LQG ..................................................................... 75  x Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các bộ phận con lắc ngược đôi [11] .......................................................... 3  Bảng 1.2 Thông số kĩ thuật [11] ................................................................................ 4  Bảng 1.3 Bảng kết nối [11]........................................................................................ 3  Bảng 1.4 Bảng thông số động cơ servo [13] ............................................................. 3  Bảng 2.1 Bảng kiểu dữ liệu [4]................................................................................ 19  Bảng 2.2 Bảng các hàm cho số nguyên [4] ............................................................. 19  Bảng 2.3 Bảng các hàm số thực [4] ......................................................................... 20    DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU Xem thêm ở bảng 1.2 (trang số 4). xi Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ CON LẮC NGƯỢC ĐÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU 1.1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Con lắc ngược là cơ sở để tạo ra các hệ thống tự cân bằng như: xe hai bánh tự cân bằng, điều khiển cân bằng khi phóng tàu vũ trụ, cân bằng giàn khoan trên biển…Khi lý thuyết về các bộ điều khiển hiện đại ngày càng hoàn thiện hơn thì con lắc ngược là một trong những đối tượng được áp dụng để kiểm tra các lý thuyết đó [13]. Ngoài ra, phương trình toán học được đề cập đến của con lắc ngược mang tính chất phi tuyến điển hình. Vì thế, đây là một mô hình nghiên cứu lý tưởng cho các phòng thí nghiệm điều khiển tự động. Các giải thuật hay phương pháp điều khiển được nghiên cứu trên mô hình con lắc ngược nhằm tìm ra các giải pháp tốt nhất trong các ứng dụng điều khiển thiết bị tự động trong thực tế: điều khiển tốc độ động cơ, giảm tổn hao công suất, điều khiển vị trí, điều khiển nhiệt độ, điều khiển cân bằng hệ thống [13]. 1.2 Mô hình nghiên cứu 1.2.1 Thông số mô hình Mô hình con lắc ngược đôi được thể hiện trong hình 1.1. Trục cánh tay quay được gắn vào hệ thống SRV02 và được kích hoạt. Cánh tay có chiều dài L , mô men quán tính là J và góc của nó là  tăng theo chiều dương khi nó quay ngược chiều kim đồng hồ (CCW). Servo (tức là cánh tay quay) phải quay theo hướng CCW khi điện áp điều khiển là dương, tức là V > 0 [9]. Con lắc ngược đôi được nối với đầu cánh tay quay. Con lắc dưới ngắn hơn và có chiều dài L và trọng tâm so với gốc tọa độ O1 là l , moment quán tính là J và có khối lượng M . Con lắc trên có chiều dài tổng cộng là L , trọng tâm so với gốc tọa độ Oh là l , mô men quán tính là J và khối lượng là M . Góc con lắc bên dưới là α, góc con lắc 1 Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi trên là , cả hai góc đều bằng không khi nó hoàn toàn thẳng đứng và chúng tăng theo chiều dương khi xoay (CCW). Bản lề giữa hai con lắc có khối lượng M [9]. Hình 1.1 Mô hình con lắc ngược đôi 2 Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi 1.2.2 Phần cứng cần thiết 1.2.2.1 Tên các bộ phận Hình 1.2 Các bộ phận mô hình con lắc ngược đôi ID 1 THÀNH PHẦN SRV02 (rotary servo base unit) ID 7 THÀNH PHẦN Khớp chữ T 2 Vít ngón cái 8 Con lắc dưới (liên kết 1) 3 Cánh tay quay 4 Kết nối bộ encoder đo góc quay α 5 Khớp nối trục 6 Trục 9 10 11 Kết nối bộ encoder đo góc quay  Khớp nối liên kết Con lắc trên (liên kết 2) Bảng 1.1 Các bộ phận con lắc ngược đôi [11] 3 Khóa luận tốt nghiệp Con lắc ngược đôi 1.2.2.2 Thông số kĩ thuật Ký tự r Miêu tả Giá trị Đơn vị Cánh tay quay: chiều dài từ trục đến đỉnh 0.2159 m Cánh tay quay: khối lượng 0.2570 kg 0.000998 Kg-m2 Mô men quán tính tương đương của con lắc dưới 0.0012 Kg-m2 Mô men quán tính tương đương của con lắc trên 0.000323 Kg-m2 Con lắc dưới: khối lượng (có khớp chữ T) 0.127 kg Hệ số ma sát của SRV02 0.0024 N-m-s/rad Con lắc dưới: hệ số ma sát Con lắc dưới: chiều dài từ trục đến đỉnh Con lắc dưới: chiều dài từ trục đến trọng tâm Con lắc trên : khối lượng Con lắc trên : hệ số ma sát Con lắc trên: chiều dài từ trục đến đỉnh Con lắc trên: chiều dài từ trục đến trọng tâm. 0.0024 0.216 0.156 0.097 0.0024 0.2 0.164 N-m-s/rad m m kg N-m-s/rad m m Khối lượng bản lề encoder đặt giữa con lắc dưới và trên. ( Thông số tính momen của SRV02 ) ( Thông số tính momen của SRV02 ) ( Thông số tính momen của SRV02 ) ( Thông số tính momen của SRV02 ) Độ phân giải encoder (theo phương trình bậc hai) 0.141 2.60 0.00767 0.00767 70 4096 kg ohm V-s / rad N-m / A Mô men quán tính tương đương của động cơ SRV02 Counts/rev Bảng 1.2 Thông số kĩ thuật [11] Lưu ý: = = r, , = = , , = = , , = = bài có giá trị như nhau. 4 , = , = , = , . Các ký hiệu này được sử dụng trong Khóa luận tốt nghiệp 1.2.2.3 Con lắc ngược đôi Các thành phần bổ sung cần thiết Hình 1.3 Các thành phần cần thiết [11] 1. Bộ công cụ tạo mẫu điều khiển nhanh của Quanser cho NI LabVIEW ™. (Xem www.ni.com/labviewtools/rcp). 2. Bộ động cơ servo quay (SRV02). 3. Bộ khuếch đại công suất. 4c. Thiết bị thu thập dữ liệu: bảng điện tử loại NI PCI/PCIe với NI M và X. 5. Cáp RCA to RCA. 6. Cáp động cơ 4 Din to 6 Din. 7. Cáp encoder 5 Din to 5 Din. 1.2.2.4 Thiết lập phần cứng (Đã thiết lập sẵn, chỉ xem để kiểm tra lại) A. Trước khi tiến hành, hãy thiết lập và kiểm tra bộ động cơ servo quay của bạn. Để biết hướng dẫn chi tiết, xem tài liệu Rotary Servo Base Unit Quick Start Guide or User Manual[11]. 5 Khóa luận tốt nghiệp B. Con lắc ngược đôi Đảm bảo mọi thứ đều được TẮT trước khi thực hiện bất kỳ kết nối nào, bao gồm cả máy tính và bộ khuếch đại [10]. C. Trượt con lắc ngược đôi vào trục kim loại và siết chặt nó bằng bộ vít. Các khớp nối phải ở cuối trục kim loại trên tay quay và được gắn chặt. Không siết vít quá chặt Lưu ý: Đảm bảo đầu nối encoder trên con lắc ngược đang quay mặt ra khỏi servo [10]. Hình 1.4 Đầu nối encoder [10] D. Gắn mô đun con lắc ngược đôi vào trục bánh răng tải của Rotary Servo Base Unit bằng bộ ốc 2 chân [10]. Hình 1.5 Bộ ốc 2 chân [10] E. Đặt hệ thống con lắc ngược trên bàn để tránh mọi vật cản. Bạn nên kẹp cố định Rotary Servo Base Unit xuống bàn [10]. Hãy chắc chắn rằng con lắc được tự do xoay 360 độ. F. Sử dụng cáp RCA to RCA, kết nối Analog Output Channel #0 (AO #0) trên thiết bị thu thập dữ liệu tới ổ cắm Amplifier Command trên bộ khuếch đại [10]. G. Sử dụng cáp động cơ 4 Din to 6 Din, kết nối ổ cắm To Load bộ khuếch đại với ổ cắm Motor trên bộ động cơ servo quay [10]. 2 Khóa luận tốt nghiệp H. Con lắc ngược đôi Sử dụng cáp encoder Din 5 to Din 5 kết nối ổ cắm Bộ mã hóa trên Rotary Servo Base Unit với ổ cắm Encoder vào Encoder Input #0 trên thiết bị thu thập dữ liệu[10]. I. Sử dụng cáp encoder Din 5 to Din 5, kết nối ổ cắm Encoder mô đun con lắc ngược với ổ cắm Encoder Input #1 trên thiết bị thu thập dữ liệu [10]. J. Sử dụng cáp encoder 5 Din to 5 Din, kết nối ổ cắm Encoder trên mô đun con lắc ngược với ổ cắm Encoder Input #2 trên thiết bị thu thập dữ liệu [10]. K. Chú ý VoltPAQ-X1 Người dùng: Đảm bảo bạn đặt GAIN trên VoltPAQ-X1 thành 1 khi sử dụng bất kỳ thử nghiệm Rotary Servo Base Unit [10]. L. Bật công tắc nguồn trên VoltPAQ-X1. Nó nằm ở phía sau của thiết bị [10]. 1.2.3 Sơ đồ kết nối 1.2.3.1 Encoder Bộ encoder được sử dụng để đo góc con lắc trên mô-đun DBPEN-ROT là bộ mã hóa trục quang đơn đầu S1 của Hoa Kỳ. Nó cung cấp độ phân giải cao 4096 xung trên mỗi vòng quay ở chế độ vuông góc [11]. Hình 1.6 Encoder [11] 1.2.3.2 Kết nối tiêu biểu Các kết nối được đưa ra trong Bảng 1.3 và được minh họa trong Hình 1.6. Quy trình đấu dây chi tiết được đưa ra dưới đây. Cáp 1 2 3 4 Từ Thiết bị thu thập dữ liệu: Analog Output #0 Bộ kết nối "to load" Đến Bộ kết nối Amplifier Command Đầu nối "Motor" SRV02 Thiết bị thu thập dữ liệu: Encoder Input #0 Thiết bị thu thập dữ liệu: Encoder Input #1 SVR02 “encorder” kết nối Đầu nối encoder ROTPEN-SE 2 Tín hiệu Điều khiển tín hiệu đến amplifier. Nguồn điện dẫn đến động cơ DC SRV02 Đo góc trục tải mã hóa. DBPEN-ROT đo góc con lắc liên kết ngắn Khóa luận tốt nghiệp 5 Con lắc ngược đôi Thiết bị thu thập dữ liệu: Encoder Input #2 Bộ mã hóa liên kết 2 DBPENROT Đo góc con lắc liên kết dài DBPEN-ROT Bảng 1.3 Bảng kết nối [11] Hình 1.7 Sơ đồ kết nối [11] 1.2.3.3 Thông tin về rotary unit (SVR02) Thông tin chi tiết: Kích thước thực của thiết bị (L x W x H) Khối lượng thực của thiết bị Điện áp đầu vào động cơ Dòng điện tối đa liên tục của động cơ ( khuyên dùng ) Tốc độ tối đa của động cơ ( khuyên dùng ) Công suất sai lệch Phạm vi đo điện thế Độ nhạy của máy đo tốc độ Độ phân giải của bộ mã hóa (theo phương trình bậc hai) 15cm x 15cm x 18cm 1.2 kg 6V 1A 6000 vòng/phút 12V 5V 0.0015V/vòng/phút 4096 đếm/vòng/phút Bảng 1.4 Bảng thông số động cơ servo [13] 1.3 Tuyến tính hóa hệ phi tuyến Kết hợp tất cả các hệ phương trình mô tả đặc tính động của các bộ phận chức năng để được hệ phương trình mô tả hệ thống. Tuyến tính hóa quan hệ phi tuyến để được mô tả toán học tuyến tính. Xét hệ phi tuyến bậc n có p ngõ vào, q ngõ ra mô tả bởi phương trình trạng thái: 3