LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thuật đã tạo ra những thành tựu to lớn, trong đó ngành tự động hóa cũng góp phần không nhỏ vào thành công đó Một trong những vấn đ.
LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật tạo thành tựu to lớn, ngành tự động hóa góp phần khơng nhỏ vào thành cơng Một vấn đề quan trọng dây truyền tự động hoá sản xuất đại việc điều chỉnh momen động Từ trước đến nay, động chiều loại động sử dụng rộng rãi kể hệ thống yêu cầu cao TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Cấu tạo, phân loại động điện chiều a Cấu tạo động điện chiều Về cấu tạo gồm phần bản: phần tĩnh; phần quay; phận chổi than, cổ góp • Phần cảm luôn phần tĩnh: Là phần nhận lượng điện chiều để tạo từ trường kích từ máy Mạch từ: Vỏ máy : mạch từ, dùng để dẫn từ gá lắp cực từ, ngồi vỏ máy cịn làm nhiệm vụ bảo vệ máy làm thép đúc Cực từ gồm phần: thân cực mặt cực: Thân cực làm thép đúc, mặt cực làm thép KTĐ Cực từ có nhiệm vụ dùng để quấn cuộn dây kích từ để tạo từ trường phần cảm gọi từ trường kích từ Trên thân cực từ quấn cuộn dây kích từ WKT Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối, tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với Cực từ phụ: Làm thép đúc, khe khí từ mặt cực đến rơto rộng so với cực từ Trên cực từ phụ quấn cuộn dây kích từ phụ WP để tạo từ trường phụ đặt xen kẽ cực từ • Phần quay máy điện chiều luôn phần ứng, phần cảm ứng sức điện động xoay chiều bao gồm: Lõi thép; dây quấn; trục máy; phận lại khác Lõi thép phần ứng mạch từ rôto, cấu tạo từ thép KTĐ có độ dày (0,35 0,5) mm ghép lại với Chu vi mặt ngồi rơto xẻ thành rãnh đặn để đặt dây Trục rôto làm thép tốt, dùng để đỡ rôto đặt vịng bi hai đầu Ngồi phần quay cịn có cổ góp, cánh quạt làm mát Dây quấn phần ứng) mạch điện rôto, dây quấn dây đồng bọc cách điện hay dây êmay Kiểu quấn quấn rải rãnh chu vi mặt ngồi rơto Dây quấn phần ứng có cấu tạo bao gồm nhiều phần tử dây (mô - bin dây) nối tiếp tạo thành vịng khép kín Hai đầu phần tử dây nối đến phiến góp cổ góp 1.2 Đặc tính động điện chiều a Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi đặt điện áp chiều vào cuộn dây kích từ phần cảm (stato) phần cảm xuất từ thơng kích từ ΦKT(BKT) đồng thời đặt điện áp chiều vào cuộn dây phần ứng (rơto) dây quấn phần ứng xuất dịng điện Iư Khi dẫn nằm rãnh dây quấn phần ứng mang dòng điện lại nằm từ thơng nên chịu lực điện từ tác động Fđt = Bkt l Iư; lực điện từ tạo mômen điện từ kéo phần ứng quay Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiếu góp chiều dịng điện ngun làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay, dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động Eư chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải, động chiều sđđ EƯ ngược chiều dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động Khi ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư b Đặc tính động điện chiều Từ phương trình cân điện áp: U = Eư + Rư I = n + RưI n= Phương trình gọi phương trình đặc tính - điện Với động kích từ độc lập hay song song: Từ phương trình đặc tính - điện: n = Từ biểu thức mô men: M = km.Φ.Iư Thay vào đặc tính điện rút ta có: n= Được gọi phương trình đặc tính động kích từ song song Dạng đặc tính biểu diễn sau: Với động kích từ nối tiếp: Nếu mạch từ chưa bão hồ từ Φ = C.Ikt = CI; (với C hệ số), thay φ vào phương trình đặc tính - điện nhận n= gọi phương trình đặc tính điện Từ biểu thức mô men: M = kM Φ.I = kM.C.I2 Thay vào phương trình trên, ta có: n= Được gọi phương trình đặc tính động kích từ nối tiếp Dạng đặc tính điện hình sau: Với động kích từ hỗn hợp: Do động chiều kích từ hỗn hợp có hai cuộn dây kích từ song song nối tiếp, nên động chiều kích từ hỗn hợp mang đặc điểm hai động kích từ song song (khi tải nhỏ) động kích từ nối tiếp (khi tải lớn), đặc tính động kích từ hỗn hợp vừa mang dạng đặc tính động kích từ song song (khi tải nhỏ) vừa mang dạng đặc tính động kích từ nối tiếp (khi tải lớn) Dạng phương trình đặc tính động kích từ hỗn hợp n = - đặc tính điện n = - đặc tính Với: Φ = Φss + Φnt Dạng đặc tính động kích từ hỗn hợp hình sau: 1.3 Lựa chọn cấu trúc điều khiển Hệ điện hệ thống biến điện thành Điều khiển hệ điện cơ: hệ thống áp dụng kỹ thuật điều khiển tự động để biến điện thành điều khiển Cốt lõi hệ điện hệ tự động điều chỉnh truyền động điện Cấu trúc điều khiển hệ điện cơ: THĐ: tín hiệu đặt BĐ: biến đổi NL: nhiễu loạn MX: máy sản xuất R: điều khiển ĐL: đo lường Nguyên lý làm việc: Cấu trúc điều khiển vịng kín dùng điều khiển R, điều khiển R so sánh tín hiệu đặt tín hiệu phản hồi qua thiết bị đo sở sai lệch tín hiệu đưa tác động điều khiển gửi đến biến đổi Bộ biến đổi thực biến đổi điện thành lượng phù hợp với động truyền động mang thông tin điều khiển Thông tin điều khiển gửi đến động thay đổi máy sản xuất theo mong muốn Hệ thống tự động điều chỉnh đòi hỏi đại lượng điều chỉnh phải bám theo xác tín hiệu điều khiển chế độ xác lập, tựa xác lập độ Độ ổn định độ xác hai tiêu kỹ thuật quan trọng hệ thống tự động Độ xác đánh giá sở phân tích sai lệch điều chỉnh • Thời gian điều chỉnh Tđc • σmax:độ điều chỉnh lượng q điều chỉnh khơng q 10% • Sai lệch tĩnh hệ thống: Sai lệch hệ vào ổn định • Số lần dao động trước ổn định Đề tài là: Điều khiển momen trục động nên cấu trúc điều khiển chọn là: Trong đó: • RI: dùng PID Bộ điều khiển PID hay đơn giản PID kỹ thuật điều khiển trình tham gia vào hành động xử lý “ tỉ lệ, tích phân vi phân ” Nghĩa tín hiệu sai số xảy làm giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng tác động tỉ lệ, ảnh hưởng tác động tích phân làm rõ tốc độ đạt với tác động vi phân số liệu trước Điều khiển PID kiểu điều khiển có hồi tiếp vịng kín sử dụng rộng rải hệ thống điện, tự động hóa, điện tử,… • • • P: phương pháp điều chỉnh tỉ lệ, giúp tạo tín hiệu điều chỉnh tỉ lệ với sai lệch đầu vào theo thời gian lấy mẫu I: tích phân sai lệch theo thời gian lấy mẫu Điều khiển tích phân phương pháp điều chỉnh để tạo tín hiệu điều chỉnh cho độ sai lệch giảm Từ cho ta biết tổng sai số tức thời theo thời gian hay sai số tích lũy khứ Khi thời gian nhỏ thể tác động điều chỉnh tích phân mạnh, tương ứng với độ lệch nhỏ D: vi phân sai lệch Điều khiển vi phân tạo tín hiệu điều chỉnh cho tỉ lệ với tốc độ thay đổi sai lệch đầu vào Thời gian lớn phạm vi điều chỉnh vi phân mạnh, tương ứng với điều chỉnh đáp ứng với thay đổi đầu vào nhanh Về tốn học, mơ tả PID: TI Trên miền thời gian: u(t) = kP.e + kI +kD U(t) = kP.(e + + TD) Trên miền Laplace: GPID = kP + kI + kD.s GPID = kP(1 + + TD.s) • Bộ biến đổi: dùng L298 L298 IC điều khiển cầu kép tồn kì có dải điện áp hoạt động rộng xử lý dịng tải lên đến 3A IC có điện áp bão hòa thấp bảo vệ nhiệt Khơng kết nối động tiêu thụ q dịng điện 2,5A - Nguồn điện cấp cho mạch nằm khoảng từ đến 40VDC Mạch điều khiển tốc độ L298 có khả điều khiển động dc lúc IC L298 có cấu tạo gồm hai mạch cầu H transitor – Điện áp đầu vào từ – 30V – Dòng điện tối đa cho động 2A – Điện áp tín hiệu điều khiển: – 7V – Dịng u cầu tín hiệu điều khiển – 36 mA Sơ đồ chân module L298: – Chân12V Power cấp nguồn cho mạch L298 nguồn động lực cho động – Chân5V Power dùng cấp nguồn cho Arduino – Chân GND chân cấp MASS cho mạch, sử dụng vi điều khiển cần nối GND mạch với GND vi điều khiển – Chân Enable chân cho phép ngỏ động hoạt động dừng – Chân IN1, IN2 điều khiển chiều tốc độ động thông qua ngõ output A – Chân IN3, IN4 điều khiển chiều tốc độ động thông qua ngõ output B – Chân output A, output B chân ngõ động 1,2 • Đo I: dùng acs 712 Cảm biến dòng điện ACS712 IC cảm biến dịng tuyến tính dựa hiệu ứng Hall ACS xuất tín hiệu analog, Vout biến đổi tuyến tính theo thay đổi dòng điện lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC), phạm vi cho Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp Thời gian chuyển đổi 5µs Điện trở 1.2mΩ Sử dụng nguồn điện 5V Độ nhạy đầu 63 – 190 mV/A Nhiệt độ hoạt động -40 – 85 0C Điện áp cách ly tối đa 2100V (RMS) Độ nhạy loại module • ACS 712-05B (5Ampe): 180 – 190 mV/A • ACS 712-20A (20Ampe): 96 – 104 mV/A • ACS 712-30A (30Ampe): 64 – 68 mV/A Sơ đồ chân ACS712 • M: dùng động mini V2 - Đường kính trục: 2mm - Độ dài trục: 10mm - Kích thước Động cơ: 25x21mm - Động chạy ổn định 3V - Tốc độ: 3V 12.000r/min - Dòng tiêu thụ: 0.3-0.4A ... trúc điều khiển Hệ điện hệ thống biến điện thành Điều khiển hệ điện cơ: hệ thống áp dụng kỹ thuật điều khiển tự động để biến điện thành điều khiển Cốt lõi hệ điện hệ tự động điều chỉnh truyền động. .. trúc điều khiển hệ điện cơ: THĐ: tín hiệu đặt BĐ: biến đổi NL: nhiễu loạn MX: máy sản xuất R: điều khiển ĐL: đo lường Ngun lý làm việc: Cấu trúc điều khiển vịng kín dùng điều khiển R, điều khiển. .. tín hiệu đưa tác động điều khiển gửi đến biến đổi Bộ biến đổi thực biến đổi điện thành lượng phù hợp với động truyền động mang thông tin điều khiển Thông tin điều khiển gửi đến động thay đổi máy