Báo cáo bài tập lớn môn mô hình hóa và mô phỏng hệ thống cơ điện tử ĐHCNHN Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ song song

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ song s.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN : MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: Hệ thống điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song Giảng viên hướng dẫn : Phan Đình Hiếu Sinh viên thực : Lớp : Cơ điện tử - K14 Nhóm : 20 Hà Nội 2021 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM I Thông tin chung Tên lớp: Cơ điện tử Khóa: K14 Tên nhóm: nhóm 20 Họ tên thành viên: 1.Trần Đình Phụng - 2019604742 2.Trần Văn Phú - 2019605985 3.Bùi Bảo Phương - 2019604976 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Hệ thống điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ nối tiếp Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Giới thiệu tổng quan ứng dụng động chiều kích từ nối tiếp hệ thống điều khiển động điện chiều - Nội dung 2: Sử dụng phương pháp phân tích vật lý để viết phương trình mơ tả động điện chiều - Nội dung 3: Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều - Nội dung 4: - Mô đánh giá đặc tính tốc độ động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều sử dụng phần mềm 20-sim Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch mơ hình sản phẩm III Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Giáo trình mơn học Cảm biến hệ thống đo, vi điều Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án khiển (nếu có): Máy tính, linh kiện dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phan Đình Hiếu Mục Lục Mục Lục Mục lục danh mục hình ảnh MỞ ĐẦU I, Chủ đề nghiên cứu II, Nội dung KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu động điện chiều 1.2 Giới thiệu tổng quan ứng dụng động chiều kích từ song song 12 1.3 Giới thiệu tổng quan ứng dụng hệ thống điều khiển động điện chiều 15 CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH MƠ TẢ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ 20 2.1 Phân tích mơ hình hệ thống động điện chiều kích từ song song 20 2.2 Phương trình mơ tả động điện chiều kích từ song song 21 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH MÔ TẢ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 23 3.1 Xây dựng biểu đồ bond graph mô tả động điện chiều kích từ song song 23 3.2 Xây dựng biểu đồ bond graph mô tả hệ thống điều khiển động điện chiều kích từ song song 27 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG PHẦN MỀM 20 – SIM 31 4.1 Mô đánh giá đặc tính tốc độ động điện chiều kích từ song song 31 4.2 Mơ đánh giá đặc tính tốc độ động điện chiều kích từ song song điều khiển hệ thống PID 35 4.3 Tổng kết 50 KẾT LUẬN 51 Tài liệu tham khảo 52 Mục lục danh mục hình ảnh Hình 1: Sơ đồ hệ thống Hình 2: Mạch điện động chiều kích từ song song Hình 3: Cấu tạo stato 10 Hình 4: Cấu tạo roto 11 Hình 5: Sơ đồ nối dây 13 Hình 6: Bộ điều khiển động BDC 16 Hình 7: Bộ điều khiển động BLDC 17 Hình 8: Bộ điều khiển động bước 17 Hình 9: Bộ điều khiển động servo 18 Hình 10: Mạch điện động chiều kích từ song song 20 Hình 11: Mạch động chiều kích từ song song 23 Hình 12: Đặt vị trí - junctions 24 Hình 13: Đặt vị trí - junctions 24 Hình 14: Gán chiều cơng suất tới tất bond mơ hình 25 Hình 15: Biểu đồ Bond graph tối giản 25 Hình 16: Quan hệ nhân biểu đồ bond graph tối giản 26 Hình 17: Biểu đồ Bond graph động điện chiều kích từ song 26 Hình 18: Thay phần tử Se phần tử MSe 28 Hình 19: Bộ điều khiển PID động điều chỉnh điện áp phần ứng 28 Hình 20: Thay phần tử R phần tử MR 29 Hình 21: Bộ điều khiển PID động điều chỉnh điện trở phần ứng 29 Hình 22: Thay phần tử R phần tử MR 30 Hình 23: Bộ điều khiển PID động điều chỉnh từ thơng kích từ 30 Hình 24:Kết mơ tốc độ động điện chiều kích từ song song khơng mang tải 32 Hình 25:Kết mơ tốc độ động điện chiều kích từ song song mang tải 33 Hình 26: So sánh đặc tính tốc độ động tải tăng dần 34 Hình 27: Xác định hệ số Kth 37 Hình 28: Xác định hệ số Tth 37 Hình 29: Kết mô điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song khơng mang tải PID 39 Hình 30: Kết mô điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song mang tải PID 40 Hình 31: Kết mô điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song mang tải PID theo phương pháp điều chỉnh điện trở phần ứng (tải 1) 403 Hình 32: Kết mô điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song mang tải PID theo phương pháp điều chỉnh từ thơng kích từ (tải 1) 404 Hình 33: Bộ điều khiển PI điều khiển tốc độ động chiều kích từ song song 405 Hình 34: Kết mơ điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song mang tải PI (tải 1) 406 Hình 35: Bộ điều khiển PD điều khiển tốc độ động chiều kích từ song song 407 Hình 36: Kết mơ điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song mang tải PD (tải 1) 408 MỞ ĐẦU I, Chủ đề nghiên cứu Phân tích, mơ tả mơ đánh giá động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều Cho cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song hình Và mạch động điện chiều hình Trong đó: R tín hiệu đặt tốc độ; 𝜃̇ vận tốc góc động cơ; u tín hiệu điều khiển động Các thông số động sau: - Điện cảm phần ứng L: 17.5 10−3 H - Điện trở phần ứng R: 0.6 Ω - Điện trở mạch kích từ: 0.4 Ω - Điện cảm kích từ L: 80 10−3 H - Hệ số cản b = 6.6 10−3 Nms/rad - Momen quán tính J= 0.166 𝑁𝑚𝑠/𝑟𝑎𝑑 - Hệ số momen K= 1.53 Hình 1: Sơ đồ hệ thống Hình 2: Mạch điện động chiều kích từ song song II, Nội dung - Nội dung 1: Giới thiệu tổng quan ứng dụng động chiều kích từ song song hệ thống điều khiển động điện chiều - Nội dung 2: Sử dụng phương pháp phân tích vật lý để viết phương trình mơ tả động điện chiều - Nội dung 3: Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều - Nội dung 4: Mô đánh giá đặc tính tốc độ động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều sử dụng phần mềm 20-sim LỜI NÓI ĐẦU Đối với kỹ sư điều khiển – tự động hóa nói riêng người nghiên cứu khoa học – kỹ thuật nói chung, mơ hình hóa, mơ cơng cụ quan trọng cho phép khảo sát đối tượng hệ thống hay trình kỹ thuật – vật lý, mà khơng thiết phải có đối tượng hay hệ thống thực Được trang bị công cụ mô có hiểu biết phương pháp mơ hình hóa, người kỹ sư có khả rút ngắn thời gian giảm chi phí nghuên cứu – phát triển sản phẩm cách đáng kể Điều đặc biệt có ý nghĩa sản phẩm hệ thống thiết bị kỹ thuật phức tạp với giá trị kinh tế lớn Động điện chiều ngày sử dụng rộng rãi sản xuất công nghiệp tính mà mang lại như: không cần nguồn xoay chiều, thực việc thay đổi tốc độ động cách dễ dàng,… Chính lý mà chúng em chọn đề tài động chiều kích từ song song làm đối tượng để mơ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu động điện chiều Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều gồm hai phần chính: Phần tĩnh (Stator) phần động (Rotor) a) Phần tĩnh Stato gọi phần cảm, lõi thép thép đúc, mặt có gắn cực từ cực từ phụ - Cực từ chính: phận tạo từ trường gồm lõi thép ép chặt, xung quanh có dây dẫn bọc cách điện Dây quấn cực từ đặt cực từ - Cực từ phụ: Làm thép khối, thân quấn dây cực từ Dây quấn cực từ phụ đặt cực từ phụ (giữa cực từ chính) - Vỏ máy: Vật liệu làm thường gang, thép Để làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy - Cơ cấu vành góp: Gồm miếng đồng ghép cách điện với - Cơ cấu chổi than: Làm than graphit đặt hộp có lị xo tì chặt lên vành góp Hình 3: Cấu tạo stato b) Phần động Rôto máy điện chiều gọi phần ứng gồm lõi thép dây quấn phần ứng - Lõi thép phần ứng: Dùng để dẫn từ, cấu tạo từ thép kỹ thuật điện dày 0,35 ÷ 0,5 mm, phủ sơn cách điện Có xẻ rãnh để đặt dây quấn - Dây quấn phần ứng: Làm dây đồng có bọc cách điện, đặt rãnh lõi thép Gồm nhiều bối dây, bối dây có vịng dây đầu nối với phiến góp Là phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua - Cồ góp: Dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành chiều Thường làm nhiều phiến đồng mỏng cách điện với mica dày 0,4 đến 1,2 mm 10 ... TỪ SONG SONG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu động điện chiều Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều. .. tích, mơ tả mô đánh giá động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều Cho cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ song song hình Và mạch động điện chiều hình Trong đó:... VÀ ỨNG DỤNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu động điện chiều 1.2 Giới thiệu tổng quan ứng dụng động chiều kích