TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐIỆN CƠ ĐỀ TÀI Điều khiển tốc độ động cơ với tín hiệu đặt là hằng số Giảng viên[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐIỆN CƠ ĐỀ TÀI: Điều khiển tốc độ động với tín hiệu đặt số Giảng viên hướng dẫn: Trần Tiến Lương Nhóm : N03 Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Trọng Huy – 83403 Ngơ Minh Long Nguyễn Việt Hồng - Hải Phòng, năm 2021 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHIỀU .7 1.1 Tổng quan động điện chiều 1.1.1Cấu trúc chung hệ truyền động điện 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện 1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc động điện chiều .10 1.2.1 Cấu tạo 10 1.2 Nguyên lý hoạt động động điện chiều .11 1.3 Phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều 12 1.3.1Điều chỉnh tốc độ phương pháp thay đổi từ thông .12 1.3.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ Rf mạch phần ứng 13 1.3.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng 14 CHƯƠNG : XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU TRÊN MATLAB SIMULINK 16 2.1 Cấu trúc điều khiển .16 2.2 Các thành phần cấu trúc 17 2.2.1 Tên thiết bị thông số kỹ thuật 17 2.2.2 Hàm truyền thiết bị .22 2.3 Sơ đồ đấu nối thiết bị hãng 23 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN MATHLAB SIMULINK VÀ MẠCH THỰC 24 3.1 Xây dựng mơ hình mathlab simulink 24 3.1.1 Sơ đồ mạch mathlab simulink .24 3.1.2 Tiến hành mô 24 3.2 Tính tốn điều khiển 27 3.2.1 Phương pháp tính điều khiển thực nghiệm 27 3.2.2 Tính tốn điều khiển PID phương pháp Ziegler-Nichols thứ hai 30 3.3 Mơ tồn hệ thống mathlab simulink 32 3.5 Đánh giá kết mô .35 3.6 Hình ảnh thực tế .35 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Cấu trúc hệ thống truyền động điện Hình Cấu tạo động điện chiều 10 Hình Nguyên lý làm việc động điện chiều .12 Hình sơ đồ thay 12 Hình Đồ thị đặc tính động điện chiều thay đổi từ thông θ 13 Hình Đồ thị đặc tính động điện chiều thay đổi điện trở phụ Rf mạch phần ứng 14 Hình Sơ đồ khối .14 Hình Đồ thị đặc tính động điện chiều thay đổi điện áp 15 Hình Sơ đồ mạch mathlab simulink 23 Hình Cài đặt thời gian lấy mẫu hệ thống 24 Hình 3 Chọn cổng COM .24 Hình Cài đặt mô hệ thống .24 Hình Đồ thị tín hiệu hàm nấc dạng chữ S 26 Hình Sơ đồ khối hệ 27 Hình Dạng đồ thị dao động điều hịa 27 Hình Đáp ứng tốc độ với điều khiển PI .30 Hình Đáp ứng tốc độ với điều khiển PID 30 Hình 10 Đáp ứng tốc độ với tín hiệu đặt sin .31 Hình 11 Đáp ứng tốc độ với tín hiệu biến thiên theo thời gian 31 Hình 12 Hình ảnh thực tế 32 DANH MỤC BẢNG Bảng Thông số kỹ thuật Arduino UNO 20 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 tốc độ động Từ trước đến nay, động chiều loại động sử dụng rộng rãi kể hệ thống yêu cầu cao Vì em giao đề tài tập lớn là: “xây dựng PID điều khiển tốc độ động với tín hiệu đặt số” Nội dung đề tài chia làm chương: Chương 1: Tổng quan hệ truyền động điện chiều Chương 2: Xây dựng mơ hình hệ truyền động điện chiều Matlab Simulink Chương 3: Mô mathlab simulink mạch thực Trong trình làm đề tài tập lơn em nhận hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu cần thiết thầy Trần Tiến Lương Trong thời gian thực đề tài cộng với kiến thức nhiều hạn chế, nên đồ án nhóm em khơng tránh khỏi thiếu sót, sai sót, nhóm em mong giúp đỡ góp ý kiến thầy cô bạn sinh viên CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHIỀU 1.1 Tổng quan động điện chiều 1.1.1Cấu trúc chung hệ truyền động điện Truyền động cho máy, dây chuyền sản xuất mà dùng lượng điện gọi truyền động điện (TĐĐ) Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu chấp hành máy sản xuất, đồng thời điều khiển dịng lượng theo u cầu công nghệ máy sảnxuất Về cấu trúc, hệ thống TĐĐ nói chung bao gồm khâu: Hình 1 Cấu trúc hệ thống truyền động điện BBĐ: Bộ biến đổi, dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành chiều ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số Các BBĐ thường dùng máy phát điện, hệ máy phát - động (hệ F-Đ), chỉnh lưu không điều khiển có điều khiển, biến tần Đ: Động điện, dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện) Các động điện thường dùng là: động xoay chiều KĐB ba pha rôto dây quấn hay lồng sóc, động điện chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ nam châm vĩnh cửu, động xoay chiều đồngbộ TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động điện đến cấu sản xuất dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) làm phù hợp tốc độ, mômen, lực Để truyền lực, dùng bánh răng, răng, trục vít, xích, đai truyền, ly hợp điện từ CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cấu làm việc, thực thao tác sản xuất công nghệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển ) ĐK: Khối điều khiển, thiết bị dùng để điều khiển biến đổi BBĐ, động điện Đ, cấu truyền lực Khối điều khiển bao gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số cơng nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các rơle, cơng tắc tơ) hay khơng có tiếp điểm (điện tử,bán dẫn) Một số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác máy tính điều khiển, vi xử lý, PLC Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi loại đồng hồ đo, cảm biến từ, cơ, quang Một hệ thống TĐĐ không thiết phải có đầy đủ khâu nêu Tuy nhiên, hệ thống TĐĐ bao gồm hai phần chính: - Phần lực: Bao gồm biến đổi động cơđiện - Phần điềukhiển Một hệ thống truyền động điện gọi hệ hở khơng có phản hồi, gọi hệ kín có phản hồi, nghĩa giá trị đại lượng đầu đưa trở lại đầu vào dạng tín hiệu để điều chỉnh lại việc điều khiển cho đại lượng đầu đạt giá trị mong muốn 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện a , Theo đặc điểm động điện - Truyền động điện chiều: Dùng động điện chiều Truyền động điện chiều sử dụng cho máy có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ mơmen, có chất lượng điều chỉnh tốt Tuy nhiên, động điện chiều có cấu tạo phức tạp giá thành cao, địi hỏi phải có nguồn chiều, trường hợp khơng có u cầu cao điều chỉnh, người ta thường chọn động KĐB để thaythế - Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động điện xoay chiều không đồng Động KĐB ba pha có ưu điểm có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên, trước hệ truyền động động KĐB lại chiếm tỷ lệ nhỏ việc điều chỉnh tốc độ động KĐB có khó khăn động điện chiều Trong năm gần đây, phát triển mạnh mẽ công nghiệp chế tạo thiết bị bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng phát triển mạnh mẽ khai thác ưu điểm mình, đặc biệt hệ có điều khiển tần số Những hệ đạt chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền động mộtchiều - Truyền động điện đồng bộ: Dùng động điện xoay chiều đồng ba pha Động điện đồng ba pha trước thường dùng cho loại truyền động không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW (các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máynghiền.v.v ) b, Theo tính điều chỉnh - Truyền động không điều chỉnh: Động quay máy sản xuất với tốc độ nhấtđịnh - Truyền có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc u cầu cơng nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen, lực kéo truyền động điều chỉnh vịtrí c, Theo thiết bị biến đổi - Hệ máy phát – động (F-Đ): Động điện chiều cấp điện từ máy phát điện chiều (bộ biến đổi máy điện) Thuộc hệ có hệ máy điệnkhuếchđại động (MĐKĐ – Đ), hệ có BBĐ máy điện khuếch đại từ trườngngang - Hệ chỉnh lưu – động (CL – Đ): Động chiều cấp điện từ chỉnh lưu (BCL) Chỉnh lưu khơng điều khiển (Điơt) hay có điều khiển(Thyristor)… 1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc động điện chiều 1.2.1 Cấu tạo Hình Cấu tạo động điện chiều Phần tĩnh: Stato luôn phần cảm Phần cảm phần nhận lượng điện chiều để tạo từ trường kích từ máy -Vỏ máy (1): Là mạch từ, dùng để dẫn từ gá lắp cực từ, ngồi vỏ máy cịn làm nhiệm vụ bảo vệ máy Vỏ làm thép đúc -Cực từ (2) thực tế gồm phần : thân cực,và mặt cực Thân cực làm thép đúc, mặt cực làm thép KTĐ Cực từ có nhiệm vụ dùng để quấn dây kích từ để tạo từ trường phần cảm gọi từ trường kích từ Trên cực từ người ta quấn dây kích từWkt -Cực từ phụ (3): Làm thép đúc, mặt cực có khe khí với rơto rộng so với cực từ Trên cực từ phụ, quấn dây kích từ phụ Wp Nó tạo từ trường phụ -Dây quấn: Là mạch điện dùng để dẫn điện, làm dây đồng bọc cách điện, dây êmay Dây quấn gồm loạisau: + Dây quấn kích từ song song (5), hay dây quấn kích từ độc lập :Wss: có nội trở lớn, số vịng dây lớn, thiết diện dây bé Wss đấu song song hay độc lập với phần ứng (rôto) + Dây quấn kích từ nối tiếp (4): Wnt có nội trở bé W nhỏ S lớn, Wnt đấu nối tiếp với phần ứng qua chổi than cổ góp điện, dịng điện qua Wnt dịng 10 + Thông số kỹ thuật: Bảng Thông số kỹ thuật Arduino UNO Chip điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào(khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V Số chân Digital 14 (of which provide PWM output) Số chân PWM Digital Số chân Analog Dòng điện DC chân I/O 20 mA Dòng điện DC chân 3.3V 50 mA Flash Memory 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by bootloader SRAM KB (ATmega328P) EEPROM KB (ATmega328P) Tốc độ thạch anh 16 MHz LED_BUILTIN 13 Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm e , Nguồn Adapter - INPUT – AC 100 -240 V 50-60hz - OUTPUT: DC 12V - 2A 20 ... lý làm việc động điện chiều .12 Hình sơ đồ thay 12 Hình Đồ thị đặc tính động điện chiều thay đổi từ thông θ 13 Hình Đồ thị đặc tính động điện chiều thay đổi điện... điện trở phụ Rf mạch phần ứng 14 Hình Sơ đồ khối .14 Hình Đồ thị đặc tính động điện chiều thay đổi điện áp 15 Hình Sơ đồ mạch mathlab simulink 23 Hình Cài đặt thời... .24 Hình Cài đặt mô hệ thống .24 Hình Đồ thị tín hiệu hàm nấc dạng chữ S 26 Hình Sơ đồ khối hệ 27 Hình Dạng đồ thị dao động điều hịa 27 Hình Đáp ứng tốc độ