Bài toán điều khiển động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN MƠ HÌNH HỐ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Đình Hiếu Sinh viên thực hiện: Lê Đức Thắng Nguyễn Đức Thiệu Nguyễn Văn Thành Hà Nội-2023 2020605206 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Giáo viên chấm phản biện MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH BÀI BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG .8 1.1 Tổng quan hệ thống động điện chiều kích từ song song .8 1.2 Xây dụng phương trình mơ tả động điện chiều phương pháp vật lý 12 1.3 Xây dựng biểu đồ bondgraph 16 1.4 Mô đánh giá đặc tính tốc độ động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều sử dụng phần mềm 20-sim 19 BÀI BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU 28 2.1 Động điện chiều nam châm vĩnh cửu 28 2.2 Hệ thống điều khiển động điện chiều 30 2.3 Mơ hình hóa hệ thống hàm truyền phương trình khơng gian trạng thái 32 2.4 Xây dựng biểu đồ bond graph mô tả động điện chiều hệ thống điều khiển vị trí động điện chiều 33 2.5 Xây dựng hệ thống điều khiển động điện chiều .37 2.6 Mô đánh giá đặc tính vị trí động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều sử dụng phần mềm 20-sim 39 BÀI BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO TRÊN XE BUS 47 3.1 Tổng quan hệ thống 47 3.2 Phân tích vật lí hệ thống 49 3.3 Mơ đánh giá đặc tính hệ thống 51 KẾT LUẬN 61 DANH MỤC HÌNH ẢNH BÀI 1: Hình 1 Động điện chiều 12 Hình Cấu tạo động điện chiều 12 Hình Ứng dụng động điện chiều 15 Hình Cấu trúc hệ thống điều khiển góc quay động điện chiều kích từ song song 16 Hình 1.5 Sơ đồ mạch điện động điện chiều kích từ song song 16 Hình 1.6: Phân tíc sơ đồ mạch điện 17 Hình 1.7 Biểu đồ Bond Graph mô 20-sim .23 Hình 1.8 Thiết lập tham số cho hệ thống 23 Hình 1.9 Đồ thị biểu diễn dòng điện mạch phần ứng mạch kích từ .24 Hình 1.10 Đồ thị biểu diễn momen đầu vận tốc góc động 24 Hình 1.11 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng điều khiển P 25 Hình 1.12 Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển P với Kp=1 .25 Hình 1.13 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng điều khiển PI 27 Hình 1.14 Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI với Kp=10, Ti =1s 27 Hình 1.15 Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PI với Kp=10, Ti=0.1s 28 Hình 1.16 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng điều khiển PD 29 Hình 1.17 Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PD với Kp=10, Td =1s 29 Hình 1.18 Đáp ứng hệ thống sử dụng điều khiển PD với Kp=10, Td =10s .30 Hình 1.19 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng điều khiển PID 30 Hình 1.20 Đáp ứng hệ thống sử dụng PID với Kp=1, Ti =1s, Td=1s 31 Hình 1.21 Đáp ứng hệ thống sử dụng PID với Kp=10, Ti =200ms, Td=10s 31 BÀI 2: Hình 2.1: Cấu tạo động điện chiều nam châm vĩnh cửu 32 Hình 2.2: Ứng dụng động điện nam châm vĩnh cửu .34 Hình 2.3: Biểu đồ Bond Graph hệ thống điều khiển động điện chiều 41 Hình 2.4 : Quan hệ nhân phần tử hệ thống 41 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống hở 43 Hình 2.6 Nhập thơng số đầu vào cho động chiều nam châm vĩnh cửu .44 Hình 2.7 Vị trí động chưa có điều khiển .44 Hình 2.8 Biểu đồ Bond Graph với điều khiển P .45 Hình 2.9 Biểu đồ Bond Graph với điều khiển PD 46 Hình 2.10 Vị trí động Kp=1 Kd=1 47 Hình 2.11 Khảo sát vị trí động Kp=1 Kp thay đổi 47 Hình 2.12 Biều đồ Bond Graph với điều khiển PI 48 Hình 2.13 Vị trí động với Kp=1 Ki =1 48 Hình 2.14 Khảo sát vị trí động với Kp=1 Ki thay đổi 49 Hình 2.15 Biểu đồ Bond Graph với điều khiển PID 49 Hình 2.16 Vị trí động với Kp=1, Kd=1, Ki=1 50 BÀI 3: Hình 3.1.Cấu tạo hệ thống treo thực tế .51 Hình 3.2 Mơ hình hệ thống treo xe bus 53 Hình 3.3.Phân tích lực tác động vào thân xe 54 Hình 3.4.Phân tích lực tác động vào hệ treo 54 Hình 0.5.Cấu trúc hệ thống treo xe bus 56 Hình 0.6.Biểu đồ bond graph hệ thống treo xe bus .57 Hình 0.7.Biểu đồ bond graph tối giản hệ thống treo xe bus 57 Hình 0.8.Biểu đồ band graph cho hệ hở 58 Hình 0.9.Biểu đồ band graph cho hệ kín 58 Hình 0.10.Các thơng số hệ hở 59 Hình 0.11.Biên độ giao động xe chưa có điều khiển 60 Hình 0.12 Sơ đồ điều khiển vịng kín hồi tiếp âm 60 Hình 0.12.Các thơng số ban đầu hệ điều khiển vịng kín 61 Hình 0.13.Biên độ giao động chưa hiệu chỉnh hệ số điều khiển 61 Hình 0.14.Biên độ giao động thay đổi giá trị T 62 d Hình 0.15.Biên độ giao động thay đổi giá trị Kp 62 Hình 0.16.Biên độ giao động thay đổi giá trị T 63 i Hình 0.17 Biên độ giao động thay đổi giá trị Kp, Ki, Kd .64 BÀI BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 1.1 Tổng quan hệ thống động điện chiều kích từ song song 1.1.1 Giới thiệu chung động điện chiều Động điện chiều loại máy điện biến điện dòng chiều thành Ở động chiều từ trường từ trường không đổi Để tạo từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu nam châm điện cung cấp dịng điện chiều Hình 1.1 Động điện chiều Công suất lớn máy điện chiều vào khoảng 5-10 MW Hiện tượng tia lửa cổ góp hạn chế tăng cơng suất máy điện chiều Cấp điện áp máy chiều thường 120V, 240V, 500V lớn 1000V Khơng thể tăng điện áp lên điện áp giới hạn phiến góp 35V  Cấu tạo động điện chiều Hình 1 Cấu tạo động điện chiều Gồm có phận sau: - Stator: Thơng thường tạo thành từ hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, có nam châm điện - Rotor: Chính phần lõi có quấn cuộn dây nhằm mục đích tạo thành nam châm điện - Chổi than (cịn gọi brushes): Có nhiệm vụ tiếp xúc tiếp điện cho phận cổ góp - Cổ góp (cịn gọi commutator): Có nhiệm vụ tiếp xúc chia điện cho cuộn dây phần rotor Số lượng điểm tiếp xúc thông thường phải tương ứng với số cuộn có rotor  Nguyên lí hoạt động động điện chiều Stato động điện chiều thường nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, (có thể dùng nam châm điện), cịn rotor có cuộn dây quấn, chúng nối với nguồn điện chiều Còn phận chỉnh lưu có nhiệm vụ làm đổi chiều dòng điện chuyển động quay rotor chuyển động liên tục Thông thường phận bao gồm có cổ góp chổi than mắc tiếp xúc với cổ góp Nếu trục quay động điện chiều kéo lực từ bên ngoài, động hoạt động tương tự máy phát điện chiều để tạo sức điện động cảm ứng có tên Electromotive force (EMF) Trong q trình vận hành bình thường, rotor quay phát điện áp (cịn gọi sức phản điện động) có tên counter - EMF (CEMF) gọi sức điện động đối kháng Sức điện động hoạt động tương tự sức điện động phát động sử dụng giống máy phát điện Khi đó, điện áp đặt động bao gồm thành phần là: sức phản điện động với điện áp giáng tạo điện trở bên cuộn dây phần ứng - I Dòng điện chạy qua động lúc tính theo biểu thức sau: V nguon V phandiendong R phanung ... độ động điện chiều hệ thống điều khiển động điện chiều sử dụng phần mềm 20-sim 19 BÀI BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU 28 2.1 Động điện chiều nam châm. .. 31 BÀI 2: Hình 2.1: Cấu tạo động điện chiều nam châm vĩnh cửu 32 Hình 2.2: Ứng dụng động điện nam châm vĩnh cửu .34 Hình 2.3: Biểu đồ Bond Graph hệ thống điều khiển động điện chiều. .. điện chiều hệ thống điều khiển vị trí động điện chiều 33 2.5 Xây dựng hệ thống điều khiển động điện chiều .37 2.6 Mô đánh giá đặc tính vị trí động điện chiều hệ thống điều khiển động