Chương trình mô phỏng hệ truyền động chính máy bào giường hệ f đ trên matlab

Lời mở đầu Hiện nay kỹ thuật điện - điện tử – tin học đang có sự phát triển rất mạnh mẽ cả về mặt lý thuyết lẫn thực tế trong lĩnh vực truyền động điện tự động.. Trớc hết phải kể đến sự

Lời mở đầu

Hiện nay kỹ thuật điện - điện tử – tin học đang có sự phát triển rất mạnh

mẽ cả về mặt lý thuyết lẫn thực tế trong lĩnh vực truyền động điện tự động Trớc hết phải kể đến sự ra đời và ngày càng hoàn thiện các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thớc gọn nhẹ, độ tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các mạch điều khiển dùng vi mạch điện tử, vi xử lý Các hệ truyền động điện tự

động ngày nay thờng dùng nguyên tắc điều khiển vectơ cho các động cơ xoay chiều Phần lớn các mạch điều khiển này dùng kỹ thuật số với chơng trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển, vì vậy làm tăng độ tác động nhanh và độ chính xác cao cho hệ truyền động Tuy nhiên việc tiến hành bằng mô hình thực vẫn đang là vấn đề khó khăn

Trang bị điện _điện tử máy gia công kim loại đề cập tới phần điện_điện tử máy gia công kim loại Đây là loại máy chủ yếu và quạn trọng trong công

nghiệp nặng của nền kinh tế nớc ta Trang bị điện máy bào giờng giúp ngòi kĩ s

có kiến thức về điều khiển tịnh tiến có chu kì của vật thể có quán tính lớn Mô phỏng chuyển động chính của máy bào giờng là cơ sở để chúng ta biết đợc dạng chuyển động và để điều chỉnh tốc độ bàn máy Để thực hiện việc mô phỏng này

ta sử dụng phần mềm Matlab & Simulink

2

-Chơng1.Giới thiệu máy bào giờng

Máy bào giờng là máy có thể gia công các chi tiêt lớn, chiều dài bàn có thể từ 1.5 đến 2.5m

Hình1-1: Dạng bên ngoài máy bào giờng

1.chi tiết đợc gia công 2.bàn máy

3.dao cắt 4.bàn daođứng 5.xà ngang Đồ thị tôc độ của bàn máy, đây là dạng đồ thị thờng gặp

Chong2 Giới thiệu động cơ điện một chiều 2.1 Phơng trình cân bằng điện áp

E dt

di L

I

R

Trong đó: U- điện áp phần ứng

u

R - điện trở mạch phần ứng

u

I - dòng điện mạch phần ứng

u

L - điện cảm mạch phần ứng

E - sức điện động phần ứng

φω

π ω

2

a

pN K

E= = (1)

Với p- số đôi cặp từ chính

N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a- số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

K- hệ số cấu tạo của động cơ

φ- từ thông kích từ dới một cực từ

ω-tốc độ quay của động cơ

Chuyển sang Laplace ta đợc:

u u

u u u

u

T p

R E U

I

E I pL I

R

U

1

/ 1 ) (

+

−

=

⇒

+ +

=

(2)

Trong đó

u

u u

R

L

T = :hằng số thời gian điện từ mạch phần ứng

2.2 Phơng trình mômen điện từ của động cơ

M dt =KφI u (3)

dt

M :Mômen điện từ của động cơ

2.3 Phơng trình cơ học của động cơ

=

M

dt

d J

+ (4)

c

M : Mômen cản của động cơ

J: Mômen quán tính của động cơ

Chuyển sang laplace ta đợc:

ω

Jp

M

4

-Jp

M

=

ω

Từ các phơng trình (1)(2)(3)(4)(5) ta có sơ đồ cấu trúc động cơ điện môt chiều:

Hình 3: Sơ đồ cấu trúc đông cơ điên một chiều

Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Đặt: T si =T i +T dk +T v

⇒ S0i =

) 1

)(

1 (

/ 1

p pT p

T

R K K

u si

u i cl

+ + Bỏ qua ảnh hởng của sức điện động E ta có mạch

vòng dòng điện nh hình

Hình4: Mạch vòng dòng điện động cơ điện một chiều

Trong đó :

) 1 )(

1

K

v dk

cl

+ +

cl

K : Hệ số khuếch đại chỉnh lu

dk

T : Hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lu

v

T : Hằng số thời gian của sự chuyển mạch chỉnh lu

p T

K

i

i

+

1 :Hàm truyền của cảm bién dòng điện

i

K :Hệ số khuếch đại của cảm biến dòng điện

i

T : Hằng số thời gian của cảm biến dòng điện Thu gọn ta đợc sơ đồ nh hình vẽ:

u

u

pT

R

+

1

/ 1

φ

K

Jp

1

φ

K

d

c

M

E

−

i

R (1 T .p K)(1 T .p)

v dk

cl

+

R

u

u

1

/

1

+

p Ti

K i

1+

id

i

U

−

Trong ủoự S0i laứ haứm truyeàn cuỷa ủoỏi tửụùng

Hình 6 : Sơ đồ thu gọn của mạch vòng dòng điện

=

i

S0

) 1 )(

1 )(

1 )(

1 (

/ 1

p T p T p T p T

R K K

u i

v dk

u i cl

+ +

+ +

Vì T dk;T v;T i là các hằng số thời gian rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua các thành phần bậc cao

⇒ S0i =

/ 1

p T p T T T

R K K

u i

v dk

u i cl

+ +

+ +

Aựp dụng tiêu chuẩn môdul tối u ta có hàm truyền của hệ thống:

F MC = 2 2

2 2

1

1

p

σ τ

τ + +

Mà F K =F MC =

i i

i i

S R

S R

0

0

1 +

⇒ R i =

) 1 (

1

1

Mi

i F S

Thay vào ta có:

=

i

R

) 1

( 2

) 1

)(

1 (

p p

K K

pT pT

R

i cl

u si

u

σ

σ τ

+ +

Chọn τ σ =T si ta cóbộ điều chỉnh dòng:

=

i

R







 +

u si

i cl

u u

pT T

K K

T

1

⇒ R i là khâu tỉ lệ tích phân PI

Tổng hợp mạch vòng tốc độ

Từ kết quả vừa xác định ta có hàm truyền của mạch vòng dòng điện

F MC = 2 2

2 2

1

1

p T p

+

Vì T si << nên ta có thể bỏ qua các thành phần bậc cao

⇒F MC =

p

T si

2 1

1

+

Ta có sơ đồ mạch vòng tốc độ:

i

R S0i

id

_

6

Hình 7: Sơ đồ mạch vòng tốc độ động cơ một chiều

=

c

)

(

.

φ

K

J

R u :Hằng số thời gian cơ học của động cơ

p

T

K

ω

ω

+

1 :Hàm truyền của máy phát tốc

ω

K :Hệ số khuếch đại của máy phát tốc

ω

T : Hằng số thời gian của máy phát tốc

-Sơ đồ thu gọn:

Hình 8: Sơ đồ thu gọn mạch vòng tốc độ Trong đó:

ω

0

S =K (K )T p.(K1 .2Ru T p)(1 T p)

si c

ω

Vì T sivaứ Tω<< nên ta có thể bỏ qua các thành phần bậc cao:

⇒S0ω=K K T p[ T T p]

R K

si c

i

u

) 2

( 1 )

ω

Đặt T sω=2T si+ Tω ta có:

ω

0

S =K (K )T K p R(1 T p)

s c

ω

Aựp dụng tiêu chuẩn môdul tối u ta có:

F MC=1 2 2 2 2

1

p

σ τ

τ + +

Mà F MC=

ω ω

ω ω

0

0

1 R S

S R

+

⇒Rω= ( 11 1)

MC

F

S ω

Thay vào ta đợc:

ω

R

pT

K

ω

ω

+

1

d

ω

i

U

−

p

T si

2 1

1

1

p T K

R

c

u

φ

ω

d

Uω

_

ω

Rω=K K(R K. 2)T p p((11 T p p))

u

s c

i

σ σ

ω

ω

τ τ

φ

+ +

Chọn τ σ =T sω ta có:

Rω=

ω ω

φ

s u

c i

T R K

T K K

2

) (

⇒Rω là khâu tỉ lệ P

Chơng 3 Mô phỏng bằng Matlab truyền động chính của máy bào

giờng hệ truyền động F-Đ

3.1 Lựa chọn tham số

Các thông số:

-Công suất định mức : P đm = 12 (KW) -Điện áp định mức phần ứng: U đm = 220(V) -Tốc độ quay định mức : n đm = 1200(v/ph) -Điện cảm phần ứng :Lu = 0,2 (H)

-Hiệu suất của động cơ :η đm = 95%

-Hằng số thời gian máy biến dòng :Ti = 0,002 (s) -Hằng số thời gian của bộ chỉnh lu :TV = 0,0025(s) -Hằng số thời gian của chuyển mạch điều khiển :T đk =0,0001(s) -Hằng số thời gian máy phát tốc :Tω = 0,001 (s)

-Mômen quán tính của động cơ : J = 2,5 (kg/m2)

3.2 Tính chọn bộ điều khiển dòng điện và tốc độ

Tốc độ góc của rôto:

) / ( 65 , 125 55

,

9

1200

55 , 9

s rad

n

=

=

=

ω

Mômen định mức :

8

-dm

dm

dm

P

M

ω

=

=

65

,

125

12000

=95,5(Nm)

Dòng điện định mức :

dm

dm

dm

U

P

= 54 , 54

220

12000 = (A)

dm

dm

I

M

⇒ φ

= 1 , 75

54 ,

54

5 ,

95 =

Điện trở phần ứng :

dm

dm dm u

I

U

R = 0 , 5 ( 1 − η ).

54 , 54

220 )

95

,

0

1

.(

5

,

Hằng số thời gian phần ứng:

u

u

u

R

L

= 2 ( )

1

,

0

2

,

0

s

=

Hằng số cơ học của động cơ:

2

)

(Kφ

JR

c =

= 0 , 82 ( )

75

,

1

1

,

0

.

5

,

2

Hệ số khuếch đại chỉnh lu của động cơ: Chọn U dk =10 V( )

22

=

=

⇒

dk

dm

cl U

U

K

Hệ số khuêch đại của biến dòng:

Chọn U id =7 V( )

128 , 0 54 , 54

7 =

=

=

⇒

dm

id

i

I

U

K

Hệ số khuêch đại của may phát tốc:

Chọn Uωd =10 V( )

08 , 0 65 , 125

10 =

=

=

⇒

ωω

ω d

U

K

=

si

T T dk +T i+T v = 0 , 0046 (s)

) ( 0102 , 0

Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện là:

=

i

R







 +

u si

i

cl

u

u

pT T

K

K

T

1 2











 +

=

P

2

1 1 0046 , 0 128

,

0

.

22

.

2

2

1

,

0











 +

=

P

2

1 1 72

,

7

Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ:

Rω=

ω ω

φ

s u

c i

T R K

T K K

2

) (

2745 0102

, 0

.

1

,

0

.

08

,

0

.

2

2 75

,

1

.

128

,

=

3.3 Viết chơng trình nội suy tốc độ đặt của máy bào giờng trong M-file

t=[];y=[];

y(1)=0;t(1)=0;k=1;

dt=0.01;dy=0.01;

while (t(k)<1|y(k)<1)

F=y(k)-t(k);

if F>0

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

10 else

y(k+1)=y(k)+dy;

t(k+1)=t(k);

end

k=k+1;

end

while (t(k)<1.5)

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

k=k+1;

end

while (t(k)<2|y(k)<3)

F=0.5*(y(k)-1)-2*(t(k)-1.5);

if F>0

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

else

y(k+1)=y(k)+dy;

t(k+1)=t(k);

end

k=k+1;

end

while (t(k)<3.5)

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

k=k+1;

end

while (t(k)<4|y(k)>1)

F=0.5*(y(k)-3)+2*(t(k)-3.5);

if F>0

y(k+1)=y(k)-dy;

t(k+1)=t(k);

else

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

end

k=k+1;

end

while(t(k)<4.5)

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

k=k+1;

end

while(t(k)<6|y(k)>-5)

F=1.5*(y(k)-1)+6*(t(k)-4.5)

if F>0

y(k+1)=y(k)-dy;

t(k+1)=t(k);

else

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

end

k=k+1;

end

while (t(k)<7)

12 y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

k=k+1;

end

while (t(k)<7.5|y(k)<-1)

F=0.5*(y(k)+5)-4*(t(k)-7);

if F>0

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

else

y(k+1)=y(k)+dt;

t(k+1)=t(k);

end

k=k+1;

end

while (t(k)<8.5)

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

k=k+1;

end

while (t(k)<9|y(k)<0)

F=0.5*(y(k)+1)-(t(k)-8.5);

if F>0

y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;

else

y(k+1)=y(k)+dy;

t(k+1)=t(k);

end

k=k+1;

end

plot(t,y);

grid;

A=[t;y];

save tinhieu.mat A;

- Dạng tín hiệu đặt:

14

-Hình 9: dạng tín hiệu đặt

3.4 Sơ đồ mô phỏng tốc độ và đặc tính ra

-Sơ đồ mô phỏng tốc độ

Hình 10: Sơ đồ mô phỏng mạch vòng tốc độ

Các đặc tính ra :

Hình 11: Dạng tín hiệu tốc độ ra lấy trên Scope

Hình12 : Dạng tín hiệu phản hồi lấy trên Scope2