TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ NGÀNH CÔNG NGHỆ KTĐK&TĐH CHUYÊN NGÀNH Tự động hóa và Điều khiển TBĐCN HỌC PHẦN Truyền động điện 2 Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO CHUN ĐỀ NGÀNH: CƠNG NGHỆ KTĐK&TĐH CHUYÊN NGÀNH: Tự động hóa Điều khiển TBĐCN HỌC PHẦN: Truyền động điện Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Khốt Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện: Nhóm 2/ Đào Mạnh Long Nhóm 2: Lê Đình Dũng Đỗ Hồng Quang Phạm Thái Sơn Đặng Đức Giang Đào Mạnh Long - 18810430141 Lớp: D13TĐH&ĐKTBCN2 HÀ NỘI, 11/2021 MỤC LỤC Trang Chương 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.2.1 1.2.2… 1.3 Chương 2.1… 2.1.1… 2.1.2… 2.2 Chương 3.1… 3.1.1… 3.1.2… 3.2 ……………… KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 1,Tìm hiểu tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ứng dụng Cho ví dụ minh họa Mơ kiểm nghiệm MATLAB 2, Tìm hiểu hệ T-Đ; tổng hợp mạch vòng dòng điện( bỏ qua Eu có tính đến Eu), mạch vịng tốc độ cho trường hợp tải Mc = 0; Mc = B.ω 3, Mô kiệm nghiệm lại kết ( dùng MATLAB/Simulink) , cho thông số cụ thể động 4, Phân tích cấu trúc động KĐB pha hệ tọa độ belta-alpha ứng dụng Mô kiểm nghiệm MATLAB với thông số động cho trước Chương : TỔNG QUAN VỀ TIÊU CHUẨN ĐỐI XỨNG 1.1 Tìm hiểu tiêu chuẩn đối xứng 1.1.1 Ứng dụng Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thường áp dụng để tổng hợp điều chỉnh mạch có u cầu cấp vơ sai cấp cao, áp dụng có hiệu để tổng hợp điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn 1.1.2 Hàm chuẩn Hàm chuẩn tối ưu đối xứng có dạng: Fdx(p) = 1+ τ σ s 2 3 1+ τ σ s +8 τ σ s +8 τ σ s 1.2.Ví dụ 1.2.1.Ví dụ minh họa S0 = R(s) = 80 0,01 s(1+ 0,08 s)(1+0,6 s) 1+ τ σ s τ σ s2 (1+τ σ s) S Chọn τ σ = 0,08 1+0,32 s 80 => R(s) = 0,082 s (1+ 0,08 s) = = 4096 s2 0,01 s (1+0,08 s)(1+0,6 s ) 0,01 s (1+0,6 s) 1+ 4.0,08 s (0,01 s +0,006 s2 )(1+ 0,32 s) 23 = + + s = PID 10240 2048 s 6400 4096 s 1.2.2.Kiểm nghiệm MATLAB Hình 1.1 Kiểm nghiệm kết MATLAB/Simulink Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ T-Đ 1.1 Tìm hiểu hệ T-Đ 1.1.1 Khái niệm hệ T-Đ Hệ truyền động điện tự động (TDD TĐ) tổ hợp thiết bị điện, điện tử,… phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu công tác máy sản xuất, gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng theo u cầu cơng nghệ 1.1.2 Ưu, nhược điểm Ưu điểm tác động nhanh, không gây ồn dễ tự động hóa van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất cao, điều thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động, điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính động hệ thống Nhược điểm van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ van, buộc phải dùng hai biến đổi để cung cấp điện cho động có đảo chiều quay 1.2 Đặc tính 1.2.1 Đặc tính máy sản xuất Đặc tính máy sản xuất quan hệ tốc độ quay momen cản máy sản xuất : Mc = f(ω) Đặc tính máy sản xuất đa dạng, nhiên phần lớn chúng biểu diễn dạng biểu thức tổng quát: Mc = Mco + (Mđm - Mco)( ω q ) ωđm Trong : -Mc - momen ứng với tốc độ ω -Mco - momen ứng với tốc độ ω= -Mđm - momen ứng với tốc độ định mức ωđm -Ta có trường hợp số mũ q ứng với tải: + Khi q = -1, momen tỉ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng cấu máy tiện, doa, máy dây, … (1) + Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng cấu nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải,…(2) + Khi q = 1, momen tỷ lệ bậc với tốc độ, tương ứng cấu ma sát, máy bào, máy phát chiều tải trở, …(3) +Khi q = 2, momen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng cấu máy bơm, quạt gió, máy nén,…(4) Hình 2.1 Biểu diễn đặc tính máy sản xuất Ngồi ra, số máy sản xuất có đặc tính khác : - Momen phụ thuộc vào góc quay Mc = f(φ ) momen phụ thuộc vào đường Mc = f(s) Các máy cơng tác có pittong, máy trục khơng có cáp cân có đặc tính thuộc loại - Momen phụ thuộc vào số vòng quay đường M c = f(ω , s) loại xe điện -Momen phụ thuộc vào thời gian M c = f(t) máy nghiền đá, nghiền quặng 1.2.2 Đặc tính động điện -Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay momen động : M = f(ω ¿ Hình 2.2 Biểu diễn đặc tính động điện + Động điện chiều kích từ song song hay độc lập (1) + Động điện chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (2) + Động điện xoay chiều không đồng (3) + Động đồng (4) - Phân biệt hai loại đặc tính động điện: + Đặc tính tự nhiên đặc tính có động nối theo sơ đồ bình thường, khơng sử dụng thêm thiết bị phụ trợ khác thông số nguồn động định mức + Đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh đặc tính nhận thay đổi thơng số nguồn, động nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch, sử dụng sơ đồ đặc biệt 1.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 1.3.1 Khi bỏ qua Eư Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp -Động điện chiều kích từ độc lập: Lư Wđc = Rư ; Tư = Rư 1+ sTư - Bộ biến đổi chỉnh lưu: Wcl = -Sensor: Wi = Kcl 1+ sTcl ; Kcl = U 2,34 U = U đkmax U đkmax ; Tcl = 12 f s Ki ≈ Ki 1+ sTi Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu Module Kcl Rư G(s) = Wđc Wcl = 1+ sTcl 1+ sTư Wmđ = 2 1+ τ σ s +2 τ σ s Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module => Ri(s) = G(s) τ s(1+ τ s) σ σ Chọn τ σ = Tcl (Vì Tư >> Tcl) 1 Rư Tư => Ri = = + Kcl Tcl s = Kp + Rư Kcl Kcl Tcl sTcl (1+sTcl ) Rư 1+ sTư 1+sTư = PI (Khâu tỷ lệ - tích phân ) Ti s 1.3.2 Có xét tới ảnh hưởng Eư; Mc = Sơ đồ mạch vịng Hình 2.5 Sơ đồ mạch vịng có xét tới ảnh hưởng Eu Mc = Chuyển từ nút sang nút 1, ta có sơ đồ thay : Hình 2.6 Sơ đồ thay Hình 2.7 Ảnh hưởng Eu mạch vòng dòng điện 1 1 Ru Ru Wđc Ru 1+ sTu 1+ sTu 1+ sTu L(s) = = = (KФ ) = J 1+ Wđc Tc (1+ sTu) s+1 J s Tc Ru (KФ ) 1+ 1+ Tc(1+sTu) s 1+ sTu J s (1+ sTu) J s sTc Ru = 1+ sTc+Tc Tu s *Ta có sơ đồ tổng hợp : Hình 2.8 Sơ đồ tổng hợp sTc Kcl Ru S0i = L(s) Wcl = = 1+ sTcl 1+ sTc+Tc Tu s s Tc Kcl Ru [1+(Tc+Tc Tu s) s ](1+s Tcl) Có Fmd(s) = F md 2 Ri = S i (1−F md ) 1+ τ σ s +2 τ σ s Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module ta có : 2 1+2 τ σ s+ τ σ +2 τ σ s s Tc Kcl Ri = = Ru (1− ) [1+(Tc+Tc Tu s) s](1+ sTcl) 1+2 τ σ s +2 τ σ s 1+2 τ σ s +2 τ σ s2 Tc s Kcl = τ σ s+ τ σ2 s Ru ( ) [1+(Tc+Tc Tu s) s](1+Tcl s) 1+2 τ σ s+2 τ σ s2 s Tc Kcl Ru (2 τ σ s+ τ σ2 s 2) [1+(Tc+Tc Tu s) s].(1+ sTcl) 2 (1+ s Tc+ Tc Tu s )(1+ s Tcl) (1+ sTc+Tc Tu s )(1+ sTcl) = = Kcl Kcl 2 Tc s (2 τ σ s +2 τ σ s ) Tc τ σ s (1+s τ σ ) Ru Ru Chọn τ σ = Tcl 1+ s Tc+Tc Tu s2 => Ri = Kcl Tc 2.Tcl s Ru 1.3.3 Có xét tới ảnh hưởng Eu , Mc = B.ω Hình 2.9 Sơ đồ tổng hợp mạch vịng có xét ảnh hưởng Eu Hàm truyền J s G(s) = = J s+ B 1+ B J s Chuyển nút sang nút 1, ta có sơ đồ thay : Hình 2.10 Sơ đồ thay G1(s) = Wđc = 1+ Wđc G ( KФ) Ru 1+ sTu Ru 1+ sTu Ru 1+ ( KФ) 1+ sTu J s+ B J s+ B Ru = ( KФ) ( KФ) (1+ sTu)(J s+ B)+ Ru Ru (1+ sTu)(J s+ B) J s B + Ru Ru ( KФ) B+ +( J + B Tu) s+Tu J s Ru (1+ sTu)( J s + B)+ Chia tử mẫu cho B + = = (KФ ) Ru J s+ B B Ru+(K Ф) => G1(s) = (J +B Tu) Ru Tu J Ru 1+ s+ s 2 B Ru+(K Ф) B Ru+(K Ф) Sơ đồ : Hình 2.11 Sơ đồ tổng hợp J s +B B Ru+( KФ)2 Kcl S0i(s) = Wcl G1(s) = (J +B Tu) Ru 1+ sTcl Tu J Ru 1+ s+ s2 2 B Ru+(KФ) B Ru+(KФ ) Có Fmd(s) = F md 2 Ri = S i (1−F md ) 1+ τ σ s +2 τ σ s Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module, ta có : Fmd Ri = S (1−Fmd ) = 0i J s +B B Ru+(K Ф)2 Kcl 2 (2 τ σ s+ τ σ s ) 1+ sTcl ( J + B Tu) Ru Tu J Ru 1+ s+ s2 2 B Ru+( K Ф) B Ru+( K Ф) (J +B Tu) Ru Tu J Ru s+ s2 2 B Ru+(KФ ) B Ru+( KФ) = Kcl J s +B τ σ s (1+ s τ σ ) 1+ s Tcl B Ru+(KФ )2 1+ Chọn τ σ = Tcl 1+ => Ri = (J +B Tu) Ru Tu J Ru s+ s2 2 B Ru+( K Ф) B Ru+( K Ф) Kcl Tcl J s 2+ Kcl Tcl B s B Ru+( K Ф)2 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM LẠI KẾT QUẢ 3.1 Mô matlab Chọn tham số động cơ: Để mơ mạch vịng điều chỉnh dòng điện tốc độ động điện chiều kích từ độc lập matlab, cần tính tốn thơng số hàm truyền để nhập vào khối mạch vòng Ta có: Với động điện chiều KTĐL có Udm = 220V, Idm = 18,4A, ndm = 1500v/p Hệ số moment động điện: Ce ¿ (Nm/A) U dm−I dm Ru 220−18,4.1,04 = = 0,134 n 1500 Hệ số moment với kích từ độc lập động điện: Cm = 30 C = 1,28 (Nm/A) π e GD Rd = 0,0024 (s) 375.CeCm Ld Hằng số thời gian điện từ mạch rotor: Te = Tư = = 0,044(s) Rd Hằng số thời gian điện cơ: Tm = Tc = Hệ số phản hồi âm điện áp: α = Udk/Ud = 0,045 Hàm truyền băm xung áp chiều: Wxa = Kb 22 = (Ta chọn = s +1 1,67 s+ 1,67) Hàm truyền động điện chiều kích từ độc lập: WĐ = 1 = Tm Ts s 2+ Tm s+1 0,0001 s 2+0,0024 s+1 Hình 3.1 Mơ hình mạch vòng điều chỉnh dòng điện tốc độ 3.2 Kết mô nhận xét *Kết mô phỏng: Hình 3.2 Kết mơ mạch vịng điều chỉnh động điện chiều KTĐL *Nhận xét: - Ta thấy hệ thống sử dụng điều chỉnh PI với sai số tùy chỉnh Nếu chỉnh cho tham số gần kết mơ gần với giá trị đặt (là đường thẳng tiệm cận với giá trị đặt) - Còn với giá trị tốc độ động cơ, sau khoảng thời gian đầu không ổn định, với điều chỉnh điều khiển PI, tốc độ ổn định lại có giá trị giống với giá trị định mức động Từ kết mơ phỏng, thấy tùy vào việc sử dụng điều chỉnh (P, PI, PD, PID) mà kết khác nhau, điều chỉnh giá trị gần với giá trị đặt Trong thực tế, nhờ sensor cài đặt vị trí đầu phản hồi lại với so sánh đầu vào, từ điều chỉnh tự động thay đổi tham số điều chỉnh cho phù hợp, đảm bảo giá trị tương ứng với giá trị đặt có thể, giúp động hoạt động với cơng suất