Báo cáo tkmh truyền động điện tự động

    TRƯỜ NG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI PHÂN HIỆU TẠI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ   ******* BÁO CÁO TKMH Truyền Động Điện Tự  Động Sinh viên thự   c hiệ n:   Lớ   p:   Mã sinh viên:  Gv hướ  ng d ẫ n:     Lê Tiến Lợ i Tự  Động Hóa K59 5951030056 Đặng Hà Dũng  Tháng 12 năm 2021      MỤC LỤC Câu 1: Điều khiển đối tượng động chiều a Tìm bộ tham số Khai báo đối tượng điều khiển Quy trình t hợ p bộ điều khiển Mô Simulink b Tổng hợ p bộ điều khiển tốc độ  Khai báo đối tượng điều khiển Quy trình t hợ p bộ điều khiển Mô Simulink Kết quả mô phỏng: 16 c Tổng hợ p bộ điều khiển vị trí 16 Khai báo đối tượng điều khiển: 16 Quy trình t hợ p bộ điều khiển 16 Mô Simulink: 17 Kết quả mô vịng điều khiển vị trí sau thêm b ộ tiền xử  lý 23 d Kết luận 24 Kết quả mô bộ điều khiển tốc độ: 24 Kết quả mô bộ điều khiển vị trí: 25 Câu 2: Điều khiển đối tượng động không đồ ng bộ 3 pha sử  dụng biến tần 26 a Lự a chọn b ộ biến tần phổ biến để thự c điều khiển động ba pha cho m ột tốn cơng nghi ệp: điều ển áp lự c (chất lỏng) đườ ng ống, điều khiển tốc độ của băng tải 26 b Mô ph ỏng ph ần mềm Tia Portal 27 MỤC LỤC HÌNH ẢNH     Hình 1 B ộ tham số  Hình Mơ hình động cơ  Hình Đáp ứng t ốc độ của mơ hình động chưa tổng h ợ   p b ộ điều khiển3 Hình Đáp ứng tốc độ khi có tải Hình Đáp ứng dịng điện Iư có tải Mc=15 N.m 1.4s Hình B ộ điều khiển dịng điện Error! Bookmark not defined Hình Nh ậ p b ộ tham số trên simulink Hình Sơ đồ vịng điều khiển dòng điện Simulink Hình K ết qu ả mơ ph ỏng bộ điều khiển dịng điện Hình 10 Khai báo b ộ tham số trong Simulink Hình 11 Tham s ố của bộ PI Hình 12 Sơ đồ Simulink vịng điều khiển tốc độ khi chưa có bộ tiền xử lý9 Hình 13 K ết qu ả mô ph ỏng 10 Hình 14 Bi ểu đồ Bode vòng điều khiển tốc độ  12 Hình 15 Bi ểu đồ Step vong điều khiển tốc độ  13 Hình 16 Đường đặc tính sau thêm b ộ tiền x ử lý 14 Hình 17 K ết qu ả mơ ph ỏng sau 15 Hình 18 Khai báo tham s ố cho b ộ điều khiển vị trí Simulink 17 Hình 19 Khai báo tham s ố cho b ộ PI 18 Hình 20 Sơ đồ Simulink vịng điều khiển v ị trí 18 Hình 21 K ết qu ả mơ ph ỏng chưa có bộ tiền x ử lý 19 Hình 22 K ết qu ả mơ ph ỏng sau 23 Hình 23 Đáp ứng tốc độ trướ c có bộ tiền xử lý 24 Hình 24 Đáp ứng tốc độ sau thêm bộ tiền x ử lý 25 Hình 25 Đáp ứng v ị trí trướ c có bộ tiền x ử lý 25 Hình 26 Đáp ứng v ị trí sau có b ộ tiền x ử lý 26 Hình Khi giá tr ị đặt (setpoint) lớn giá trị cảm biến đưa về (input) 28 Hình 2 Khi giá tr ị đặt (setpoint) giá tr ị cảm biến đưa về (input) 29 Hình Khi giá tr ị đặt (Setpoint) nhỏ hơn giá trị cảm biến đưa về (Input) 29 Hình Khi giá tr ị đặt (Setpoint) b ằng giá tr ị cảm bi ến đưa về( input) 30     Nhận xét giáo viên …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………   TP Hồ Chí Minh, ngày Tháng Năm 2022  Giảng viên hướ ng dẫn: Đặng Hà Dũng      Câu 1: Điều khiển đối tượng động chiều a Tìm bộ tham số   Hình 1 Bộ tham số   Xây dựng mơ hình động cơ    Hình 2 Mơ hình động cơ       Đáp ứ ng tốc độ khi điện áp đâu vào 200 VDC  Hình 3 Đáp ứ ng t ốc độ của mơ hình động chưa tổ ng hợ   p bộ điề u khiể n Nhận xét: Khi đặt điện áp đầu vào 200v t ốc độ động đạt đượ c 100 Đáp ứ ng tốc độ khi tải Mc=15 N.m t ại 2s  Hình 4 Đáp ứ ng t ốc độ khi có t ải Nhận xét: Khi g ắn thêm Mc=15 N.m t ốc độ bắt đầu giảm xuống 90 t ại thời điểm Mc tác động Đáp ứng dịng điện Iư có tải Mc=15 N.m t ại 1.4s      Hình 5 Đáp ứng dịng điện Iư có tải Mc=15 N.m t ại 1.4s Nhận xét:  - Mới đầu đặt điện áp b ằng 200v dịng kho ảng 0.15s gi ảm cịn v ề 0 (vì chưa có tải) điện khởi động xấ p xỉ  80A, sau - Khi đặt Mc=15 N.m dịng điện bắt đầu tăng lên 8A thời điểm Mc tác động Khai báo đối tượng điều khiển Tìm hàm truyền đạt động với đầu vào Uư đầu Iư Coi Mc =    Ta có: T(s) =   +   Hàm truyền đạt tìm đượ c:      = (     )..( .   )      ư Hàm truyền đạt khâu biến đổi điện     đđ  =    Do chất tác động nhanh biến đổi điện → hằng số thờ i gian bộ biến đổi −  (s) điện có giá tr ị nh ỏ τ = 5.10 Xét hàm truyền đạt vòng điều khiển dòng điện   =          ~    ư  ư  (ư  ư  )    Hàm truyền đạt đối tượng điều khiển dòng điện  () = đđ   = (   )(   ư   ư ) Quy trình tổng hợ p bộ điều khiển  Sử d ụng phương pháp tối ưu module để tìm bộ PI  Chọn b ộ PI vớ i R(s) =  TiI=       ∗ (1  ∗ ) ư ư   K  pI=     .ư Nhập bộ tham số trên simulink      Hình Nhậ p bộ tham số  trên simulink Sơ đồ vòng điều khiển dòng điện Simulink  Hình Sơ đồ vịng điề u khiển dịng điệ n Simulink Mô Simulink Kết quả mô tổng hợ p bộ điều khiển dòng điện      Hình K ết  quả mơ bộ điề u khiển dịng điện Nhận xét: Đường đặc tính có h ệ số q độ overshoot=4.2% th ờ i gian xác l ậ p 2.495 ms b Tổng hợ p bộ điều khiển tốc độ  Khai báo đối tượng điều khiển Ta có hàm truyền mạch hở  của vịng điều khiển dòng điện:     ℎ  =  đđ   =   τs  1    1   = 2τs(τs  1) Vớ i PIi = +ư )   ∗ 1    ∗ = (ư     =  ư ,   =  ưư  Hàm truyền hệ kín  1     = 1  ℎ = τ   1 2τs  ~ 2τs 1 ℎ (Do số thờ i gian khâu biến đổi điện nhỏ nên ta có th ể xấ p xỉ W1 như trên)   Hàm truyền đạt vòng điều khiển tốc độ   đk= (+)       Kết quả mô phỏng: ❖ Đáp ứ ng tốc độ  ❖ Đáp ứ ng tốc độ khi mắc tải Mc=20 N.m t ại 1.04 (s) c Tổng hợ p bộ điều khiển vị trí Khai báo đối tượng điều khiển: Hàm truyền đạt vòng điều khiển tốc độ  S(s) = đ = ∗(∗∗+)  Quy trình tổng hợ p bộ điều khiển 16     Bộ PI đượ c tổng h ợp theo phương pháp tối ω  Chọn b ộ điều khiển PI: PI(s) = K  p *(1+  Chọn      ∗) a  = 3.95 K=1; T= ∗ a  ∗ τ  Ti =a ∗ T=a ∗ ∗ a ∗ τ = 2*τ*a   K P ∗∗  ∗∗ ∗   =  ưu đối xứng PI(s)=  =       ∗∗∗  (1+∗∗ ∗) Mô Simulink: - Khai báo tham s ố:  Hình 17 Khai báo tham s ố  cho bộ điề u khiể n vị trí Simulink - Khai báo tham số của bộ PI 17      Hình 18 Khai báo tham s ố  cho bộ PI - Sơ đồ Simulink vòng điều khiển vị trí: ( chưa có bộ tiền x ử a lý)   Hình 19 Sơ đồ Simulink vịng điề u khiể n vị trí Kết quả mơ vịng điều khiển vị trí ( chưa có bộ tiền xử  lý) 18      Hình 20 K ết  quả mơ chưa có bộ tiề n xử  lý - Nhận xét: →  Đường đặc tính có h ệ số  q độ cịn lớ n nên cần có bộ ti ền x ử lý để gi ảm b ớ t hệ số này - Tìm bộ tiền xử  lý: Khai báo hàm truy ền >> THAMSODC220 >> s=tf('s') s= s >> S=1/(s*(2*aw*tau*s+1)) S= -0.000395 s^2 + s  Khai báo bộ PI >> R=KpW*(1+1/(TiW*s)) R= 19     1.987 s + 1274 -0.00156 s Hàm truyền mạch hở   >> wh=R*S wh = 1.987 s + 1274 -6.163e-07 s^3 + 0.00156 s^2 >> bode(wh) grid on >> margin(wh) >> grid on Kết quả mơ Hàm truyền mạch kín >> wk=feedback(wh,1) wk = 1.987 s + 1274 20     -6.163e-07 s^3 + 0.00156 s^2 + 1.987 s + 1274 >> step(wk) >> grid on Kết quả mô Nhận xét: Hệ số quá độ còn lớ n ( 43.8%) nên cần thêm bộ tiền xử lý để giảm hệ số này   Hàm xử  lý >> wxl=1/(1.997*s + 1274) wxl = -1.997 s + 1274 >> wkxl=wxl*wk wkxl = 1.987 s + 1274 21     -1.231e-06 s^4 + 0.003901 s^3 + 5.957 s^2 + 5076 s + 1.623e06   >> step(wkxl) >> grid on - Kết quả mô phỏng: Nhận xét: Hệ số Overshoot giảm đường đặc tính chưa bám theo giá tr ị đặt Hàm xử  lý lần >> wxl1=wxl/0.000785  wxl1 = -0.001568 s + >> wkxl1=wk*wxl1 22     wkxl1 = 1.987 s + 1274  9.661e-10 s^4 + 3.062e-06 s^3 + 0.004676 s^2 + 3.985 s + 1274   >> step(wkxl1) >> grid on Kết quả mơ  Hình 21 K ết  quả mơ sau - Sơ đồ Simulink vịng điều khiển tốc độ: (sau có bộ tiền xử  lý) Kết quả mơ vịng điều khiển vị trí sau thêm b ộ tiền xử  lý 23     d Kết luận Kết quả mơ bộ điều khiển tốc độ:  Hình 22 Đáp ứ ng t ốc độ trướ c có bộ tiề n xử  lý Nhận xét: Hệ s ố  độ Overshoot cao nhiên t ốc số này cần thêm bộ tiền x ử lý độ xác lập nhanh Để gi ảm h ệ  24      Hình 23 Đáp ứ ng t ốc độ sau thêm b ộ tiề n xử  lý Nhận xét:  Sau thêm b ộ  tiền xử  lý h ệ  số  độ  Overshoot giảm (overshoot = 5.8%) t ốc độ xác lậ p nhanh ( t = 90.843 ms) Kết quả mơ bộ điều khiển vị trí:  Hình 24 Đáp ứ ng vị trí trướ c có bộ tiề n xử  lý Nhận xét: Tương tự như đường đặc tính tốc độ thì chưa thêm bộ tiền xử lý hệ  số quá độ dao động r ất cao ( overshoot = 50.8% ) v ậy cần thêm bộ tiền x ử lý để  giảm bớ t hệ số này 25      Hình 25  Đáp ứ ng vị trí sau có bộ tiề n xử  lý Nhận xét: - Sau thêm b ộ tiền x ử lý hệ số quá độ đã giảm nhiều ( overshoot = 5.7%) , - Tốc độ xác lậ p nhanh Câu 2: Điều khiển đối tượng động không đồ ng bộ 3 pha sử  dụng biến tần a Lự a chọn bộ biến tần phổ biến để thự c điều khiển động ba pha cho tốn cơng nghi ệp: điều khiển áp lự c (chất lỏng) đườ ng ống, điều ển tốc độ của băng tải - Điều khiển mức nướ c b ồn cách sử d ụng bộ PID PLC S7-1200 để  ổn định giá tr ị tần số của biến tần - T ừ  biến tần s ẽ  điều khiển động để  bơm nướ c vào bồn ổn định theo giá tr ị  cài đặt Giá tr ị feedback về cho bộ PID sẽ l t ừ m ột cảm bi ến áp su ất, c ảm bi ến sẽ tr ả v ề giá tr ị dòng điện kho ảng 4-20 mmA - T ừ giá tr ị trên ta sẽ tính tốn đượ c giá tr ị áp su ất chiều cao m ực ch ất lỏng d ựa cơng th ức P=d.h (trong d khối lượ ng riêng hay tr ọng lượ ng riêng loại lưu chất, h chi ều cao mức chất lỏng) 26     Lự a chọn thiết bị  - CPU: Module PLC S7-1500 Module AI/AQ để nhận tín hiệu analog từ c ảm biến gửi tín hiệu cho biến tần - Biến tần V20 - Động kđb pha  Sơ đồ đấu dây b Mô ph ỏng ph ần mềm Tia Portal 27     Bộ  điều khiển đượ c sử d ụng b ộ PI, tham s ố Kp Ti s ẽ  đượ c tìm bở i PLC ho ặc có th ể chọn tùy ch ỉnh b ằng tay Sau tìm đượ c bộ tham số thì ta tiến hành mơ ph ỏng Tia Portal  Hình Khi giá tr ị đặt (setpoint) lớn giá trị cảm biến đưa về  (input) 28      Hình 2 Khi giá tr ị đặt (setpoint) b ằ ng giá tr ị cảm biến đưa về  (input)  Hình Khi giá tr ị đặt (Setpoint) nh ỏ hơn giá trị cảm biến đưa về  (Input) 29      Hình Khi giá tr ị đặt (Setpoint) b ằ ng giá tr ị cảm biến đưa về ( input) Kết luận sau cùng: - B ộ  PI tìm có độ l ọt v ố nhỏ (Kp=4.6) th ờ i gian xác lập tương đối ng ắn (Ti=2s) nên đáp ứng hệ thống sẽ nhanh - Tuy nhiên ch ỉ ti ến hành mơ ph ỏng nên độ chính xác tính th ực t ế s ẽ có thể  sai lệch v ớ i ứng d ụng thiết bị thật 30