(Luận văn) nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KÝ THUẬT CƠNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ BÍCH NGA lu an n va p ie gh tn to NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG TRONG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC d oa nl w Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: ll u nf va an lu KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA m oi PGS.TS VÕ QUANG LẠP z at nh PHÒNG ĐÀO TẠO z m co l gm @ an Lu THÁI NGUYÊN 2018 n va ac th si ii LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Thị Bích Nga học viên lớp cao học khóa 18 chun ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác khoa Điện - Trường Cao đẳng nghề số - BQP Xin cam đoan: Đề tài “ Nâng cao chất lượng hệ chuyển động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán” hướng dẫn PGS - TS Võ Quang Lạp cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo ghi danh mục tham khảo, không sử dụng tài lệu khác mà không ghi danh mục lu an Tôi xin cam đoan tất nội dung luân văn đề n va cương yêu cầu giáo viên hướng dẫn Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách p ie gh tn to nhiệm d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si iii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy PGS - TS Võ Quang Lạp, luận văn với đề tài “Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyền động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán” hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PGS - TS Võ Quang Lạp tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Khoa sau đại học, thầy giáo, cô giáo khoa Điện - Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập lu an trình nghiên cứu thực luận văn n va Tồn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình quan tâm động viên, giúp đỡ ie gh tn to suốt trình học tập p Tác giả d oa nl w lu ll u nf va an Nguyễn Thị Bích Nga oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI ix MỞ ĐẦU lu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG an DỤNG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN va n 1.1 Ứng dụng hệ truyền động nhiều động máy sản xuất tn to 1.2 Đặc tính phụ tải hệ truyền động nhiều động ie gh 1.2.1 Đặc tính phụ tải máy gia công kim loại p 1.2.2 Đặc tính phụ tải chuyển động trục cán dây chuyền cán liên tục nl w 1.3 Phân tích chọn phương án truyền động cho cho hệ truyền động cán nóng oa thơ d 1.3.1 Hệ truyền động máy phát - động điện chiều (F - Đ) lu va an 1.3.2 Hệ truyền động chỉnh lưu Thysistor - động điện chiều (T - Đ) 10 u nf 1.3.3 Hệ thống truyền động vecto biến tần – động không đồng (BT - ĐKĐB) 11 ll 1.4 Kết luận chương 12 m oi CHƯƠNG II: TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG z at nh CHO TRUYỀN ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ 13 2.1 Xây dựng hệ truyền động cho dây chuyền cán thô 13 z gm @ 2.2 Tổng hợp hệ truyền động BT - ĐKĐB cho hệ truyền động dây chuyền cán thô 14 l 2.2.1 Mô tả động KĐB ba pha dạng đại lượng vector không gian 14 m co 2.2.2 Các phương pháp biến đổi đại lượng điện động KĐB từ hệ tọa độ an Lu vectơ không gian (a,b,c) hệ tọa độ khác 16 n va ac th si v 2.2.3 Sự biến đổi lượng mômen điện từ 16 2.2.4 Xây dựng mơ hình tốn học cho động không đồng 18 2.2.5 Cơ sở để định hướng từ thông hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) 21 2.2.6 Tổng hợp hệ truyền động BT - ĐKĐB 25 2.2.7 Mô hệ truyền động 28 2.3 Kết luận chương 31 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH LỰC CĂNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ 32 3.1 Đặt vấn đề 32 3.2 Xây dựng hệ điều khiển ổn định lực căng với RT dùng PID tuyến tính 32 lu an 3.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ ổn định lực căng 32 va 3.2.2 Tởng hợp mạch vịng 33 n tn to 3.2.3 Mô hệ ổn định lực căng 34 gh 3.3 Nâng cao chất lượng hệ điều khiển ổn định lực căng hệ điều khiển chuyển p ie động dây chuyền cán thô 38 w 3.3.1 Tổng hợp hệ thống sử dụng điều khiển mờ thích nghi 39 oa nl 3.3.2 Thiết kế điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu song song 47 d 3.4 Kết luận chương 67 an lu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 u nf va TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC I 71 ll oi m CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB z at nh TỪ HỆ TỌA ĐỘ CỦA VECTƠ KHÔNG GIAN(a,b,c) VỀ CÁC HỆ TỌA ĐỘ KHÁC 71 z PHỤ LỤC 81 @ gm TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ 81 l PHỤ LỤC 86 m co TÍNH TOÁN CÁC THỐNG SỐ 86 an Lu n va ac th si vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang lu an n va Đặc tính phụ tải máy gia cơng kim loại Hình 1.2 Mơ hình cán liên tục Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng tốc độ ở chế độ cán thơ Hình 1.4 Đặc tính phụ tải q trình cán thơ Hình 1.5 Sơ đồ ngun lý điều chỉnh đồng tốc độ ở chế độ cán tinh Hình 1.6 Đặc tính phụ tải q trình cán tinh Hình 1.7 Sơ đồ cơng nghệ máy cán nối cứng trục Hình 1.8 Sơ đồ nối cứng trục Hình 1.9 Đặc tính phụ tải nối cứng trục cán với hai động Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mơmen hai động Hình 1.11 Hệ truyền động F - Đ 10 Hình 1.12 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động 10 ie gh tn to Hình 1.1 p Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động KĐB thiết 11 bị biến tần Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng tốc độ chế độ cán Hình 2.1 oa nl w Hình 1.13 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý dây quấn động không đồng Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc chi tiết động khơng đồng 20 Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc tổng hợp động không đồng 21 13 d thô dùng BT - ĐKĐB lu ll u nf va an 14 m 22 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động không đồng 24 @ thiết bị biến tần z Sơ đồ cấu trúc chi tiết hệ thống TĐĐ sử dụngbiến tần gm động KĐB 25 m co l Hình 2.7 (d,q) z at nh Hình 2.6 Định hướng từ thông hệ tọa độ tựa theo từ thơng roto oi Hình 2.5 an Lu n va ac th si vii Sơ đồ cấu trúc đơn giản hố hệ thống truyền động điện sử Hình 2.8a 26 dụng biến tần động không đồng Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ thống điện sử dụng biến tần Hình 2.8b 27 động không đồng lu an n va Sơ đồ cấu trúc hệ thống 28 Hình 2.10 Sơ đồ mơ cấu trúc hệ thống Matlab Simulink 29 Hình 2.11 Đáp ứng tốc độ đầu hệ thống 30 Hình 2.12 Đáp ứng dịng điện đầu hệ thống 30 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ truyền động lực căng 32 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ ởn định lực căng 33 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh lực căng 34 Hình 3.4 Sơ đồ mô hệ điều khiển điều khiển PID 35 Hình 3.5 Quan hệ giữa Δφ ω 38 Hình 3.6 Sơ đồ khối chức điều khiển mờ 39 Sơ đồ điều khiển mờ động 40 Hình 3.8 Điều chỉnh hệ số khuếch đại 41 Hình 3.9 Bộ điều khiển theo mơ hình mẫu 41 Bộ điều khiển tự chỉnh 42 ie gh tn to Hình 2.9 p Hình 3.7 d oa lu Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu 43 va an Hình 3.11 nl w Hình 3.10 Sơ đồ khối MRAS dựa lý thuyến Lyapunov cho đối tượng 44 ll bậc u nf Hình 3.12 45 Hình 3.14 Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 46 Hình 3.15 Điều khiển thích nghi có mơ hình theo dõi 47 Hình 3.16 Cấu trúc hệ điều khiển mờ hai đầu vào Hình 3.17 Định nghĩa hàm liên thuộc cho biến vào 48 Hình 3.18 Luật hợp thành tuyến tính 48 Hình 3.19 Quan hệ vào luật hợp thành tuyến tính oi Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp l m Hình 3.13 z at nh z gm @ 47 m co 50 an Lu n va ac th si viii Hình 3.20 Sự hình thành suy luận từ luật hợp thành 50 Hình 3.21 Các vùng ô suy luận 51 Hình 3.22 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu K 55 Hình 3.23 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu 55 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đàu hệ số tích phân Hình 3.24 56 sai lệch đầu vào Hình 3.25 Sơ đồ khối mờ 57 Hình 3.26 Các luật hợp thành 61 Hình 3.27 Quan hệ vào điều khiển mờ 62 lu Sơ đồ mô so sánh chất lượng điều khiển PID an Hình 3.28 n va Các tín hiệu đầu tương ứng với giá trị khác vị 64 trí đặt đầu vào φđặt = 6V tn to Hình 3.29 gh Sai lệch tốc độ giữa điều khiển mờ thích nghi điều ie Hình 3.30 66 khiểnPID p Hệ tọa độ vectơ khong gian (a,b,c) hệ tọa độ cố định 70 stator (α,β) oa nl w Hình P1.1 62 điều khiển mờ thích nghi Hệ tọa độ cố định stator (,) hệ tọa độ cố định d 72 lu Hình P1.2 va an rotor (x,y) u nf Biểu diễn vector dòng điện rotor hệ tọa độ cố định stator Hình P1.3 73 ll (,) hệ tọa độ cố định rotor (x,y) m oi Biểu diễn vector dòng điện stator hệ tọa độ cố định stator 75 z at nh Hình P1.4 (,) hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện Hình P2.2 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh tốc độ Hình P2.3 Sơ đồ khối mạch vịng điều chỉnh tốc độ 80 z Hình P2.1 gm @ 82 83 m co l an Lu n va ac th si ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI PID : Proportional Integral Derivative (bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân, đạo hàm) T-Đ : Hệ truyền động Thysistor - động điện chiều FT : Máy phát tốc F-Đ : Hệ truyền động máy phát - động điện chiều BT - ĐKĐB : Hệ thống truyền động vecto biến tần – động không đồng BT : Biến tần KĐB : Không đồng MRAFC : Model Reference Adaptive Fuzzy Controller (bộ điều khiển mờ thích nghi lu an theo mơ hình mẫu) : Fuzzy Logic Control (hệ logic mờ ) n va FLC p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỞ ĐẦU Trong thực tế, nhiều máy sản xuất có yêu cầu chuyển động công suất lớn hoặc những yêu cầu cơng nghệ chuyển động máy sản xuất người ta thường dùng điều khiển chuyển động nhiều động Những chuyển động làm việc điều chỉnh tốc độ cơng suất khơng đởi mô men thay đổi hoặc điều chỉnh tốc độ cơng suất thay đởi mơ men khơng đởi hay có trường hợp q trình làm việc tốc độ không đổi mô men thay đổi Với những điều kiện cụ thể máy sản xuất chuyển động nhiều động yêu cầu cần thiết lu an Từ những yêu cầu trên, đề tài luân văn nghiên cứu chọn n va hướng chuyển động nhiều động thích hợp để khảo sát tính toán, đồng tn to thời nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động Với cách đặt vấn gh đề nên đề tài luận văn chọn là: ”Nâng cao chất lượng hệ điều p ie khiển chuyển động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán ” w Nội dung luận văn chia làm chương: động trục cán d oa nl Chương 1: Tổng quan hệ truyền động nhiều động ứng dụng chuyển lu va an Chương 2: Tổng hợp hệ truyền động nhiều động ứng dụng cho truyền u nf động dây chuyền cán thô ll Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển ổn định lực căng hệ điều khiển z at nh Kết luận kiến nghị oi m chuyển động dây chuyền cán thô năm 2018 tháng z Thái Nguyên, ngày m co l gm @ Tác giả luận văn an Lu Nguyễn Thị Bích Nga n va ac th si 74 P1.2.Quy đổi đại lượng điện của động không đồng ba pha từ hệ tọa độ cố định rotor (x,y) hệ tọa độ cố định stator (,) Từ mơ hình mạch động khơng đồng ba pha hệ tọa độ cố định stator (, ), ta nhận thấy từng cặp (u1 , u1); (u2x , u2y); (i1 , i1); (i2x , i2y) xem tọa độ vector không gian u1 , u , i1 , i hệ tọa độ (, ) (x, y) Bằng cách ta quy đởi đại lượng sang cỏc ta khỏc cố định stato lu an n va y i2 gh tn to i2 cố định roto (quay roto) x p ie i2y nl w i2x oa  i2 d va an lu  u nf Hình P1.3: Biểu diễn vector dịng điện rotor hệ tọa đợ cớ định ll stator (,) hệ tọa độ cố định rotor (x,y) oi m z at nh Bây ta thực quy đởi vector dịng điện dây quấn rotor từ hệ tọa độ cố định rotor (x, y) hệ tọa độ cố định stator (, ) Ta có: (P1-10) an Lu Ngược lại ta có: m co  sin   cos  l cos C2   sin  gm Ma trận biến đổi là: (P1-9) @  sin   i2 x    cos  i2 y  z i2  cos i       sin  n va ac th si 75 i2 x  cos i     y   sin i sin  i2  1  2  i   C2 i   cos      2  (P1-11) Khi hệ (P1-7) trở thành: u1  ( R1  pL1 ).i1  pLm i2 u1  ( R1  pL1 ).i1  pLm i2  (P1-12) u2 x  pLm (cos i1  sin i1 )  R2 i2 x  pL2 (cos i2  sin i2  ) u2 y  pLm ( sin i1  cos i1 )  R2 i2 y  pL2 ( sin i2  cos i2  ) Tương tự, vector điện áp rotor quy đổi theo công thức: lu u 2  u x   C u   2  2  u y  (P1-13) an va n Thay u2x, u2y từ hệ (P1-11) vào (P1-12) thay ký hiệu p đạo hàm tn to d/dt Sau biến đởi ta nhận hệ phương trình cân điện áp (P1-14) u1  ( R1  pL1 ).i1  pLm i2  p ie gh u1  ( R1  pL1 ).i1  pLm i2 u2  pLm i1  .Lm i1  ( R2  pL2 ).i2  .L2 i2  nl w (P1-14) d oa u2   .Lm i1  pLm i1  .L2 i2  ( R2  pL2 ).i2  an lu Trong  = d/dt tốc độ góc rotor (rad/s) u nf va Viết dạng ma trận là: ll u1   R1  pL1 pLm  i1  u    i  R1  pL1 pLm  1      1  u 2   pLm  i2  Lm R2  pL2 L2      pLm  L2 R2  pL2  i2   u    Lm m oi (P1-15) z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 76 P1.3.Quy đổi đổi đại lượng điện của động không đồng ba pha từ hệ tọa độ cố định stator (,) hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q)  q i1 i1 i 1q d i 1d lu 1 i1 an  va n Hình P1.4: Biểu diễn vector dòng điện stator hệ tọa độ cố định to Thực quy đổi vector từ hệ tọa độ cố định stator (,) hệ p ie gh tn stator (,) hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) tọa độ tựa theo từ thông rotor (d, q) quay đồng với từ trường quay Trong d = 1.t oa nl w trục Od trùng với phương từ thông rotor 2 hợp với trục O góc 1 lu sin 1  i1  cos1  i1  ll u nf va i1d  cos1 i    sin   1q   an Ta có cơng thức quy đởi: oi m Ma trận quy đổi là: m co an Lu  sin 1  i1d    cos1  i1q  l i1  cos1 i     1  sin 1 (P1-17) gm Ngược lại ta có: @ sin1  cos1  z  cos1 C3    sin1 (P1-16) z at nh i2 d   cos1 sin 1  i2  i       q   sin 1 cos1  i2   n va ac th si 77 i2  cos1 i       sin 1  sin 1  i2 d    cos1  i2 q  (P1-18) Ma trận biến đổi ngược là: cos1  sin1  1 T C3  C3   cos1  sin1 (P1-19) Các vector điện áp quy đổi theo công thức: u1d  u1  u   C3 u  ;  1q   1  u d  u 2  u   C3 u   2q   2  (P1-20) Thay (P1-14) vào (P1-20) thay ký hiệu p đạo hàm d/dt Sau lu biến đổi ta nhận hệ phương trình: an n va u1d  ( R1  pL1 ).i1d  1 L1 i1q  pLm i2 d  1 Lm i2 q  u1q  1 L1 i1d  ( R1  pL1 ).i1q  1.Lm i2 d  pLm i2 q  u d  pLm i1d  s Lm i1q  ( R2  pL2 ).i2 d   s L2 i2 q u   L i  pL i   L i  ( R  pL ).i s m 1d m 1q s 2d 2 2q  2q p ie gh tn to (P1-21) nl w Viết dạng ma trận là:  1 L1 oa u1d   R1  pL1 u    1q    1 L1 u d   pLm    u q   s Lm  1 Lm pLm d R1  pL1 lu 1 Lm pLm R2  pL2   s L2  s L2 pLm R2  pL2 u nf va an   s Lm  i1d   i    1q   i2 d     i2 q  (P1-22) ll Trong : 1 = d1/dt tốc độ góc từ trường quay m oi s = 1   tốc độ trượt rotor với từ trường quay z at nh Các thành phần từ thông rotor 2 xác định theo phương trình: z 2d = Lm.i1d + L2.i2d @ (P1-23) gm 2q = Lm.i1q + L2.i2q m co điện áp theo biến i1d , i1q , 2d , 2q l Để tiện cho việc nghiên cứu hệ thống ta sẽ biến đổi hệ phương trình cân an Lu n va ac th si 78 Thay (P1-23) vào (P1-21), hai phương trình (P1-21) viết lại sau: u2d = R2.i2d + p2d - s 2q u2q = R2.i2q + s 2d + p2q (P1-24) Từ (P1-23) ta có:  2d i2 d  L2  2q i2 q  L2  k r i1d (P1-25)  k r i1q lu Trong đó: kr  an Lm L2 n va Thay (P1-25) vào (P1-24) ta được: R  u q  k r R2 i1q   s d    p   q  L2  (P1-26) p ie gh tn to R  u d  k r R2 i1d    p   d   s q  L2  nl w L2 , nhân hai vế (P1-26) với T2 ý (Lm = Kr.L2) ta R2 d oa Đặt T2  an lu được: u nf va T2.u2d =  Lm.i1d + (1 + T2p).(2d  T2.s 2q T2.u2q =  Lm.i1q + T2.s 2d + (1 + T2p).(2q ll (P1-27) m oi Thay (P1-25) vào (P1-21) ta có: z at nh u1d  ( R1  pL1 ).i1d  L11i1q  k r ( p d  pLm i1d  1 q  1 Lm i1q )  R1  p( L1  k r Lm ) i1d  1 ( L1  k r Lm )i1q  k r p d  k r 1 2q z gm @ u1q  L11i1d  ( R1  pL1 )i1q  k r (1 d  Lm1i1d  p q  pLm i1q ) Từ ta có: kr  2d  k r . 2q T2 an Lu u1d  k r u2 d  Rn i1d  pLn i1d  1 Ln i1q  m co l  1 ( L1  k r Lm )i1d  R1  pL1  k r Lm  i1q  k r 1 d  k r p q n va ac th si 79 u1q  k r u2 q  1 Ln i1d  Rn i1q  pLn i1q  k r . d  Trong đó: kr  2q T2 (P1-28) Rn  R1  kr R2 Ln  L1  kr Lm Nếu dây quấn rotor quy đởi dây quấn stator thì: L1  Lm  L1t L2  Lm  L2t Trong L1t L2t hệ số tự cảm tản dây quấn stator rotor Vậy Ln  L1t  1  kr Lm lu  Lm  Ln  L1t  1   Lm  L2t an va   L L  Lm  L1t   2t m   Lm  L2t  L L   L1t  2t m L2  n  Ln  L1t  k r L2t tn to Tỷ số p ie gh Như vậy: Rn Ln điện trở điện kháng ngắn mạch động Ln  Tn số thời gian mạch điện từ Rn d trình: oa nl w Kết hợp (P1-27) (P1-28) với ý u2d  u2q  ta hệ phương lu kr  2d  k r . 2q T2 u nf va an u1d  Rn  pLn .i1d  1.Ln i1q  ll u1q  1.Ln i1d  Rn  pLn .i1q  k r . d  m kr  2q T2 (P1-29) oi   Lm i1d  1  T2 p  d   s T2  q z at nh   Lm i1q   s T2  d  1  T2 p  q z m co l gm @ Viết dạng ma trận là: an Lu n va ac th si 80 kr u1d    k r     Rn  pLn  1 Ln  T    k u1q   Rn  pLn k r ω  r    1 Ln T2    0    Lm  T2 p   s T2     Lm  s T2  T2 p 0    i1d       i1q        d       2q  (P1-30) Hệ phương trình (P1-30) cho ta thấy mối quan hệ giữa từ thơng rotor với điện áp dịng điện stator Điều có ý nghĩa quan trọng việc phân tích hệ thống điều chỉnh từ thơng theo dịng điện stator lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 81 PHỤ LỤC TỞNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH DỊNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ P2.1 Tổng hợp điều chỉnh dòng điện Trong mạch vòng điều khiển dòng điện, tín hiệu Et thực chất tín hiệu phản hồi phi tuyến Nhưng coi tác động nhiễu theo quy luật xác định để thiết kế điều chỉnh dịng điện có khả loại trừ ảnh hưởng tín hiệu Et đến dòng điện động ET lu an i1 * Ri ku U W1(p) i1 S n va - to gh tn WL(p) p ie Hình P2.1: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện w Từ sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh dịng điện (hình P2.1), ta xác oa nl định hàm truyền hệ kín là: ku Ri W1  p   ku Ri W1  p .WL  p  d (P2-1) an lu Wi  p   1 2  P  P  1 (P2-2) ll oi m W0Tu  p   u nf va - Theo tiêu chuẩn modun tối ưu ta có: z at nh Trong đó:   số thời gian điều chỉnh Từ sơ đồ cấu trúc hình 3.12 ta có: z  hàm truyền điều chỉnh dòng điện : l gm @ WoTu = Ri.Ku W1(P) WL(P) m co 1 2  p   p  1 W0TU R 1  Tn p 1  TL p  Ri  p     n 1 ku W1  p .WL  p  k K u  p 1    p  u Rn 1  Tn p   TL p an Lu n va ac th si 82 Ta chọn   = TL = Ti, hàm truyền điều chỉnh dịng điện có dạng gần sau: Ri  p   Rn 1  Tn p 1  TL p  Rn 1  Tn p  k   k p1  i1 K u  p1    p  K u Ti p p Trong đó: k p1  Rn Tn ; 2ku Ti ki1  (P2-3) Rn 2ku Ti Như điều chỉnh dòng điện Ri  p  có dạng khâu PI (tỷ lệ tích phân) P2.2 Tởng hợp điều chỉnh tốc độ lu P2.2.1 Tún tính hố phương trình mơmen an va Từ phương trình mơmen: n M  k r  d i1q  q i1d  tn to gh Nếu bỏ qua trình độ mạch vịng dịng điện từ thơng p ie rotor oa nl w  d   2*d   Lm i1*d  2      *      q   q    d Khi kể dến q trình q độ mạch vịng dòng điện ta đặt: ll oi m  q   2*q   q u nf  d   2*d   d va i1q  i1*q  i1q an lu i1d  i1*d  i1d z at nh Ta nhận thấy thành phần  2d  q thành phần i1d i1q gây Với điều chỉnh dịng điện chọn thành phần i1d z gm @ i1q sẽ dao động tắt dần với chu kỳ 2T Theo sơ đồ cấu trúc động không l đồng bộ, thành phần từ thơng liên hệ với dịng điện qua khâu chu kỳ có hàm Lm  T2 p với T2 số thời gian rotor an Lu W2  p   m co truyền là: n va ac th si 83 Do T2 >> T nên thành phần i1d i1q qua khâu sẽ bị suy giảm đáng kể Vì thành phần  2d  q sẽ có giá trị nhỏ Phương trình nơ men viết sau: M  k r  2*d i1q  k r  d i1q   q i1d   M '  M Trong đó: M '  k r  2*d i1q  k m i1q M  k r  d i1q   q i1d  k m  k r  2*d lu Thành phần M nhỏ tắt dần nên xem ảnh hưởng an n va nhiễu Từ ta có M  M' = km.i1q Từ đây, xây dựng sơ đồ cấu trúc tuyến tn to tính mạch vòng tốc độ ở hình P2.2 p ie gh P2.2.2 Tởng hợp điều chỉnh tốc độ i1q R(p) Wi(p) km M -  - d oa nl w * WF(p) an lu va Hình P2.2: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh tớc đợ u nf Trong sơ đồ cấu trúc ta thấy thành phần i1d không tham gia vào trực ll tiếp Nó đóng vai trị dịng điện để tạo từ thơng động oi m ảnh hưởng đến hệ số km z at nh + km: Hệ số khuếch đại động + J : Mômen quán tính quy đổi trục động z gm @ + WF =KF/(1+TFP): Hàm số truyền khâu lấy tín hiệu phản hồi tốc độ km Jp (P2.4) an Lu k  R Wi  p  m WF  p  Jp m co W  p   R Wi  p  l Theo sơ đồ cấu trúc (hình P2.2) ta có hàm truyền hệ kín: n va ac th si 84 với Wi  p  hàm truyền hệ kín mạch vòng điều chỉnh dòng điện xác định sau: Ta thay (P2-3) vào (P2-1) ta có : Rn 1  Tn p  2k u Ti p Rn 1  Tn p   TL p Wi  p     R 1  Tn p  1  2Ti p1  TL p   2Ti 1 ku n 2k u Ti p Rn 1  Tn p   TL p ku (P2-5) Từ sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ (hình P2.2), đơn giản hố thành sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ (như hình P2.3) hàm lu truyền đối tượng điều khiển sẽ có dạng (P2-6) an  đối tượng điều khiển R(p) n va * tn to - p ie gh WF(p) Hình P2.3: Sơ đồ khối mạch vịng điều chỉnh tớc đợ oa nl w WDT  p   Wi  p   km k km   m  Jp 2Ti p  Jp J 2Ti p  1 p Đặt k   k m ; (P2-6) d T  2Ti ; T  J an lu k Tp 1  T p  (P2-7) u nf va suy WDT  p   ll * Dùng tiêu chuẩn modun tối ưu: m oi Từ sơ đồ cấu trúc hình P2.3 ta có hàm số truyền hệ hở hệ kín mạch z at nh vòng phản hồi tốc độ: m co l gm @ Suy ra: z W0TU(p) = R.WDT(p) WF(p) an Lu n va ac th si 85 Trong đó: k  k k F ; TS     T  TF 1 2  p  p  1 WOTU  p  Tp T  TF  p  1 T R  p      k kF WDT  p .WF  p  2  p 1    p  k k F 2k TS Tp.1  T p   TF p (P2-8) Vậy hàm truyền điều chỉnh tốc độ R(p) khâu P (Tỷ lệ) * Dùng phương pháp modun đối xứng: Hàm chuẩn theo phương pháp mơdun đối xứng có dạng : lu an 1 4  p  8  p   p  n va W0 DX ( p)  tn to Suy hàm truyền điều chỉnh tốc độ theo phương pháp môdun đối p ie gh xứng là: 4  p  8 p   p  W0 DX R  p    k kF WDT  p WF  p  Tp 1  T p   TF p  d oa nl w 4  p  1TpT  TF  p  1 T  2 K TS k k F 8  p   p  1 4TS p  4TS p Như vậy, hàm u nf va an lu  (P2-9) ll truyền R(p) có dạng khâu PI (tỷ lệ - tích phân) oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 86 PHỤ LỤC TÍNH TỐN CÁC THỐNG SỐ P3.1 Các thông số cho trước an n va Công suất định mức động 0.7 kW Uđm : Điện áp định mức động 220 V nđm : Tốc độ quay định mức động 1500 v/p Iđm : Dòng điện định mức cùa động 4.3 A Lư : Điện cảm phần ứng 0.1944 H Rư : Điện trở phần ứng 6.7 Ω Ti : Hằng số thời gian máy biến dòng 0.0025 s Tω : Hằng số thời gian máy phát tốc 0.001 s Tφ : Hằng số thời gian cảm biến vị trí 0.3 s ηđm : Hiệu suất định mức động 90% : 0.045 p ie gh tn to : lu Pđm GD w d oa nl P3.2 Tính tốn thơng số an lu Tốc độ góc định mức: ®m  2..n ®m 2..1500   157rad / s 60 60 u nf va Mômen định mức: ll M®m  k®m I ®m  1,2178.4,3  5,2365Nm m U ®m  I ®m R ­ 220  4,3.6,7   1,2178 ®m 157,1 oi Trong đó: k®m  m co an Lu / R­ / 6,7 0,15    T­ p  T­ p  T­ p l W§  p   gm Hàm truyền động cơ: @ L ­ 0.1944   0, 029s R­ 6, z T­  z at nh Hằng số thời gian phần ứng: n va ac th si 87 Hàm truyền PWM: WPWM  K PWM 22   Tp  0, 0033p Trong đó: K PWM  220  22 10 Hàm truyền điều chỉnh dịng điện theo tiêu chuẩn tối ưu mơdul:  R ­ T­  1   2.K PWM K i T si  T­ p  Ri  p   Trong đó: Tsi = Ti +Tv +Tđk =2,5 +3,3 + 0,1 =5,9ms =5,9.10-3s Ki: Hệ số khuếch đại cảm biến dòng điện lu an U ®k 10   2,3256 I ®m 4,3 n va Ki    6, 7.0, 029 1  3  2.22.2,3256.5, 9.10  0, 029.p    R i  p   0,322     0, 029.p  p ie gh tn to  Ri  p   K i K  Tc R  p   d oa nl w Hàm truyền điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu mơdul: U ®  .K  U ®  5V u nf Chän : va Ta có: an lu R ­ K  2.Ts ll Hệ số khuếch đại cảm biến tốc độ: Ta có: Tω = 1ms z at nh  0, 0318 157 oi m K  z m co K i K.Tc 2,3256.1,2178.0,203   105, R­ K 2.Ts 6,7.0, 0318.2.0, 0128 an Lu R  p   l j.R­ 0, 045.6,7   0,203s k2 1,21782 gm Tc  @ Tsω = Tω + 2.Tsi = 1+ 2.5,9 = 12,8ms n va ac th si 88 Hàm truyền điều chỉnh vị trí Rφ theo tiêu chuẩn môdul: R  p   K 1  2.Tsp  K r K T 2.T l=100cm r=0,32cm l= T.r = 2.π.r.n Ta có:  n  T 100   50 2..r 2.0,32  2..n  100   rad  r lu an T.K  U T® va n Hệ số khuếch đại cảm biến vị trí: to 10  0, 032 100. Kr: hệ số khuếch đại truyền lực p ie gh tn  K  oa nl w T   K r .dt  K r .t d  Kr  K 0, 0318 1  2.Tsp   1  0, 0256p  K r K  2.T 1.0, 032.2.0,3 u nf va R  p   an lu T 100.  1 .t 157.2 ll R   p   1, 656 1  0, 0256p  oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si