XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GÓC QUAY CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG I 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK VÀTÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 3 1. PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK 3 a, Khái niệm: 3 b, Các phép tính toán: 4 c, Các tính năng: 4 d, Ứng dụng: 4 2. TÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 5 a, Khái niệm: 5 b, Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID 6 c, Các phương pháp xác định tham số của bộ điều khiển PID 6 CHƯƠNG II 8 XÂY DỰNG MÔ HÌNH CẤU TRÚC, TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN GÓC QUAY VÀ TÍNH TOÁN 8 1. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ 8 2. CÁC THIẾT BỊ THỰC ĐỂ THỰC HIỆN CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐÃ XÂY DỰNG 8 2.1 ARDUINO UNO 8 2.2 ĐỘNG CƠ DC GIẢM TỐC 10 2.3 MODULE L298 MẠCH CẦU H 12 2.4 BIẾN TRỞ 13 3. SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI THIẾT BỊ THỰC TẾ 14 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG 14 5. TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 16 a, Tính toán động cơ: 16 b, Tính toán bộ biến đổi: 17 c, Tính toán điều khiển vị trí: 17 d, Đo góc: 17 CHƯƠNG III 18 MÔ PHỎNG BỘ PID BẰNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK, LẮP MẠCH THỰC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 18 1. MÔ PHỎNG BỘ PID BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 18 2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BỘ PID 18 3. KẾT QUẢ LẮP MẠCH THỰC TẾ 20 21 4. KẾT LUẬN 21 TƯ LIỆU THAM KHẢO 22

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ==========o0o========== BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GĨC QUAY CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐIỆN CƠ MÃ HỌC PHẦN: 13311H GIẢNG VIÊN: LỚP : TÊN SINH VIÊN : Trần Tiến Lương Điều khiển hệ điện – N01 Phạm Khắc Hải - 82938 HẢI PHÒNG - 12/2020 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK VÀTÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK a, Khái niệm: b, Các phép tính tốn: c, Các tính năng: d, Ứng dụng: TÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID .5 a, Khái niệm: b, Sơ đồ khối điều khiển PID c, Các phương pháp xác định tham số điều khiển PID CHƯƠNG II .8 XÂY DỰNG MƠ HÌNH CẤU TRÚC, TỔNG HỢP MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN GĨC QUAY VÀ TÍNH TỐN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CÁC THIẾT BỊ THỰC ĐỂ THỰC HIỆN CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐÃ XÂY DỰNG .8 2.1 2.2 2.3 2.4 ARDUINO UNO ĐỘNG CƠ DC GIẢM TỐC .10 MODULE L298 MẠCH CẦU H 12 BIẾN TRỞ .13 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI THIẾT BỊ THỰC TẾ .14 XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG 14 TÍNH TỐN GIÁ TRỊ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 16 a, b, c, d, Tính toán động cơ: 16 Tính tốn biến đổi: .17 Tính tốn điều khiển vị trí: 17 Đo góc: 17 CHƯƠNG III 18 MÔ PHỎNG BỘ PID BẰNG PHẦN MỀM MATLAB - SIMULINK, LẮP MẠCH THỰC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 18 1 MÔ PHỎNG BỘ PID BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 18 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BỘ PID .18 KẾT QUẢ LẮP MẠCH THỰC TẾ 20 21 KẾT LUẬN 21 TƯ LIỆU THAM KHẢO 22 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại nay, với phát triển vượt bậc ngành khoa học kỹ thuật, với cơng nghiệp nước ta ngày phát triển Để hòa nhịp với tiến công nghiệp đại giới, phải học hỏi, nghiên cứu tiếp thu thành tựu khoa học kỹ thuật nước tiên tiến trước, phải trang bị cho tảng kiến thức vững Điều khiển hệ điện mơn học quan trọng, cung cấp cho kiến thức việc thiết kế, điều khiển mô hệ thống điện Việc điều khiển, quản lý thống máy móc, điện cho nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng, dễ dàng thực biết vận dụng nắm bắt kiến thức mà môn học mang lại Song, để sâu tìm hiểu kỹ môn học, giúp nâng độ am hiểu lý thuyết lên cao, đồng thời làm quen với môi trường làm việc sau nhóm chúng em nhận đề tập lớn: “Điều khiển góc quay động cơ” Mục tiêu việc điều khiển nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động Tuy nhiên, thực tế có nhiều đối tượng điều khiển khác nhau, với yêu cầu đặc tính phức tạp Vì thế, cần phải tiến hành nghiên cứu, tìm phương pháp điều khiển thích hợp cho hệ thống, đạt chất lượng điều chỉnh xác cao, chi phí xây dựng hệ thống thấp hiệu đạt tốt Trong suốt trình học tập, chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, bảo tận tình thầy: Trần Tiến Lương, bảo cho chúng em gợi ý để phát triển đề tài, đồng thời bổ sung giải pháp để khắc phục khó khăn Trong q trình học tập, nghiên cứu cịn có điều sai sót, mong thầy tận tình bảo để chúng em sửa chữa rút kinh nghiệm, hoàn thiện báo cáo sau Chúng em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG I GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK VÀTÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK Hình 1.1: Giao diện phần mềm Matlab Simulink a, Khái niệm: MATLAB mơi trường tính tốn số lập trình, thiết kế cơng ty MathWorks MATLAB cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực thuật toán, tạo giao diện người dùng liên kết với chương trình máy tính viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác MATLAB giúp đơn giản hóa việc giải tốn tính tốn kĩ thuật so với ngơn ngữ lập trình truyền thống C, C++, Fortran, phân tích liệu, phát triển thuật tốn, tạo mơ hình ứng dụng MATLAB tích hợp nhiều lệnh hàm tốn học, giúp người dùng thực tính tốn số, vẽ đồ thị thực phương pháp số b, Các phép tính tốn: MATLAB sử dụng rộng rãi khía cạnh tính tốn Dưới số phép tính tốn MATLAB sử dụng phổ biến nhất: - Đồ thị 2-D 3-D - Đại số tuyến tính - Các hàm phi tuyến tính - Giải tích phương trình vi phân - Tích phân - Chuyển đổi - Hồi quy - Các hàm đặc biệt khác c, Các tính năng: MATLAB ngơn ngữ lập trình cao cấp, cho phép tính tốn số, hình dung phát triển ứng dụng Cung cấp môi trường tương tác để khảo sát, thiết kế giải vấn đề Cung cấp thư viện lớn hàm toán học cho đại số tuyến tín, thống kê, phân tích Fourier, lọc, tối ưu hóa, tích phân giải phương trình vi phân bình thường Cung cấp cơng cụ để xây dựng ứng dụng với giao diện đồ họa tùy chỉnh d, Ứng dụng: MATLAB sử dụng rộng rãi cơng cụ tính tốn lĩnh vực khoa học kỹ thuật, bao gồm lĩnh vực vật lý, hóa học, tốn học cơng nghệ MATLAB sử dụng loạt ứng dụng bao gồm: - Xử lý tín hiệu truyền thơng - Hệ thống điều khiển - Kiểm tra đo lường TÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID a, Khái niệm: PID điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PIDProportional Integral Derivative) chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thống đièu khiển công nghiệp – điều khiển PID điều khiển sử dụng nhiều điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID tính tốn giá trị "sai số" hiệu số giá trị đo thông số biến đổi giá trị đạt mong muốn Bộ điều khiển thực giảm tối đa sai số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Giải thuật tính tốn điều khiển PID bao gồm thơng số riêng biệt, đơi cịn gọi điều khiển ba khâu: giá trị tỉ lệ, tích phân đạo hàm, viết tắt P, I, D Giá trị tỉ lệ xác định tác động sai số tại, giá trị tích phân xác định tác động tổng sai số khứ, giá trị vi phân xác định tác động tốc độ biến đổi sai số Tổng chập ba tác động dùng để điều chỉnh trình thơng qua phần tử điều khiển vị trí van điều khiển hay nguồn phần tử gia nhiệt Nhờ vậy, giá trị làm sáng tỏ quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số tại, I phụ thuộc vào tích lũy sai số khứ, D dự đoán sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi Vài ứng dụng yêu cầu sử dụng hai khâu tùy theo hệ thống Điều đạt cách thiết đặt đội lợi đầu không mong muốn Một điều khiển PID gọi điều khiển PI, PD, P I vắng mặt tác động bị khuyết Bộ điều khiển PID phổ biến, đáp ứng vi phân nhạy nhiễu đo lường, trái lại thiếu giá trị tích phân khiến hệ thống không đạt giá trị mong muốn b, Sơ đồ khối điều khiển PID Hình 1.2: Sơ đồ khối điều khiển PID c, Các phương pháp xác định tham số điều khiển PID + Phương pháp modul tối ưu Là phương pháp lựa chọn tham số điều khiển PID cho đối tượng có đáp ứng tín hiệu vào hàm nấc có dạng hình chữa S Xét hệ thống điều khiển kín hình Bộ điều khiển R(s) điều khiển cho đối tượng S(s) R(s) S(s) Hình 1.3 Mạch vịng tốc độ Tiêu chuẩn modul tối ưu sử dụng để tổng hơp BĐK với hàm kín tồn hệ phải thỏa mãn dạng: F= 1/(1+2τp+2τ^2 p^2 )p+2τp+2τ^2 p^2 )^2 p^2 ) Hàm truyền hệ kín có đặc điểm sau: - Vơ sai cấp theo tín hiệu điều khiển - Độ chỉnh 8.6% - Hệ có dao động Ta có: F RS F = 1+ RS => R = S (1−F) Suy ra,bộ điều khiển tổng hợp theo tiêu chuẩn modul tối ưu có dạng: R = S τPP(1+ τPP) Nên đối tượng điều khiển S có dạng: k n S = (1+Tp) ( 1+ pT ) ∏ i i=1 Với Ti số thời gian nhỏ n  ∏ (1+ pT i ) ≈1+T ∑ p i=1 Với T ∑ = T1+T2+…+Tn Khi đối tượng : k S = ( 1+ Tp ) 1+T p ( ∑ ) + Phương pháp modul tối ưu đối xứng Việc thiết kế PID theo phương pháp có nhược điểm đối tượng S(s) phải ổn định, hàm độ h(t) phải từ có dạng hình chữ S Trong trường hợp chọn tham số PID theo nguyên tắc modul tối ưu đối xứng Tổng hợp điều khiển theo phương pháp hệ vơ sai cấp hàm truyền kín mong muốn hệ đạt thoản mãn dạng: F= 1+4 τPp 1+ τPp+ τP p 2+ τP p3 Ta có: F RS F = 1+ RS => R = S (1−F) Suy ra,bộ điều khiển tổng hợp theo tiêu chuẩn modul tối ưu đối xứng có dạng: R= S τP p (1+ τPp) Khi tổng hợp theo phương pháp này, độ điều chỉnh lại lên đến 43% Vì vậy, để giảm độ điều chỉnh người ta mắc thêm vào lọc tín hiệu điều khiển với hàm truyền: Flọc = 1+ τPp CHƯƠNG II XÂY DỰNG MƠ HÌNH CẤU TRÚC, TỔNG HỢP MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN GĨC QUAY VÀ TÍNH TỐN SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ + - Bộ điều khiển PID BBĐ L298 M Đo góc Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển vị trí  Giải thích cấu trúc điều khiển: - Hệ thống thực theo nguyên lý điều khiển phản hồi, ta cấp tín hiệu đặt ϕsp (góc điều khiển mong muốn) vào điều khiển R ϕ, điều khiển thực điều khiển hệ thống cách so sánh tín hiệu đặt với tín hiệu phản hồi thơng qua thiết bị đo Nếu có sai khác tín hiệu đặt với tín hiệu đo điều khiển đưa tín hiệu nhằm đưa sai lệch - Tín hiệu điều khiển R ϕ gửi tới biến đổi công suất Bộ biến đổi công suất biến đổi điện thành dạng lượng phù hợp với động chuyển động mang thông tin điều khiển Thông tin điều khiển thông qua biến đổi gửi tới động làm thay đổi động cho với tín hiệu đặt Bộ điều khiển dừng gửi tín hiệu điều khiển đến biến đổi sai lệch (động quay góc ϕsp yêu cầu) CÁC THIẾT BỊ THỰC ĐỂ THỰC HIỆN CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐÃ XÂY DỰNG 2.1 ARDUINO UNO Hình 2.1: Board mạch Arduino Uno Arduino Uno bo mạch vi điều khiển dựa chip Atmega328 Nó có 14 chân vào tín hiệu số, có chân sử dụng để điều chế rộng xung Có chân đầu vào tín hiệu tương tự cho phép kết nối với cảm biến bên để thu thập số liệu, sứ dụng dao động thạch anh tần số dao động 16MHz có cổng kết nối chuẩn USB để nạp chương trình vào bo mạch chân cấp nguồn cho mạch, ICSP header, nút reset.Nó chứa tất thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino từ máy tính thơng qua cổng USB từ nguồn chuyên dụng biến đổi từ xoay chiều sang chiều nguồn lấy từ pin.Arduino hỗ trợ thông qua kết nối USB với nguồn cung cấp điện bên Các nguồn lượng lựa chọn tự động Hệ thống vi điều khiển hoạt động nguồn cung cấp bên từ 6V đến 20V Tuy nhiên, cung cấp với 7V, chân 5V cung cấp 5V hệ thống vi điều khiển khơng ổn định Nếu cấp nhiều 12V, điều chỉnh điện áp nóng gây nguy hiểm cho bo mạch Phạm vi khuyến nghị 7V đến 12V Chân Vin: Điện áp đầu vào Arduino dùng nguồn điện bên (khác với nguồn 5V lấy từ USB nguồn thông qua jack cắm nguồn riêng) Chúng ta cung cấp nguồn thơng qua chân 25 Chân 5V: Cung cấp nguồn vi điều khiển phận khác bo mạch cung cấp nguồn cho thiết bị ngoại vi kết nối tới bo mạch Chân 3,3V: Cung cấp nguồn cho thiết bị cảm biến Chân GND: Chân nối đất Chân Aref: Tham chiếu điện áp đầu vào analog Chân IOREF: Cung cấp điện áp cho vi điều khiển hoạt động Một shield cấu hình đọc điện áp chân IOREF lựa chọn nguồn thích hợp kích hoạt chuyển đổi điện áp để việc mức 5V 3,3V Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng: 32KB nhớ Flash: đoạn lệnh bạn lập trình lưu trữ nhớ Flash vi điều khiển Thường có khoảng vài KB số dùng cho bootloader 2KB cho SRAM: giá trị biến bạn khai báo lập trình lưu Bạn khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM 10 1KB EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): giống ổ cứng mini – nơi bạn đọc ghi liệu vào mà khơng phải lo bị cúp điện giống liệu SRAM Arduino Uno có 14 chân digital (chân – 13) chân analog (chân A0 – A5).Các chân digital cấu hình để làm chân nhần liệu vào từ thiết bị ngoại vihoặc làm chân để truyền tín hiêu thiết bị ngoại vi Bằng cách sử dụng hàm pinMode(), digitalWrite() digitalRead() Mỗi chân cung cấp nhận dịng điện tối đa 40mA có điện trở kéo nội (mặc định không nối) 20 - 50 kOhms Ngồi có số chân có chức đặc biệt: - Chân (Rx): Chân dùng để nhận liệu nối tiếp - Chân (Tx): Chân dùng để truyền liệu nối tiếp - Chân 3: Chân ngắt - Chân 3, 5, 6, 9, 10 11: Chân vào/ra số để điều chế độ rộng xung 2.2 ĐỘNG CƠ DC GIẢM TỐC a, Khái niệm Ngay từ tên gọi động giảm tốc, hẳn bạn phần hình dung động giảm tốc gồm phận hợp thành có chức Động giảm tốc bao gồm động điện hộp giảm tốc Động điện lại có cấu tạo gồm phần Stato Roto Cấu tạo stato lại bao gồm cuộn dây ba pha điện quấn lõi sắt bố trí vành tròn để tạo từ trường quay, Roto có dạng hình trụ đóng vai trị cuộn dây quấn lõi thép Còn hộp giảm tốc bên chứa truyền động sử dụng bánh răng, để làm giảm tốc độ vòng quay Hộp dùng để giảm vận tốc góc, tăng momen xoắn phận trung gian động điện với phận làm việc máy công tác 11 b, Chức Chức động giảm tốc hãm, giảm tốc độ vòng quay thiết bị cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền khơng đổi Việc hãm giảm tốc độ vòng quay, thiết bị cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền khơng đổi cịn sử dụng để kìm hãm vận tốc góc tăng mơmen xoắn máy trung gian motor giảm tốc phận làm việc máy công tác c, Nguyên lí hoạt động Khi muốn số vòng quay trục hộp số giảm tốc nhỏ, tốn chi phí lắp thêm hộp số giảm tốc lên động điện, mà thay đổi số vịng quay trục cách linh hoạt nhiều Ngồi cịn yếu tố : moment xoắn, bạn khó chế tạo động điện có số vịng quay moment xoắn theo ý muốn Và người ta gọi tỉ số truyền, số vòng quay moment xoắn tỉ lệ nghịch với d, Thơng số kĩ thuật Hình 2.2: Động giảm tốc hộp số vng góc JGY370 40rpm Động DC giảm tốc hộp số vuông 40RPM thích hợp với ứng dụng 12 cần tốc độ chậm khỏe, cần khóa trục khơng cấp điện, ứng dụng cấu nâng hạ(giàn phơi đồ thông minh), cấu kẹp Do cấu bánh trục vít nên khơng cấp điện trục quay bị khóa, nghĩa khơng thể quay trục tay - Điện áp sử dụng: 12VDC - Tốc độ quay không tải: 40 rpm (vịng/phút) - Đường kính trục : 6mm - Kích thước 77 x 32 x 21.5mm 2.3 MODULE L298 MẠCH CẦU H Thơng số kĩ thuật: Hình 2.3: Module L298 mạch cầu H Sử dụng IC công suất L298N: - Điện áp tín hiệu 5V/ 0mA-36mA - Điện áp hoạt động động 5V-35V - Dòng điều khiển động 2A/1 mạch cầu H - Nhiệt độ hoạt động -20 tới +135 - Công suất đầu cầu H 25W 13 2.4 BIẾN TRỞ Biến trở linh kiện dùng để thay đổi giá trị điện trở từ mức mức max Biến trở 10k điều có nghĩa biến trở chạy thay đổi giá trị điện trở từ 0-10k ohm ( Kohm ) Hình 2.4: Biến trở 10K Biến trở 10K đo biến trở có giá trị tương ứng: - Hai chân có giá trị 10K ohm - Tại mức nhỏ : đo chân ohm - Khi xoay biến trở giá trị chân tăng dần - Vị trí 30% biến trở chân đo 3K ohm với đo 7K ohm - Tại vị trí 50% biến trở chân với với đo 5K ohm - Tại vị trí 75% biến trở chân với đo 7K ohm chân với đo 3K ohm 14 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI THIẾT BỊ THỰC TẾ Hình 2.5: Sơ đồ đấu nối thiết bị thực tế - Nguyên lí đấu nối thiết bị: Tín hiệu điều khiển kết nối từ máy tính qua Arduino đến thiết bị khác Nguồn 12V vào ngõ input mạch cầu H chân tín hiệu mạch cầu H nối với đầu động chân biến trở lắp với chân nguồn Arduino, chân cịn lại lắp với chân tín hiệu A4 Arduino đầu động biến trở gắn với nhằm mục đích đo góc chân output mạch cầu H lắp với chân điều khiển Pin 5,Pin XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG a, Cấu trúc động điện chiều Phương trình tốn học động cơ: Phương trình mạch phần ứng: dư Uư = Iư Rư + Lư dt +E Phương trình mạch kích từ: 15 (1) Uk = Ik Rk + Lk di k dt (2) Phương trình momen (phương trình chuyển động): dω Me – Mc = I dt Trong đó: (3) E: sức điện động động E = k.∅ ω Ta chuyển mô hình tốn động sang mơ hình laplace: Laplace (1) (2) Uư = Iư.Rư + Lư.s.Iư + E Laplace Uk = Ik.Rk + Lk.s.Ik Laplace (3) Me – Mc = J.s.ω Biến đổi ta được:  Iư = Rư + Lư s (Uư - E) 1 Rư Rư = (Uư - E) Lư (Uư - E) = 1+ s 1+ T s Rư (4) Lư Tư : số thời gian phần ứng Tư = R  Ik = Rk + Lk s Uk 1 Rk Rư = Lk Uk = Uk 1+ s 1+ Tk s Rk (5) Lk Tk : số thời gian phần kích từ Tk = R k  ω = J s (Me – Mc) 16 (6) Từ phương trình (4), (5), (6) ta thiết lập sơ đồ cấu trúc: Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc động điện chiều b, Bộ biến đổi Ta có hàm truyền biến đổi: K bd (T ¿¿ v s +1)( T dk s +1)¿ c, Thiết bị đo Hàm truyền khâu đo dòng điện : Ki T i s +1 Hám truyền khâu đo góc: Kω T ω s +1 TÍNH TỐN GIÁ TRỊ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID a, Tính tốn động cơ: Chọn Tbd = 0.0015s , Tφ = 0.3s Pđm = 0.5 W 17 Uđm = 12 V Iđm = 0.04 A Nđm = 10 v/ph Ru = 0.0966 Ω Lu = 0.006 H J = 1.2 2π n π Tốc độ góc: ω= 60 = rad /s Từ thông: Kϕ = C.U= Uđm−Iđm Ru = 11.4 ω Momen định mức : Mđm = Kϕ Iđm = 0.4 Nm Lư Hằng số thời gian phần ứng: Tư = Rư =0,06 s /Rư 1/0.06 Hàm truyền động cơ: G(s) = 1+ Tư p = 1+0.06 p b, Tính tốn biến đổi: Uđm Chọn U đặt = 10V , Kbd = U đặ t =22 Kdb 22 Wbd = (1+Tvp)(1+Tbdp) = (1+0.003 p)(1+ 0.0015 p) c, Tính tốn điều khiển vị trí: Chọn hệ số P = , I = 3, D = d, Đo góc: Chọn Tđ = 0.1 Có: Uv = 300 Ur = 90 Uv Vậy hệ số khuếch đại khâu đo là: k¿ Ur =0.3 18 CHƯƠNG III MÔ PHỎNG BỘ PID BẰNG PHẦN MỀM MATLAB - SIMULINK, LẮP MẠCH THỰC VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BỘ PID BẰNG PHẦN MỀM MATLAB Hình 3.1: Bộ PID điều khiển góc quay động KẾT QUẢ MƠ PHỎNG BỘ PID a, Khối tính điều khiển 19