- Mô phỏng và đánh giá các đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều và hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều sử dụng phần mềm 20-sim.. - Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả động cơ
lOMoARcPSD|39475011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - BÀI TẬP LỚN MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Ngọc Duy Sinh viên thực hiện: 1 Nguyễn Xuân Quân-2020601592 2 Hoàng Hồng Quang - 202060 3 Đào Trọng Quý - 202060 Hà Nội-2022 Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM I Thông tin chung 1 Tên lớp: ……………… Khóa: ……………… 2 Tên nhóm: ……………… 3.Họ và tên thành viên: ……………… ……………… ……………… NỘI DUNG HỌC TẬP Bài số 1: Cho cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ song song như hình 1 Và mạch động cơ điện một chiều như hình 2 Trong đó: R là tín hiệu đặt tốc độ; 𝜃̇ là vận tốc góc của động cơ; u là tín hiệu điều khiển động cơ Các thông số của động cơ như sau: - Điện cảm phần ứng L: 16 10−3 H - Điện trở phần ứng R: 0.6 Ω - Điện trở mạch kích từ: 0.1 Ω - Điện cảm kích từ L: 80 10−3 H - Hệ số cản b = 6.6 10−3Nms/rad - Momen quán tính J= 0.166 𝑁𝑚𝑠/𝑟𝑎𝑑 - Hệ số momen K= 1.53 Hình Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Hình Yêu cầu: - Giới thiệu tổng quan và các ứng dụng về động cơ một chiều kích từ song song và hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều - Sử dụng phương pháp phân tích vật lý để viết phương trình mô tả động cơ điện một chiều - Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả động cơ điện một chiều và hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều - Mô phỏng và đánh giá các đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều và hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều sử dụng phần mềm 20-sim Bài số 2: Cho cấu trúc hệ thống điều khiển hệ thống treo xe bus và mô hình hệ thống treo xe bus như hình 1 và 2 Trong đó: u là tín hiệu điều khiển hệ thống treo Các thông số của động cơ như sau: - Khối lượng thân xe: 2500kg - Khối lượng bánh xe: 320kg - Độ cứng hệ treo K1 : 70000N/m - Độ cứng lốp xe K2 : 300000N/m - Hệ số cản hệ treo b1 : 350Ns/m - Hệ số cản hệ treo b2 : 15020Ns/m Hình Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Hình Yêu cầu: - Giới thiệu tổng quan và các ứng dụng về hệ thống treo của xe ôtô - Sử dụng phương pháp phân tích vật lý để viết phương trình mô tả hệ treo - Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả hệ treo và hệ thống điều khiển hệ treo xe bus - Mô phỏng và đánh giá các đặc tính giao động của thân xe sử dụng phần mềm 20-sim Bài số 3 Cho cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ của hệ cơ như hình 1 Trong đó: M1 và M2 là khối lượng của hai xe Hai xe liên kết với nhau bằng lò xo Bỏ qua ma sát bánh xe với mặt đường Các thông số của hệ thống như sau: - Khối lượng vật 1: 21 kg - Khối lượng vật 2: 1 k g - Độ cứng lò xo: 0.06 N/m - Tốc độ đặt: 10m/s Hình Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Yêu cầu: - Sử dụng phương pháp phân tích vật lý để viết phương trình mô tả tốc độ của hệ cơ - Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả động cơ điện một chiều và hệ thống điều khiển tốc độ của hệ cơ - Mô phỏng và đánh giá các đặc tính góc quay của tốc độ của hệ cơ và hệ thống điều khiển tốc độ của hệ cơ sử dụng phần mềm 20-sim KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú ThS Lê Ngọc Duy Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 3.2CHƯƠNG 1 ĐỘNG CƠ KÍCH TỪ SONG SONG 1.1 Tổng quan về hệ thống 1.1.1 Động cơ điện 1 chiều Động cơ điện 1 chiều DC (DC chính là từ viết tắt của từ tiếng Anh “Direct Current Motors”) tức là động cơ điều khiển bằng dòng điện có hướng được xác định Hay nói dễ hiểu hơn thì đây chính là loại động cơ hoạt động bằng nguồn điện áp DC - nguồn điện áp 1 chiều H椃nh 1.1 Động cơ điện 1 chiều 1.1.2 cấu tạo động cơ kích từ song song + Động cơ điện kích từ song song: cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng H椃nh 1.2 Động cơ kích từ song song Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện kích từ song song Thông thường, chiều dòng điện vào động cơ là I, dòng điện phần ứng là Iư, dòng điện kích từ là Ikt thì sẽ được tính theo công thức: I = Iư + Ikt Để mở máy, người ta thường dùng biến trở để mở máy (gọi là Rmở) Để điều chỉnh tốc độ của động cơ, người ta thường điều chỉnh Rđc để thay đổi dòng điện kích từ Ikt, đồng thời thay đổi cả từ thông Φ Phương pháp này hiện đang sử dụng rất rộng rãi, song cần chú ý một điều rằng, khi giảm từ thông Φ, có thể dòng điện trong phần ứng Iư sẽ tăng lên quá trị số cho phép Khi đó, cần có bộ phận bảo vệ để cắt điện kịp thời, không cho động cơ làm việc trong trường hợp từ thông giảm xuống quá nhiều 1.1.3 Ưu và nhược điểm của động cơ kích từ song song + Ưu điểm: Dễ điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh Rđc + Nhược điểm: • Song theo biểu thức moment điện từ M = kM.Iư.Φ, cần chú ý khi giảm từ thông Φ có thể dòng điện phần ứng Iư tăng quá trị số cho phép Vì thể cần có bộ phận bảo vệ, cắt điện không cho động cơ làm việc, khi từ thông giảm quá nhiều • Có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ 1.1.4 Phương pháp điều kiển Để điều chỉnh tốc độ của động cơ, người ta thường điều chỉnh Rđc để thay đổi dòng điện kích từ Ikt, đồng thời thay đổi cả từ thông Φ Phương pháp này hiện đang Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 sử dụng rất rộng rãi, song cần chú ý một điều rằng, khi giảm từ thông Φ, có thể dòng điện trong phần ứng Iư sẽ tăng lên quá trị số cho phép Khi đó, cần có bộ phận bảo vệ để cắt điện kịp thời, không cho động cơ làm việc trong trường hợp từ thông giảm xuống quá nhiều 1.1.5 Ứng dụng của động cơ kích từ song song Chúng được dùng nhiều trong các máy cắt kim loại, các máy công cụ Máy tiện-dao tiện (Máy tiện rơ-vôn-ve), Máy phay-dao phay-dao Endomiru Máy bào ngang-dao bào ngang Máy bào-dao bào Máy khoan lỗ-mũi khoan-mũi khoan làm trơn Máy tiện doa lỗ Hình 1.3 máy bào 1.1.6 Hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Hình 1.4 Hệ thống điều khiển động cơ 1.1.7 Các phần tử trong hệ thống: - Khối chức năng gồm: bộ điều khiển (controller) và mạch điện điều khiển (plant) - Bộ tổng: giúp tính số giữa tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi - Giá trị đặt: là giá trị mong muốn trong quá trình điều khiển - Giá trị phản hồi: là giá trị hiển thị sau khi thực hiện quá trình điều khiển Bộ điều khiển PID (Proportional Integral Derivative): là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 1.2 Phương trình vật lý mô tả động cơ điện một chiều kích từ song song Sơ đồ mạch điện của động cơ điện 1 chiều kích từ song song Hình 1.5 Sơ đồ mạch điện của động cơ điện 1 chiều kích từ song song Sử dụng định luật kirchhoff 2 cho mạch động cơ điện 1 chiều kích từ song song 𝑈 = 𝑈ư = 𝑈𝑘𝑡 Áp dụng định luật Kirchhoff 1 với nút A của mạch trên ta được: I = Ikt + Iu => Iu = I - Ikt Áp dụng định luật Kirchoff 2 với mạch điện ta có: Phần ứng: 𝑈ư = 𝑖ư 𝑅ư + 𝐿ư 𝑑𝑖ư 𝑑𝑡 + 𝐸ư 𝑈ư = 𝑖ư 𝑅ư + 𝐿ư 𝑑𝑖ư 𝑑𝑡 + 𝐾 Φ 𝜔 Laplace 2 vế ta được: Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com)