báo cáo thí nghiệm hệ thống điều khiển số ee4435

Bài thí nghiệm số 3:1.Cơ sở lý thuyết T����� là mômen do phụ tải tác động lên trục động cơMô hình hàm truyền trên miền ảnh Laplace của tốc độ động cơ với đầu vào là mô men điện do động c

Trường đại học Bách Khoa Hà NộiTrường Điện-Điện tử

Báo cáo thí nghiệmHệ thống điều khiển số -EE4435

Giảng viên:TS Phạm Văn Tuynh

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Bá ĐạtMã số sinh viên:20190013Lớp: ĐKTĐ K64Mã lớp :725203

Bài thí nghiệm số 011.Cơ sở lý thuyết

2.Xây dựng mô hình động cơ trên matlab

Để mô phỏng mô hình của động cơ trên matlab ta cần các khối :Khối hằng số Usd, Usq, wr*Phi_m

Khối hàm truyền từ (Tranfer Fcn) Isd và Isq thông qua Lsd, Lsq, RsKhối gain thông qua wr*Lsd và wr*Lsq

Các thông số lấy trên phần mềm của động cơ từ phần mềm NPX

Sau khi mô phỏng động cơ sẽ có dạng như trên, với các thông số trên ta chạy file parameter.m được lấy như trên

3.Mô phỏng PMSM trên simscape

Tìm khối PMSM trên simscape trong thư viện Simulink

Điền các số liệu đã có vào trong mô hình PMSM để thực hiện mô phỏng

Bài thí nghiệm số 2:1.Cơ sở lý thuyết

Điều khiển dòng động cơ bẳng mô hình PI, với thông số :

2.Xây dựng mô hình điều khiển dòng động cơ PSWM2.1 Sử dụng bộ PI liên tục

Sử dụng mô phỏng từ thí nghiệm trước kết kết hợp với bộ PID lấy từ thư viện matlab

Sau đó mô phỏng file simulink với các thông số đã có

Click vào bộ PID chọn thông số như sau

Sau khi mô phỏng chạy sẽ được kết quả :

2.2 Sử dụng bộ PI số

Click vào bộ PID, chọn thông số như sau

Trong đó th i gian trích mẫẫu lẫấy setng th i gian trích mẫẫu đã ch nờởờọ

Tiếấn hành ch y th và đạửược kếất qu nh sau :ả ư

Th i gian quá đ c a h thốấng ph thu c vào th i gian trích mẫẫu do liến quan đếấn h sốấ KI c a h thốấng,ờộ ủ ệụộờệủ ệđ gi m th i gian ta cẫần tăng th i gian trích mẫẫu đếấn giá tr phù h p.ể ảờờịợ

Bài thí nghiệm số 3:1.Cơ sở lý thuyết

T����� là mômen do phụ tải tác động lên trục động cơ

Mô hình hàm truyền trên miền ảnh Laplace của tốc độ động cơ với đầu vào là mô men điện do động cơ sinh ra:

MKG s

Js BSử dụng bộ điều khiển PI để điều khiển tốc độ động cơ:

Tw J B

Ta có mô men động cơ sinh ra (mô men điện) được mô tả theo mô hình:

2.Xây dựng mô hình điều khiển tốc độ động cơ PMSP

Do đã ghép nối tầng bộ điều khiển tốc độ và dòng điện, ở đây coi dòng điện là các giá trị đặt với Idf=2(A)

Sơ đồ khối :

Với tốc độ đặt định mức =3000/9.55 (rad/s), n =6 là số cặp cực, B=0.0001,J=p6

10 là

hằng số lấy từ mô hình động cơ.

Khối nhân (Product) để tính toán ra T của mô hình.

2.1 Sử dụng bộ PI liên tục

Với các thông số của bộ PI liên tục :

Tw J B

Ta có thể thấy giá trị của tốc độ động cơ bám với giá trị đặt cho trước.

2.2 Sử dụng bộ PI số

Ta chỉnh lại bộ PI thành bộ PI số như sau

Với bộ PI số với các thông số :

Tw J B

Ta chọn hằng số trích mẫu T =0.0001 (s)

Ta thấy giá trị tốc độ động cơ bám nhưng do giá trị trích mẫu bé nên thời gian quá độ lướn Ta có thể hiệu chỉnh thông qua tăng thời gian trích mẫu lên.

Bài thí nghiệm số 4:

ĐIỀU KHIỂN TẦNG ĐỘNG CƠ PMSM

1 Xây dựng mô hình động cơ PMSM

Từ Bài số 3, ta có mô hình chuyển động quay của động cơ PMSM:

(2)Ta suy ra được hàm truyền trên miền ảnh Laplace của tốc độ với đầu vào là hiệu của momen điện từ và momen tải của động cơ:

(2)Momen điện từ của động cơ được tính theo công thức:

(3)Ta xây dựng được mô hình của động cơ PMSM trên Matlab Simulink với đầu vào là dòng điện , và momen tải , đầu ra là tốc độ động cơ:

Ta có hệ phương trình biểu diễn sự phụ thuộc của dòng điện , vào điện áp , :(4)Từ đó, ta xây dựng được mô hình động cơ PMSM trên Matlab Simulink với đầu vào là điện áp , và momen tải , đầu ra là tốc độ động cơ:

Trên thực tế, điện áp cấp cho động cơ là điện áp 3 pha Để dễ dàng cho việc tính toán và điều khiển, ta thực hiện việc chuyển đổi mô hình toán học của động cơ PMSM từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ quay d-q bằng ma trận Park-Clarke:

(5)Để chuyển đổi từ điện áp 3 pha đầu vào sang điện áp theo hệ tọa độ quay d-q, ta xây dựng mô hình phép chuyển đổi Park-Clarke trong Simulink:

trong đó khối Subsystem “Matrix” được xây dựng từ khối Vector Concatenate

và khối Reshape.

Sử dụng khối chuyển đổi Park-Clarke vừa xây dựng, ta chuyển được điện áp3 pha đầu vào thành điện áp trên hệ tọa độ quay d-q:

Đồng thời, để quan sát dạng điện áp 3 pha đầu ra, ta cần phép chuyển đổi từ hệ tọa độ quay d-q sang hệ tọa độ abc bằng ma trận Clarke-Park:

(6)Mô hình phép chuyển đổi Clarke-Park được xây dựng trong Simulink:

Sử dụng khối chuyển đổi Clarke-Park vừa xây dựng, ta chuyển được dòng điện trên hệ tọa độ quay d-q thành dòng điện ba pha:

Mô hình động cơ PMSM với đầu vào là điện áp ba pha và momen tải được xây dựng như sau:

2 Xây dựng bộ điều khiển tốc độ động cơ

Ở Bài số 3, ta đã thiết kế được bộ điều khiển tốc độ động cơ:

(6)Các tham số của bộ điều khiển xác định theo công thức:

(7)(8)Trong đó:

là hệ số tắt dần của hệ kín

là tần số dao động tự nhiên của hệ kín

Mô hình bộ điều khiển phản hồi tốc độ động cơ với đầu vào là sai lệch giữa tốc độ đặt và tốc độ thực tế, đầu ra là dòng điện được xây dựng như ở Bài số 3:

Để nâng cao chất lượng hệ thống, bộ điều khiển phản hồi được kết hợp với bù nhiễu Khâu bù nhiễu được xây dựng từ (1), (3) với điều kiện Mô hình bộ điều khiển sau khi đã kết hợp khâu phản hồi và khâu bù nhiễu được xây dựng trên Simulink như hình dưới:

3 Xây dựng bộ điều khiển dòng điện động cơ

Ở Bài số 2, ta đã thiết kế được bộ điều khiển dòng điện động cơ Các tham số , của bộ điều khiển PI được tính toán theo công thức sau:

Với bộ điều khiển

(9)(10)Với bộ điều khiển

(11)(12)

Trong đó:

là hệ số tắt dần của hệ kín

là tần số dao động tự nhiên của hệ kín

Mô hình bộ điều khiển phản hồi dòng điện động cơ với đầu vào là sai lệch giữa dòng điện đặt và dòng điện thực tế, đầu ra là điện áp được xây dựng như ở Bài số 2:

Để nâng cao chất lượng hệ thống, bộ điều khiển phản hồi được kết hợp với bù nhiễu Khâu bù nhiễu được xây dựng dựa trên (4) Mô hình bộ điều khiển sau khi đã kết hợp khâu phản hồi và khâu bù nhiễu được xây dựng trên Simulink như hình dưới:

4 Xây dựng hệ thống điều khiển tầng động cơ PMSM

Từ mô hình động cơ PMSM, mô hình bộ điều khiển dòng điện và tốc độ đã có ở trên, mô hình hệ thống điều khiển tầng động cơ PMSM được xây dựng trong Simulink như hình dưới:

5 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

a) Kết quả mô phỏng trên Matlab Simulink

Đồ thị momen điện từ, tốc độ, dòng điện và điện áp động cơ trong Simulink:

b) Kết quả thực nghiệm trên màn hình FreeMaster

Đồ thị tốc độ:

Đồ thị dòng điện 3 pha:

Đồ thị dòng điện theo hệ trục tọa độ quay d-q:

Đồ thị điện áp theo hệ trục tọa độ quay d-q: