Trần Công Phúc, Lê Hoàng Minh, Tống Dương Quang, Đinh Phạm Thiện Thanh Trong khoảng th i gian hờ ọc tậ ại trường Đạp t i H c Công Nghi p Thành Ph ọ ệ ốHồ Chí Minh, em đã nhận được nhiều
GIỚ I THIỆU T ỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Gi ới thi u chung và lý do ch ệ ọn đề tài
1 Lý do chọn đề tài: Điều khiển tốc độ động cơ AC Servo trong các hệ ống điề th u khiển tự động là yêu c u quan trầ ọng Điều khi n tể ốc độ động cơ AC Servo vớ ải thay đổi t i là m t thách ộ thức lớn trong các h th ng này, và thuệ ố ật toán PID đã được chọn để ả gi i quy t vế ấn đề này Có năm lí do chính cho việc chọn đề tài này
Thứ nh t, mô ph ng cho phép nghiên cấ ỏ ứu và đánh giá hiệu su t cấ ủa hệ ố th ng trước khi triển khai thực tế
Thứ hai, s d ng thu t toán PID mang l i lử ụ ậ ạ ợi ích v m t chi phí, vì nó ph bi n ề ặ ổ ế và s n có ẵ
Thứ ba, thu t toán PID d thậ ễ ực hiện và không đòi hỏi nhi u ki n th c chuyên ề ế ứ sâu
Thứ tư, áp dụng thuật toán PID giúp tăng cường độ chính xác và đáp ứng c a ủ hệ th ng ố
Cuối cùng, vi c nghiên c u và áp d ng thu t toán ệ ứ ụ ậ PID trong điều khi n tể ốc độ động cơ AC Servo mang lại giá trị nghiên cứu lớn trong lĩnh vực điều khiển tự động
2 Giới thiệu động cơ AC Servo:
2.1 Sơ bộ ề động cơ AC Servo v : Động cơ Servo là một loại động cơ đặc biệt sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cần độ hính xác cao và điề c u khi n t ng Nó gi v trí và tể ự độ ữ ị ốc độ ới độ chính v xác cao, cho phép điều khiển chính xác vị trí, tốc độ Động cơ Servo bao gồm bộ đếm vị trí và hệ thống điều khiển phản hồi, cung cấp thông tin v trí hiị ện tại cho bộ điều khiển Nó được sử ụ d ng r ng rãi trong máy ộ móc s n xu t, robot công nghi p, h th ng tả ấ ệ ệ ố ự động hóa và nhiều lĩnh vực khác
Bộ điều khi n Servo nh n tín hiể ậ ệu điều khi n t b ể ừ ộ điều khi n ể và điều khi n ể động cơ dựa trên lệnh đó, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi về tốc độ và vị trí từ encoder
2 2.2 Nguyên lý hoạt động: Động cơ servo hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khi n ph n h i, s d ng so ể ả ồ ử ụ sánh giữa trạng thái hi n t i và tr ng thái mong mu n Nó bao gệ ạ ạ ố ồm động cơ, mạch điều khiển và hệ thống phản hồi Mạch điều khi n liên tục giám sát phản hồi từ hệ ể thống và so sánh với v trí, tị ốc độ ho c mô-men xo n mong muặ ắ ốn Động cơ điều chỉnh đầu ra cho đến khi đạt được trạng thái mong muốn Điều khiển chính xác chuyển động là ưu điểm quan trọng của động cơ servo, được áp dụng rộng rãi trong robot học, tự ng hóa và các ng d ng ch t o chính xác độ ứ ụ ế ạ Ưu và nhược điểm khi s ử dụng AC Servo:
2.3 Ưu điểm: Điều khiển tốc độ ổn định, mượt mà trên toàn d i tốả c độ, ít gây dao động, hiệu suất trên 90%, t n nhi t th p, khả ệ ấ ả năng điều khi n tể ốc độ cao, và đạt được độ chính xác v trí cao (ph thuị ụ ộc vào độ chính xác c a b mã hóa) Mô-men xo n và quán tính ủ ộ ắ thấp, ti ng n th p, không s d ng ch i than và không yêu c u b o trì (trong môi ế ồ ấ ử ụ ổ ầ ả trường không có bụi và nguy cơ nổ)
2.4 Nhược điểm: Điều khiển phức t p hơn, các thông số ổ đĩa cần ph i đi u chỉnh các thông số ạ ả ề PID xác nh nhu c u k t n i nhi u h n để đị ầ ế ố ề ơ
Hệ thống động cơ servo được sử ụ d ng r ng rãi trong nhi u ng d ng thộ ề ứ ụ ực tiễn, bao g m: ồ
Robot công nghi p: H thệ ệ ống động cơ servo được sử ụ d ng trong các cánh tay robot công nghiệp để điều khi n chính xác các chuyể ển động và t o ra ạ lực tác động c n thiầ ế ểt đ thực hiện các tác vụ
Máy CNC: H thệ ống động cơ servo được sử ụng trong máy CNC để điề d u khiển chính xác vị trí, tốc độ và lực tác động của dao cắt, giúp gia công các chi tiết với độ chính xác cao
Thiết b y t : H thị ế ệ ống động cơ servo được s d ng trong các thi t b y t ử ụ ế ị ế như máy chụp cắt, máy điều trị bệnh tim và các thiết bị y tế khác
3 Thiết b tị ự động hóa: H thệ ống động cơ servo được sử ụ d ng trong các thi t ế bị tự động hóa như cổng trượt, thang máy…
Xe hơi: Hệ ống động cơ servo đượ th c sử dụng trong hệ thống lái và hệ thống phanh của xe hơi để tăng độ chính xác và đáp ứng nhanh với các tình huống giao thông khác nhau
Máy in 3D: H thệ ống động cơ servo được sử ụng trong máy in 3D để điề d u khiển chính xác vị trí và tốc độ của đầu in, giúp t o ra các s n ph m in 3D ạ ả ẩ vớ ội đ chính xác cao
3 Ứng dụng Matlab/Simulink 3.1 Tổng quan, gi i thi u ớ ệ
Matlab và Simulink là hai ph n m m m nh m ầ ề ạ ẽ được sử ụ d ng r ng rãi trong ộ nghiên c u và ng d ng công nghiứ ứ ụ ệp Matlab là môi trường tính toán s ố dùng để phân tích d li u, l p trình và gi i quy t các vữ ệ ậ ả ế ấn đề toán h c và kọ ỹ thu t Simulink là công ậ cụ mô hình hóa và mô ph ng tích h p trong Matlab, cho phép t o mô hình và h th ng ỏ ợ ạ ệ ố điều khiển số Với Matlab và Simulink, người dùng có thể thực hiện đa nhiệm, phân tích d li u, x lý tín hi u, mô ph ng h th ng, tữ ệ ử ệ ỏ ệ ố ối ưu hóa và giải quyết các phương trình toán h c phọ ức tạp.Matlab và Simulink là hai ph n m m m nh m ầ ề ạ ẽ được sử ụ d ng rộng rãi trong nghiên c u và ng d ng công nghiứ ứ ụ ệp Matlab là môi trường tính toán s ố dùng để phân tích dữ liệu, lập trình và giải quyết các vấn đề toán học và kỹ thuật
4 Simulink là công c mô hình hóa và mô ph ng tích h p trong Matlab, cho phép ụ ỏ ợ tạo mô hình và h thệ ống điều khi n sể ố Nó được sử ụ d ng rộng rãi trong điệ ử, cơ n t khí, hàng không vũ trụ và ô tô để mô hình hóa, mô phỏng và phát triển chương trình điều khiển Với Matlab và Simulink, người dùng có thể thực hiện đa nhiệm, phân tích dữ li u, x lý tín hi u, mô ph ng h thệ ử ệ ỏ ệ ống, tối ưu hóa và giải quyết các phương trình toán h c phọ ức tạp
Mô ph ng và ki m tra h thỏ ể ệ ống: Simulink cho phép người dùng mô ph ng h ỏ ệ thống c a mình trong không gian thủ ời gian hoặc tần s ố để ki m tra hoể ạt động của hệ th ng và tìm ra các vố ấn đề ề ẩn trước khi triển khai ti m
Thiết k và phát tri n h th ng: Simulink cung c p m t giao diế ể ệ ố ấ ộ ện đồ ọa để h thiết k và phát tri n các h thế ể ệ ống điều khi n, bao g m các kh i chể ồ ố ức năng như bộ x lý tín hi u, bử ệ ộ điều khi n PID, b l c, và nhiể ộ ọ ều hơn nữa
Tối ưu và tinh chỉnh hệ thống: Simulink cung cấp các công cụ tối ưu hóa và tinh ch nh h thỉ ệ ống để ả c i thi n hi u su t c a h th ng ệ ệ ấ ủ ệ ố
5 Thiết k và phát tri n h th ng th i gian th c: Simulink h tr vi c thi t k và ế ể ệ ố ờ ự ỗ ợ ệ ế ế phát tri n các h th ng th i gian thể ệ ố ờ ực, cho phép các ứng dụng được tri n khai ể trên các h th ng nhúng hoệ ố ặc vi xử lý th i gian th c ờ ự Điều khi n và giám sát h thể ệ ống: Simulink cho phép người dùng thi t k các h ế ế ệ thống điều khiển và giám sát các thông số hoạt động của hệ thống để giữ cho nó hoạt động ổn định và chính xác.
Động cơ không đồng bộ
Phương trình điện áp: sa s sa sa sb s sb sb sc sc s sc dψ (t) u (t)=R i (t)+ dt dψ (t) u (t)=R i (t)+ dt dψ (t) u (t)=R i (t)+ dt
Trong đó: usa(t), u (t), usb sc(t): điện áp stator c a ba b dây pha a,b,c ủ ộ isa(t), i (t), isb sc(t): dòng điện stator c a ba b dây pha a,b,c ủ ộ Ѱsa(t), Ѱsb(t), Ѱsc(t): từ thông stator của ba bộ dây pha a,b,c Động cơ không đồng bộ ba pha có ba cuộn dây stator đặt lệch nhau 120⁰, ta chọn tọa độ phức với tr c thụ ực đi qua bộ dây pha a của động cơ Ta có các vector không gian sau:
0 0 j120 j240 s sa sb sc j120 j240 s sa sb sc j120 j240 s sa sb sc
Us, I , : là các vector không gian cs Ѱs ủa điện áp, dòng di n, t thông c a dây ệ ừ ủ quấn stator
Từ phương trình (2.1) ta có được phương trình điện áp dưới dạng vector không gian: s s s s dψ(t) U (t)=R I (t)+ dt (2.3) r r r r dψ(t)
12 Các vector không gian t ừ thông stator và rotor như sau: s s s r m r r r s m ψ =IL +IL ψ =IL +IL (2.5)
Lm: h s c m gi a dây stator và rotor ệ ố ả ữ Lσ.s: điện kháng t n c a dây qu n stator ả ủ ấ Lσ.r: điện kháng t n c a dây qu n rotor ả ủ ấ Ls = L + L : h s t c m c a dây qu n stator m σ.s ệ ố ự ả ủ ấ Lr = L + L : h s t c m c a dây qu n rotor m σ.r ệ ố ự ả ủ ấ Momen điện từ được xác định: e s s r r
Phương trình cân bằng moment: e L
Me: momen điện từ của động cơ p: s c p cố ặ ực của động cơ ML: moment t i ả J: moment cơ
ꞷ: vận tốc góc c a rotor ủ 2 Hệ phương trình trong hệ tọa độ cố định trên stator αβ
2.1 Chuyển đổi hệ tọa độ: Giả s ử điện áp ba pha đặt vào là: a max
Từ (2.8) và (2.9) ta có ma tr n chuy n t tậ ể ừ ọa độ a,b,c sang tọa độ αβ như sau: a α b β c
Ta có vector điện áp stator tở ọa độ αβ: α a b c β b c k k u =ku - u - u
Tương tự với hệ tọa độ a,b,c ta có thể biến đổi ngược công thức trên: a α b β c
Vector dòng điện từng pha: a α b α β c α β i = i1 k
2.2 Hệ phương trình trong hệ ọa độ t cố định trên stator
Phương trình moment điện từ và vận tốc g c ꞷ: ố e L m rα sβ rβ sα r m L rα sβ rβ sα r
Trong đó: isα, i sβlà dòng điện stator trong tọa độ αβ Ѱ Ѱsα, sβ là vector từ thông stator trong tọa độ αβ
T L R là h ng s th i gian rotor ằ ố ờ
Tốc độ trên trục động cơ: 60.f n p f: là t n s ngu n (hz) ầ ố ồ p: số đôi cực
Moment định mức: dm dm dm
ꞷdm: tốc độ ốc đị g nh mức
Moment điện từ tỉ lệ với công suất điện từ: dt dt dt
Với: 2 1 dt 60 n ꞷdt: tốc độ góc điện từ
Pdt: công suất điệ ừn t
II Bộ điều khi n PID ể
Bộ điều khi n PID là m t thuể ộ ật toán điều khi n ph bi n trong lý thuyể ổ ế ết điều khiển và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử, tự động hóa và điều khiển các h th ng ệ ố
Hình 2.2.1 C u trúc b ấ ộ điều khi n PID ể
PID là vi t t t c a Proportional-Integral-ế ắ ủ Derivative (tương ứng v i các thành ớ phần c u thành c a bấ ủ ộ điều khi n) Các thành ph n cể ầ ủa bộ điều khi n PID bao g m: ể ồ
Proportional: Thành ph n t lầ ỷ ệ, được tính toán dựa trên sai số hiện tại giữa giá trị đầu vào và giá trị đầu ra của hệ th ng Thành ph n này càng ố ầ lớn, tác động của sai số lên đầu ra càng lớn
Integral: Thành phần tích phân, được tính toán dựa trên tổng l i trong ỗ quá kh cứ ủa hệ ố th ng Thành ph n này giúp gi m sai s dài hầ ả ố ạn và đưa giá trị đầu ra v giá tr d ki n ề ị ự ế
Derivative: Thành phần đạo hàm, được tính toán dựa trên tốc độ thay đổi của sai số hiện tại Thành phần này giúp hệ thống ổn định hơn và phản ứng nhanh hơn đố ới các thay đổi v i nhanh của giá trị đầu vào
Kết h p các thành ph n này l i, bợ ầ ạ ộ điều khi n PID có kh ng tể ả nă ự động điều chỉnh các thông số như tốc độ ị trí và áp su t c, v ấ ủa các hệ ống điề th u khiển, đáp ứng nhanh chóng và chính xác v i các yêu c u v n hành c a h th ng Các thông s c a ớ ầ ậ ủ ệ ố ố ủ bộ điều khi n PID có th ể ể được tinh chỉnh để đạt được hiệu su t tấ ối ưu cho các ng ứ dụng khác nhau theo bảng dưới đây:
Thời gian lên Độ vọt lố Thời gian xác lập
Kp Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm
Ki Giảm Tăng Tăng Thay đổi nhỏ
Kd Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ
Bảng 2.2 Bảng đáp ứng điều chỉnh khi tăng thông số pid Để áp dụng bộ điều khiển PID, các thông số của nó cần được cài đặt và điều chỉnh phù hợp với yêu c u cầ ủa hệ ố th ng Vi c này có th ệ ể được th c hiự ện thông qua việc th nghi m và tinh chử ệ ỉnh b ng tay hoằ ặc sử ụng các phương pháp tự động hóa d
III Bộ điều khi n PI 2DOF ể 1 Biểu diễn bộ điều khiển PI 2DOF theo thời gian liên tục
Bộ điều khi n PID 2 DOF có kh ể ả năng loại bỏ nhiễu nhanh mà không làm tăng đáng kể độ vọt lố trong quá trình theo dõi điểm đặt Bộ điều khi n 2-ể DOF PID cũng rất h u ữ ích để ả gi m thi u ể ảnh hưởng của những thay đổi trong tín hi u tham chiệ ếu đố ới v i tín hiệu điều khi n ể
Mối quan h giệ ữa đầu ra của b ộ điều khiển 2 DOF ( u ) và hai đầu vào của nó ( r và y ) có th ể được bi u di n ể ễ ở d ng song song Tham s ạ ố đượ ử ục s d ng để ể bi u thị các hoạt động t lỷ ệ, tích phân và đạo hàm c a b ủ ộ điều khi n ể
Hình 2.3.1 C u trúc bấ ộ điều khi n PI 2DOF t ng quan ể ổ d i p f
+K p : t l ỉ ệ tăng +K i : độ lợi của b tích phân ộ +K d : l i ích phát sinh ợ +T f : th i gian lờ ọc đạo hàm +b: trọng điểm đặt trên thu t ng t l ậ ữ ỉ ệ +c: trọng điểm đặt trên thuật ng phát sinh ữ 2 C ấu trúc bộ điều khi n PI 2DOF ể
Bộ điều khi n PID-2DOF là b ể ộ điều khiển hai đầu vào, một đầu ra có dạng C 2 (s) như thể ện trong hình dưới đây Bả hi n thân chức năng truyền từ mỗi đầu vào đến đầu ra là m t b ộ ộ điều khi n PID ể
Hình 2.3.2 C u trúc b ấ ộ điều khi n PI 2DOF c th ể ụ ể
C r (s) và C y (s) là mộ ột b điều khi n PID, v i các tr ng s khác nhau trên ể ớ ọ ố các s h ng tố ạ ỷ l ệ và đạo hàm Trong th i gian liên t c, các thành phờ ụ ần này được cho b i: ở d r p i f d y p i f cK s C (s)=bK + K + s T s+1 K s C (s)=- K + K + s T s+1
19 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI.
THI ẾT KẾ B Ộ ĐIỀ U KHI N PI 19 Ể 1 Kh ối điều khi n: 19ể 2 Các tín hi u mô ph ng PI: 24ệỏ CHƯƠNG IV: BỘ ĐIỀU KHIỂN PI 2DOF
Hình 3.1.1 Khối điều khi n PI ể
Hình 3.1.2 B chuyộ ển đổi abc → αβ
20 Tín hi u mô ph ng: ệ ỏ
Hình 3.1.3 Tín hi u mô ph ng b chuyệ ỏ ộ ển đổi abc → αβ
Hình 3.1.4 B chuyộ ển đổi αβ → dq
Phương trình biến đổi: cos( ) sin( ) cos( ) sin( ) d q
21 Tín hiệu mô ph ng: ỏ
Hình 3.1.5 Tín hi u mô ph ng B chuyệ ỏ ộ ển đổi αβ → dq
Hình 3.1.6 B chuyộ ển đổi dq → αβ
Phương trình biến đổi: cos( ) sin( ) cos( ) sin( ) d q q d
Bộ điều khi n tể ốc độ PI
Hình 3.1.7 Bộ điều khi n tể ốc độ PI Phương trình biến đổi:
Hình 3.1.9 Kh i PWM ố - Phương trình biến đổi: n n n abc a b b
2Tín hi u mô ph ng: ệ ỏ
24 Hình 3.1.10 Tín hiệu mô ph ng PWM ỏ 2 Các tín hiệu mô phỏng PI:
Tín hiệu dòng điện abc:
Hình 3.1.11 Tín hiệu dòng điện abc
Tốc độ cài đặt so với tốc độ thực tế
Hình 3.1.13 Tốc độ đặt so v i tớ ốc độ ự ế th c t
Sự thay đổi biên độ, chu kì của dòng điện, momen và tốc độ động cơ a/ Tốc độ 1500 vòng/phút (100 /2) và mô-men là 25Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 3.1.14 Tín hi u dòng pha ia và ib c a bệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p a ợ
26 Hình 3.1.15 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a bủ ộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường h p a ợ
Hình 3.1.16 Tín hi u momen c a bệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p a ợ b/ Tốc độ 1500 vòng/phút (100 /2) và mô-men là 50Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 3.1.17 Tín hi u dòng pha ia và ib c a b ệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p b ợ
27 Hình 3.1.18 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a b ủ ộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường h p b ợ
Hình 3.1.19 Tín hi u momen c a b ệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p b ợ
28 c/ Tốc độ 3000 vòng/phút (100 ) và mô-men là 25Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 3.1.20 Tín hi u dòng pha ia và ib c a bệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p c ợ
Hình 3.1.21 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a bủ ộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường h p c ợ Momen:
Hình 3.1.22 Tín hi u momen c a bệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p c ợ
29 d/ Tốc độ 3000 vòng/phút (100 ) và mô-men là 50Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 3.1.23 Tín hi u dòng pha ia và ib c a b ệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p d ợ
Hình 3.1.24 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a b ủ ộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường h p d ợ Momen:
Hình 3.1.25 Tín hi u momen c a b ệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p d ợ
30 e/ Tốc độ ừ t 300 vòng/phút (100 /10) đến 3000 vòng/phút (100 ) và mô-men là 25Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 3.1.26 Tín hi u dòng pha ia và ib c a bệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p e ợ
Hình 3.1.27 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a bủ ộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường h p e ợ Momen:
Hình 3.1.28 Tín hi u momen c a b ệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p b ợ
31 f/ Tốc đ ừộ t 300 vòng/phút (100 /10) đến 3000 vòng/phút (100 ) và mô-men là 50Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 3.1.29 Tín hi u dòng pha ia và ib c a bệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p f ợ
Hình 3.1.30 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a bủ ộ điều khiển PI được đo bằng Pico ở trường h p f ợ Momen:
Hình 3.1.31 Tín hi u momen c a bệ ủ ộ điều khi n PI ể ở trường h p f ợ
Kết luận: Qua các trường h p thay thổi tốợ c độ t và momen, ta thấy: đặ - Trong mô ph ng, ta th y tín hiỏ ấ ệu dòng điện ia, ib đề ổn định như nhauu - Tuy v y, thông qua viậ ệc đo thực tế ới momen đặ, v t 50Nm ta th y tín hi u dòng ấ ệ điện ia, ib sẽ ổn định hơn tín hiệu dòng điện so với momen bằng 25Nm
- Việc thay đổi tốc độ đặt động cơ sẽ không thay đổi nhiều về biên độ nhưng sẽ ảnh hưởng đến độ vọt lố của Momen
33 CHƯƠNG IV: BỘ ĐIỀU KHI N PI 2DOF Ể 1 Khối điều khiển:
Hình 4.1.1 B ộ điều khi n PI 2DOF ể
Hình 4.1.2 Khối điều khi n PI 2DOF ể Phương trình biến đổi: aref ( r ) ( )
34 Tốc độ t so v i tđặ ớ ốc độ ực tế th :
Hình 4.1.3 Tốc độ đặt so v i tớ ốc độ ự ế ủ th c t c a bộ điều khi n PI 2DOF ể
Sự thay đổi biên độ, chu kì của dòng điện, momen và tốc độ động cơ a/ Tốc độ 1500 vòng/phút (100 /2) và mô-men là 25Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 4.1.4 Tín hi u dòng pha ia và ib c a bệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường h p a ợ
Hình 4.1.5 Tín hi u dòng pha ia và ib c a bệ ủ ộ điều khi n PI ể 2DOF được đo bằng Pico ở trường hợp a
Hình 4.1.6 Tín hi u momen c a b ệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường h p a ợ b/ T c 1500 vòng/phút (100 /2) và mô-men là 50Nm: ố độ Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 4.1.7 Tín hi u dòng pha ia và ib c a b ệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường h p b ợ
Hình 4.1.8 Tín hi u dòng pha ia và ib c a b ệ ủ ộ điều khi n PI ể 2DOF được đo bằng Pico ở trường hợp b
Hình 4.1.9 Tín hi u momen c a bệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường h p b ợ c/ Tốc độ 3000 vòng/phút (100 ) và mô-men là 25Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 4.1.10 Tín hi u dòng pha ia và ib c a b ệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường h p c ợ
Hình 4.1.11 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a b ủ ộ điều khi n PI ể 2DOF được đo bằng Pico ở trường h p ợ c
Hình 4.1.12 Tín hi u momen c a bệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường hợp c d/ Tốc độ 3000 vòng/phút (100 ) và mô-men là 50Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 4.1.13 Tín hi u dòng pha ia và ib c a bệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường h p d ợ
Hình 4.1.14 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a b ủ ộ điều khi n PI ể 2DOF được đo bằng Pico ở trường h p ợ d
Hình 4.1.15 Tín hi u momen c a b ệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường hợp d e/ Tốc độ t 300 vòng/phút (100ừ /10) đến 3000 vòng/phút (100 ) và mô-men là 25Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 4.1.16 Tín hi u dòng pha ia và ib c a b ệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường h p e ợ
Hình 4.1.17 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a b ủ ộ điều khi n PI ể 2DOF được đo bằng Pico ở trường h p e ợ
Hình 4.1.18 Tín hi u momen c a bệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường hợp e f/ Tốc đ ừộ t 300 vòng/phút (100 /10) đến 3000 vòng/phút (100 ) và mô-men là 50Nm:
Tín hiệu dòng pha ia và ib
Hình 4.1.19 Tín hi u dòng pha ia và ib c a bệ ủ ộ điều khi n PI2DOF ể ở trường h p f ợ
Hình 4.1.20 Tín hiệu dòng pha ia và ib c a bủ ộ điều khi n PI ể 2DOF được đo bằng Pico ở trường h p f ợ
Hình 4.1.21 Tín hi u momen c a bệ ủ ộ điều khi n PI 2DOF ể ở trường hợp f
• Qua số li u và hình nh mô ph ng, th c nghi m ta th y r ng: ệ ả ỏ ự ệ ấ ằ - S biự ến đổi biên độ và chu k cỳ ủa dòng điện và momen dẫn đến biến đổi biên độ và t n s cầ ố ủa dòng điện, làm thay đổi chu k ỳ dòng điện
- Khi tốc độ thay đổi, thời gian tăng/giảm nhanh, độ ọ ố cũng v t l thay đổi rõ rệt ngay từ khi khởi động động cơ, gây tiêu thụ năng lượng và gây hư tổn cho động cơ
• Hiệu suất động cơ sẽ ối ưu hơn khi Momen đạ ực đạ t t c i(50Nm)
• Thông qua momen ta thấy được biên độ ọ ố v t l PI 2DOF(~72Nm) gi m rõ r t so ả ệ với bộ điều khi n PI(~82Nm) Gi m sể ả ự hư tổn cho động cơ trong quá trình khởi động
Hình 4.2.1 Lưu đồ thí nghi m nhúng ệ
Tạo, định cấu hình và Chạy Mô hình cho TI Delfino F28379D LaunchPad
Tạo Model cho CPU1 c a F28379D: ủ B1 Nh p slLibraryBrowser Matlab Thao tác này s m ậ ở ẽ ở thư viện Simulink
B2 Trong thư viện Simulink, chọn Libraries > C2000™ Microcontroller Blockset và ch n b x lýọ ộ ử F2837xD.
42 Hình 4.2.2 Thư viện C2000 trên Simulink
B3 Nhấn đúp vào khối DAC, xem l i m t n kh i ch a mô t v kh i và các ạ ặ ạ ố ứ ả ề ố tham s ố để định c u hình DAC ấ người dùng được liên kết
Hình 4.2.3 Thư viện C2000 trên Simulink
B4 Th c hiự ện các bướ ừ 4 đếc t n 8 c a Nhi m v 1 cho TI Delfino F28379D ủ ệ ụ LaunchPad Đối v i tác v ớ ụ này, hãy định cấu hình kh i DAC vố ới chân 34 cho đèn LED màu đỏ
B5 Chọn TI Delfino F28379D LaunchPad và xác minh CPU được s d ng cho ử ụ kiểu máy c a bủ ạn Đố ới v i tác v này, ch n CPU1 L a ch n này t o và t i xu ng t p ụ ọ ự ọ ạ ả ố ệ thực thi cho CPU1
43 Hình 4.2.4 Ch n các th ng s c u hình ọ ố ố ấ
B6 Chuyển đến tab Hardware và nhấp vào Build, Deploy & Start để tạo mã cho mô hình và tri n khai t p thể ệ ực thi
B7 Mã được tạo sẽ tự động xây dựng và chạy trên Lauchpad F28379D khi mô hình bắt đầu chạy trên Launchpad F28379D, hãy quan sát đèn LED nhấp nháy trong khoảng thời gian 1s
Làm tương tự với CPU2
Ghi chú: Đảm bảo rằng các thiết b ngoại vi được sử dụng trong CPU1 không được sử ị dụng trong CPU2 N u các thi t b ngo i vi giế ế ị ạ ống nhau được sử ụng trong CPU1 và dCPU2, ki u máy có th không hoể ể ạt động theo mong đợi B ng cách t o 2 mô hình cho ằ ạTI Delfino F28379D Launchpad, b n có th nhạ ể ấp nháy 2 đèn LED mộ ừt t CPU1 và một t CPU2 ừ
44 Điều khiển động cơ không đồng b : ộ Hệ thống điều khi n tể ốc độ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được mô phỏng b i ph n mở ầ ềm Matlab/Simulink và được thể ệ ạ hi n t i Hình 4.2.6
Hình 4.2.6: Mô ph ng h thỏ ệ ống điều khi n tể ốc độ động cơ PMSM
Hình 4.2.7: H thệ ống điều khi n tể ốc độ động cơ PMSM với PicoScope
Sử dụng tín hi u t m ch mô phệ ừ ạ ỏng để th nghiử ệm 2 đầu ra DAC-A và DAC-B trên LaunchPad F28379D được hi n th trên PicoScope ể ị
Hình 4.2.8 K t n i ph n c ng th nghi m DAC ế ố ầ ứ ử ệ
46 Chương V: KẾT LU N Ậ VÀ HƯỚNG PHÁT TRI N Ể
Kết lu n: 46 ậ I Hướng phát triển
Đố ới v i hệ thống điều khiển tốc độ động cơ dựa theo bộ điều khiển PI 2DOF thì cho k t qu tế ả ối ưu hơn bộ điều khiển PI thông thường Độ ọ ố ảm đáng kể v t l gi khi momen đạt cực đại Đồán đã thí nghiệm nhúng cho ứng dụng điều khiển tốc độ quay K t quế ả đã được kiểm chứng trên cả phần mềm và phần cứng
II Hướng phát tri n: ể Để giảm thiểu độ ọt lố và tăng thời gian đáp ứng cần theo dõi, nghiên cứu, v phát tri n thêm v ph n b ể ề ầ ộ điều khiển PI 2DOF cũng như xây dựng thêm nh ng bài ữ thí nghi m m rệ ở ộng như là: đo tốc độ động cơ từ encoder, đo dòng điện, điện áp,…
Phát tri n thêm nh ng b ể ữ ộ điều khi n tể ối ưu hơn.
Thực thi thí nghiệm trên mô hình ph n cầ ứng động cơ AC Servo và xây dựng thêm nh ng b ữ ộ điều khi n tể ối ưu hơn có thể ứ ng d ng vào thí nghi m ụ ệ
[1] https://www.hindawi.com/journals/mpe/2014/328450/
[2] www.ti.com/tool/LAUNCHXL-F28379D [3] LAUNCHXL-F28379D Overview User's Guide (Rev C) (ti.com) [4] TMS320F28379D LaunchPad Quick Start Guide (Rev A) (ti.com) [5] www.mathworks.com/help/supportpkg/texasinstrumentsc2000/ug/gettin g-started-example.html [6] https://es.mathworks.com/help/ti-c2000/ug/getting-started-with-C2000- example.html [7] https://www.mdpi.com/2079-9292/10/17/2080/htm [8] MATLAB & SIMULINK dành cho kỹ sư điều khi n t ng Nguy n ể ự độ – ễ
