PHIẾU GIAO ĐỀ TÀII/ HỌ VÀ TÊN SINH VIÊNHọ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Minh MSSV: 18045651Trần Phạm Phượng Tường MSSV: 18039111Châu Tấn Thành MSSV: 18056991Lớp: DHDKTD14ABộ môn: Điều Khi
TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ, đặc i i i i i i i i i i i i i i ibiệt ilà sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật mà trong đó kỹ thuật điều khiển tự động góp i i i i i i i i i i i i i i i i i i iphần irất lớn tạo điều kiện để nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất Bên cạnh i i i i i i i i i i i i i i i i iđó iđiểm nổi bật trong ngành điều khiển tự động hóa là điều khiển chính xác, đã trở i i i i i i i i i i i i i i i i ithành imột phần không thể thiếu trong nền công nghiệp hiện đại Phần lớn trong các i i i i i i i i i i i i i i ingành i công nghiệp từ công nghiệp hóa lọc dầu, công nghiệp hóa chất, xử lý nước, i i i i i i i i i i i i i i isản ixuất giấy, sản xuất điện năng; các loại máy móc; thiết bị dân dụng; động cơ điện i i i i i i i i i i i i i i i i itrong icác máy công cụ, máy CNC; cánh tay robot; …đến thiết bị gia dụng như máy i i i i i i i i i i i i i i i iđiều ihòa; máy hút bụi ngay cả trong máy vi tính đa số đều yêu cầu độ chính xác cao, i i i i i i i i i i i i i i i i i i itiết ikiệm năng lượng, tuổi thọ và chu kỳ bảo dưỡng dài Một trong những yêu cầu i i i i i i i i i i i i i i i icần iđược đáp ứng để đạt được chỉ tiêu nêu trên là điều khiển được tốc độ động cơ i i i i i i i i i i i i i i i i i iđiện imột cách ổn định, đáp ứng nhanh, vận hành trơn tru khi xác lập và khi thay đổi i i i i i i i i i i i i i i i i i itrạng ithái Vì vậy việc thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ với tốc độ đáp ứng i i i i i i i i i i i i i i i i i inhanh ivà độ chính xác cao là vấn đề chính trong đề tài này i i i i i i i i i i i i
Việc ứng dụng những thuật toán kinh điển vào vấn đề điều khiển tốc độ động i i i i i i i i i i i i i i i icơ i đã đạt được nhiều kết quả khả quan Các bộ điều khiển công nghiệp phổ biến như i i i i i i i i i i i i i i i i ibộ iđiều khiển P, bộ điều khiển PI, bộ điều khiển PID truyền thống thường được sử i i i i i i i i i i i i i i i idụng iđể điều khiển tốc độ động cơ Chỉnh định thông số cho bộ điều khiển PID cũng i i i i i i i i i i i i i i i i icó inhiều phương pháp Tuy nhiên, đối với các hệ mà bộ điều khiển có chứa thành i i i i i i i i i i i i i i i iphần itích phân và tín hiệu bị hạn chế như những hệ thống có cơ cấu chấp hành hai vị i i i i i i i i i i i i i i i i i i itrí inhư kiểu rơle, van đóng mở và trong trường hợp bộ điều khiển có thành phần tích i i i i i i i i i i i i i i i i iphân ibị giới hạn tín hiệu sẽ có thể xuất hiện hiện tượng bão hòa tích phân, hiện i i i i i i i i i i i i i i i i itượng inày có thể gây mất ổn định hệ thống và một vài tác hại không mong muốn Do i i i i i i i i i i i i i i i i i iđó, imột số cấu trúc điều khiển nâng cao đã được sử dụng để cải thiện hiệu quả của i i i i i i i i i i i i i i i i i ikiểm isoát PID trong các điều kiện hoạt động phức tạp như tải hoặc tốc độ thay đổi i i i i i i i i i i i i i i i i ilớn i
Bộ điều khiển PID sử dụng i i i i i iTracking Antiwindup i imang lại hiệu quả tốt hơn so i i i i i i ivới icác phương pháp điều khiển PID truyền thống với độ vọt lố thấp hơn và khả i i i i i i i i i i i i i i i inăng ikiểm soát tốc độ tốt hơn khi có tải thay đổi Chính vì vậy, để điều khiển tốc độ, i i i i i i i i i i i i i i i i i i itrong i khóa luận này, em chọn bộ điều khiển PID i i i i i i i i i Tracking Antiwindup i i để xử lý các i i i ihạn ichế của bộ điều khiển PID truyền thống Bộ điều khiển PID i i i i i i i i i i i iTracking iAntiwindup isẽ được xây dựng bằng phần mềm LabView dựa trên card NI myRIO i i i i i i i i i i i i i1900 icủa NI i
PHẠM VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Đề tài điều khiển tốc độ động cơ AC SERVO với tải thay đổi sử dụng thuật toán PID nâng cao dùng card ni myrio 1900 theo một chiều dựa trên bộ điều khiển PID Tracking Antiwindup Từ thuật toán thiết kế trên Matlab, nhóm thực hiện mô hình dựa trên card NI myRIO bằng cách ứng dụng phần mềm Labview Thực hiện lập trình hệ thống theo từng phương pháp riêng biệt và liên kết với nhau. Đề tài chỉ thực hiện phần lập trình cho Phương pháp điều khiển PID TrackingAntiwindup điều khiển tốc độ động cơ theo 1 chiều Chỉ tìm hiểu và sử dụng các ngõ vào, ngõ ra mạng card Ni Myrio 1900 và chế độ Analog biến tần Mitsubishi E520.
CÁC ỨNG DỤNG THỰC TIỄN
Ứng dụng trong các dây truyền sản xuất nhà máy băng tải cần ổn định tốc độ, ứng dụng trong các hệ thống thang máy Đôi ilúc icó ithể ixem isự iổn iđịnh icủa itốc iđộ iđộng icơ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm và sự ổn định của hệ thống i i i i i i i i i i i i i i i i i iVí idụ: Máy ép nhựa làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, i i i i i i i i i i i i i i i i imáy ily tâm định hình khi đúc Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ i i i i i i i i i i i i i i i i i iđược ixem như vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp i i i i i i i i i i i i i i
Hình 1.1: Dây chuyền ép đế giầy Hình 1.2: Máy ly tâm định hình
PHẦN MỀM ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK
MATLAB (Matrix Laboratory) là một phần mềm i i i i i i ikhoa học được thiết kế để i i i i i icung i cấp việc tính toán số và hiển thị đồ họa bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao i i i i i i i i i i i i i i i i iMatlab icung cấp các tính năng tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác i i i i i i i i i i i i i i i idữ iliệu linh hoạt dưới dạng mảng ma trận để tính toán và quan sát Các dữ liệu vào i i i i i i i i i i i i i i i i i icủa iMatlab có thể được nhập từ "Command line" hoặc từ "mfiles", trong đó tập lệnh i i i i i i i i i i i i i i iđược icho trước bởi Matlab Matlab cung cấp cho người dùng các toolbox tiêu chuẩn i i i i i i i i i i i i i itùy ichọn Người dùng cũng có thể tạo ra các hộp công cụ riêng của mình gồm các i i i i i i i i i i i i i i i i i"mfiles" iđược viết cho các ứng dụng cụ thể Chúng ta có thể sử dụng các tập tin trợ i i i i i i i i i i i i i i i i i igiúp i của Matlab cho các chức năng và các lệnh liên quan với các toolbox có sẵn i i i i i i i i i i i i i i i i(dùng ilệnh help) i
Hình 1.4: Giao diện làm việc trên Matlab.
Simulink là một công cụ trong Matlab dùng i i i i i i i iđể mô hình, mô phỏng và phân i i i i i i itích i các hệ thống động với môi trường giao diện sử dụng bằng đồ họa Việc xây i i i i i i i i i i i i i i i idựng i mô hình được đơn giản hóa bằng các hoạt động nhấp chuột và kéo thả i i i i i i i i i i i i i i iSimulink ibao gồm một bộ thư viện khối với các hộp công cụ toàn diện cho cả việc i i i i i i i i i i i i i i i i iphân itích tuyến tính và phi tuyến Simulink là một phần quan trọng của Matlab và có i i i i i i i i i i i i i i i ithể idễ dàng chuyển đổi qua lại trong quá trình phân tích, vì vậy người dùng có thể i i i i i i i i i i i i i i i i itận idụng được ưu thế của cả hai môi trường i i i i i i i i
Hình 1.5: Thư viện trong Simulink
Hình 1.6: Giao diện làm việc trong Simulink 1.4.2 TÍNH NĂNG
Matlab là ngôn ngữ lập trình cao cấp, cho phép tính toán các con số và phát i i i i i i i i i i i i i i i i itriển i ứng dụng i
Cung cấp môi trường tương tác để khảo sát, thiết kế và giải quyết các vấn đề i i i i i i i i i i i i i i i i
Cung icấp ithư viện lớn các hàm toán học cho đại số tuyến tính, thống kê, phân i i i i i i i i i i i i i i itích iFourier, bộ lọc, tối ưu hóa, tích phân và giải các phương trình vi phân bình i i i i i i i i i i i i i i i ithường.
Matlab cung i i cấp i các đồ thị được tích hợp sẵn để hiển thị hình ảnh dữ liệu và i i i i i i i i i i i i i i icác icông cụ để tạo đồ thị tùy chỉnh i i i i i i i
Giao diện lập trình của Matlab cung i i i i i i icấp icác công cụ phát triển để nâng cao i i i i i i i ikhả inăng bảo trì chất lượng mã và tối đa hóa hiệu suất i i i i i i i i i i i
Cung cấp các công cụ để xây dựng các ứng dụng với các giao diện đồ họa tùy i i i i i i i i i i i i i i i i i ichỉnh.
Cung icấp icác hàm để tích hợp các thuật toán dựa trên Matlab với các ứng i i i i i i i i i i i i i idụng ibên ngoài và các ngôn ngữ khác như C, Java, NET và Microsoft Excel i i i i i i i i i i i i i
Matlab được sử dụng như công cụ tính toán trong các lĩnh vực khoa học và kỹ i i i i i i i i i i i i i i i i ithuật, ibao gồm các lĩnh vực vật lý, hóa học, toán học và công nghệ Matlab được sử i i i i i i i i i i i i i i i i idụng ihầu hết trong các việc: i i i i
Xử lý tín hiệu và truyền thông i i i i i i
Xử lý hình ảnh và video i i i i i
Kiểm tra và đo lường i i i i
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển tự động
Hình 2.1: Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển tự động
- r(t)(reference input): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn i i i i i i i
- c(t) i(controlled putput): tín hiệu ra i i i i
- cht(t): itín hiệu hồi tiếp i i i
Bộ điều khiển là thành phần quan trọng nhất duy trì chế độ làm việc cho cả hệ i i i i i i i i i i i i i i i i i ithống iđiều khiển i
CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
Sai isố ixác ilập ilà isai ilệch igiữa itín ihiệu iđặt ivà tín hiệu hồi tiếp khi quá trình điều i i i i i i i i ikhiển ikết thúc, hay nói cách khác là sai số i i i i i i i i icủa ihệ thống khi thời gian tiến đến vô cùng i i i i i i i i
Hình 1.2: Sai số xác lập
Hiện tượng vọt lố là hiện tượng đáp ứng vượt quá giá trị xác lập của nó i i i i i i i i i i i i i i i i Độ vọt lố (Percent of Overshoot – POT) được tính bằng công thức: i i i i i i i i i i i
Hình 2.3: Độ vọt lố POT
2.2.3 Thời gian quá độ - Thời gian tăng lên
Thời gian quá độ (t ): là thời gian i i i i qđ i i i icần i thiết để sai lệch giữa đáp ứng của hệ i i i i i i i i ithống ivà giá trị xác lập của nó không vượt quá %, i i i i i i i i i i i% ithường ichọn là 2% (0,02) i i i ihoặc i5% (0,05) i
Thời gian lên (t ): là thời gian cần thiết để đáp ứng của hệ thống tăng từ 10% i i i r i i i i i i i i i i i i i i iđến i90% giá trị xác lập của nó i i i i i i
Hình 2.4: Thời gian quá độ và thời gian lên
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
2.3.1 Định nghĩa bộ điều khiển PID
Hình 2.5: Cấu trúc bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID i i i i i i i i i i i- iProportional Integral i iDerivative) ilà bộ điều khiển theo cơ chế phản hồi vòng được sử dụng rộng rãi trong i i i i i i i i i i i i i i i icác i hệ thống điều khiển công nghiệp Bộ điều khiển PID tính toán một giá trị "sai số" i i i i i i i i i i i i i i i i ilà ihiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển i i i i i i i i i i i i i i i i i i isẽ ithực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào i i i i i i i i i i i i i i i i i
Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó i i i i i i i i i i i i i i i i iđôi ikhi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm, i i i i i i i i i i i i i i i i i i i iviết itắt là P, I và D Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i ixác iđịnh tác động của tổng các sai số quá khứ và giá trị vi phân xác định tác động i i i i i i i i i i i i i i i i i i icủa itốc độ biến đổi sai số Tổng của ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình i i i i i i i i i i i i i i i i i ithông iqua một phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của i i i i i i i i i i i i i i i i iphần itử gia nhiệt Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm i i i i i i i i i i i isáng tỏ về quan hệ thời i i i i i igian: i i P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ và i i i i i i i i i i i i i i i i i i iD idự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại i i i i i i i i i i i i i i
Bằng cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ i i i i i i i i i i i i i i i iđiều ikhiển có thể dùng trong những thiết kế có yêu cầu đặc biệt Đáp ứng của bộ i i i i i i i i i i i i i i i i iđiều ikhiển có thể được mô tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều khiển, giá trị mà i i i i i i i i i i i i i i i i i i ibộ iđiều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ thống i i i i i i i i i i i i i
Vài ứng dụng có thể yêu i i i i i icầu ichỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy theo hệ thống i i i i i i i i i i iĐiều inày đạt được bằng cách thiết đặt độ lợi của các đầu ra không mong muốn về 0 i i i i i i i i i i i i i i i i i iMột ibộ điều khiển PID sẽ được gọi là bộ điều khiển PI, PD, P hoặc I nếu vắng mặt i i i i i i i i i i i i i i i i i i icác i tác động bị khuyết Bộ điều khiển PI khá phổ biến do đáp ứng vi phân khá nhạy i i i i i i i i i i i i i i i i i iđối ivới các nhiễu đo lường, trái lại nếu thiếu giá trị tích phân có thể khiến hệ thống i i i i i i i i i i i i i i i i i ikhông iđạt được giá trị mong muốn i i i i i
2.3.2 Cấu trúc bộ điều khiển PID
Hình 2.6: Đáp ứng khâu tỉ lệ K P
Khâu tỉ lệ (đôi khi còn được gọi là độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số hiện tại Đáp ứng tỉ lệ có thể được điều chỉnh bằng cách nhân sai số đó với một hằng số Kp, được gọi là độ lợi tỉ lệ.
Khâu tỉ lệ được cho bởi: Pout = K e(t)P
Pout: Thừa số tỉ lệ của đầu ra KP: Độ lợi tỉ lệ, thông số điều chỉnh e: Sai số t: Thời gian hay thời gian tức thời (hiện tại) Phân phối của khâu tích phân (đôi khi còn gọi là reset) tỉ lệ thuận với cả biên i i i i i i i i i i i i i i i i i iđộ isai số lẫn quãng thời gian xảy ra sai số Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích i i i i i i i i i i i i i i i i i i iphân isai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉnh trước đó Tích lũy sai số sau đó i i i i i i i i i i i i i i i i i i iđược inhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển Biên i i i i i i i i i i i i i i i i i
10 iđộ iphân phối của khâu tích phân trên tất cả tác động điều chỉnh được xác định bởi độ i i i i i i i i i i i i i i i i i ilợi itích phân, K i i i.
Khâu tích phân (I) Phân phối của khâu tích phân (đôi khi còn gọi là reset) tỉ lệ thuận với cả biên độ sai số lẫn quãng thời gian xảy ra sai số Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉnh trước đó Tích lũy sai số sau đó được nhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển Biên độ phân phối của khâu tích phân trên tất cả tác động điều chỉnh được xác định bởi độ lợi tích phân, K i
Hình 2.7: Đáp ứng khâu tích phân K I
Thừa số tích phân được cho bởi: i i i i i i iIout i = iKi
Iout: Thừa số tích phân của đầu ra i i i i i i i
Ki: Độ lợi tích phân, 1 thông số điều chỉnh i i i i i i i i i e: Sai số i i t: Thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại) i i i i i i i i
: Biến tích phân trung gian i i i i i
Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) sẽ tăng tốc chuyển động của quá i i I i i i i i i i i i i i i itrình itới điểm đặt và khử số dư sai số ổn định với một tỉ lệ chỉ phụ thuộc vào bộ điều i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i ikhiển iTuy nhiên, vì khâu tích phân là đáp ứng của sai số tích lũy trong quá khứ, nó i i i i i i i i i i i i i i i i i icó ithể khiến giá trị hiện tại vọt lố qua giá trị đặt i i i i i i i i i i i (ngang qua điểm đặt và tạo ra một i i i i i i i iđộ ilệch với các hướng khác) i i i i
Khâu vi phân (D) Tốc độ thay đổi của sai số quá trình được tính toán bằng cách xác định độ dốc i i i i i i i i i i i i i i i i i icủa isai số theo thời gian (tức là đạo hàm bậc một theo thời gian) và nhân tốc độ này i i i i I i i i i i i i i i i i i i ivới iđộ lợi tỉ lệ K i i i i d Biên độ của phân phối khâu vi phân (đôi khi được gọi là tốc độ) i i i i i i i i I i i i i i i itrên itất cả các hành vi điều khiển được giới hạn bởi độ lợi vi phân, K i i i i i i i i i i i i i i i d.
Hình 2.8: Đáp ứng khâu vi phân K D
Thừa số vi phân được cho bởi: i i i i i i i iDout i= iKd i
Dout: Thừa số vi phân của đầu ra i i i i i i i k : Độ lợi vi phân, một thông số điều chỉnhd i i i i i i i i i e: Sai số i i i i t: Thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại) i i i i i i i i i
Khâu vi phân làm chậm tốc độ thay đổi của đầu ra bộ điều khiển và đặc tính i i i i i i i i i i i i i i i i i inày ilà đang chú ý nhất để đạt tới điểm đặt của bộ điều khiển Từ đó, điều khiển vi i i i i i i i i i i i i i i i i i i iphân i được sử dụng để làm giảm biên độ vọt lố được tạo ra bởi thành phần tích phân i i i i i i i i i i i i i i i i i ivà i tăng cường độ ổn định của bộ điều khiển hỗn hợp Tuy nhiên, phép vi phân của i i i i i i i i i i i i i i i i imột itín hiệu sẽ khuếch đại nhiễu và do đó khâu này sẽ nhạy hơn đối với nhiễu trong i i i i i i i i i i i i i i i i i isai isố, và có thể khiến quá trình trở nên không ổn định nếu nhiễu và độ lợi vi phân i i i i i i i i i i i i i i i i i i iđủ ilớn i
2.3.3 Đáp ứng của bộ điều khiển PID
Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân được cộng lại với nhau để tính toán đầu ra của i i i i i i i i i i i i i i i i i ibộ iđiều khiển PID Định nghĩa rằng là đầu ra của bộ điều khiển, biểu thức cuối cùng i i i i i i i i i i i i i i i i i icủa igiải thuật PID là: i i i
Hàm truyền của bộ điều khiển PID:
Trong đó các thông số điều chỉnh theo bảng dưới đây:
Bảng 1.1: Đáp ứng điều chỉnh khi tăng các thông số PID 2.3.4 Chỉ định các tham số bộ điều khiển PID
Do từng thành phần của bộ PID có những ưu nhược điểm khác nhau và không i i i i i i i i i i i i i i i ithể iđồng thời đạt được tất cả các chỉ tiêu chất lượng một cách tối ưu, nên cần lựa i i i i i i i i i i i i i i i i i ichọn ithỏa hiệp giữa các yêu cầu chất lượng và mục đích điều khiển Việc lựa chọn i i i i i i i i i i i i i i i itham i số cho bộ điều khiển PID cũng phụ thuộc vào đối tượng điều khiển và các i i i i i i i i i i i i i i i iphương ipháp xác định thông số Tuy nhiên kinh i i i i i i i inghiệm cũng là i i imột yếu tố i i iquan itrọng itrong khâu này i i Đáp ứng vòng kín
KP Giảm Tăng Thay đổi nhỏ Giảm
KI Giảm Tăng Tăng Thay đổi nhỏ KD
Thay đổi nhỏ Giảm Giảm Thay đổi nhỏ
Có nhiều phương pháp để lựa chọn tham số cho bộ điều khiển PID i i i i i i i i i i i i i iỞ iđây chỉ i itrình ibày về hai phương pháp phổ biến hay được dùng, đó là phương pháp Ziegler – i i i i i i i i i i i i i i i iNichols ivà phương pháp thử sai i i i i
Phương pháp Ziegler và Nichols:
Ziegler và Nichols đưa ra hai phương pháp thực nghiệm để xác định tham số i i i i i i i i i i i i i i ibộ iđiều khiển PID Phương pháp thứ nhất dùng mô hình quán tính bậc nhất của đối i i i i i i i i i i i i i i i itượng iđiều khiển Phương pháp thứ hai không cần đến mô hình toán học của đối i i i i i i i i i i i i i i itượng inhưng chỉ áp dụng cho một số lớp đối tượng nhất định i i i i i i i i i i i
Phương pháp Zieger-Nichols thứ nhất:
Xác định thông số của bộ điều khiển PID dựa vào đáp ứng của hệ hở:
Hình 2.9: Sơ đồ khối hệ hở
Hình 2.10: Đáp ứng của hệ hở
Với đáp ứng của hệ hở như trên, Zieger – Nichols đã đưa ra bộ thông số PID được tính như sau:
Bảng 1.2: Bộ thông số PID theo phương pháp Zieger – Nichols thứ nhất
+ Phương pháp Zieger-Nichols thứ hai:
Phương pháp này áp dụng cho đối tượng có khâu tích phân lý tưởng như mực chất lỏng trong bồn chứa, vị trí hệ truyền động dùng động cơ… Đáp ứng quá độ của hệ hở của đối tượng tăng đến vô cùng Phương pháp này được thực hiện như sau:
+ Thay bộ điều khiển PID trong hệ kín bằng bộ khuếch đại.
+ Tăng hệ số khuếch đại tới giá trị tới hạn k để hệ kín ở chếth độ biên giới ổn định, tức là h(t) có dạng dao động điều hòa.
+ Xác định chu kỳ T của dao động.th
Hình 2.11: Sơ đồ khối của hệ kín
Hình 2.12: Đáp ứng của hệ kín
Tham số cho bộ điều khiển PID chọn theo bảng sau:
Bảng 1.3: Bộ thông số PID theo phương pháp Zieger – Nichols thứ hai
HIỆN TƯỢNG BẢO HÒA TÍCH PHÂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
2.4.1 Hiện tượng bảo hòa tích phân
Bão hoà tích phân (reset windup, integrator windup) là hiện tượng đầu ra của i i i I i i i i i i i i i ibộ iđiều khiển vẫn tiếp tục tăng quá mức giới hạn do sự tích luỹ của thành phần tích i i i i i i i i i i i i i i i i i iphân ivẫn tiếp tục được duy trì khi sai lệch điều khiển đã trở về không Hiện tượng i i i i i i i i i i i i i i i i inày i xảy ra khi bộ điều khiển có chứa thành phần tích phân và tín hiệu bị giới hạn và i i i i i i i i i i i i i i i i i i itrong itrường hợp bộ điều khiển có thành phần tích phân bị giới hạn tín hiệu Mặt i i i i i i i i i i i i i i i ikhác ita biết rằng thành phần tích phân giúp cho đầu ra của hệ kín nhanh chóng đạt i i i i i i i i i i i i i i i i itới igiá trị đặt tuy nhiên tín hiệu đặt quá lớn hoặc thay đổi quá nhanh khi đó làm cho i i i i i i i i i i i i i i i i i i ithiết ibị chấp hành không đáp ứng kịp thì tính chất tuyến tính của luật điều khiển i i i i i i i i i i i i i i i ikhông icòn được đảm bảo i i i
“Windup” là một hiện tượng gây ra do tương tác của khâu tích phân trong bộ i i i i i i i i i i i i i i i iPID ivà sự bão hòa Trong một hệ thống điều khiển với tần hoạt động rộng, các biến i i i i i i i i i i i i i i i i iđiều ikhiển có thể đạt tới giới hạn của cơ cấu chấp hành Khi điều này xảy ra vòng i i i i i i i i i i i i i i i i i iphản ihồi bị phá vỡ và hệ thống hoạt động như hệ hở vì cơ cấu chấp hành vẫn ở giới i i i i i i i i i i i i i i i i i i i ihạn i của nó không phụ thuộc vào đầu vào của quá trình Nếu một bộ điều khiển có i i i i i i i i i i i i i i i i ikhâu itích phân được sử dụng, thì sai lệch tiếp tục được tích phân lên Điều này có i i i i i i i i i i i i i i i i inghĩa ilà đại lượng tích phân có thể trở nên rất lớn, hay nói cách khác nó “windup” i i i i i i i i i i i i i i i I iKhi iđó, nó yêu cầu sai lệch phải có dấu ngược lại trong một khoảng thời gian i i i i i i i i i i i i i i i idài itrước ikhi mọi thứ trở lại bình thường Kết quả là với một bộ điều khiển bất kì khâu i i i i i i i i i i i i i i i i i itích iphân có thể đưa ra khoảng quá độ lớn khi cơ cấu chấp hành bão hòa Hệ thống i i i i i i i i i i i i i i i i i isẽ iđáp ứng chậm hơn với thay đổi giá trị đặt Đến khi sai lệch điều khiển triệt tiêu thì i i i i i i i i i i i i i i i i i i ithành iphần I trở nên rất lớn và tiếp tục tăng bởi tín hiệu điều khiển vẫn bị giới hạn i i i i i i i i i i i i i i i i i i iDo ivậy thời gian quá điều chỉnh và độ quá điều chỉnh đều tăng lên Hiện tượng này i i i i i i i i i i i i i i i i icó ithể lặp lại làm cho hệ dao động nhiều hơn và thậm chí có thể làm cho hệ kín mất i i i i i i i i i i i i i i i i i i i iổn i định Đầu ra của bộ điều khiển càng bị giới hạn nhiều hoặc thời gian tích phân i i i i i i i i i i i i i i i i icàng inhỏ thì chất lượng của hệ kín càng giảm so với trường hợp lý tưởng i i i i i i i i i i i i i i
2.4.2 Các biện pháp khắc phục a) Phương pháp sử dụng tích phân có điều kiện
Mục tiêu của phương pháp này là khi sai lệch điều khiển bằng 0 tiến hành tách i i i i i i i i i i i i i i i i ibỏ ithành phần tích phân trong bộ điều khiển hoặc tốt hơn hết là xoá bỏ hẳn trạng thái i i i i i i i i i i i i i i i i i icủa ithành phần tích phân Từ đó, loại bỏ hiện tượng bão hòa tích phân i i i i i i i i i i i i i Ưu điểm: Loại bỏ hoàn toàn hiện tượng bão hoà tích phân, tác động chính xác, i i i i i i i i i i i i i i i ikhông itồn tại sai lệch tĩnh và không có độ quá điều chỉnh i i i i i i i i i i i
Nhược điểm: Khó thực hiện và tác động chậm i i i i i i i i b) Phương pháp tăng điểm đặt với độ dốc thích hợp
Với phương pháp này mục đích là để tốc độ của động cơ tăng đến giá trị đặt i i i i i i i i i i i i i i i i i imột i cách chậm để đầu ra của tín hiệu điều khiển nằm trong giới hạn cho phép không i i i i i i i i i i i i i i i i ivượt iquá điều chỉnh, và điều này làm tránh hiện tượng bão hòa tích phân i i i i i i i i i i i i i Ưu điểm: Dễ thực hiện, đơn giản không tồn tại sai lệch tĩnh i i i i i i i i i i i i
Nhược điểm: Hệ thống tác động chậm hơn và do đó thời gian quá độ bị kéo i i i i i i i i i i i i i i i i idài ihơn. c) Phương pháp PID sử dụng Tracking Antiwindup
Hình 2.13: Bộ điều khiển PID Tracking AntiWindup
Theo dõi giá trị thực của tín hiệu điều khiển bị giới hạn phản hồi về bộ điều i i i i i i i i i i i i i i i i i ikhiển iđể thực hiện thuật toán bù nhằm giảm thành phần tích phân Mục đích nhằm i i i i i i i i i i i i i i ithay iđổi giá trị KI trong bộ điều khiển PID sao cho tác động điều khiển nhanh chậm i i i i i i i i i i i i i i i i itheo iyêu cầu để hạn chế hoặc chống bão hoà tích phân Giá trị đầu ra của bộ điều i i i i i i i i i i i i i i i i i
18 ikhiển itrước và sau khâu hạn chế được tính toán so sánh phản hồi về thành phần tích i i i i i i i i i i i i i i i i iphân iđể thực hiện thuật toán bù chống bão hoà tích phân i i i i i i i i i i Ưu điểm: Triệt tiêu được sai lệch tĩnh, có khả năng tác động nhanh i i i i i i i i i i i i i
Nhược điểm: Không loại bỏ hoàn toàn hiện tượng bão hoà tích phân mà loại i i i i i i i i i i i i i i ibỏ i iở mức còn hạn chế i i i
CHỨNG MINH TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA PHƯƠNG PHÁP PID TRACKING
Phương trình chuyển động của hệ thống Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha.
Với B: Hệ số ma sát.
Với : Khâu tỉ lệ : Khâu tích phân : Khâu vi phân Đặt (3) (3) (4)
Giá trị : Đặt Thay (3) vào (1), ta được:
Giả sử, gọi là trạng thái ổn định của hệ thống (hay e=0) Ta có phương trình bộ điều khiển PID
Trong đó Thay (2) vào (7), ta được:
Với điều kiện ổn định thì: q =, e = 0 Ta suy ra:
Chọn hàm Lyapunov như sau:
Thay (10) vào biểu thức (12), ta có:
Xét điều kiện ổn định Lyapunov, ta có hàm V thỏa: i) V(e) > 0, ii) V (0) = 0 iii) Vậy hệ thống (11) ổn định Lyapunov Ứng với từng giá trị ở mỗi giai đoạn mà khâu tích phân được điều chỉnh thích hợp, các trường hợp được xét đến là tín hiệu điều khiển ở phạm vi ổn định và tín hiệu điều khiển đạt giá trị vượt hoặc thấp hơn giá trị đặt của hệ thống hay còn gọi là giá trị
20 bão hòa (lúc này hệ thống sẽ có sự tham gia của bộ Anti-windup), tùy vào từng trường hợp khâu tích phân sẽ được điều chỉnh thích hợp:
Với trường hợp , thì hệ thống sẽ hoạt động trong phạm vi ổn định.
Trường hợp , lúc này hệ thống sẽ tiến hành so sánh giá trị đầu vào và giá trị đầu ra sau bão hòa để tính toán sai lệch gửi phản hồi quay lại điều chỉnh khâu tích phân giúp nhanh chóng khắc phục được trạng thái bão hòa khi tín hiệu e bị đảo ngược.
Phương pháp Anti-windup của hệ thống được ứng dụng trong khâu hồi tiếp về khâu tích phân được tạo bởi tích của giá trị sai lệch giữa đầu vào và giá trị đầu ra sau bão hòa nhân với tín hiệu e đã được khuếch đại lên ( lần
Hệ thống sử dụng phương pháp Anti-windup này cho phép hạn chế được khâu tích phân nhanh chóng và sử dụng hệ số khuếch đại nhân với tín hiệu e để hệ thống nhanh chóng vượt qua giai đoạn bão hòa giúp đạt hiệu suất điều khiển tốt hơn cho hệ thống.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID SỬ
YÊU CẦU VÀ HƯỚNG THIẾT KẾ
Mục tiêu: Thiết kế bộ⁰điều⁰khiển cho tín hiệu đáp⁰ứng⁰tốt, thời gian xác⁰ ⁰lập nhanh, độ vọt lố thấp, sai số xác lập nhỏ, khắc phục được tình trạng bão hòa tích phân.
Giao diện điều khiển: sẽ bao gồm 3 phần là các cài đặt, các hiển thị và các hướng dẫn.
Cài đặt: Chọn kênh điều khiển, chọn chế độ điều khiển, chọn bộ điều khiển, chọn nút nhấn tương ứng, nhập setpoint.
Hiển thị: Hiển thị lên đồ thị thứ nhất là tín hiệu ngõ ra Đồ thị thứ hai hiện thị là tín hiệu setpoint và process variable tín hiệu ngõ ra và đồ thì cuối cùng hiện thị sai số theo thời gian.
Hướng dẫn: hướng dẫn điều khiển chương trình và tin nhắn từ hệ thống.
Nghiên cứu tính toán, thiết kế, mô phỏng bộ điều khiển PID i i i i i i i i i i i iTracking iAntiwindup iđiều khiển động cơ không đồng bộ trên phần mềm Matlab/Simulink Sau i i i i i i i i i i i ikhi imô phỏng ra kết quả đáp ứng yêu cầu đặt ra chúng ta sử dụng phần mềm i i i i i i i i i i i i i i i i iLabview i thiết kế lại bộ điều khiển như đã thiết kế tính toán trên Matlab để nhúng bộ i i i i i i i i i i i i i i i i iđiều ikhiển lên card NI myRIO vì phần mềm Matlab không thể nhúng trực tiếp bộ i i i i i i i i i i i i i i iđiều ikhiển vào card NI myRIO i i i i
Code chương trình trên Labview: bao gồm 1 vòng lặp while và cấu trúc case chứa các code của các kênh điều khiển.
Setpoint được cài đặt theo đơn vị (vòng/phút) đưa vào SP của các bộ điều khiển.
Nếu nhập sai setpoint thì SP sẽ lấy giá trị là 0 và báo ra tin nhắn “Bạn đã nhập sai setpoint”.
Tín hiệu encoder lấy về qua khối encoder của card NI MyRio 1900 sẽ bị nhiễu i i i i i i i i i i i i i i i inên ita đưa qua bộ lọc nhiễu sau đó đưa vào PV của các bộ điều khiển i i i i i i i i i i i i i i i
Các bộ điều khiển tính toán ngõ ra và xuất điện áp analog từ 0 đến 10V qua i i i i i i i i i i i i i i i i i iC/AO0 icủa card NI MyRio 1900 cấp cho động cơ qua biến tần i i i i i i i i i i i
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
3.2.1 VECTO KHÔNG GIAN CÁC ĐẠI LƯỢNG PHA
3.2.1.1 XÂY DỰNG VECTƠ KHÔNG GIAN Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha có ba (hay bội số của ba) cuộn dây i i i i i i i i i i i i i i i i istator ibố trí trong không gian như hình vẽ sau: i i i i i i i i
Hình 3.1: Sơ đồ đấu dây và điện áp stator của ĐCKĐB ba pha Ba trục của ba cuộn dây lệch nhau một góc 120˚ trong không gian i i i i i i i i i i i i i
Hình 3.2: Vecto điện áp 3 pha đối xứngBa điện áp cấp cho ba đầu dây của động cơ từ lưới ba pha hay từ bộ nghịch lưu,biến tần; ba điện áp này thỏa mãn phương trình: + + = 0 (1.1)
Với ⁰s = 2 f fs là tần số của mạch stator
|us| là biên độ của điện áp pha, có thể thay đổi.
Vector không gian của điện áp stator được định nghĩa như sau:
(tương tự như vector trong mặt phẳng phức hai chiều với 2 vector đơn vị) Theo công thức (1.6), vector là imột ivector icó imodule ikhông iđổi iquay trên mặt phẳng phức với tốc độ góc và tạo với trục thực (đi qua cuộn dây i i i i i i i i i i i i i I i i i pha u) một góc i i i i i, itrong đó fs là tần số mạch stator Việc xây dựng vector i i i i i i i i i i i i được imô tả i itrong ihình sau i
Hình 3.3: Vector không gian điện áp stator trong hệ tọa độ αβ Theo hình vẽ, điện áp của từng pha chính là hình chiếu của vector điện áp i i i i i i i i i i i i i i i istator ilên trục của cuộn dây tương ứng Đối với các đại lượng khác của động cơ: i i i i i i i i i i i i i i i idòng i điện stator, dòng rotor, từ thông stator và từ thông rotor đều có thể xây dựng i i i i i i i i i i i i i i i icác ivector không gian tương ứng như đối với điện áp stator i i i i i i i i i i
3.2.1.2 HỆ TỌA ĐỘ CỐ ĐỊNH STATOR
Vector không gian điện áp stator là một vector có modul xác định (||) quay trên mặt phẳng phức với tốc độ góc và tạo với trục thực (trùng với cuộn dây pha A) một góc Đặt tên cho trục thực là và trục ảo là , vector không gian có thể được mô tả thông qua hai giá trị thực () và ảo () là hai thành phần của vector Hệ tọa độ này là hệ tọa độ cố định, gọi tắt là hệ tọa độ .
Hình 3.4: Vector không gian điện áp stator và các điện áp pha.
Bằng cách tính hình chiếu icác ithành iphần icủa ivector ikhông igian iđiện iáp istator
i i , ilên trục pha A, i i i iB icó thể xác định các thành phần theo phương pháp hình học: i i i i i i i i i i i suy ra
Ta có phương trình: ta có thể xác định ma trận chuyển đổi abc →αβ theo phương pháp đại số: và ngược lại từ αβ→abc:
Trong mặt phẳng của hệ tọa độ ii ii ii ii ii ii ii, xét thêm một hệ tọa độ thứ 2 có trục ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii iihoành ii iid và trục tung q, hệ tọa độ thứ 2 này có chung điểm gốc và nằm lệch đi ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii ii iimột iigóc iis so với hệ tọa độ stator ii ii ii ii ii ii (hệ tọa độ ii ii ii) Trong đó, quay tròn quanh ii ii i i igốc itọa độ chung, góc i i i ia i = iat i+ ia0 Khi đó sẽ tồn tại hai tọa độ cho một vector i i i i i i i i i i i itrong ikhông gian tương ứng với hai hệ tọa độ này Hình vẽ sau sẽ mô tả mối liên hệ i i i i i i i i i i i i i i i i i i icủa ihai tọa độ này i i i
Hình 3.5: Hệ tọa độ quay
3.2.1.4 CHUYỂN ĐỔI TRỤC TỌA ĐỘ CHO VECTƠ KHÔNG GIAN
Biểu diễn hệ 3 pha trên các hệ trục tọa độ phức đứng yên (α-β) hay quay với vận tốc góc bất kỳ (d-q) như hình dưới để thực hiện tính toán trên không gian toán học ảo và khi thu được kết quả tốt, thì biến đổi lại ra giá trị thực, từ các giá trị này người ta sẽ đưa ra các giải pháp thực hiện.
Hình 3.6: Chuyển hệ toạ độ cho vector không gian từ hệ tọa độ sang hệ tọa độ dq và ngược lại.
Dễ dàng chuyển tọa độ sang tọa độ dq:
Chuyển tọa độ dq sang tọa độ :
3.2.1.5 BIỂU DIỄN CÁC VECTƠ KHÔNG GIAN TRÊN HỆ TỌA ĐỘ TỪ THÔNG ROTO
Giả thiết một ĐCKĐB ba pha đang quay với tốc độ góc (tốc độ quay của rotor so với stator đứng yên), với là góc hợp bởi trục rotor với trục chuẩn stator (qui định trục cuộn dây pha A, chính là trục trong hệ tọa độ ).
Hình 3.7: Biểu diễn các vector không gian trên hệ tọa độ từ thông rotor. Độ chênh lệch giữavà (giả thiết số đôi cực của động cơ là p=1) sẽ tạo nên⁰ ⁰ ⁰ ⁰ dòng⁰điện rotor với tần số , dòng điện này cũng có thể được biễu diễn dưới dạng⁰ ⁰ ⁰ ⁰ vector quay với tốc độ góc = 2 , (= - - ) so với vector từ thông rotor
Ta xây dựng một hệ trục tọa độ mới có hướng trục hoành (trục d) trùng với trục⁰ ⁰ của vector từ thông rotor và có gốc trùng với gốc của hệ tọa độ ⁰ , hệ tọa độ này được gọi là hệ tọa độ từ thông rotor, hay còn gọi là hệ tọa dq Hệ tọa độ dq quay⁰ ⁰quanh điểm gốc chung với tốc độ góc , và hợp với hệ tọa độ ⁰ một góc
Gọi là vector idòng istator iquan isát itrên ihệ itọa iđộ i là vector i dòng i stator i quan i sát i trên i hệ i tọa i độ i dq Ta có:⁰
Chuyển tọa độ từ 3 pha uv qua tọa độ αβ:⁰ ⁰
Chuyển tọa độ αβ sang tọa độ dq:⁰ ⁰
Toàn bộ quá trình trên được diễn tả theo sơ đồ khối sau:⁰ ⁰ ⁰
Hình 3.8: Thu thập giá trị thực của vector dòng stator trên hệ tọa độ dq. Đối⁰với ĐCKĐB 3 pha, trong hệ tọa độ dq, từ thông và mômen quay được⁰ ⁰ biểu⁰diễn theo các phần tử của vector dòng⁰ ⁰stator:
3.2.2 MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
3.2.2.1 HỆ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Hình 3.9: Mach tương đương của động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ Stator Phương trình điện áp trên 3 cuộn dây stator:
Biểu diễn điện áp theo dạng Vector:
Phương trình trình điện áp Stator trên hệ tọa độ αβ:⁰ ⁰
Phương trình điện áp Rotor (Rotor ngắn⁰ ⁰mạch):
Các Vector từ thông Stator và Rotor quan hệ với các dòng Stator và⁰ ⁰ ⁰ ⁰Rotor = +
= + Động cơ không đồng bộ là một hệ cơ, có phương trình momen:⁰ ⁰ ⁰
Và phương trình chuyển động: ⁰ ⁰
3.2.2.2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA ĐỘNG CƠ TRÊN HỆ αβ
Hình 3.10: Mach tương đương của động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ αβ Từ hệ quy chiếu Rotor quy về hệ quy chiếu Stator theo các phương trình:
Phương⁰trình trình điện⁰ ⁰Stator trên hệ tọa⁰ ⁰áp độ αβ:
Dòng điện Stator và từ thông Rotor:
Ta có, định nghĩa sau:
: Hằng số thời⁰ ⁰gian Stator⁰ : Hằng số thời⁰ ⁰gian Rotor⁰ σ⁰=⁰1 - : Hệ số từ⁰ ⁰tản tổng⁰Phương trình mô tả đầy đủ hệ thống điện của động cơ không đồng bộ:
Phương trình Mômen từ thông Rotor và dòng Stator:
3.2.2.3 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA ĐỘNG CƠ TRÊN HỆ DQ
Hình 3.11: Mạch tương đương của động cơ không ⁰ ⁰đồng⁰ bộ trên hệ tọa độ dq ⁰ Ta có:
Dòng điện Stator và từ thông Rotor:
Phương trình mô tả đầy đủ hệ thống điện của động cơ không đồng bộ:
Trong hệ⁰tọa⁰độ dq, do vuông góc với vector nên |=⁰ ⁰
3.2.3 MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRÊN MATLAB/SIMULINK
3.2.3.1 XÂY DỰNG KHỐI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRÊN HỆ TỌA ĐỘ αβ
Hình 3.12: Sơ đồ tổng thể mô phỏng động cơ không đồng bộ ⁰ ⁰ ⁰ ⁰- Khối nguồn:
Hình⁰3.13: Khối nguồn - Khối chuyển từ abc-αβ
Hình 3.14: Khối chuyển tọa độ điện áp từ abc- ⁰ ⁰ ⁰ - Khối chuyển dòng điện từ αβ-abc:
Hình 3.15: Khối ⁰chuyển tọa ⁰ ⁰ độ dòng ⁰điện⁰ từ -abc - Khối động⁰cơ:
Hình 3.16: Khối mô tả động ⁰ ⁰cơ
3.2.3.2 THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ DÙNG TRONG MÔ PHỎNG
Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Tần số f 50 Hz Điện trở stator Rs 9.23 Ω Điện trở rotor Rr 9.23 Ω Điện cảm stator Ls 1.093 H Điện cảm rotor Lr 1.093 H
Bảng 3.1: Thông số động⁰cơ
Hình 3.17: Tốc độ động cơ - Dòng điện:
Hình ⁰3.18: Dòng điện 3 pha ⁰ ⁰ động cơ ⁰
THIẾT KẾ, XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRACKING
3.3.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRACKING ANTIWINDUP
Hình⁰3.19: Bộ điều khiển TRACKING ⁰ ⁰ANTIWINDUP 3.3.2 KHỐI GIẢ LẬP BIẾN TẦN
Hình 3.20: Khối giả lập biến tần
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DỰA TRÊN BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TRACKING ANTIWINDUP VÀ BIẾN TẦN
3.4.1 SƠ ĐỒ KHỐI MÔ HÌNH
Hình 3.21: Sơ đồ khối mô hình 3.4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG a) Mô phỏng chạy không tải - Tốc⁰độ và momen động⁰cơ:
Hình⁰3.22: Tốc độ và mômen⁰động cơ ⁰
Hình ⁰3.23: Dòng điện 3 pha động⁰ cơ b) Mô⁰phỏng chạy có⁰tải - Tốc⁰độ và mômen của động⁰cơ:
Hình⁰3.24: Tốc độ và mômen của động ⁰ ⁰cơ- Tải và mômen của động⁰cơ:
Hình⁰3.25: Tải và mômen động cơ ⁰ ⁰ - Dòng điện:
Hình 3.26: Dòng điện 3 pha động ⁰ ⁰cơ
3.4.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Ta nhận thấy bộ điều khiển PID sử dụng Tracking Antiwindup mang lại hiệu quả tốt với độ vọt lố thấp hơn, khả năng đạt tốc độ đặt tốt hơn và dòng khởi động thấp hơn, đặc biệt là có thể hạn chế được hiện tượng bão hòa tích phân Từ đó đạt được yêu⁰ cầu⁰đặt ra.
PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Động cơ điện không đồng bộ hoạt động bằng dòng điện xoay chiều Với các tính năng như dễ điều khiển, hiệu quả cao, momen lớn nên động cơ không đông bộ được dùng rộng rãi trong đời sống Động cơ không đồng bộ còn được ứng dụng trong công nghiệp với các iyêu icầu inhư imomen imở imáy ilớn, ithay iđổi itốc iđộ itrong iphạm ivi irộng iĐộng cơ không đồng bộ được cấu tạo từ: i i i i i i i i
4.1.1 Phần tĩnh (Stator): gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn.
+ iLõi thép: Là bộ phận dẩn từ của máy có dạng hình trụ rổng, lõi thép được i i i i i i i i i i i i i i i i ilàm ibằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 đén 0,5 mm, được dập theo hình vành i i i i i i i i i i i i i i i i ikhăn, iphía trong có xẻ rảnh để đặt dây quấn và được sơn phủ trước khi ghép lại i i i i i i i i i i i i i i i i
+ iDây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm đặt trong các i i i i i i i i i i i i i i irảnh icủa lõi thép Hai bộ phận chính trên còn có các bộ phận phụ bao bọc lõi thép là i i i i i i i i i i i i i i i i i i ivỏ imáy được làm bằng nhôm hoặc gang dùng để giử chặt lõi thép phía dưới là chân i i i i i i i i i i i i i i i i iđế i để bắt chặt vào bệ máy, hai đầu có hai nắp làm bằng vật liệu cùng loại với vỏ i i i i i i i i i i i i i i i i i i imáy, trong nắp có ổ đỡ (hay còn gọi là bạc) dùng để đở trục quay i i i i i i i i i i i i i i i icủa rotor.
4.1.2 Phần quay (Rotor): gồm có lõi thép, dây quấn và trục máy.
+ Lõi ithép: iCó idạng ihình itrụ iđặc ilàm ibằng icác ilá ithép ikỹ ithuật iđiện, idặp ithành ihình idĩa và ép chặt lại, trên mặt có các đường rãnh để đặt các thanh dẩn hoặc dây i i i i i i i i i i i i i i i i i iquấn iLõi thép được ghép chặt với trục quay và đặt trên hai ổ đở của stator i i i i i i i i i i i i i i i
Trên rotor có hai loại: rôto lồng sốc và rotor dây quấn i i i i i i i i i i i – Loại rotor dây i i i iquấn có i idây quấn giống i i inhư stator, loại này có ưu điểm là i i i i i i i imôment iquay lớn nhưng kết cấu phức tạp, giá thành tương đối cao i i i i i i i i i i i
– Loại rotor lồng sóc: kết i i i i i icấu icủa loại này rất khác với dây quấn của stator Nó i i i i i i i i i i iđược ichế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh của rotor, tạo thành các thanh nhôm i i i i i i i i i i i i i i i ivà iđược nối ngắn mạch ở hai đầu và có đúc thêm các cánh quạt để làm mát bên trong i i i i i i i i i i i i i i i i i i ikhi irotor quay i
Phần dây quấn được tạo i i i i itừ các thanh nhôm và hai vòng ngắn mạch có hình i i i i i i i i i i idạng inhư một i icái lồng nên gọi là i i i i irotor ilồng sóc Các đường rãnh trên rotor thông i i i i i i i ithường iđược dập xiên với trục, nhằm cải thiện đặt tính i i i i i i i i i imở máy và giảm bớt hiện i i i i i itượng i rung chuyển do lực điện từ tác dụng lên rotor không liên tục i i i i i i i i i i i i
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện. Động cơ hoạt động dựa trên nguyên lý stator của động cơ i i i i i i ⁰ i i i i icần iđược cấp dòng i i iđiện ixoay chiều Dòng điện qua dây quấn stator i i i i i i ⁰ isẽ tạo ra từ trường quay với tốc n = i i i i i i i i i i60.f/p i(vòng/phút) Trong đó: là tần số nguồn điện, p là số đôi cực stator i i if i i i i i i i i i i i
Trong quá trình quay từ trường này sẽ quét qua các thanh dẩn của rotor, làm i i i i ⁰ i i i i i i i i ⁰ i ixuất ihiện sức điện động cảm ứng Vì dây quấn rotor là kín mạch nên sức điện động i i i i i i i i i i i i i i i i inày itạo ra dòng điện trong các thanh dẫn i i i i i i ⁰ icủa rotor Các thanh dẫn có dòng điện lại i i i i i i ⁰ i inằm itrong từ trường, nên sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ i i i i i i i i i i i i ⁰ iđặt vào các thanh i i i idẫn.
Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra moment quay đối với trục rotor, làm cho rotor i i i i i i i i i i i i i i i ⁰ iquay itheo chiều của từ trường Khi động cơ làm việc, tốc độ của i i i i i i i i i i i ⁰ irotor (n) luôn nhỏ i i i ihơn itốc độ của từ trường (n1) tức là n Kết quả là rotor quay chậm lại nên luôn i i i i i i i i i i i i i i i i i inhỏ hơn⁰ in1, vì thế động cơ được gọi là động cơ không đồng i i i i i i i i i i ⁰ ibộ Độ sai lệch giữa tốc i i i i i iđộ irotor và tốc độ từ trường được gọi là hệ số trược và được kí hiệu là S Thông i i ⁰ i i i i i i i i i i i i i i i ithường ihệ số trược vào khoảng 2% đến 10% i i i i i i i
Các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ AC:
+ Thay đổi số đôi cực+ Thay đổi tần số+ Thay đổi điện áp cung cấp cho stato+ Thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto dây quấn.
Hình 4.1: Động cơ không đồng bộ.
BIẾN TẦN
Sơ đồ đấu dây biến tần Mitsubishi E520
Nguồn cấp cho biến tần AC 3 pha (220V hoặc 380V) cấp vào chân R, S, T hoặc 1 pha cấp vào chân R, S Sơ đồ kết nối tương tự như các loại biến tần khác của hãng Mitsubishi.
Hình 4.3: Sơ đồ kết nối biến tần.
Cài đặt thông số biến tần Mitsubishi E520
Biến tần FR-E520 chỉ cho phép thay đổi thông số ở chế độ vận hành bằng keypad PU Nếu đang ở chế độ chạy bằng lệnh ngoài thì ta cài thông số P.79 = 1 để chuyển sang chế độ PU.
Hình 4.4: Quy trình thay đổi thông số biến tần Mitsubishi E520.
Thông số cơ bản biến tần Mitsubishi E520
P.1 120 Hz Tần số ngõ ra lớn nhất
P.2 0 Hz Tần số ngõ ra nhỏ nhất
P.3 60 Hz Tần số cơ bản
P.4 60 Hz Cấp tốc độ cao khi đóng công tắc RH
P.5 30 Hz Cấp tốc độ trung bình khi đóng công tắc
P.6 10 Hz Cấp tốc độ thấp khi đóng công tắc RL
P.7 5s và 10s Thời gian tăng tốc đến giá trị đặt P.8 5s và 10s Thời gian giảm tốc đến giá trị đặt
Dòng điện dùng để bảo vệ quá tải, chức năng này hoạt động như một relay nhiệt.
P.15 5 Tần số thử máy (Jog)
P.16 0,5s Thời gian tăng tốc và giảm tốc khi chạy chế độ nhấp thử (Jog)
P.24 X Cài tần số cho cấp tốc độ 4
P.25 X Cài tần số cho cấp tốc độ 5
P.26 X Cái tần số cho cấp tốc độ 6
P.27 X Cài tần số cho cấp tốc độ 7
P.244 0 Lựa chọn cách hoạt động của quạt giải nhiệt 0: Quạt quay khi biến tần được cấp nguồn.
1: Quạt quay khi biến tần chạy, khi biến tần dừng thì dựa vào nhiệt độ điều khiển quạt quay hay dừng
Bảng 4.1: Thông số cài đặt cơ bản của biến tần.
P.73 0 2 Lựa chọn điện áp cho chân ngỏ vào điện áp tương tự0: 0-5V46
P.180 0 RL Chân chức năng các chân ngỏ vào Kết hợp 3 chân RH, RM, RL điều khiển chạy các cấp tốc độ.
0: Chạy cấp tốc độ thấp
P.181 1 RM 1: Chạy cấp tốc độ trung bình
P.182 2 RH 2: Chạy cấp tốc độ cao
P.191 0 RUN Chọn chức năng các chân ngỏ ra
0: RUN – Chân tín hiệu xuất phát mức thấp
3: Báo quá tải 4: FU – Chân tín hiệu mức thấp khi F=Fbđ
99: ABC – Biến tần xuất hiện lỗi.
Bảng 4.2: Chức năng ngỏ vào và ra của biến tần.
ENCODER
Encoder còn được gọi là bộ mã hóa quay hoặc bộ mã hóa trục, là một thiết bị i i i i i i i i i i i i i i i i i ichuyển iđổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hoặc trục thành tín hiệu đầu ra i i i i i i i i i i i i i i i ianalog ihoặc kỹ thuật số Encoder được dùng để phát hiện vị trí, hướng di chuyển, tốc i i i i i i i i i i i i i i i iđộ… icủa động cơ bằng cách đếm số vòng quay được của trục i i i i i i i i i i i
Encoder cấu tạo chính gồm:
- Đĩa quang itròn icó irãnh inhỏ iquay iquanh trục: Trên đĩa i i i iđược iđục lỗ (rãnh), khii i i iđĩa này⁰ iquay và chiếu đèn led i i i i ilên itrên mặt đĩa thì i i i isẽ có sự i i ingắt iquãng xảy ra Các rãnh i i i i itrên iđĩa chia vòng tròn i i ⁰ i360⁰⁰
Hình 4.5: Cấu tạo Encoder ithành icác góc bằng nhau Và một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh tính i i i i i i i i i i i i ⁰ itừ itâm tròn.
- Bộ cảm biến thu (photosensor).
Encoder hoạt động trên nguyên lý đĩa quay quanh trục, trên đĩa có các rãnh để i i i i i i i i i i i i i i i itín ihiệu quang chiếu qua đĩa (led) Chỗ có lỗ (rãnh) thì ánh sáng xuyên qua được, i i i i i i i i i i i i i i i ichỗ ikhông có lỗ (rãnh) ánh sáng i i i i i ikhông xuyên qua được.Với các tín hiệu có, hoặc i i i i i i i i ikhông icó ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay i i i i i i i i i i i i i i i i ikhông iSố xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt Cảm biến i i i i i i i i i i i i i i i i i ithu i ánh sáng sẽ bật tắt liên tục để tạo ra các xung vuông Việc sử dụng các bộ mã i i i i i i i i i i i i i i i i i i ihóa isẽ ghi nhận lại số xung và tốc độ xung Tín hiệu dạng xung sẽ được truyền về bộ i i i i i i i i i i i i i i i i i i ixử ilý trung tâm như : vi xử lý hoặc PLC,… người điều khiển sẽ biết được vị trí và i i i i i i i i i i i i i i i i i i itốc iđộ của động cơ.Tuy nhiên, để xác i i i i i i iđịnh vị trí chính xác hơn của đĩa quay, xác định chiều quay của đĩa, người ta chia ra trên đĩa làm nhiều rãnh, số rãnh càng nhiều thì độ phân giải của encoder càng cao
Hình 4.6: Mô tả hoạt động Encoder.
Cảm biến thu ánh sáng sẽ bật tắt liên tục, từ đó: i i i i i i i i i i i
Tạo ra các tín hiệu dạng xung vuông i i i i i i i
Tín hiệu dạng xung sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm để đo đạc, xác định i i i i i i i i i i i i i i i i i ivị itrí/ tốc độ của động cơ i i i i i
4.3.3 Phân loại a) Incremental encoder (Tương đối).
Loại này được gắn trên trục quay, trên đĩa có n rãnh độ phân giải của encoder.
Bằng cách lấy 360 chia cho số xung của một vòng quay encoder tăng dần có thể ứng dụng như sau:
Dựa trên mối quan hệ giữa pha A và pha B chúng ta xác định chiều quay của trục động cơ tính toán số xung từ đầu ra của encoder trong một khoản thời gian cố định, tính vận tốc góc theo radians/see hoặc RPMs.
Hình 4.7: Encoder loại A, B, Z độ phân giải 1024. b) Absolute encoder (Tuyệt đối).
Encoder tuyệt đối là một thiết bị máy điện được sử dụng để cung cấp tín hiệu phản hồi cho các ứng dụng điều khiển chuyển động.
Các encoder có thể phát hiện vị trí của trục bên trong một vòng quay.
Hình 4.8: Encoder có ngõ ra dạng bit, độ phân giải 2500.
Trong mô hình hệ thống điều khiển tốc độ, encoder E40H8-2048-6-L-5 dùng để đo tốc độ động cơ.
Hình 4.9: Encoder E40H8-2048-6-L-5 Đường kớnh trong trục ỉ8mm
Tần số đáp ứng tối đa 300kHz Độ phân giải cho phép tối đa 5000rpm Mô-men khởi động Max 50g.f.cm(max 0.0049N.m) Độ phân giải 2048P/R
Ngõ ra điều khiển Line Driver
Nguồn cấp 5VDC ±5 % (sóng P-P: max 5%)
Loại kết nối loại cáp xuyên tâm
Cấu trúc bảo vệ IP50
Môi trường_Nhiệt độ xung quanh -10 đến 70℃, bảo quản: -25 đến
Môi trường_Độ ẩm xung quanh
35 đến 85%RH, bảo quản: 35 đến 90%RH
Bảng 4.3: Các tham số chính của Encoder.
MẠCH ĐẢO CHIỀU
Module 4 relay 5V với Opto cách ly gồm 4 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, i i i i i i i i i i i i i i i ⁰ i ichịu i được hiệu điện i i ⁰thế lên đến 250VAC 10A Module 4 relay 5V với Opto cách ly i i i i i i i i i i i i iđược ithiết⁰kế chắc chắn, khả năng i i i i ⁰cách điện tốt Trên module đã có sẵn mạch kích i i i i i i i i i irelay isử dụng transistor và IC cách i i i i i ⁰ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển i i i i i i i i ⁰ i(vi iđiều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều i i i i i i i i ⁰khiển hoạt động ổn định Có sẵn header rất i i i i i i i i itiện idụng khi kết nối với vi điều i i i i i i ⁰khiển i
Module 4 relay 5V với Opto cách ly sử dụng chân kịch mức thấp (0V), khi có tín i i i i i i i i ⁰ i i i i i i i i ihiệu i0V vào chân in thì relay sẽ nhảy qua thường hở của Relay Ứng dụng với i i i i i i i i i i i i i i i irelay⁰module i khá nhiều bao gồm cả điện DC hay AC i i i i i i i i i Mạch relay chuyển đổi giữa các kênh điều khiển: i i i i i i i i
+ Điện iáp hoạt động: 5VDC i i i
+ Dòng itiêu thụ: 200mA/1Relay i i i
+ Tín ihiệu kích: High (5V) hoặc Low (0V) chọn bằng Jumper i i i i i i i i i i
+ Nguồn i nuôi: 5VDC i i + Tiếp iđiểm đóng ngắt max: 250VAC-10A hoặc 30VDC-10A i i i i i i i
+ Kích ithước: 72mm * 55mm * 19mm i i i i i
CARD NI MYRIO 1900
4.5.1 Thông tin card NI Myrio 1900
Card NI imyRIO ilà imột icông icụ ivi ixử ilý ido iCông ity iNational iInstruments i(NI) isản ixuất đi kèm với thiết bị này là phần mềm lập trình LabVIEW NI MyRIO i i i i i i i i i i i i i i iLabview ilà phần mềm đang được các nhà nghiên cứu, các sinh viên trong lĩnh vực tự i i i i i i i i i i i i i i i iđộng ihóa, thiết kế robot và các thiết bị thông minh trên toàn thế giới đặc biệt quan i i i i i i i i i i i i i i i i itâm Đặc trương của công nghệ National Instruments – tiêu chuẩn công nghệ tái cấu hình I/O (RIO), NI MyRIO dùng bộ vi xử lý Dual-core ARM® CortexTM-A9 đặc tính thời gian thực và tuỳ chỉnh I/O Với hai chế độ có sẵn, NI MyRiO kết nối với máy tính
52 thông qua cổng USB hoặc cổng Wifi Ngoài ra MyRIO còn tích hợp sẵn gia tốc kế 3 trục, 3 port giao tiếp ngoài như Analog/Digital, I2C, PWM, SPI, UART,
4.5.2 Cấu tạo card NI Myrio 1900 a) Cấu hình phần cứng
Hình 4.12: Cấu hình phần cứng của NI myRIO-1900
1 - NI myRIO-19002 - Cổng mở rộng myRIO Expansion Port (MXP)
3 - Cáp nguồn 4 - Cáp kết nối USB 5 - Cáp USB Host 6 - Các đèn LEDs 7 - Cổng Mini System Port (MSP) 8 - Cáp vào/ra cổng âm thanh 9 - Nút nhấn b) Sơ đồ khối phần cứng
Hình 4.13: Sơ đồ khối phần cứng card NI myRIO-1900
NI myRIO-1900 gồm: các ngõ vào tương tự (AI), ngõ ra tương tự (AO) và ngõ vào số/ngõ ra số Cổng audio in và audio out hỗ trợ xử lý âm thanh Card có thể giao tiếp máy tính qua cổng USB và có hỗ trợ Wifi chuẩn 802.11b,g,n.
Kết nối I/O trên cổng mở rộng Expansion port (MXP)
Cổng mở rộng MXP hỗ trợ 2 đầu nối connector A và connector B Chức năng các
54 chân I/O và thứ tự chân trên 2 đầu nối này hoàn toàn giống nhau Việc chọn I/O trên connector A hay connector B là do phần mềm quy định.
Hình 4.14: Sơ đồ I/O trên cổng mở rộng MXP
0-5V so với chân tham⁰chiếu, đơn kênh đầu vào⁰tương tự.
0-5V so với chân tham⁰chiếu, đơn kênh đầu ra⁰tương tự.
AGND NA NA Chân tham chiếu cho chân⁰ tín hiệu vào/ra tương⁰tự.
Kênh số tương đồng với tín hiệu đầu ra là 3,3 V; tín hiệu đầu vào 3,3-5V.
UART nhận tín hiệu vào,⁰ giống như đường DIO.
UART truyền tín hiệu ra,⁰ giống như đường DIO.
DGND NA NA Chân tham chiếu cho chân⁰ tín hiệu số, +3,3V và +5V.
Bảng 4.4: Chức năng của các chân trên cổng A, B của bộ điều khiển NI-myRIO 1900
Kết nối I/O trên cổng Mini System Port (MSP)
Hình 4.15: Sơ đồ I/O trên cổng mở rộng MSP.
DGN D Đầu ra Điện⁰áp ra +15V/-15V.
AGN D Đầu vào ±10V, các kênh đầu vào tương tự.⁰ AO AGN
D Đầu ra ±10V so với chân tham⁰chiếu, đơn kênh đầu ra tương tự.
AGND NA NA Chân tham chiếu cho⁰ chân tín hiệu vào/ra tương tự và⁰ chân điện áp ra +15V/-15V.
D Đầu ra Điện áp ra +5V.
Kênh số tương thích với⁰ tín hiệu đầu ra là 3,3 V; tín hiệu đầu vào 3,3-5V.⁰
DGND NA NA Chân tham chiếu cho⁰
56 chân tín hiệu số và chân điện áp ra +5V.
Bảng 4.5: Chức năng của các chân trên cổng C của bộ điều khiển NI myRIO 1900 4.5.3 Phần mềm Labview giao tiếp card NI Myrio 1900 a) Giới thiệu
LabVIEW là imột iphần imềm icũng inhư ilà imột inơi iđể ilập itrình icho ingôn ngôn⁰ ingữ ilâp trình đồ họa được sử dụng rất rộng rãi i i i i i i i i ⁰ itrong khoa học – kỹ thuật – giáo dục i i i i i i i i inhằm inhanh chóng và dễ dàng i i i ⁰ itạo ra các ứng dụng giao tiếp máy tính, i i i i i i i ⁰ iđo lường, mô i i iphỏng ihệ thống,⁰ ikết nối thiết bị ngoại vi i i i i ⁰ ivới máy tính theo thời gian thực Lập trình i i i i i i i i igiống inhư các loại ngôn ngữ khác, điểm khác biệt của phần mềm là giao diện, i i i i i i i i i i i i i ⁰ icách ithức itạo ra chương trình không còn những dòng lệnh i i i i i i i ⁰ inhư trong Pascal, C mà là i i i i i inhững biểu⁰ itượng, và dây nối i i i
LabVIEW có tính chất đặc biệt sau:
LabView có thể học một cách đơn giản và cho người mới bắt đầu về lập trình.
Sử dụng rộng rãi trong việc giao tiếp với máy tính và thu nhận dữ i i i i i i i i i i i i i i iliệu.
LabView có thể đọc được từ rất nhiều loại cảm biến với các tín hiệu dạng i i i i i i i i i ⁰ i i i i i iđiện áp,⁰ idòng điện, xung và nó có thể điều khiển i i i i i i i ⁰ iđược bất kỳ cơ cấu chấp hành như i i i i i i i iđộng i cơ DC/AC, động cơ xăng, bơm thủy lực, lò nhiệt, pistion thủy khí, … v.v i i i i i i i i i i i i i i
Các khả năng chính của LabVIEW: i i i i i
+ iTính năng phân tích mạnh mẽ, dễ sử dụng là điều không thể thiếu cho ứng i i i i ⁰ i i i i i i i ⁰ i i idụng iphần mềm LabVIEW có hơn 500 chức năng lập sẵn để trích xuất thông tin i i i i i i i i i i i i ⁰ i ihữu i ích từ dữ liệu thu nhận được, phân tích các phép đo và xử lý tín hiệu i i i i i i i i i i i i i i i i i + iHiển thị: cho thực hiện các giao diện người dùng dễ dàng và thẩm mỹ hơn i i i i i i i i ⁰ i i i i i i iso ivới các loại ngôn ngữ khác như Visual Basic, … i i i i i i i i i
+ iĐiều khiển: LabView đã tích hợp nhiều công cụ và tính năng hơn giúp kỹ sư i i i i i i ⁰ i i i i i i i i iđiều ikhiển tự động dễ dàng thực hiện i i i i i ⁰ icác bài toán về điều khiển i i i i i i
+ iGiao tiếp với thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thông qua các i i i i i i i i i i i ⁰ i i i icổng igiao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Enthernet i i i i i i b) Sơ đồ đấu nối
Mô hình thưc tế của khóa luận bao gồm các thiết bị như: Động cơ AC 3P, Biến tần Mitsubishi e520S, Encoder, card Ni myRIO 1900, bộ điều khiển giả lập tải.
Hình 4.17: Tủ điện điều khiển của mô hình.
Dựa vào bảng trạng thái điều khiển của card NI myRIO 1900, ta sử dụng các I/O sau để phục vụ quá trình điều khiển tốc độ.
Hình 4.18: Sơ đồ đấu dây của hệ thống. c) Lưu đồ thuật toán
Hình 4.19: Lưu đồ thuật toán. d) Lập trình trên Labview
Hình 4.20: Chương trình điều khiển.
Với tín hiệu từ xung encoder sẽ bị nhiễu nên ta nối ngõ ra của khối encoder này vào bộ lọc nhiễu.
Chuyển đổi tín hiệu xung sang vòng/phút Với chu kì quét của card NI myRIO 1900 là 50ms Công thức biến đổi số xung sang vòng/phút là:
+ RPM là tốc độ động cơ (vòng/phút).
+ Xb là số xung hiện tại.
+ Xa là số xung trước đó 50ms.
Bao gồm 3 thông số: tỷ lệ (k ) = 0.2, tích phân (k ) = 1.2 và vi phân (k ) = 0.01 củap i d bộ điều khiển.
Khối PID ANTI-WINDUP trong Labview:
Hình 4.22: Khối PID ANTI-WINDUP d) Thiết kế giao diện SCADA
Hình 4.23: Giao diện SCADA của hệ thống.
Các chế độ hoạt động: Hệ thống có 2 phương pháp hoạt động (PID, PID ANTI- WINDUP).
Các biểu đồ quan sát mô hình Scada có các biểu đồ như:
+ Tốc độ của hệ thống so với điểm đặt.
+ Sai số giữa tín hiệu đặt và tín hiệu trả về.
+ Điện áp ngõ ra cấp cho biến tần.
