Báo cáo: Vị Trí Động Cơ DC potx

Báo cáo: Vị Trí Động Cơ DC 1. Chức năng Một thiết bị truyền động phổ biến trong các động cơ một chiều. Nó trực tiếp cung cấp các chuyển động quay, hoặc cùng với bánh xe, trống và dây cáp thực hiện chuyển động chuyển tiếp. 2. Cấu tạo Sơ đồ mạch điện của phần ứng và phần tự do của roto như hình vẽ J: momen quán tính của roto b: hệ số cản của cơ cấu T: momen xoắn của động cơ K=Ke=Kt: hệ số lực điện động R: điện trở L: điện cảm V: đầu vào, nguồn điện áp θ: vị trí trục động cơ 3. Hệ phương trình vi phân Áp dụng định luật Newton và định luật Kirchhoff ta có hệ phương trình: 4. Hàm truyền của hệ thống Sử dụng phép biến đổi Laplace ta có: Khử I(s) ta có mối quan hệ giữa tốc độ động cơ và điện áp đầu vào: Khi đó ta có tỷ lệ giữa vị trí góc quay của trục động cơ với điện áp đầu vào: 5. Không gian trạng thái Chọn vị trí động cơ, tốc độ động cơ, dòng điện trong phần ứng là các biến trạng thái. 6. Yêu cầu thiết kế Yêu cầu thiết kế để vị trí động cơ thật chính xác. Hệ không có lỗi ổn định, độ quá điều chỉnh bé và thời gian quá độ ngắn. Thời gian quá độ <=40ms Độ quá điều chỉnh <=16% Không có lỗi ổn định Không có lỗi do nhiễu Phương pháp thực hiện 1.Phương pháp thiết kế PID cho vị trí động cơ một chiều 1.1 Hàm truyền của bộ điều khiển PID Kp: hệ số khuếch đại của bộ điều khiển Ki: hằng số tích phân Kd: hằng số vi phân 1.2 Đặc tính của điều khiển P,I và D Kp có khả năng làm giảm thời gian quá độ nhưng không làm giảm được lỗi ổn định của hệ thống. Ki có thể giảm lỗi ổn định của hệ thống nhưng có thể làm cho các phản ứng thoáng qua trở nên tồi tệ hơn. Kd có tác dụng làm ổn định hệ thống, giảm độ quá điều chỉnh, giảm các phản ứng thoáng qua. Có thể tóm tắt đặc tính của bộ điều khiển qua bảng sau: CL RESPONSE Kp Ki Kd Tương quan của Kp, Ki, Kd phụ thuộc lẫn nhau. Trong trường hợp thay đổi một hằng số cũng thay đổi ảnh hưởng của hai hằng số còn lại lên hệ thống. 1.3 Phương pháp Sử dụng bộ điều khiển PID thêm vào hệ hở nhằm ổn định đặc tính của hệ kín. Sơ đồ khối e là lỗi ổn định, sai lệch giữa tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào. Sai lệch này sễ được truyền đến bộ điều khiển PID, bộ điều khiển sẽ tính toán khuếch đại, tích phân, vi phân và đưa ra tín hiệu đầu ra mới. Nhờ phản hồi âm, tín hiệu đầu ra này lại được so sánh với tín hiệu đầu vào và có e mới. Quá trình tiếp tục lặp lại. 1.4Sử dụng điều khiển vị trí của động cơ. Hàm truyền Thông số của động cơ: J=3.2284E-6; b=3.5077E-6; K=0.0274; R=4; L=2.75E-6; num=K; den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2) 0]; 1.4.1 Sử dụng điều khiển P Kp=1.7 Xét tác dụng của điều khiển đến hệ sử dụng matlab Kp=1.7; numcf=[Kp]; dencf=[1]; numf=conv(numcf,num); denf=conv(dencf,den); [numc,denc]=cloop(numf,denf); t=0:0.001:0.2; step(numc,denc,t) ta được đồ thị: Hệ có độ quá điều chỉnh lớn, thời gian quá độ dài(khoảng 100ms). Xem phản ứng của hệ xáo trộn numdcl = conv (numc, 1); dendcl=conv(denc,Kp); dendcl = conv (denc, Kp); step (numdcl,dendcl,t); bước (numdcl, dendcl, t); 1.4.2 Nếu ta sử dụng bộ PI J=3.2284E-6; b=3.5077E-6; K=0.0274; R=4; L=2.75E-6; num=K; den=[(J*L) ((J*R)+(L*b)) ((b*R)+K^2) 0]; Kp=1.7; Ki=20; numcf=[Kp Ki]; dencf=[1 0]; numf=conv(numcf,num); denf=conv(dencf,den); [numc,denc]=cloop(numf,denf,-1); t=0:0.001:0.4; step(numc,denc,t) Phản ứng thoáng qua figure numdcl=conv(numc,dencf); dendcl=conv(denc,numcf); step(numdcl,dendcl,t); Hệ ổn định nhưng độ quá điều chỉnh lớn, thời gian quá độ dài, chưa đạt tiêu chuẩn yêu cầu. Thay đổi hệ số khuếch đại Kp=17, Ki=200 Ki tăng làm cho phản ứng thoáng qua tồi tệ hơn. 1.4.3 Sử dụng bộ điều khiển PID Kp=17; Ki=200; Kd=0.15; numcf=[Kd Kp Ki]; dencf=[1 0]; numf=conv(numcf,num); denf=conv(dencf,den); [numc,denc]=cloop(numf,denf,-1); t=0:0.001:0.1; step(numc,denc,t) Và có Nhận thấy hệ có độ quá diều chỉnh <=16% thời gian quá độ ít hơn 40ms, lỗi ổn định =0. Tuy nhiên phản ứng xáo trộn thực hiện chậm. Tăng Ki=600 Ta được hệ có đồ thị: [...]... bán nguyệt chỉ ra vị trí tần số tự nhiên wn=1.8, trong hình này có wn1.8 Để chọn K ta sử dụng lệnh [K,p]=rlocfind(num,den) Chọn vị trí trên đồ thị làm cực của hệ kín Ta có thể chọn dược vị trí của K để hệ đạt được tiêu chuẩn thiết kế + là vị trí đã chọn Để kiểm tra lại t có thể kiểm tra lại đồ thị hàm quá độ của hệ kín 2.4 Ứng dụng cho điều khiển vị trí động cơ một chiều Sơ đồ... đạt được tiêu chuẩn thiết kế 4 Phương pháp tần số phản hồi cho điều khiển vị trí động cơ một chiều Sử dụng đồ thị Bode của hệ hở để xét các đặc tính của hệ kín Qua đó xác định được bộ điều khiển giúp hệ ổn định và đạt tiêu chuẩn thiết kế Tổng Kết Có 4 phương pháp để thiết kế bộ điều khiển vị trí động cơ một chiều để động cơ hoạt động chính xác ổn định Tuy nhiên phương pháp không gian trạng thái có khả... t=0:0.001:.1; step(numc,denc,t) Hệ có độ quá điều chỉnh nhỏ hơn 16% thời gian quá độ nhỏ hơn 40ms,không có lỗi ổn định Đồ thị hàm xáo trộn Hệ thống điều trí của động cơ chiều được ổn đạt tiêu chuẩn khiển vị một định và thiết kế 3 Thiết kế bộ điều khiển vị trí động cơ một chiều bằng phương pháp không gian trạng thái 3.1 Hệ phương trình không gian trạng thái Ta thiết kế bộ điều khiển để hệ đạt trạng thái ổn định... cả các cực của hệ kín Dựa vào QĐNS ta có thể chọn giá trị K để hệ hoạt động theo mong muốn Nếu chọn K sao cho tất cả các điểm cực của hệ nằm bên phải trục ảo thì hệ không ổn định Cực của hệ kín gần trục ảo nhất sẽ có ảnh hưởng nhiều nhất đến hệ Vì thế hệ có 3 hoặc 4 cực có thể hoạt động như một hệ có một hoặc hai cực dựa vào vị trí của cực chi phối 2.2 Đồ thị QĐNS của hệ Giả sử xét hệ có hàm truyền... trạng thái Sơ đồ khối: Đa thức đặc trưng cho hệ kín là: (sI-(A-BKc)) Ma trận Kc là ma trận 1*3 tương ứng với ba cực của hệ thống Bằng điều khiển phản hồi trạng thái ta có thể đặt ba cực ở vị trí bất kỳ để tìm vị trí hệ ổn định Trước tiên đặt các cực là -100-100i; -100+100i;-200 Khi đó matlap sẽ tìm cho chugns ta ma trận Kc Chạy chương trình J=3.2284E-6; b=3.5077E-6; K=0.0274; R=4; L=2.75E-6; A=[0 1...Đồ thị của phản ứng xáo trộn Vậy với Kp=17;Ki=600;Kd=0.15 thì hệ thỏa mãn yêu cầu thiết kế 2 Phương pháp thiết kế quỹ đạo nghiệm số cho vị trí động cơ một chiều 2.1 Quỹ đạo nghiệm số Có sơ đồ như hình vẽ: Đồ thị quỹ đạo nghiệm số của một hàm truyền hở H(s) là quỹ tích các điểm cực của hệ kín với mọi hệ số tỉ lệ K Hàm truyền hệ kín: Cực của hệ . giữa tốc độ động cơ và điện áp đầu vào: Khi đó ta có tỷ lệ giữa vị trí góc quay của trục động cơ với điện áp đầu vào: 5. Không gian trạng thái Chọn vị trí động cơ, tốc độ động cơ, dòng điện. Báo cáo: Vị Trí Động Cơ DC 1. Chức năng Một thiết bị truyền động phổ biến trong các động cơ một chiều. Nó trực tiếp cung cấp các chuyển động quay, hoặc cùng với bánh. chọn dược vị trí của K để hệ đạt được tiêu chuẩn thiết kế. + là vị trí đã chọn Để kiểm tra lại t có thể kiểm tra lại đồ thị hàm quá độ của hệ kín. 2.4 Ứng dụng cho điều khiển vị trí động cơ một