TIỂU LUẬN MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN SỐ 1. Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều kích thích độc lập Từ các phương trình mô tả các quan hệ điện cơ của động cơ ở chế độ xác lập và quá độ, ta có thể xây dựng sơ đồ cấu trúc của động cơ như sau: Hình 1: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều kích thích độc lập 2. Thông số động cơ mô phỏng mô hình động cơ trên Simulink: . Chọn động cơ với các thông số chính như sau: = 10000 W. = 1500 vòngphút. = 220 VDC. = 16,2 A. = 240 VDC. = 1,0 A. = 0,6 . = 0,012 H. = 240 . = 120 H. = 1,8 H. = 1,0014. = 1,8 Wb. J = 1,0 kg.m2.
ĐIỀU KHIỂN SỐ TIỂU LUẬN MÔN HỌC: ĐIỀU KHIỂN SỐ 1. Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều kích thích độc lập Từ các phương trình mô tả các quan hệ điện - cơ của động cơ ở chế độ xác lập và quá độ, ta có thể xây dựng sơ đồ cấu trúc của động cơ như sau: Hình 1: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều kích thích độc lập 2. Thông số động cơ - mô phỏng mô hình động cơ trên Simulink: *. Chọn động cơ với các thông số chính như sau: - đm P = 10000 W. - đm n = 1500 vòng/phút. - đmu U , = 220 VDC. - đmu I , = 16,2 A. - đm k U = 240 VDC. - đm k I = 1,0 A. - , u R = 0,6 Ω. - , u L = 0,012 H. - k R = 240 Ω. - k L = 120 H. - m L = 1,8 H. - M k = 1,0014. - đm Φ = 1,8 Wb. - J = 1,0 kg.m 2 . HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 1 M M m − , , .1 1 u u Ts R + đmM k Φ sJ. 1 đmM k Φ T m , u I , u U , u E − ω ĐIỀU KHIỂN SỐ Ta có sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ động cơ như sau: Hình 2: Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Để đơn giản ta tổng hợp mạch vòng tốc độ khi đã tổng hợp được mạch vòng dòng điện nghĩa là sử dụng các kết quả và các giả thiết trước (tức là E = 0). Ta có mô hình đối tượng có mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ điều chỉnh tốc độ ω R như hình : Hình 3: Cấu trúc thu gọn mạch vòng điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều )1)(1(1 )( 21 2 , ++ = ++ = pTpT K pTpTT K pW Đ cc u đc đc 3. Thiết kế bộ điều khiển số điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập Từ sơ đồ hình 2 ta có cấu trúc bộ điều khiển số mạch vòng điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Hình 2.6: Cấu trúc bộ điều khiển số mạch vòng điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Trong đó: HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 2 , u U − ω R đk U * ω U ω U ω ĐM đl1 Phát tốc Chỉnh lưu I R ĐM đl2 , u I * iu U Cảm biến dòng − iu U ω R J.p 1 − ω ω U − * ω U c M ĐIỀU KHIỂN SỐ - )( * 2 pG C là hàm truyền bộ điều khiển số ( )( * pR ω ) của mạch vòng điều chỉnh tốc độ. - )( * 1 pG C là hàm truyền bộ điều khiển số ( )( * pR I ) của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. - đmMccu dc cl cl p k pJ pTpTT K pT K pG Φ+++ = . . . 1 . 1 )( 2 1 - pJ k pG đmM p . . )( 2 Φ = - dđ KpM =)( 1 là hàm truyền cảm biến dòng điện - ft KpM =)( 2 là hàm truyền máy phát tốc. Khai triển sơ đồ khối ta có sơ đồ sau: Viết lại các biểu thức mô tả mối quan hệ giữa các tín hiệu trong hệ thống như sau: - )()()( *** 2 pYpXpE m −= (1) - )().()( * 2 * 2 * 1 pEpGpX c = (2) - )()()( * 1 * 1 * 1 pYpXpE m −= (3) - )().()( * 1 * 1 * pEpGpU c = (4) - )().()( * 210 pUpGGHpY pp = [ ] ** 210 * )().()( pUpGGHpY pp =⇒ )().()( * * 210 * pUpGGHpY pp =⇒ (5) - )().()( * 1101 pUpMGHpY pm = [ ] ** 110 * 1 )().()( pUpMGHpY pm =⇒ )().()( * * 110 * 1 pUpMGHpY pm =⇒ (6) - )().()( * 2210 pUpMGGHpY ppm = [ ] ** 2210 * )().()( pUpMGGHpY ppm =⇒ )().()( * * 2210 * pUpMGGHpY ppm =⇒ (7) HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 3 ĐIỀU KHIỂN SỐ Chuyển các biểu thức (*) trên sang toán tử Z bằng cách thay z T p ln 1 = ta có hệ phương trình sau: - )()()( 2 zYzXzE m −= (1 ' ) - )().()( 221 zEzGzX c = (2 ' ) - )()()( 111 zYzXzE m −= (3 ' ) - )().()( 11 zEzGzU c = (4 ' ) - )().()( 210 zUzGGHzY pp = (5 ' ) - )().()( 1101 zUzMGHzY pm = (6 ' ) - )().()( 2210 zUzMGGHzY ppm = (7 ' ) Từ hệ phương trình trên và do 11 )( KKpM dđ == , 22 )( KKpM ft == ta vẽ lại sơ đồ khối như sau: Trong đó: HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 4 ĐIỀU KHIỂN SỐ - 1 )( 10 2 − + = z AzA zG tdtd c . Với + 2 . 0 TK KA Itd ptdtd += + 2 . 1 TK KA Itd ptdtd +−= Mặt khác, ta có: )(. 1 )().()( 2 10 221 zE z AzA zEzGzX tdtd c − + == )()()()( 212011 zEAzzEAzXzzX tdtd +=− )()()()( 2 1 1201 1 1 zEzAzEAzXzzX tdtd −− +=− ])1[()(])1[()( 212011 TkeAkTeATkxkTx tdtd −+=−− ])1[()(])1[()( 212011 TkeAkTeATkxkTx tdtd −++−= )1()()1()( 212011 −++−= keAkeAkxkx tdtd (8) - Ζ − = p pG z z zGH p p )( 1 )( 1 10 . Với pk pJ pTpT K pT K p pG đmM dc cl cl p 1 . . . . )1)(1( . 1 )( 21 1 Φ+++ = Trong đó hằng số thời gian T cl là rất nhỏ nên có thể đặt 0245,0 1 =+= Σ TTT cl . Lúc này ta có thể xấp xỉ hàm truyền: )1)(1( 1 . . )( 2 1 ++Φ = ∑ pTpTk JKK p pG đmM cldc p ++Φ Ζ − =⇒ ∑ )1)(1( 1 . . 1 )( 2 10 pTpTk JKK z z zGH đmM cldc p + − +−Φ Ζ − = ∑ ∑ ∑ 11 . 1 . . 1 2 2 2 pT T pT T TTk JKK z z đmM cldc − − − − = Cz z Bz z z z K . 1 . Với: ∑ −Φ = TTk JKK K đmM cldc 2 1 . . , 2 T T eB − = , ∑ − = T T eC ))(( )1( )( 1 10 CzBz zK zGH p −− − =⇒ . Với ).( 1 CBKK −= - 1 )( 10 1 − + = z AzA zG dddd c . Với + 2 . 0 TK KA Idd pdddd += + 2 . 1 TK KA Idd pdddd +−= - Ta có: )(. )().(1 )( )( 1 101 1 zX zGHzGK zG zU pcdd c + = HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 5 ĐIỀU KHIỂN SỐ ))(( 1 1 1 1 1 10 . 10 CzBz z K z AzA K z AzA dđdd dd dđdd −− − − + + − + = )(. 1 4 1 3 2 2 3 1 4 1 3 2 2 3 1 zX bzbzbzb azazaza +++ +++ = Trong đó: + dd Aa 01 = + )( 012 CBAAa dddd +−= + )( 103 CBACBAa dddd +−= + CBAa dd 14 = + 1 1 =b + 1 012 −−−= CBAKKb dddd + ) ( 01113 CBAKKAKKCBb dddddddd −−−+= + dddd AKKCBb 114 −−= )()()()()()()()( 14131 2 21 3 143 2 2 3 1 zXazzXazXzazXzazUbzzUbzUzbzUzb +++=+++⇒ )()()()()()()()( 1 3 41 2 31 1 211 3 4 2 3 1 21 zXzazXzazXzazXazUzbzUzbzUzbzUb −−−−−− +++=+++ ])3[( 14 ])2[( 13 ])1[( 12 )( 11 ])3[( 4 ])2[( 3 ])1[( 2 )( 1 TkxaTkxaTkxakTxaTkubTkubTkubkTub −+−+−+=−+−+−+ )3()2()1()()3()2()1()( 141312114321 −+−+−+=−+−+−+ kxakxakxakxakubkubkubkub [ ] )3( 14 )2( 13 )1( 12 )( 11 )3( 4 )2( 3 )1( 2 1 1 )( −+−+−++−−−−−−= kxakxakxakxakubkubkub b ku (9) - Ta cũng có: )( )( )( 210 zGGH zU zY pp = Ζ − = p pGpG z z pp )().( 1 21 +++ Ζ − = )1)(1)(1( .1 21 pTpTpTp KK z z cl cldc ++ Ζ − = ∑ )1)(1( .1 2 pTpTp KK z z cldc +− − +− +Ζ − = ∑∑∑ ∑ )1)(()1)(( 1 . 1 22 2 2 2 2 2 pTTT T pTTT T p K z z − − − + − − = Bz z K Cz z K z z K z z 1 . 1 432 Trong đó: + dccl KKK . 2 = HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 6 ĐIỀU KHIỂN SỐ + ∑ ∑ − = TT T K 2 3 + ∑ − = TT T K 2 2 4 32 2 1 32 2 1 )( )( dzdzd czczc zU zY ++ ++ =⇒ . Với: + )1( 4321 KKKc −+= + ) ( 334422 KKBCBKCKKc −−−−+= + ) ( 4323 KCKBCBKc −+= + 1 1 =d + CBd −−= 2 + CBd . 3 = )()()()()()( 32 2 132 2 1 zUczzUczUzczYdzzYdzYzd ++=++⇒ )()()()()()( 2 3 1 21 2 3 1 21 zUzczUzczUczYzdzYzdzYd −−−− ++=++ ])2[(])1[()(])2[(])1[()( 321321 TkucTkuckTucTkydTkydkTyd −+−+=−+−+ )2()1()()2()1()( 321321 −+−+=−+−+ kuckuckuckydkydkyd [ ] )2()1()()2()1( 1 )( 32132 1 −+−++−−−−= kuckuckuckydkyd d ky (10) - )(.)()(.)( kyKkyzYKzY ftmftm =⇒= (11) - )()()()()()( 22 kykxkezYzXzE mm −=⇒−= (12) 4. Mô phỏng và kết quả: 4.1. Chương trình viết trong m-file: clear all % Tan so dien ap luoi f = 50; % Thong so cua dong co dien mot chieu Pdm = 10000; % Cong suat dinh muc Uudm = 220; % Dien ap phan ung dinh muc Iudm = 16.2; % Dong dien phan ung dinh muc Uktdm = 240; %Dien ap kich tu dinh muc Iktdm = 1; % Dong dien kich tu dinh muc ndm = 1500; %[v/f] Toc do dinh muc wdm = ndm*2*pi/60; % Toc do dinh muc [rad/s] Mdm = Pdm/wdm; %Momen dinh muc Ru = 0.6; %Dien tro mach phan ung Lu = 0.012; %Dien khang mach phan ung Tu = Lu/Ru; %Hang so thoi gian dien tu mach phan ung Rkt = 240; % Dien tro mach kich tu Lkt = 120;% Dien khang mach kich tu Tkt = Lkt/Rkt; %Hang so thoi gian mach kich tu Lm = 1.8; %Dien khang tu hoa J = 1; %Momen quan tinh Eudm = Uudm-Ru*Iudm; %Suc dien dong dinh muc KFidm = Eudm/wdm; %K*Phi dinh muc kM = KFidm/(Lm*Iktdm); %Hang so dong co Fidm = KFidm/kM; % Tu thong dinh muc HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 7 ĐIỀU KHIỂN SỐ Kdc = 1/KFidm; %He so khuyech dai cua dong co Tc = Ru*J/(KFidm^2); %Hang so thoi gian co % Thong so bo chinh luu Kcl = Uudm/10; %He so khuyech dai chinh luu p = 6; % So xung(chinh luu ba pha) Tcl = 1/(2*p*f); % He so tre cua chinh luu % Thong so cua may phat toc Kft = wdm/10; %He so khuech dai cua may phat toc % Thong so cua cam bien dong dien Kdd = Iudm/10; %He so khuech dai cua cam bien dong dien % Chu ky lay mau T = 0.001; % Thoi gian mo phong Time = 0.4; % So buoc tinh Kmax = floor(Time/T); % Cac thong so cua bo dieu khien PI tuong tu mach vong dong dien Kpdd = 0.091; Kidd = 4.55; % Cac thong so cua bo dieu khien PI tuong tu mach vong toc do Kptd = 10.346; Kitd = 739; % Xac dinh cac hang so cua bo dieu khien PI so mach vong dong dien A0dd = Kpdd + Kidd*T/2; A1dd = -Kpdd + Kidd*T/2; % Xac dinh cac hang so cua bo dieu khien PI so mach vong toc do A0td = Kptd + Kitd*T/2; A1td = -Kptd + Kitd*T/2; % Cac hang so cua ham truyen HoGp1(z) T1 = 0.0228; T2 = 0.1619; Txichma = Tcl + T1; K = (Kdc*Kcl*J)/(kM*Fidm*(T2 - Txichma)); B = exp(-T/T2); C = exp(-T/Txichma); K1 = K*(B - C); % Cac hang so cua ham truyen cua U(z)/X1(z) a1 = A0dd; a2 = A1dd - A0dd*(B + C); a3 = A0dd*B*C - A1dd*(B + C); a4 = A1dd*B*C; b1 = 1; b2 = Kdd*K1*A0dd - B - C - 1; b3 = B*C + Kdd*K1*A1dd - (Kdd*K1*A0dd - B - C); b4 = -B*C - Kdd*K1*A1dd; % Cac hang so cua ham truyen cua Y(z)/U(z) K2 = Kcl*Kdc; K3 = Txichma/(T2 - Txichma); K4 = T2/(T2 - Txichma); c1 = K2*(1 + K3 - K4); c2 = K2*(K4*C + K4 - B - C - B*K3 - K3); HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 8 ĐIỀU KHIỂN SỐ c3 = K2*(B*C + B*K3 - C*K4); d1 = 1; d2 = -B -C; d3 = B*C; % Tao cac gia tri ban dau u(1) = 0; u(2) = 0; u(3) = 0; y(1) = 0; y(2) = 0; y(3) = 0; y(4) = 0; x(1) = 0; x(2) = 0; x(3) = 0; x1(1) = 0; x1(2) = 0; x1(3) = 0; e2(1) = 0; e2(2) = 0; e2(3) = 0; % Tinh cac tin hieu theo phuong phap de quy for k = 4:Kmax +1 % Dua dien ap dat vao de co toc do dinh muc (X = Uwd) x(k) = wdm*Kft; % Dien ap phan hoi sau phat toc (Ym = Uw) ym(k) = Kft*y(k); % Tin hieu sai lech (E2(z) = X(z) - Ym(z)) e2(k) = x(k) - ym(k); % Tin hieu sau bo dieu khien PI mach vong toc do (X1 = Uiud) x1(k) = x1(k-1) + A0td*e2(k) + A1td*e2(k-1); % Tin hieu sau bo dieu khien PI mach vong dong dien (U = Udk) u(k) = (-b2*u(k-1) - b3*u(k-2) - b4*u(k-3) + a1*x1(k) + a2*x1(k-1) + a3*x1(k-2) + a4*x1(k-3))/b1; % Toc do ra w (Y = w) y(k) = (-d2*y(k-1) - d3*y(k-2) + c1*u(k) + c2*u(k-1) + c3*u(k-2))/d1; y(k+1) = y(k); end; % Xoa gia tri y(k) cuoi cung y(Kmax+2)=[]; % Tao truc thoi gian t = (0:Kmax)*T; 4.2.Sơ đồ mô phỏng trong Simulink: HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 9 ĐIỀU KHIỂN SỐ HVTH: Dương Tấn Quốc – Lớp K24TĐH Trang 10 . Thong so bo chinh luu Kcl = Uudm/10; %He so khuyech dai chinh luu p = 6; % So xung(chinh luu ba pha) Tcl = 1/(2*p*f); % He so tre cua chinh luu % Thong so cua may phat toc Kft = wdm/10; %He so. ])2[(])1[()(])2[(])1[()( 321321 TkucTkuckTucTkydTkydkTyd −+−+=−+−+ )2()1()()2()1()( 321321 −+−+=−+−+ kuckuckuckydkydkyd [ ] )2()1()()2()1( 1 )( 32132 1 −+−++−−−−= kuckuckuckydkyd d ky (10) - )(.)()(.)( kyKkyzYKzY ftmftm =⇒= . 739; % Xac dinh cac hang so cua bo dieu khien PI so mach vong dong dien A0dd = Kpdd + Kidd*T/2; A1dd = -Kpdd + Kidd*T/2; % Xac dinh cac hang so cua bo dieu khien PI so mach vong toc do A0td