mô phỏng hệ thống điều khiển vị trí

mô phỏng hệ thống điều khiển vị trí

Lời nói đầu Hệ thống truyền động điện điều khiển vị trí thuộc loại hệ thống sử dụng rộng rãi công nghiệp cấu truyền động cho tay máy, người máy, cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, quay anten, kính viễn vọng v.v Tùy thuộc vào cấu mà công suất truyền động nằm dải rộng từ vài chục W đến hàng trăm kW Điều khiển vị trí thường mạch vòng điều khiển hệ điều khiển tự động nên ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng điều khiển hệ thống, cầu nối quan trọng tảng để xây dựng hệ truyền động điện công nghiệp Vì việc nghiên cứu áp dụng tiến khoa học trình tổng hợp hệ điều khiển vị trí nhằm đạt tiêu chất lượng cao vấn đề đặt Xuất phát từ vấn đề mà thực tiễn đặt đây, giao đề tài đồ án mô hệ thống điều khiển vị trí với hướng dẫn thầy giáo PHẠM TÂM THÀNH, em hoàn thành sau GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Lời nói đầu Trang Mục lục Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Trang 3-4 1.1: Mô hình toán động điện chiều kích từ độc lập Trang 4-8 1.2: Mô hình toán chỉnh lưu có điều khiển Trang 8-9 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU Trang 10 KHIỂN VỊ TRÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP CÁC MẠCH VÒNG 2.1: Cấu trúc hệ điều khiển vị trí Trang 10 2.2: Tổng hợp mạch vòng dòng điện Trang 10-12 2.3: Tổng hợp mạch vòng tốc độ Trang 12-13 2.4: Tổng hợp mạch vòng vị trí Trang 13-15 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA Trang 16 3.1: Tính toán thông số hệ Trang 16-17 3.2: Mô Matlab Trang 17-21 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO GVHD: PHẠM TÂM THÀNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Ngày nay, hệ thống truyền động điều khiển vị trí- hệ truyền động điện chiều kiểu T-Đ ngày ứng dụng rộng rãi đảm bảo tốt tiêu lĩnh vực hoạt động hệ thống, dễ dàng thực truyền động có công suất lớn tính bền vững cao Cấu trúc chung hệ truyền động điều khiển vị trí thường bao gồm ba mạch vòng từ là: Mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ mạch vòng vị trí hình 1.1 sau Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc chung hệ điều khiển vị trí sử dụng hệ chấp hành T-Đ đó: Ri- Bộ điều khiển dòng điện Rω- Bộ điều khiển tốc độ Rφ- Bộ điều khiển vị trí ĐC- Động chiều kích từ độc lập Ki, Kω, Kφ- Các hệ số khuếch đại GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Ti, Tω, Tφ- Các số thời gian FT- Máy phát tốc 1.1: Mô hình toán động điện chiều kích từ độc lập Cho đến động điện chiều dùng phổ biến hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động điện chiều từ vài W hàng MW Sơ đồ mạch thay động điện chiều kích từ độc lập đưa hình 1.2 sau: Hình 1.2: Sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập Phần ứng biểu diễn vòng tròn bên có sức điện động E, phần stato có dây: Cuộn kích từ nối tiếp CKN, cuộn kích từ độc lập CKĐ, phụ CF, cuộn bù CB Hệ thống phương trình mô tả động điện chiều thường phi tuyến, đại lượng đầu vào (tín hiệu điều khiển) thường điện áp phần ứng U, điện áp kích thích Uk, tín hiệu thường tốc độ góc động ω, momen quay M, dòng điện phần ứng I, số trường hợp vị trí roto φ Momen tải Mc momen cấu làm việc truyền trục động cơ, momen tải nhiễu loạn quan trọng hệ tự động truyền động điện tự động Ở chế độ xác lập động điện chiều, ta đặt điện áp uk dây quấn kích từ có dòng điện ik mạch từ máy có từ thông Φ Tiếp đặt giá trị điện áp U lên mạch phần ứng dây quấn phần ứng có dòng điện I chạy qua Tương tác dòng điện phần ứng từ thông kích từ tạo thành mômen điện từ, giá trị mômen điện từ tính sau: GVHD: PHẠM TÂM THÀNH M =.ΦI= kΦI (1-1) đó: p’- số đôi cực động N- số dẫn phần ứng cực từ a- số mạch nhánh song song dây quấn phần ứng k=- hệ số kết cấu máy Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, dây quấn phần ứng quét qua từ thông dây quấn cảm ứng sức điện động: E= Φω= kΦω (1-2) đó: ω- tốc độ góc rôto Trong chế độ xác lập, tính tốc độ qua phương trình cân điện áp phần ứng: ω= (1-3) đó: Rư- điện trở mạch phần ứng động Trong chế độ độ thông số động không đổi viết phương trình mô tả sơ đồ thay hình 1.2 sau: Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa Mạch kích từ có hai biến: dòng điện kích từ ik từ thông máy Φ phụ thuộc phi tuyến đường cong từ hóa lõi sắt: Uk(p)= RkIk(p) + Nk.P.Φ(p) (1-4) GVHD: PHẠM TÂM THÀNH đó: Nk: Số vòng dây cuộn kích từ Rk: điện trở cuộn dây kích từ Mạch phần ứng: U0 + ΔU(p)= Rư[I0+ ΔI(p)]+ pLư[I0+ ΔI(p)]+ K[Φ0+ ΔΦ(p)].[ωB+ Δω(p)] (1-5) Mạch kích từ: Uk0+ ΔUk(p)= Rk[Ik0+ ΔIk(p)]+ pLk[Ik0+ ΔIk(p)] (1-6) Phương trình chuyển động học: K[Φ0+ ΔΦ(p)].[I0+ ΔI(p)]- [MB+ ΔMc(p)]= Jp[ωB+ Δω(B)] (1-7) Nếu bỏ qua vô bé bậc cao từ phương trình viết phương trình gia số: ΔU(p)- [K.ωB.ΔΦ(p)+ K.Φ0.Δω(p)]= Rư.ΔI(p).(1+ pTư) (1-8) ΔUk(p)= Rk.ΔIk(p).(1+ pTk) (1-9) K.I0.ΔΦ(p)+ K.Φ0ΔI(p)- ΔMc= J.pΔω(p) (1-10) Hình 1.3 trình bày sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa theo phương trình (1-8) – (1-10) động chiều kích từ độc lập Trường hợp dòng điện kích từ không đổi, động kích thích nam châm vĩnh cửu từ thông kích từ số: KΦ= const= Cu U(p)= RưI(p)(1+ pTư)+ Cu.ω(p) (1-11) Cu.I(p)- Mc(p)= Jpω(p) (1-12) Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Từ mô hình ta có: U(p)- Cuω(p)= R.I(p)(1+ pTư) Từ (1-12) ta có: (1-13) = ω(p) → U(p)- [Cu.I(p)- Mc(p)]= R.I(p)(1+ pTư) → U(p)+ = R.I(p)(1+ pTư+ ) → = (JRp+ JRTưp2+ ) → JpU(p)+ CuMc(p)= I(p)(JRp+ JRTưp2+ ) → I(p)= Chia tử mẫu cho ta có: I(p)= Với số thời gian học: Tc= Ta có mô hình dòng điện động chiều sau: Hình 1.5: Sơ đồ cấu trúc thu gọn theo dòng điện động chiều kích từ độc lập 1.2: Mô hình toán chỉnh lưu có điều khiển Mạch điều khiển biến đổi điện áp chiều Udk thành xung điện áp có góc α thích hợp đưa vào mở Thyristor cấp nguồn cho động Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển hình sau: GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Hình 1.6: Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có điều khiển Hàm truyền chỉnh lưu có điều khiển: Wcl(p)= = Kcl.= CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP CÁC MẠCH VÒNG 2.1: Cấu trúc hệ điều khiển vị trí Hình sau sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí, thuộc kiểu nối cấp chứa khâu hạn chế tốc độ gia tốc Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển biến trạng thái 2.2: Tổng hợp mạch vòng dòng điện Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh dòng điện hình 2.2, F mạch lọc tín hiệu, Ri điều chỉnh dòng điện, BĐ biến đổi chiều, Si sensor dòng điện Sensor thực biến dòng mạch xoay chiều điện trở sun mạch cách ly mạch chiều Uiđ F Ri BĐ -E I GVHD: PHẠM TÂM THÀNH (-) Ui Si Hình 2.2: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện Trong đó: Tư=- số thời gian điện từ mạch phần ứng Tf- số thời gian mạch lọc Tđ, Tv- số thời gian mạch điều khiển chuyển mạch chỉnh lưu Ki= Rs- điện trở mạch sensor Rư- điện trở mạch phần ứng Ti= R.C: số thời gian sensor dòng điện KΦ= Cu Trong trường hợp hệ thống truyền động điện có số thời gian học lớn so với số thời gian điện từ mạch phần ứng ta coi sức điện động động không ảnh hưởng đến trình điều chỉnh mạch vòng dòng điện (E=0) Viết ngắn gọn lại sơ đồ hình 2.2 ta có: Hình 2.3: Mạch vòng điều chỉnh dòng điện rút gọn Từ hai sơ đồ ta có hàm truyền đối tượng: S0i(p)= → S0i(p)= (2-1) GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Với Tsi= Ti+ Tv+ Tdk+ Tf [...]... biến vị trí Tφ= 0.3s 3.2: Mô phỏng trên Matlab Ri(p)= (1+ Ri(p)= (1+ ) → Ri(p)= 0.157(1+ ) Rω(p)= = → Rω(p)= 267.8 Rφ(p)= + p =+.p → Rφ(p)= 1.5625+ 0.031875p Ta có: = = 6.25 = = 0.976 Mô phỏng cấu trúc hệ điều khiển vị trí với Uφđ= 10V: 14 GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Đáp ứng của sơ đồ như sau: a) Vị trí: 15 GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Đồ thị đáp ứng vị trí mô phỏng khi Uφđ= 10V Thời gian quá độ Tqđ= 2.7s Độ quá điều. .. của bộ điều chỉnh tốc độ: 11 GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Rω(p)= Rω(p) là khâu tỷ lệ (P) Với Kp= 2.4: Tổng hợp mạch vòng vị trí Tổng hợp mạch vòng vị trí cũng tương tự như tổng hợp mạch vòng tốc độ, ta dùng tiêu chuẩn tổi ưu modul và hàm truyền đạt của mạch vòng tốc độ lấy là khâu bậc hai, bỏ qua các khâu bậc cao, ta có sơ đồ sau: Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh vị trí trong đó: Kr= - hệ số khuếch... quá điều chỉnh σ= 705 Tốc độ của động cơ khi hệ ở trạng thái ổn định là ω= 0.0009888 rad/s c) Dòng điện: 17 GVHD: PHẠM TÂM THÀNH Thời gian quá độ Tqđ= 1.7s Độ quá điều chỉnh σ= 5400 Dòng điện khi ở trạng thái ổn định là i= 5.835(A) 18 GVHD: PHẠM TÂM THÀNH KẾT LUẬN Qua thời gian làm đồ án và tham khảo các tài liệu khác, đã giúp em hiểu thêm về cấu trúc mô hình điều khiển vị trí và em đã hiểu hơn về môn... 2.7: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh vị trí Từ hai sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tượng: S0φ= Vì Tsω ... HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Ngày nay, hệ thống truyền động điều khiển vị trí- hệ truyền động điện chiều kiểu T-Đ ngày ứng dụng rộng rãi đảm bảo tốt tiêu lĩnh vực hoạt động hệ thống, dễ dàng... chung hệ truyền động điều khiển vị trí thường bao gồm ba mạch vòng từ là: Mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ mạch vòng vị trí hình 1.1 sau Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc chung hệ điều khiển vị trí. .. VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Trang 3-4 1.1: Mô hình toán động điện chiều kích từ độc lập Trang 4-8 1.2: Mô hình toán chỉnh lưu có điều khiển Trang 8-9 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU