Cho một hệ truyền động vị trí sử dụng động cơ – vít me truyền động cho đối tượng xây dựng bộ điều khiển cho hệ khi sử dụng động cơ truyền động là động cơ một chiều kích từ độc lập

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Đề bài: Cho hệ truyền động vị trí sử dụng động – vít me truyền động cho đối tượng Xây dựng điều khiển cho hệ sử dụng động truyền động động chiều kích từ độc lập Với thông số sau: • • • • • • Thông số kỹ thuật Công suất động 10KW Điện áp nguồn 110 VDC Trọng lượng tải 4000kg Tốc độ lớn 0.05m/s Hệ số ma sát 0.5 Tỉ số hộp truyền 10/1 Yêu cầu Xây dựng mô hình động chiều Xây dựng mô hình điều khiển cho hệ Tính chọn điều khiển Mô đáp ứng simualink với nhiễu, tải khác đánh giá kết • • • • Giáo viên hướng dẫn : TRẦN TIẾN LƯƠNG Sinh viên : ĐINH VĂN MẠNH Msv : 39190 Lớp : ĐTĐ51-ĐH2 ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.1 Tổng quan máy điện chiều 1.1.2 Đặc tính động điện chiều 1.2 MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.2.1 Mô hình toán động điện chiều chế độ xác lập 1.2.2 Chế độ độ động điện chiều 1.2.3 Trường hợp động kích từ độc lập có từ thông không đổi 1.3 HÀM TRUYỀN BỘ BIẾN ĐỔI 1.4 VISME 1.4.1 Cấu tạo nguyên lý 1.4.2 Ưu - nhược điểm visme Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ 2.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2.2 TỔ HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÒNG 2.2.1 Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng 2.2.2 Tổng hợp điều khiển RI 2.3 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ 2.3.1 Tổng hợp điều khiển tốc độ có mạch điều khiển dòng 2.4 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Chương MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢI KHÁC NHAU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG 3.1.1 Các thông số biết 3.1.2 Các thông số chọn 3.1.3 Tính toán thông số 3.2 MÔ PHỎNG TRÊN SIMULINK 3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3.3.1 Với mô men cản Mc = 0; điện áp đặt 10v 3.3.2 Với Momen cản Mc = 100; điện áp đặt 10v Giáo viện hướng dẫn Trần Tiến Lương Sinh viên Đinh Văn Mạnh MỤC LỤC Lời nói đầu………………………………………………………………………….6 Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU …………………………………………… 1.1.1 Tổng quan máy điện chiều ………………………………………… a) Khái niệm.……………………………………………………………………….7 b) Cấu tạo.………………………………………………………………………….7 c) Phân loại …………… …………… …………… …………… …………… d) Ưu – nhược điểm máy điện chiều…………… ……………………….9 1.1.2 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập ……………………10 1.2 MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU …………………………11 1.2.1 Mô hình toán động điện chiều chế độ xác lập ……………….12 1.2.2 Chế độ độ động điện chiều …………… ………………….12 1.2.3 Trường hợp động kích từ độc lập có từ thông không đổi ……………….14 1.3 HÀM TRUYỀN BỘ BIẾN ĐỔI ……………… …………… …………… 15 1.4 VISME …………… …………… …………… …………… …………… 16 1.4.1 Cấu tạo nguyên lý …………… …………… ………………………….16 a) Cấu tạo …………… …………… …………… …………… ………………16 b) Nguyên lý…………… …………… …………… …………… ……………17 1.4.2 Ưu - nhược điểm visme …………… …………… …………… …….17 Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ 2.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN …………… ………….18 2.2 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÒNG……… ……………………….19 2.2.1 Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng …………… ……………………… 19 2.2.2 Tổng hợp điều khiển RI …………… …………… …………………….20 2.3 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ …………… ……………… 22 2.4 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ …………… ………………… 24 Chương MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG TRÊN SIMUALINK VỚI CÁC NHIỄU, TẢI KHÁC NHAU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 TÍNH TOÁN CÁC GIÁ TRỊ MÔ PHỎNG.…………… ………………… 25 3.1.1 Các thông số biết … ………………………………………………… 25 3.1.2 Các thông số tính chọn ……………………………………………………25 3.1.3 Tính toán thông số ………….…………… …………… …………………25 3.2 MÔ PHỎNG TRÊN SIMULINK …………… …………… ……………….28 3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG …………… …………… ……………………… 29 3.3.1 Với momen cản Mc = 0; điện áp đặt 10v ………………………………… 29 3.3.2 Với momen cản Mc = 0; điện áp đặt 10v……………………………………32 LỜI NÓI ĐẦU Hiện động điện chiều đóng vai trò quan trọng ngành công nghiệp sống Động điện chiều ứng dụng phổ biến ngành công nghiệp khí, nhà máy cán thép, nhà máy xi măng, tàu điện ngầm cánh tay robot ; để thực nhiệm vụ công nghiệp đại với độ xác cao, lắp ráp dây chuyền sản xuất, yêu cầu có điều khiển tốc độ Đối với phương pháp điều khiển kinh điển, cấu trúc đơn giản bền vững nên điều khiển PID ( tỉ lệ, tích phân, đạo hàm ) dùng phổ biến hệ điều khiển công nghiệp Mục tiêu điều khiển nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động Tuy nhiên, thực tế có nhiều đối tượng điều khiển khác nhau, với yêu cầu đặc tính phức tạp khác Do cần phải tiến hành nghiên cứu, tìm phương pháp điều khiển cho hệ truyền động điện ngày đạt chất lượng điều chỉnh cao, mức chi phí thấp hiệu đạt cao nhất, đáp ứng yêu cầu tự động hóa truyền động điện dây chuyền sản xuất Trong học kì em nhận đề tài : “Cho hệ truyền động vị trí sử dụng động – vít me truyền động cho đối tượng Xây dựng điều khiển cho hệ sử dụng động truyền động động chiều kích từ độc lập” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy Trần Tiến Lương trình làm đồ án môn học với đề tài Mặc dù dành nhiều cố gắng không tránh khỏi sai sót định, em mong góp ý, bảo thêm thầy, cô Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.1 Tổng quan máy điện chiều a) Khái niệm Động điện chiều loại máy điện làm việc với nguồn điện chiều Chúng vận hành theo chế độ máy phát theo chế độ động Nghĩa máy điện chiều biến đổi thành điện ngược lại b) Cấu tạo Cấu tạo máy điện chiều gồm phần chính: - Stato: Còn gọi phần cảm có nhiệm vụ tạo từ thông máy, thường chế tạo gang hay thép đúc Stato mạch từ vỏ máy bao bọc phận bên Phía mặt stato gắn cực từ, phần cuối cực từ làm loe tạo thành đầu cực từ, thân cực từ có gắn cuộn dây kích từ Hình 1.1 Cấu tạo máy điện chiều - Roto: gọi là phần ứng, gồm lõi thép dây quấn phần ứng - Lõi thép: có hình trụ ghép từ ghép kĩ thuật điện, ghép cách điện với nhờ sơn cách điện để giảm tổn hao dòng điện xoáy Hình 1.2 Lá thép stato Chung quanh thép dập rãnh để ghép lại tạo thành rãnh đặt cuộn dây phần ứng Giữa thép có dập lỗ lắp trục lỗ trêm dọc Ngoài lõi thép dập số lỗ thông gió để làm mát Thân máy, cực từ lõi thép phần ứng tạo thành mạch từ máy điện chiều Dây quấn tạo thành từ nhiều phần tử dây quấn, phần tử gồm nhiều vòng dây xếp rãnh lõi thép Hai đầu phần tử nối với với phiến góp, cạnh tác dụng phần tử xếp rãnh nằm cực khác tên Phần ứng bắt chặt trục thép, hai đầu trục có gắn bạc đạn Nắp máy giữ cố định hai bạc đạn bắt chặt vào thân máy bu-lông xuyên - Cổ góp – chổi than Cổ góp – chổi than có nhiệm vụ truyền điện phần ứng máy điện với thiết bị bên Khi hoạt động chế độ máy phát điện cổ góp có nhiệm vụ chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp chiều trước đưa mạch điện Hình 1.3 Cổ góp chổi than Cổ góp tạo thành từ việc ghép nhiều phiến góp đồng thành hình trụ tròn, sau gắn vào trục roto, phiến góp có cách điện với cách điện với trục lớp mica mỏng Một đầu phiến góp xẻ rãnh để hàn với đầu dây phần tử dây quấn phần ứng Chổi than gọi chổi điện làm từ than graphit đặt giá đỡ hình hộp Chổi than di chuyển dọc theo trục giá đỡ, giá đỡ cách điện bắt chặt vào nắp máy Một đầu chổi than tì sát lên bề mặt cổ góp, đầu lại có lò xo ép chặt Các đầu dây phần tử dây quấn phần ứng nối với cổ góp tạo thành mạch điện khép kín Khi chổi than ép vào phiến góp chia dây quấn phần ứng thành mạch nhánh song song c) Phân loại Máy điện chiều phân loại theo dạng mạch kích từ: - Mấy điện chiều kích từ song song - Máy điện chiều kích từ độc lập - Máy điện chiều kích từ hỗn hợp d) Ưu – nhược điểm máy điện chiều - Ưu điểm máy điện chiều: Ưu điểm bật máy điện chiều có momen mở máy lớn, kéo tải nặng khởi động Ngoài ra, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, khoảng nhảy cấp tốc độ nhỏ phù hợp với hệ thống tự động hóa cần thay đổi mịn tốc độ - Khuyết điểm: Nhược điểm chủ yếu máy điện chiều phận cổ góp có cấu tạo phức tạp đắt tiền hoạt động tin cậy thường hư hỏng trình vận hành nên cần bảo dưỡng sửa chữa thường xuyên Ngoài ra, tia lửa điện phát sinh cổ góp – chổi than gây nguy hiểm môi trường dễ cháy nổ Nhược điểm mạng điện cung cấp chủ yếu dạng xoay chiều nên cần cho máy điện chiều hoạt động phải có chỉnh lưu máy phát điện chiều kèm 1.1.2 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Khi mạch điện chiều có công suất không đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào nguồn độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập Hình 1.4 Sơ đồ nối dậy động điện chiều kích từ độc lập ϖ= Phương trình đặc tính cơ: Uö R + Rf + ö ×M đñt kφđñm ( kφ ) đm Với Uư: điện áp phần ứng 10 Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện Trong đó: Tö = Lö Rö số điện từ động Ti = R.C : Hằng số thời gian cảm biến (sensor) dòng điện Bỏ qua ảnh hưởng suất điện động ta có: Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện bỏ qua E Bỏ qua ảnh hưởng sức điện động ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn sau: Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 21 Trong SI mô hình đói tượng điều khiển dòng SI = Rö k bñ kI I(p) = × × U đk (p) + Tö p ( + Tbñđ ×p ) ( + Tv ×p ) + TI ×p TSI = TSI + TVđk+ T [...]... cơ – vít me truyền động cho đối tượng Xây dựng bộ điều khi n cho hệ khi sử dụng động cơ truyền động là động cơ một chiều kích từ độc lập Các nhiệm vụ đó là: - Xây dựng mô hình động cơ một chiều kích từ độc lập - Xây dựng mô hình điều khi n truyền động cho hệ - Tính chọn các bộ điều khi n - Mô phỏng đáp ứng trên Simulink với các nhiễu tải khác nhau và đánh giá kết quả Trong quá trình thực hiện, bài làm... ứng Hình 1.5 Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1.2 MÔ HÌNH TOÁN CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Động cơ điện một chiều có nhiều loại nhưng động cơ điện một chiều kích từ độc lập hay được sử dụng nhiều vì nó có nhiều ưu điểm, sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều như sau: Hình 1.6 Hệ thống truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập - ĐC: Động cơ điện một chiều - Uư: Điện áp... bộ điều chỉnh ĐL: Thiết bị đo lường Động cơ thường được dùng là động cơ điện một chiều, động cơ không đồng bộ xoay chiều, động cơ bước Các động cơ điện được cấp nguồn điện từ bộ biến đổi Các bộ biến đổi thường được dùng là các bộ chỉnh lưu có điều khi n tiristor, các bộ biến tần tranzitor….Các bộ điều khi n ở đây có hai chức năng: Thứ nhất là biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác, thứ hai là. .. ngưỡng cho phép Mặt khác nhiệm vụ của bộ điều khi n là thiết lập giá trị dòng bằng giá trị điều khi n trước sự tác động của nhiễu Đối với động cơ một chiều bộ điều khi n dòng có thể tổng hợp theo hai cách: - Tổng hợp bộ điều khi n RI bỏ qua sức điện động phần ứng - Tổng hợp bộ điều khi n RI có tính đến sức điện động phần ứng Trong trường hợp quán tính cơ rất lớn so với quán tính điện nghĩa là tại thời... thứ hai là mang thông tin để điều khi n các thông số đầu ra bộ biến đổi * Hệ truyền động điện một chiều thường được phân loại: - Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện điều chỉnh duy trì lượng đặt trước không đổi Ví dụ: Duy trì tốc độ không đổi, duy trì mômen không đổi - Hệ điều chỉnh tự động truyền động tùy động( hệ bám) là hệ điều chỉnh vị trí, trong đó cần điều khi n tự động theo lượng đặt trước biến... băng, đĩa từ thường gặp các hệ điều khi n theo chương trình trong trung tâm gia công cắt gọt kim loại, hoạt động của robot trong sản xuất 2.2 TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHI N DÒNG 2.2.1 Cấu trúc mạch vòng điều khi n dòng 19 Hình 2.2 Cấu trúc mạch vòng điều khi n dòng Mạch vòng điều khi n có nhiệm vụ tăng đáp ứng của dòng điện khi điều khi n động cơ một chiều, nó cũng hạn chế dong điện của động cơ không vượt... gặp ở truyền động quay ăng ten, quay rada, các cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại… - Hệ điều chỉnh tự động truyền động theo chương trình, thực chất là hệ điều khi n vị trí nhưng đại lượng điều khi n phải tuân theo một chương trình định trước, thông thường đại lượng điều khi n ở đây là các quỹ đạo chuyển động trong không gian phức tạp nên cấu trúc của nó thường gồm nhiều trục, chương trình điều khi n. .. thấy hệ điều khi n vị trí làm việc tốt ngay cả khi có tải và không có tải Tuy nhiên do có sử dụng khâu hạn chế dòng nên khi tăng độ dài quãng đường sẽ mất nhiều thời gian hơn để hệ đạt được vị trí mong muốn 34 KẾT LUẬN Sau quá trình học tập và nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn của thầy Trần Tiến Lương Em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao trong bản đồ án : Cho một hệ truyền động vị trí sử dụng động cơ. .. không đổi Khi cần điều khi n chính xác thì ta cần phải tính đến xác xuất điện động của động cơ 2.2.2 Tổng hợp bộ điều khi n RI Trong các hệ thống truyền động điện tự động cũng như trong hệ chấp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản có chức năng cơ bản của các mạch vòng dòng điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh... Visme đai ốc bi - Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài Vít me đai ốc bi Ưu điểm Nhược - Khả năng chịu tải kém hơn Vít me thường điểm - Khó chế tạo, giá thành cao - Ma sát cao do tiếp xúc mặt trực tiếp Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHI N CHO HỆ 2.1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ truyền động điện Trong đó: Msx: máy sản xuất M: động cơ truyền động 18 BĐ: bộ ... Cho hệ truyền động vị trí sử dụng động – vít me truyền động cho đối tượng Xây dựng điều khi n cho hệ sử dụng động truyền động động chiều kích từ độc lập Các nhiệm vụ là: - Xây dựng mô hình động. .. em nhận đề tài : Cho hệ truyền động vị trí sử dụng động – vít me truyền động cho đối tượng Xây dựng điều khi n cho hệ sử dụng động truyền động động chiều kích từ độc lập Em xin chân thành cảm... điện động điện chiều kích từ độc lập 1.2 MÔ HÌNH TOÁN CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Động điện chiều có nhiều loại động điện chiều kích từ độc lập hay sử dụng nhiều có nhiều ưu điểm, sơ đồ thay động