Báo cáo thí nghiệm lý thuyết điều khiển tự động xây dựng mô hình simulink cho đối tượng động cơ DC kích từ vĩnh viễn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY  BÁO CÁO THÍ NGHIỆM LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Xây dựng mô hình Simulink cho đối tượng động DC kích từ vĩnh viễn CBGD: Trần Thụy Uyên Phương Sinh viên: Trương Đăng Khoa Lớp 119110B MSSV: 11911009 Tp HCM, Ngày tháng 11 năm 2013 Mục đích thí nghiệm: - Giúp sinh viên làm quen với việc xây dựng mô hình mô Simulink - Khảo sát đặc tính vòng hở động DC kích từ vĩnh viễn Động điện DC SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Điển hình loại động điện chiều kích từ độc lập, điều khiển điện áp phần ứng Sơ đồ nguyên lý loại động thể hình 2.9, dòng kích từ ik giữ không đổi - Tín hiệu vào điện áp u đặt vào phần ứng, [Volt;V] - Tín hiệu vận tốc góc ω/ góc quay θ động cơ, [rad/s; s] *Phương trình mạch điện phần ứng : *Biến đổi Laplace hai vế phương trình, ta được: *Phương trình mômen điện từ động : M = Km.i Biến đổi Laplace hai vế ta được: M(s) = Km.I(s) *Phương trình cân mômen trục động : Biến đổi Laplace hai vế ta được: a Ngõ vận tốc ω P a g e | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Hàm truyền đạt động DC với tín hiệu vận tốc : Phương trình vi phân bậc hai mô tả hệ: [LJ.s2 + (LB+RJ)s + (Km.Ke+RB)].ω(s) = Km.U(s) LJ + (LB+RJ) + (Km.Ke+RB).ω = Km.u(t) ++= Đặt x1 = ω x2 = = = =    = [1 0] Từ phương trình vi phân ta có sơ đồ khối mô tả hệ : *Biểu diển Simulink sử dụng phương pháp hàm truyền : Với: R = 1.91; Km = 60.2*10^(-3); Ke = 0.0602; L = 2.5; J = 66.5*10^(-6); P a g e | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 B = 2.5*10^(-6); Tạo file model tên DCHT.mdl với nội dung sau : Tạo file mdcht.m với nội dung sau: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHT',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 800]); grid on; title('PHUONG PHAP HAM TRUYEN'); Ta vẽ đồ thị sau: P a g e | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 *Biểu diển Simulink sử dụng phương pháp sơ đồ khối: Tạo file model DCSDK.mdl với nội dung: Tạo file m mdcsdk.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCSDK',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2) axis([0 10 800]); grid on; title('PHUONG PHAP SO DO KHOI'); Ta vẽ đồ thị (khi 0): P a g e | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Khi thay đổi và giá trị khác (ở chọn 24 đơn vị) ta đồ thị bên dưới, nhận thấy tín hiệu lúc bắt đầu từ P a g e | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Tín hiệu từ giá trị khoảng 24 hình phóng to bên Khi thay đổi 24 0, ta đồ thị gần không đổi khác với trường hợp P a g e | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 *Biểu diển Simulink sử dụng phương trình trạng thái: Ta có ma trận A, B, C, D xác định   = [1 0] Biểu diển Simulink cách tạo file DCPTTT.mdl Tạo file mdcpttt.m với nội dung : R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCPTTT',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout3.time,yout3.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 800]); grid on; title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); Ta nhận đồ thị đáp ứng P a g e | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Tạo file dcvt.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHT',[0,10],[],[]) sim('DCSDK',[0,10],[],[]) sim('DCPTTT',[0,10],[],[]) figure(1); subplot(3,1,1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2) axis([0 10 800]); grid on; title('PHUONG PHAP HAM TRUYEN'); subplot(3,1,2); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2) axis([0 10 800]); grid on; title('PHUONG PHAP SO DO KHOI'); subplot(3,1,3); P a g e | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 plot(yout3.time,yout3.signals.values,'LineWidth',2) axis([0 10 800]); grid on; title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); Ta nhận đồ thị hoàn toàn giống nhau: Thay đổi tín hiệu vào dạng sóng sin, tần số 1Hz, biên độ 24V, với file m sửa lại bên ta nhận đồ thị R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHT',[0,10],[],[]) P a g e 10 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 sim('DCSDK',[0,10],[],[]) sim('DCPTTT',[0,10],[],[]) figure(1); subplot(3,1,1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2) axis([0 10 -800 800]); grid on; title('PHUONG PHAP HAM TRUYEN'); subplot(3,1,2); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2) axis([0 10 -800 800]); grid on; title('PHUONG PHAP SO DO KHOI'); subplot(3,1,3); plot(yout3.time,yout3.signals.values,'LineWidth',2) axis([0 10 -800 800]); grid on; title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); P a g e 11 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Nhận xét: tín hiệu đầu vào thay đổi tín hiệu đầu thay đổi, với dạng khảo sát là: hàm truyền, sơ đồ khối phương trình trạng thái Khi tín hiệu vào hằng, tín hiệu tiến dần đến giá trị ổn định Khi tín hiệu vào hàm sin, tín hiệu tiến dần dạng dao động sin b Ngõ góc quay θ P a g e 12 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Hàm truyền đạt ngõ góc quay : Phương trình vi phân bậc ba mô tả hệ: θ(s).[LJs3+(LB+RJ)s2+(RB+Km.Ke)s]=Km.U(s) => Đặt x1 = θ x2 = = x3 = = => θ = => => Từ phương trình vi phân ta có sơ đồ khối mô tả hệ : *Biểu diển Simulink sử dụng phương pháp hàm truyền : Tạo file DCHTD.mdl P a g e 13 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Tạo file mdchtg.m với nội dung R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHTG',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 4000]); grid on; title('HAM TRUYEN'); Ta đồ thị: *Biểu diển Simulink sử dụng phương pháp sơ đồ khối: P a g e 14 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Tạo file model DCSDKG.mdl với nội dung: Tạo file m mdcsdkg.m với nội dung R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCSDKG',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 4000]); grid on; title('SO DO KHOI'); Ta nhận đồ thị P a g e 15 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 *Biểu diển Simulink sử dụng phương trình trạng thái: Tạo file model DCPTTTD.mdl với nội dung: Tạo file m mdcptttg.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCPTTTG',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout3.time,yout3.signals.values,'LineWidth',2; axis([0 10 4000]); grid on; P a g e 16 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); Ta đồ thị: Tạo file dcgq.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHTG',[0,10],[],[]) sim('DCSDKG',[0,10],[],[]) sim('DCPTTTG',[0,10],[],[]) figure(1); subplot(3,1,1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 4000]); grid on; title('PHUONG PHAP HAM TRUYEN'); subplot(3,1,2); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 4000]); grid on; title('PHUONG PHAP SO DO KHOI'); subplot(3,1,3); P a g e 17 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 plot(yout3.time,yout3.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 4000]); grid on; title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); Ta nhận thấy đồ thị hoàn toàn giống nhau: Thay đổi tín hiệu vào dạng sóng sin, tần số 1Hz, biên độ 24V, với file m sửa lại bên ta nhận đồ thị R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHTG',[0,10],[],[]) sim('DCSDKG',[0,10],[],[]) sim('DCPTTTG',[0,10],[],[]) figure(1); P a g e 18 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 subplot(3,1,1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 -100 210]); grid on; title('PHUONG PHAP HAM TRUYEN'); subplot(3,1,2); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 -100 210]); grid on; title('PHUONG PHAP SO DO KHOI'); subplot(3,1,3); plot(yout3.time,yout3.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 -100 210]); grid on; title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); P a g e 19 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Nhận xét: tương tự trường hợp ngõ vận tốc, trường hợp ngõ góc quay tín hiệu đầu vào thay đổi tín hiệu đầu thay đổi, với dạng khảo sát là: hàm truyền, sơ đồ khối phương trình trạng thái P a g e 20 | 20 [...]... dần về dạng dao động sin b Ngõ ra là góc quay θ P a g e 12 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Hàm truyền đạt khi ngõ ra là góc quay : Phương trình vi phân bậc ba mô tả hệ: θ(s).[LJs3+(LB+RJ)s2+(RB+Km.Ke)s]=Km.U(s) => Đặt x1 = θ x2 = = x3 = = => θ = => => Từ phương trình vi phân ta có sơ đồ khối mô tả hệ : *Biểu diển trong Simulink sử dụng phương pháp hàm truyền : Tạo file DCHTD.mdl P a g... Tạo file mdchtg.m với nội dung R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHTG',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 0 4000]); grid on; title('HAM TRUYEN'); Ta được đồ thị: *Biểu diển trong Simulink sử dụng phương pháp sơ đồ khối: P a g e 14 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Tạo file model DCSDKG.mdl... file m mdcsdkg.m với nội dung R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCSDKG',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 0 4000]); grid on; title('SO DO KHOI'); Ta nhận được đồ thị P a g e 15 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 *Biểu diển trong Simulink sử dụng phương trình trạng thái: Tạo file model DCPTTTD.mdl... DCPTTTD.mdl với nội dung: Tạo file m mdcptttg.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCPTTTG',[0,10],[],[]) figure(1); plot(yout3.time,yout3.signals.values,'LineWidth',2; axis([0 10 0 4000]); grid on; P a g e 16 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); Ta được đồ thị: Tạo file dcgq.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3);... MSSV: 11911009 title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); Ta được đồ thị: Tạo file dcgq.m với nội dung: R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHTG',[0,10],[],[]) sim('DCSDKG',[0,10],[],[]) sim('DCPTTTG',[0,10],[],[]) figure(1); subplot(3,1,1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 0 4000]); grid on; title('PHUONG PHAP HAM TRUYEN'); subplot(3,1,2);... bằng dạng sóng sin, tần số 1Hz, biên độ 24V, với file m sửa lại như bên dưới ta nhận được đồ thị R=1.91; Km=60.2*10^(-3); Ke=0.0602; L=2.5; J=66.5*10^(-6); B=2.5*10^(-6); sim('DCHTG',[0,10],[],[]) sim('DCSDKG',[0,10],[],[]) sim('DCPTTTG',[0,10],[],[]) figure(1); P a g e 18 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 subplot(3,1,1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 -100...SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 sim('DCSDK',[0,10],[],[]) sim('DCPTTT',[0,10],[],[]) figure(1); subplot(3,1,1); plot(yout1.time,yout1.signals.values,'LineWidth',2) axis([0 10 -800 800]); grid on; title('PHUONG PHAP HAM TRUYEN'); subplot(3,1,2); plot(yout2.time,yout2.signals.values,'LineWidth',2)... subplot(3,1,3); plot(yout3.time,yout3.signals.values,'LineWidth',2); axis([0 10 -100 210]); grid on; title('PHUONG TRINH TRANG THAI'); P a g e 19 | 20 SVTH: Trương Đăng Khoa – MSSV: 11911009 Nhận xét: tương tự như trường hợp ngõ ra là vận tốc, ở trường hợp ngõ ra là góc quay thì khi tín hiệu đầu vào thay đổi thì tín hiệu đầu ra thay đổi, đúng với cả 3 dạng khảo sát là: hàm truyền, sơ đồ khối và phương trình