Thiết kế hệ thống điều khiển số cho động cơ điện một chiều tên môi trường s function

Báo cáo Bài tập lớn hệ thống điều khiển số Yêu cầu : -Thiết kế điều khiển cho đối tượng miền thời thời gian thực cho đối tượng động chiều công suất 100 W -Lập trình điều khiển cho khối Sfunction Simulink GV hướng dẫn: TS Vũ Thị Thúy Nga Mục lục : Mô hình động chiều kích từ độc lập 1.1.Cấu trúc Hình 1.Sơ đồ cấu trúc ĐCMC Thông số động : Công suất định mức : Pdm= 100 W 5.5*10^-4 kg.m2 Hằng số động : ke =11.2*10^-3; km = 0.11 0.013Vs Momen quán tính J = Từ thông danh định Ψ = Điện cảm phần ứng : LA = 0.0033 H Điện trở phần ứng : RA = 2.1 Ω Hằng số thời gian phần ứng : TA = LA/ RA Hằng số thời gian chỉnh lưu : Tt = 100μs Chu kì trích mẫu Ttm = 0,1ms 1.2.Sơ đồ điều khiển cascade Hình Sơ đồ điều khiển cascade Thiết kế điều khiển 2.1 Thiết kế điều khiển dòng điện Hình 3.Sơ đồ điều khiển dòng điện Coi sức điện động eAlà nhiễu, hàm truyền đối tượng dòng phần ứng là: Nhưng với yêu cầu thiết kế điều khiển số cho đối tượng liên tục : Hình Sơ đồ cấu trúc điều khiển số Nên đối tượng ta cần thiết kế có dạng : Ở đây: Do T nhỏ nên ta xấp xỉ Gi ( s) = T / Ra (1 + sTt )(1 + sTa ) Ta thiết kế cho đối tượng theo tiêu chuẩn tối ưu mô đun với hàm chuẩn FMC ( s) = 2t s + 2tσ s + 2 σ Nếu chọn điều khiển PI Ri ( s ) = Kp + Ti s Khi ta có thông số điều khiển sau Kp = Ra * Ta 2* T * Tt Ti = Ra 2* T * Tt Tính toán ta Kp=0.1650 ; Ti=105 2.2 Thiết kế điều khiển tốc độ Ta có sơ đồ cấu trúc vòng điều khiển tốc độ Hình 5.Sơ đồ điều khiển tốc độ Ta xấp xỉ khâu Gi(s) dạng: Gi( s) = sTt + Khí đối tượng tốc độ ta có dạng Gh (s) = Gi (s).kM ψ 1 kM ψ = 2πJs s(2Tts + 1) 2πJ Ta thiết kệ điều khiển cho đối tượng theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng với hàm chuẩn : FDX ( s ) = + 4tσ s 8t s + 8tσ2 s + 4tσ s + 3 σ Rw( s) = Kp + Chọn điều khiển PI có dạng Ti s Với thông số sau Kp = 2k Mψ Tt πJ ; Ti=8Tt Tính toán ta Kp=1.6561e-04; Ti= 8.0000e-04 2.3.Thiết kế điều khiển miền thời gian xấp xỉ liên tục Thiết kế PI u(t) = K p(e(t) + 1t e(τ)dτ) Ti ∫0 Sauk hi xấp xỉ vs chu kì trích mẫu T ta uk=uk-1+Kp(ek-ek-1 +(T/Ti)*ek-1)= uk-1 + ekKp+ ek-1(T*Kp/Ti-Kp) Đặt k1=Kp;k2= T*Kp/Ti - Kp ta uk = uk-1 +k1ek +k2 ek-1 2.4 Mô Simulink Sau thiết kế chỉnh định thông số ta được: Hình : Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh Hình : Đáp ứng tốc độ với n*=1600 vòng/phút Nhận xét :Tốc độ đối tượng đáp ứng yêu cầu ,bám giá trị đặt có thời gian xác lập nhỏ,độ điều chỉnh thỏa mãn yêu cầu Code cho khối S-function level function PID_Rw(block) setup(block); function setup(block) block.NumDialogPrms = 2; %% Register number of input and output ports block.NumInputPorts = 1; block.NumOutputPorts = 1; %% Setup functional port properties to dynamically %% inherited block.SetPreCompInpPortInfoToDynamic; block.SetPreCompOutPortInfoToDynamic; % Override input port properties block.InputPort(1).Dimensions = 1; block.InputPort(1).DatatypeID = 0; % double block.InputPort(1).Complexity = 'Real'; block.InputPort(1).DirectFeedthrough = true; % Override output port properties block.OutputPort(1).Dimensions = 1; block.OutputPort(1).DatatypeID = 0; % double block.OutputPort(1).Complexity = 'Real'; %% Set block sample time to [0.1 0] block.SampleTimes = [1e-4 0]; %% Set the block simStateCompliance to default (i.e., same as a built-in block) block.SimStateCompliance = 'DefaultSimState'; %% Register methods block.RegBlockMethod('PostPropagationSetup', @DoPostPropSetup); %block.RegBlockMethod('Start', @Start); block.RegBlockMethod('Outputs', @Output); block.RegBlockMethod('Update', @Update); %block.RegBlockMethod('CheckParameters', @CheckPrms); block.RegBlockMethod('InitializeConditions', @InitConditions); function DoPostPropSetup(block) %% Setup Dwork block.NumDworks = 3; block.Dwork(1).Name = block.Dwork(1).Dimensions block.Dwork(1).DatatypeID block.Dwork(1).Complexity block.Dwork(1).UsedAsDiscState = = = = 'x0'; 1; 0; 'Real'; true; block.Dwork(2).Name block.Dwork(2).Dimensions block.Dwork(2).DatatypeID block.Dwork(2).Complexity block.Dwork(2).UsedAsDiscState = = = = = 'x1'; 1; 0; % double 'Real'; % real true; = = = = 'x2'; 1; 0; 'Real'; true; block.Dwork(3).Name = block.Dwork(3).Dimensions block.Dwork(3).DatatypeID block.Dwork(3).Complexity block.Dwork(3).UsedAsDiscState function InitConditions(block) block.Dwork(1).Data = 0; block.Dwork(2).Data = 0; block.Dwork(3).Data =0; %function Start(block) %block.Dwork(1).Data = 0; %block.Dwork(2).Data = 0; %block.OutputPort(1).Data = 0; %function CheckPrms(block) %block.Dwork(1).Data = 0; %block.Dwork(2).Data = 0; %block.OutputPort(1).Data = 1; function Output(block) k1 = block.DialogPrm(1).Data; k2 = block.DialogPrm(2).Data; block.OutputPort(1).Data =block.Dwork(3).Data + (k2)*block.Dwork(2).Data; %block.OutputPort(1).Data=block.Dwork(3).Data; %endfunction + (k1)*block.Dwork(1).Data function Update(block) block.Dwork(2).Data = block.Dwork(1).Data; block.Dwork(1).Data = block.InputPort(1).Data; block.Dwork(3).Data=block.OutputPort(1).Data; 10 %function Terminate(block) 11 So sánh chu kì trích mẫu điều khiển với Fixed-step size hệ thống Hình 8: Sơ đồ cấu trúc điều khiển số Trong điều khiển ta dùng cách nhập chu kì trích mẫu cho điều khiển %% Set block sample time to [0.01 0] block.SampleTimes = [1e-4 0]; Khi điều khiển có chu kì trích mẫu Ts=0.1ms Ta đặt chu kì trích mẫu cho hệ thống thông qua khối Configuration Paramaters /chọn Fixed-Step / Fixed-Step size Hình 9: Khối Configuration Paramaters 12 Khi ta nhập Fixed-Step size có giá trị khác với Ts điều khiển ,hệ thống báo lỗi Hình 10:Lỗi nhập chu kì trích mẫu không phù hợp Kết luận:Chu kì trích mẫu hệ thống phải phù hợp với chu kì trích mẫu điều khiển Ở chọng Tht=Ts 13 4.Tài liệu tham khảo [1]Electrical Engineering-Automatic - Hon-Prof.Prof Dr.-Ing.habil Nguyễn Phùng Quang – 19 August 2013 [2] Tài liệu hướng dẫn thực hành Hệ thống điều khiển số, Bộ môn ĐKTĐĐHBKHN [3] http://www.mathworks.com/ [4] https://www.youtube.com/ 14 ... = 0,1ms 1.2 .S đồ điều khiển cascade Hình S đồ điều khiển cascade Thiết kế điều khiển 2.1 Thiết kế điều khiển dòng điện Hình 3 .S đồ điều khiển dòng điện Coi s c điện động eAlà nhiễu, hàm truyền... 10 %function Terminate(block) 11 So s nh chu kì trích mẫu điều khiển với Fixed-step size hệ thống Hình 8: S đồ cấu trúc điều khiển s Trong điều khiển ta dùng cách nhập chu kì trích mẫu cho điều. .. cầu thiết kế điều khiển s cho đối tượng liên tục : Hình S đồ cấu trúc điều khiển s Nên đối tượng ta cần thiết kế có dạng : Ở đây: Do T nhỏ nên ta xấp xỉ Gi ( s) = T / Ra (1 + sTt )(1 + sTa