Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế bộ PID điều khiển tốc độ động cơ một chiềuHệ truyền động máy phát động cơ một chiều (FĐ) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha kéo quay.Tính chất của máy phát điện được xác định bởi hai đặc tính: Đặc tính từ hóa là sự phụ thuộc giữa sức điện động máy phát vào dòng điện kích từ và đặc tính tải là sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy phát vào dòng điện tải.Các đực tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt, do các phản ứng của dòng điện phần ứng, …
Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Mục lục Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển tốc độ động chiều Hệ điều khiển động điện chiều bao gồm: Hệ truyền động máy phát - động chiều (F-Đ) Hệ truyền động xung áp - động chiều (XA - ĐC) Hệ truyền động chỉnh lưu - động chiều (CL - ĐC) 1.1 Hệ truyền động máy phát - động chiều (F-Đ) Hệ truyền động máy phát - động chiều (F-Đ) hệ truyền động điện mà biến đổi điện máy phát điện chiều kích từ độc lập Máy phát thường động sơ cấp không đồng ba pha kéo quay Tính chất máy phát điện xác định hai đặc tính: Đặc tính từ hóa phụ thuộc sức điện động máy phát vào dòng điện kích từ đặc tính tải phụ thuộc điện áp hai cực máy phát vào dòng điện tải Các đực tính nói chung phi tuyến tính chất lõi sắt, phản ứng dòng điện phần ứng, … trình tính tốn gần tuyến tính hóa đặc tính này: EF = K FφF = K F ω F CiKF Trong đó: KF : hệ số góc đặc tính từ hóa Trang Bài tập lớn Điều khiển số C= Nhóm ∆φF ∆iKF : hệ số góc đặc tính từ hóa Nếu dây quấn kích thích máy phát cấp nguồn áp lý tưởng UKF thì: I KF = U KF rKF Sức điện động máy phát trường hợp tỉ lệ với điện áp kích thích hệ số KF coi gần máy phát điện chiều kích từ độc lập khuếch đại tuyến tính: EF = K F U KF Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động máy phát động Nếu đặt R = RưF + RưD viết phương trình đặc tính hệ F-Đ sau: KF RI U KF − Kφ Kφ K R ω = F U KF − M Kφ Kφ M ω = ωo.U KF U KD − β U KD ω= Các biểu thức chứng tỏ rằng, điều chỉnh dòng điện kích thích máy phát điều chỉnh tốc độ khơng tải hệ thống độ cứng đặc tính giữ Trang Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm nguyên Cũng điều chỉnh kích từ động để có dải điều chỉnh tốc độ rộng + Các chế dộ làm việc hệ F-Đ Hình 1.2 Các trạng thái làm việc của hệ F – Đ Trong hệ F-Đ khơng cớ phần tử phi tuyến nên hệ có đặc tính động Với sơ đồ hình 1.1 động chấp hành Đ làm việc chế độ điều chỉnh hai phía: Kích thích máy phát F kích thích động Đ, đảo chiều quay đảo chiều dòng kích thích máy phát, hãm động dòng kích thích máy phát không, hãm tái sinh giảm tốc độ đảo chiều dòng kích từ, hãm ngược cuối giai đoạn hãm tái sinh đảo chiều làm việc với momen tải có tính chất ω ,M năng, … Hệ F-Đ có đặc tính bốn góc phần tư mặt phẳng tọa độ Ở góc phần tư thứ I thứ III tốc độ quay momen quay động EF > E , ωc > ω chiều nhau, sức điện động máy phát động có chiều đối Cơng suất điện từ máy phát động là: PF = EF I > PĐ = EI < Pcơ = Mω < Vùng hãm tái sinh nằm góc phần tư thứ II thứ IV, lúc E > EF E , EF ω > ωo nên , mắc ngược nhau, dòng điện phần ứng lại chạy ngược từ động máy phát làm cho momen quay ngược chiều tốc độ quay Công suất điện từ máy phát, công suất điện từ công suất học động là: Trang Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm PF = EFI < PÑ = EI > Pcơ = Mω < Chỉ dòng điện đổi chiều mà bất đẳng thức cho ta thấy lượng chuyển vận theo chiều từ tải động máy phát nguồn, máy phát F động Đ đổi chức cho Hãm tái sinh hệ F-Đ khai thác triệt để giảm tốc độ, hãm để đảo chiều quay làm việc ổn định với tải có tính chất Đặc điểm hệ F-Đ: + Các tiêu chất lượng hệ F - Đ tương tự tiêu hệ điều áp dùng biến đổi nói chung Ưu điểm bật hệ F - Đ chuyển đổi trạng thái làm việc linh hoạt, khả chịu tải lớn, thường sử dụng hệ truyền động F - Đ máy khai thác công nghiệp mỏ + Nhược điểm quan trọng hệ F - Đ dùng nhiều máy điện quay, hai máy điện chiều, gây ồn lớn, cơng suất lắp đặt máy gấp ba lần cơng suất động chấp hành Ngồi máy phát chiều có từ dư, đặc tính từ hố có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ 1.2 Hệ truyền động xung áp - động chiều (XA-ĐC) Bộ biến đổi xung áp nguồn điện áp dùng điều chỉnh tốc độ động điện chiều Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý và giản đờ xung Để cải thiện dạng sóng dòng điện phần ứng ta thêm vào mạch van đệm Vo Có thể sử dụng thyristor transistor cơng suất để thay cho khóa K Khi đóng cát khóa K, phần ứng động có điện áp biến đổi theo dạng xung vuông Khi trạng thái dòng liên tục giá trị trung bình điện áp giảm là: t 1 t Ud = Udt = U = γ U ∫ TCK TCK Trang Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Trong đó: t1 t2 : thời gian khóa trạng thái đóng : thời gian khóa trạng thái mở TCK γ= : thời gian thực chu kỳ đóng mở khóa t1 TCK : độ rộng xung áp Vậy ta coi biến đổi xung đẳng trị với nguồn liên tục có điện áp Ud Ud thay đổi cách thay đổi độ rộng xung Mặt khác, thời gian chu kỳ đóng cắt khóa K nhỏ so với số thời gian học hệ truyền động, nên ta TCK coi tốc độ sức điện động phần ứng động không thay đổi thời gian Đặc tính hệ điều chỉnh XA – ĐC Khi thay đổi γ ω= γ U Rb + Rbñ − I Kφñm Kφñm ω= γ U Rb + Rbñ − M Kφñm ( Kφ ) ñm ta họ đường thẳng song song có độ cứng β = const có tốc độ khơng tải lý tưởng thay đổi theo Nếu nguồn vơ lớn ta bỏ qua độ cứng đặc tính hệ thống có giá trị là: β = βTN ( K φ ) = ñm Rb Rbñ , = const Tốc độ không tải lý tưởng khơng phụ thuộc vào giá trị giả định Nó tồn dòng hệ liện tục kể giá trị dòng tiến đến Vì hai biểu thức với trạng thái dòng liên tục Khi dòng điện đủ nhỏ hệ chuyển trang thái từ dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn Khi phương trình đặc tính điều chỉnh nói khơng mà lúc đặc tính hệ đường cong dốc Trang Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Hình 1.4 Đặc tính của hệ Nhận xét: + Tất đặc tính điều chỉnh hệ XA – ĐC dòng điện gián đoạn có chung giá trị khơng tải lí tưởng, ngoại trừ trường hợp = + Bộ nguồn xung áp cần van dẫn nên vốn đầu tư ít, hệ đơn giản chắn + Độ cứng đặc tính lớn + Điện áp dạng xung nên gây tổn thất phụ lớn động Khi làm việc trạng thái dòng điện gián đoạn đặc tính làm việc ổn định tổn thất lượng nhiều 1.3 Hệ truyền động chỉnh lưu - động điện chiều (CL - ĐC) Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của hệ chỉnh lưu - động điện một chiều Hệ truyền động chỉnh lưu có điều khiển - động điện chiều (CL - ĐC) có biến đổi mạch chỉnh lưu có điều khiển, có sức điện động Ed phụ thuộc vào giá trị xung điều khiển (tức phụ thuộc vào góc điều khiển hay góc mở Tiristor) Trang Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Điện áp chỉnh lưu Ud (hay Ed) điện áp khơng tải đầu ra, có dạng đập mạch với số lần đập mạch n chu kì 2π điện áp thứ cấp máy biến áp + Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia: n = m, m số pha + Với sơ đồ hình cầu: n = 2.m, m số pha Giả sử điện áp thứ cấp máy biến áp có dạng hình sin với biểu thức là: U = U m sinωt = U m sinθ θ = ωt (với ) Trong khoảng = (0÷2π) dạng điện áp dòng điện lặp lại chu kì ban đầu nên ta cần xét chu kì T = 2π - Sơ đồ thay hệ CL – ĐC Hình 1.6 Sơ đồ thay thế của hệ chỉnh lưu – đợng điện mợt chiều Khi van dẫn ta có phương trình cân điện áp sau: U − E = I d R∑ + L∑ did dt U 2msinθ − E = id R∑ + L∑ Suy ra: did dt Trong đó: R∑ = Rba + Rö + Rk L∑ = Lba + Lö + Lk Với W Rba = R2 + R1. ÷ W1 W Lba = L2 + L1. ÷ W1 - Trạng thái dòng liên tục Ở trạng thái dòng liên tục, van chưa khóa van mở, việc mở van điều kiện cần để khóa van dẫn Do vậy, điện áp chỉnh lưu có dạng đường bao điện áp thứ cấp máy biến áp Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu: Trang Bài tập lớn Điều khiển số Ud = n 2π Trong đó: α+ n 2π ∫ α u2dt = Nhóm n 2π α+ n 2π ∫ α n n u2m sinθ dθ = sin U m.cosα = U do.cosα π π θ = ωt π π α = αo − − ÷ n Udo = : Là góc mở van n U sinπ n π 2m : Là điện áp chiều lớn đầu chỉnh lưu ứng với α=0 U2m : Là trị biên độ cảu điện áp thứ cấp máy biến áp N: Là số lần đập mạch chu kỳ + Bỏ qua sụt áp van, ta có phương trình đặc tính sau: U cosα RΣ ω = − M Kφđm ( Kφ ) đm Trong đó: RΣ = Rö + Rkh + Rba + Rö n X + Rv 2π ba : Là điện trở phần ứng động Rkh : Là điện trở cuộn kháng lọc Rba : Là điện trở máy biến áp, với W Rba = R2 + R1. ÷ W1 Xba : Là điện kháng máy biến áp, với W Xba = X2 + X1. ÷ W1 n X 2π ba : Là điện trở đẳng trị trình chuyển mạch + Độ cứng đặc tính cơ: β= dM ∆M ≈ = ( Kφñm) RΣ dω ∆ω Trang Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Hình 1.7 Đặc tính của hệ chỉnh lưu – động một chiều dòng liên tục - Trạng thái gián đoạn Khi điện kháng mạch không đủ lớn, sức điện động động đủ lớn dòng điện tải trở thành gián đoạn Ở trạng thái dòng qua van trước van mở Do khoảng dẫn van sức điện động ed = U2 0≤ θ ≤ λ chỉnh lưu sức điện động nguồn: , với , λ khoảng dẫn Khi dòng điện sức điện động chỉnh lưu sức điện động ed = E λ < θ < 2π n động cơ: , với Ud = = λ n u dθ + 2π ∫0 2π n λ λ ∫ Edθ = ∫ U 2m sinθ dθ + 2π n ∫ Edθ λ n n U2m ( 1− cosλ ) + E −λ÷ 2π 2π Vậy ta có điện áp trung bình chỉnh lưu là: Ud = n n U2m ( 1− cosλ ) + E −λ÷ 2π 2π Đặc tính hệ CL - ĐC dòng điện gián đọan: Trang Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Hình 1.8 Đặc tính của hệ chỉnh lưu – động dòng gián đoạn Nhận xét: + Ưu điểm: Hệ truyền động chỉnh lưu - động có độ tác động nhanh cao, khơng gây ồn dễ tự động hóa, van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất cao, thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính động hệ thống Mặt khác, việc dùng hệ chỉnh lưu động có kích thước trọng lượng nhỏ gọn + Nhược điểm: Hệ truyền động chỉnh lưu - động có van bán dẫn phần tử phi tuyến tính, dạng điện áp chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây nên tổn thất phụ máy điện chiều Chương 2: Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống 2.1 Mơ hình tốn động chiều (Hàm truyền sơ đồ khối) Khi đặt lên dây quấn kích từ điện áp dây quấn kích từ có φ dòng điện mạch từ máy có từ thơng Tiếp đặt giá trị điện áp lên mạch phần ứng dây quấn phần ứng có dòng điện Iư chạy qua, tương tác dòng điện phần ứng từ thơng kích từ tạo thành mơmen điện từ Vậy ta có phương trình động chiều - Phương trình cân điện áp phần ứng: Uö ( t) = R.ai ö ( t) + La diö ( t) dt + Eö ( t) - Sức điện động phần ứng Eư tính theo biểu thức: Eö ( t) = K b.ω ( t) - Mômen điện từ động xác định: Ta ( t) = K tI ö ( t) - Phương trình cân mơ men động cơ: Ta ( t) − TL ( t) = K f w( t) + J dw( t) dt Trong đó: Ra La Uö Eö : Là điện trở cuộn dây phần ứng (Ω) : Điện cảm phần ứng (H) : Điện áp đặt vào phần ứng động (V) : Là sức điện động phần ứng động (V) Trang 10 Bài tập lớn Điều khiển số Iư : Là dòng điện phần ứng (A) Kb Kf Kt Ta Nhóm : Hệ số phản sức điện động (Vs/rad) : Hệ số ma sát nhớt (Nms/rad) : Hệ số mô men (Nm/A) : Mômen điện từ (N.m) TL : Mômen cản (N.m) w: Tốc độ góc động (rad/s) Chuyển phương trình sang dạng tốn tử Laplace: ( s) = Ra I ö ( s) + La s.I ö ( s) + Eö ( s) Ta ( s) = K t I ö Eö ( s) = K t w( s) Ta ( s) − TL ( s) = K f w( s) + J sw ( s) - Hàm truyền động sau: Wñc = w( s) Uö ( s) = Kt ( LaJ ) s + ( R J + L K ) s + (R K a a f a f + K bK t ) Từ phương trình ta sơ đồ cấu trúc động điện chiều sau: Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc động điện một chiều - Thông số động cơ: Pr = 54W, Ur = 32V, Ir = 2A, nr =3100 rpm - Điện trở phần ứng: Ra = 1,8Ω - Điện cảm phần ứng: - Hệ số mô men: La = 0.005H K t = 0,0896 Nm/A Trang 11 Bài tập lớn Điều khiển số - Hệ số ma sát nhớt: Nhóm K f = 0,000055 Nms/rad K b = K t = 0,0439 - Hệ số phản sức điện động: Vs/rad J = 0.00003Kgm - Mô men quán tính hệ: - Hệ số giảm tốc hộp số: kg = 0.5 - Hàm truyền động sau: Wđc = w( s) ( s) = Kt ( ) ( LaJ s2 + RaJ + LaK f s + RaK f + K bK t ) = 0,0439 0,005.0,00003s + ( 1,8.0,00003+ 0,005.0,000055) s + ( 1,8.0,000055+ 0,0439.0,0439) = 0,0439 0,15.10 s + 0,054275.10−3 s + 2,02621.10−3 −6 Wñc = Vậy: 0,0439 0,15.10 s + 0,054275.10−3 s + 2,02621.10−3 −6 - Mơ hình động điện chiều: Hình 2.2 Mơ hình đợng điện mợt chiều 2.2 Mơ hình điều khiển cơng suất Ta có hàm truyền đạt cầu H sau: G ( s) = G ( s) = U ( s) Uñk ( s) = Keτ t K 1+ τ s+ n 1 τ s) + + ( τ s) ( 2! n! Hàm truyền đạt cầu H lấy gần đúng: Trang 12 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm G ( s) = U ( s) U ñk ( s) = K τ s+ Sơ đồ cấu trúc cầu H: Giả thiết τ = ∞ ,ta có U đc = 2047.K K= Tần số băm xung: 2047 24 = = 0,0117 U ñc 2047 fPWM = 5kHz τ= 1 = = 10−4 fPWM 2.5.103 G ( s) = Kết luận: Hàm truyền cầu H: 0,0117 10−4 s + 2.3 Hàm truyền đối tượng sơ đồ khối hệ thống 2.3.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống 2.3.2 Hàm truyền đối tượng Ta có sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ sau: Trang 13 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Hình 2.4 Sơ đờ khối của mạch vòng điều chỉnh tốc đợ Trong đó: Rω ( s) Kω ( s) K τ s+ : Hàm truyền điều chỉnh tốc độ : Hàm truyền khâu phản hồi tốc độ : Hàm truyền cầu H Ta có sơ đồ rút gọn sau: Hàm truyền đạt đối tượng điều chỉnh: Soω = 9,55K K t J La RaK f 1+ s÷ 1+ s 1+ τ s) K ÷ R ÷( f a Kết luận: Hàm truyền đối tương: Soω = 9,55K K t J RaK f 1+ K f L s÷ 1+ a s÷( 1+ τ s) ÷ Ra Trang 14 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Chương 3: Thiết kế điều khiển PID số 3.1 Xác định chu kỳ lấy mẫu - Hàm truyền động cơ: Wñc = 0,0439 0,15.10 s + 0,054275.10−3 s + 2,02621.10−3 −6 - Đáp ứng động cơ: Hình 3.1 Đáp ứng bước của động - Từ đáp ứng bước động ta có: ts =2.2 (s) Xác định chu kỳ lấy mẫu T: Tlm = ts = 0.044 ( s) 50 3.2 Thiết kế PID số điều chỉnh tốc độ (Digital PID controller) Sơ đồ hàm truyền rút gọn: Soω = Ta có hàm truyền đối tượng: 9,55K K t J RaK f 1+ K f L s÷ 1+ a s÷( 1+ τ s) ÷ Ra Giả sử tốc độ cực đại động 4096 vòng/phút điều khiển 10 bit Trang 15 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Kω = 511 = 0,1247 4096 Sau thay số ta hàm truyền đối tượng sau: Soω = 528 ( 1+ 0,54s) ( 1+ 0,0027s) ( 1+ 10 s) −4 Áp dụng phương pháp tối ưu modunt thiết kế: Khi ta đưa đối tượng dạng: Wos = Ko 528 = ( 1+ T s) ( 1+ T s) ( 1+ 0,54 s) ( 1+ 2,5.10 s) −3 ∑ T∑ = T2 + T3 + Chọn điều khiển dạng PI có hàm truyền đạt: WPI ( s) = K P ( 1+ TI s) TI s + Để khử thời gian lớn ta chọn: TI = T1 = 0,54 Vậy tính tham số PI: KP = TI 0,54 = = 0,2 2K oT∑ 2.528.2,5.10−3 KI = KP = 0,37 TI Mô Matlab: Trang 16 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Hình 3.2 Mô Matlab của toàn hệ thống có bộ ĐK PI Nhận xét: Khi thiết kế PI ta thấy tiêu chất lượng bám cụ thể sau: + Từ mô ta thấy thời gian độ t(s)=0,066(s) đạt yêu cầu độ hiệu chỉnh vượt mức toán cho 5% nhiều nên không đáp ứng yêu cầu toán + Vậy nhiệm vụ ta thiết kế PI khác hợp lý Điều khiển tỉ lệ (Kp) có ảnh hưởng làm giảm thời gian lên làm giảm không loại bỏ sai số xác lập Điều khiển tích phân (KI) loại bỏ sai số xác lập làm đáp ứng độ xấu Điều khiển vi phân (K D) có tác dụng làm tăng ổn định hệ thống, giảm vọt lố cải thiện đáp ứng độ Ảnh hưởng mỗi điều khiển Kp, KI, KD lên hệ thống vòng kín tóm tắt bảng sau: Đáp ứng vòng kín KP KI KD Thời gian lên Giảm Giảm Thay đổi nhỏ Vọt lố Tăng Tăng Giảm Thời gian xác lập Thay đổi nhỏ Tăng Giảm Sai số xác lập Giảm Loại bỏ Thay đổi nhỏ Hình 3.3 Ảnh hưởng của mỗi bộ điều khiển KP, KI, KD Dựa vào bảng ta thấy muốn độ vọt lố hay độ điều chỉnh giảm xuống ta phải giảm KP tăng KI + Ta thấy chọn �� = �� �� = �� thỏa mãn yêu cầu toán Trang 17 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Hình 3.4 Mơ Matlab của toàn hệ thống tinh chỉnh lại bộ điều khiển PI Chuyển từ hệ liên tục sang hệ rời rạc: + Áp dụng công thức chuyển từ hệ liên tục sang hệ rời rạc theo công thức: s= z− T1 z + Trong đó: T1 ( s) chu kì lấy mẫu Biến đổi ta PI(z) rời rạc vòng điều chỉnh tốc độ: PID1 ( z) = K P + K I T1 z − z+ Mơ hình điều khiển PI(z): Hình 3.5 Mô hình bộ điều khiển PI(z) Matlab Trang 18 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Chương 4: Mơ kết Matlab&Simulink Hình 4.1 Mô hình hệ thống Matlab 4.1 Mô chế độ không tải, nhận xét - Mơ hình hệ thống Matlab: Kết mơ phỏng: Nhận xét: Đầu đáp ứng tốt khơng có tải khơng có sai lệch − Đáp ứng dòng điện: Trang 19 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Hình 4.3 Đáp ứng của dòng điện không tải Nhận xét: Đầu đáp ứng tốt khơng có tải khơng có sai lệch 4.2 Mô chế độ tải định mức, nhận xét - Kết mô giá trị đặt tốc độ 250 v/phút có tải định mức: Hình 4.4 Đáp ứng tốc độ đầu tải định mức Trang 20 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm − Đáp ứng dòng điện: Nhận xét: - Ban đầu tốc độ bị sụt xuống sau tăng lên cách nhanh chóng ổn định giá trị đặt 250 v/phút - Dòng điện tăng lên cao 4.3 Khảo sát chế độ tải xung, nhận xét Kết mô giá trị đặt tốc độ 250 v/phút có tải xung: Hình 4.6 Đáp ứng tốc độ đầu tải xung Trang 21 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Đáp ứng dòng điện Hình 4.7 Đáp ứng dòng điện đầu tải xung Nhận xét: - Ban đầu tốc độ bị sụt xuống sau tăng lên cách nhanh chóng ổn định giá trị đặt 250 v/phút - Dòng điện tăng lên cao sau giảm xuống ổn định Trang 22 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Chương 5: Tính tốn mạch động lực Với ta sử dụng Mạch cầu H dùng van MOSFET: MOSFET viết tắt cụm Meta Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor tức Transisor hiệu ứng trường có dùng kim loại oxit bán dẫn Hình 11 mơ tả cấu tạo MOSFET kênh n ký hiệu loại MOSFET kênh n kênh p Hình 5.1 Cấu tạo của van MOSFET MOSFET có chân gọi Gate (G), Drain (D) Source (S) tương ứng với B, E C BJT Bạn nguyên lý hoạt động MOSFET tài liệu điện tử, mơ tả kích hoạt MOSFET Cơ bản, MOSFET kênh N, điện áp chân G lớn chân S khoảng từ 3V MOSFET bão hòa hay dẫn Khi điện trở chân D S nhỏ (gọi điện trở dẫn DS), MOSFET tương đương với khóa đóng Ngược lại, với MOSFET kênh P, điện áp chân G nhỏ điện áp chân S khoảng 3V MOSFET dẫn, điện trở dẫn nhỏ Vì tính dẫn MOSFET phụ thuộc vào điện áp chân G (khác với BJT, tính dẫn phụ thuộc vào dòng IB), MOSFET gọi linh kiện điều khiển điện áp, lý tưởng cho mạch số nơi mà điện áp dùng làm mức logic (ví dụ 0V mức 0, 5V mức 1) MOSFET thường dùng thay BJT mạch cầu H dòng mà linh kiện bán dẫn dẫn cao, thích hợp cho mạch công suất lớn Do cách thức hoạt động, hình dung MOSFET kênh N tương đương BJT loại npn MOSFET kênh P tương đương BJT loại pnp Thông thường nhà sản xuất MOSFET thường tạo cặp MOSFET gồm linh kiện kênh N linh kiện kênh P, MOSFET có thơng số tương đồng thường dùng Một ví dụ dùng MOSFET tương đồng mạch số CMOS (Complemetary MOS) Cũng giống BJT, dùng MOSFET cho mạch cầu H, mỗi loại MOSFET thích hợp với vị trí định, MOSFET kênh N dùng cho khóa phía MOSFET kênh P dùng cho khóa phía Để giải thích, ví dụ MOSFET kênh N dùng điều khiển motor DC hình bên Ban đầu MOSFET ko kích, ko có dòng điện mạch, điện áp chân S Khi MOSFET kích dẫn, điện trở dẫn DS nhỏ so với trở kháng motor nên điện áp chân S gần điện áp nguồn 12V Do u cầu MOSFET, để kích dẫn MOSFET điện áp kích chân G phải lớn chân S 3V, nghĩa 15V dùng vi điều khiển để kích MOSFET, khó tạo điện áp 15V Như MOSFET kênh N khơng phù hợp để làm khóa phía mạch cầu H (ít theo cách giải thích trên) MOSFET loại P thường dùng Trang 23 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm trường hợp Tuy nhiên, nhược điểm MOSFET kênh P điện trở dẫn DS lớn MOSFET loại N Vì thế, dù thiết kế tốt, MOSFET kênh P mạch cầu H dùng loại MOSFET thường bị nóng dễ hỏng MOSFET loại N, cơng suất mạch bị giảm phần Hình 13 thể mạch cầu H dùng loại MOSFET tương đồng Hình 5.2 Mạch cầu H dùng MOSFET Mạch dùng MOSFET kênh N IRF540 kênh P IRF9540 hãng International Rectifier làm khóa cho mạch cầu H Các MOSFET loại chịu dòng cao (có thể đến 30A, danh nghĩa) điện áp cao có nhược điểm điện trở dẫn tương đối lớn (bạn tìm đọc datasheet chúng để biết thêm) Phần kích cho MOSFET kênh N bên khơng q khó, cần dùng vi điều khiển kích trực tiếp vào đường L2 hay R2 Riêng khóa (IRF9540, kênh P) tơi phải dùng thêm BJT 2N3904 để làm mạch kích Khi chưa kích BJT 2N3904, chân G MOSFET nối lên VS điện trở 1K, điện áp chân G gần VS điện áp chân S IRF9540 nên MOSFET khơng dẫn Khi kích line L1 R1, BJT 2N3904 dẫn làm điện áp chân G IRF9540 sụt xuống gần 0V (vì khóa 2N3904 đóng mạch) Khi đó, điện áp chân G nhỏ nhiều so với điện áp chân S, MOSFET dẫn Vi điều khiển dùng để kích đường L1, L2, R1 R2 Trang 24 ... rằng, điều chỉnh dòng điện kích thích máy phát điều chỉnh tốc độ khơng tải hệ thống độ cứng đặc tính giữ Trang Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm nguyên Cũng điều chỉnh kích từ động để có dải điều. .. phần ứng động (V) Trang 10 Bài tập lớn Điều khiển số Iư : Là dòng điện phần ứng (A) Kb Kf Kt Ta Nhóm : Hệ số phản sức điện động (Vs/rad) : Hệ số ma sát nhớt (Nms/rad) : Hệ số mô men (Nm/A) : Mômen... f 1+ K f L s÷ 1+ a s÷( 1+ τ s) ÷ Ra Trang 14 Bài tập lớn Điều khiển số Nhóm Chương 3: Thiết kế điều khiển PID số 3.1 Xác định chu kỳ lấy mẫu - Hàm truyền động cơ: Wñc = 0,0439