Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều bằng Matlab Simulink

"Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều bằng Matlab Simulink là một phương pháp điều khiển động cơ để điều chỉnh tốc độ của nó. Phương pháp này sử dụng một mô hình Simulink để mô phỏng hệ thống điều khiển động cơ. Mô hình này bao gồm các thành phần như động cơ, điều khiển, tốc độ động cơ, đầu vào, đầu ra và các tham số khác. Mục tiêu của phương pháp này là để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách sử dụng các tham số đầu vào và đầu ra. Để đạt được mục tiêu này, cần phải điều chỉnh các tham số đầu vào như"

BÁO CÁO CHUYÊN ĐÊ CHUYÊN ĐÊ I: TRUYÊN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ MỘT CHIÊU Giảng viên: Th.s: An Hoài Thu Anh Lớp: Trang Bị Điện K56 Nhóm: Thành viên: Nguyễn Xuân Hùng Nguyễn Tiến Hưng Nguyễn Văn Khôi Mai Vũ Long Lê Văn Long Nội dung báo cáo gồm có: I II III IV Giới thiệu động chiều Xây dựng hệ truyền động động chiều Mô Matlab Simulink Kết luận I : Giới thiệu động điện chiều – DC Motor : Cấu tạo Những phần máy điện chiều gồm stato với cực từ, rơto với dây quấn, cổ góp chổi than Sơ đồ mặt cắt ngang trục động chiều Stato gọi phần cảm, lõi thép thép đúc, mặt có gắn cực từ cực từ phụ Dây quấn cực từ đặt cực từ Dây quấn cực từ phụ đặt cực từ phụ (giữa cực từ chính) Rơto máy điện chiều gọi phần ứng gồm lõi thép dây quấn phần ứng Lá thép dạng hình trụ, làm thép kỹ thuật điện phủ sơn cách điện, ghép lại Dây quấn rôto gọi dây quấn phần ứng, thường làm dây đồng, có cách điện với với lõi thép Cổ góp gồm phiến góp đồng ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn đầu trục Chổi than làm than graphit Các chổi tì chặt lên cổ góp nhờ lò so giá chổi điện gắn nắp máy : Phân loại động chiều Dựa vào hình thức kích từ , ta chia động thành loại : - Động chiều kích từ độc lập : Dịng điện kích từ máy lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng máy - Động chiều kích từ nối tiếp ; Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với phần ứng - Động chiều kích từ song song : Dây quấn kích từ nối song song với phần ứng Động chiều kích từ hỗn hợp : Gồm dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp, dây quấn kích từ song song thường chủ yếu : Nguyên lý hoạt động Khi đặt lên dây quấn kích từ điện áp U k dây xuất dịng Ik.Dịng kích từ sinh từ thông chạy mạch từ động Ta đặt lên mạch phần ứng động điện điện áp Uư thông qua hệ thống cổ góp - chổi than dây quấn phần ứng có dịng điện I chạy qua.Tương tác dịng điện phần ứng từ thơng kích từ sinh Momen điện từ Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động DCM Ưu điểm động chiều so với loại động khác dễ dàng điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh tốc độ đơn giản, dễ chế tạo phương pháp : - Thay đổi điện áp phần ứng - Thay đổi điện trở mạch phần ứng - Thay đổi từ thơng kích từ : Các phương trình đặc trưng động chiều a) Phương trình cân điện áp phần ứng: = b) Sức điện động phần ứng Eư tính theo biểu thức: = Ke.Φ.ω c) Mômen điện từ động xác định: m = Km.Φ d) Phương trình cân mô men động cơ: J = 2πJ e) Trong đó: Ua: điện áp đặt vào phần ứng động (V) Ra: điện trở cuộn dây phần ứng (Ω) Ea: sức điện động phần ứng động (V) Ia: dịng phần ứng (A) m: mơ men động (Nm) : Mơ men tải J : Momen qn tính động ω: tốc độ góc động (rad/s) Φ: từ thông động (Wb) II : Xây dựng hệ truyền động điện động một chiều Để mô hình hóa trạng thái động thì ta phải chuyển hệ phương trình động điện chiều kích từ độc lập miền toán tử Laplace.Ta được hệ phương trình động điện chiều kích từ độc lập miền Laplace: + Ua(s) =Ea(s) + Ra.Ia(s) +La.Ia(s).s (1) + Ea(s) = KΦ ω (s) + M(s) =KΦ.Ia(s) + M(s) = Mt(s) + J(s) ω (s).s Từ suy : (2) với Từ suy ra: Bằng phép biến đổi tốn học ta được sơ đờ cấu trúc động Matlab sau : 1, Xây dựng hệ truyền đợng điện cho đợng Ta có - : Mạch vòng mạch vòng dòng điện RI với quán tính nhỏ, động lực học nhanh - Mạch vòng mạch vòng tốc độ R W : tín hiệu động học chậm, quán tính lớn 2, Tính tốn bợ điều khiển PID a, Khái qt điều khiển PID Cấu trúc điều khiển PID gồm phần khâu khuếch đại ( P ) , khâu tích phân ( I ) khâu vi phân ( D) sử dụng thuật toán PID nhất thiết ta phải chọn P I D sau đặt tham số cho chế độ chọn Cấu trúc điều khiển PID Bộ PID có cấu trúc đơn giản, đuộc sử dụng rộng dãi điều khiển đối tượng sử dụng ngun lý hời tiếp Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) hệ thống cho trình độ thỏa mãn yêu cấu chất lượng : - Nếu sai lệch tĩnh e(t) lớn thì thông qua thành phần Up(t) , tín hiều điều chỉnh U(t) lớn - Nếu sai lệch tĩnh e(t) chưa thì thông qua thành phần Ui(t) , PID còn tạo tín hiệu điều chỉnh - Nếusự thay đổi sai lệch tĩnh e(t) lớn thì thông qua thành phần Ud(t) , phản ứng thích hợp U(t) nhanh b, Bộ điều khiển dòng điện Để thiết kế khâu điều chỉnh dòng điện, ta sử dụng hàm truyền đạt mạch điện phần ứng Bộ điều khiển dòng điện được sử dụng PI gồm khâu khuyếch đại Kptác động nhanh khâu tích phân Ki- triệt tiêu sai lệch tĩnh Hàm truyền PI: RI (s)  Kp(1  ) TI s Động DCM được cấp nguồn điều khiển chỉnh lưu với hàm truyền gần đúng: W1 (s)  K cl Tcl s  Phần ứng động DCM khâu quán tính bậc nhất với hàm truyền W2 (s)  1/ RA L TA  A TA s  với RA số thời gian roto Theo lý thuyết điều khiển hàm truyền đối tượng điều khiển RI là: P(s)  W1 ( s)W2 ( s)  Với K cl / RA K  (Tcl s  1)(TA s  1) (T2 s  1)(T1 s  1) Tcl  T1 , TA  T2 , T2  T1 Với đối tượng khâu quán tính bậc 2, sử dụng phương pháp tối ưu độ lớn để xác định thông số điều khiển PI : Ta có: Khi Tcl  TA TI  T1  TA ; Kp  T1 TR LA  A A  KT2 2T2 K cl 2T2 K cl Từ ta có hàm truyền hệ kín điều khiển động DCM G (s )  WH R( s ) P(s) 1   �  WH  R( s) P( s )  2Ts(Ts  1)  2Ts (bỏ qua thành phần bậc cao) c ,Bộ điều khiển tốc độ Mạch vòng điều khiển tốc độ mạch vòng ngoài, kết hợp với mạch vòng (dòng điện) Hàm truyền mạch vòng (dòng điện) G(s)  1  2Ts Khi hàm truyền đối tượng mạch vòng T  2Ts Với Đối tượng khâu tích phân-quán tính bậc nhất ,sử dụng điều khiển PI có hàm truyền: RI (s)  Kp(1  ) TI s Áp dụng phương pháp tối ưu đối xứng xác định tham số sau: T I K  aT p  KT a Với a xác định từ độ điều chỉnh chọn: + Nếu a> 1, a lớn thì độ điều chỉnh nhỏ + Nếu a=< thì hệ kín khơng ổn định III Mơ phần mềm Matlab Simulink Xây dựng mơ hình Matlab Simulink Chọn động chiều Penta7MA với thơng số hình : Tiếp đến ta nhập giá trị thông số động biến mô vào mfile Matlab sau : - Các thông số động : Pdm = 1100; % Cong suat dinh muc Udm = 180; % Dien ap dinh muc Idm = 7.3; % Dong dien dinh muc n = 3000; % Toc dinh muc [vong/phut] w = (2*pi*n)/60; % Toc goc [rad/s] Mdm = Pdm / w; % Momen dinh muc [N.m] Ra = 0.85 ; % Dien tro phan ung [ohm] La = 0.00315 ; % Dien cam phan ung [H] Ta = La/Ra ; % Thoi gian dap ung phan ung [s] Kmphi=Mdm/Idm; Udk=5; J = 0.0028; % Momen quan tinh tai Kcl = Udm/Udk; Tcl = 0.001; Kephi = (60*Pdm)/(2*pi*n*Idm); % Tu thong khong doi %Tinh bo dieu khien dong dien Ri Ti1 = Ta; Kp1 = La/(2*Kcl*Tcl); %Tinh bo dieu khien toc Rw k = (Kephi)/(J); T2 = 2*Tcl; Ti2 = 4*T2; Kp2 = 1/(k*T2*2); Kết mô : Cài đặt khối Step : step time =1 ; initial value = 300 ; final value = -200 Ban đầu động chạy với tốc độ 300rad/s, sau khoảng thời gian 1s , động đảo chiều quay với tốc độ 200rad/s Ta kết mô Đáp ứng tốc độ Nhận xét : qua đồ thị ta thấy động lúc khởi động tăng tốc lên 400rad/s , sau tụt xuống cịn 300rad/s ,đúng với giá trị tốc độ đặt bám sát tốc độ đặt, trình 0.03s Quá trình đảo chiều quay 0.03s để đảo chiều động giá trị đặt Như vậy điều khiển tốc độ PI đáp ứng tốt yêu cầu điều khiển nhanh xác  Đáp ứng dịng điện ( đường màu xanh dòng điện đặt, đường màu đỏ dòng điện phản hồi ) Nhận xét lúc khởi động , dòng điện động đạt tới gần 500A khoảng thời gian khoảng 0.06s sau trở lam việc với dòng khoảng 2A ta thấy dòng điện đặt dịng điện phản hồi ln bám sát thời gian đáp ứng nhanh IV Kết luận  Qua nội dung tìm hiểu , nhóm chúng em hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động động chiều cách điều khiển tốc độ động  Biết cách xây dựng hệ truyền động điện cho động chiều  Biết sử dụng phần mềm Mathlab mô phỏng được động chiều , … nhiều điều thú vị khác ~~Cảm ơn cô giúp đỡ chúng em môn học !!~~ ... loại : - Động chiều kích từ độc lập : Dịng điện kích từ máy lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng máy - Động chiều kích từ nối tiếp ; Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với phần ứng - Động... chỉnh tốc độ, điều chỉnh tốc độ đơn giản, dễ chế tạo phương pháp : - Thay đổi điện áp phần ứng - Thay đổi điện trở mạch phần ứng - Thay đổi từ thơng kích từ : Các phương trình đặc trưng động chiều... sau : 1, Xây dựng hệ truyền động điện cho đợng Ta có - : Mạch vòng mạch vòng dòng điện RI với quán tính nhỏ, động lực học nhanh - Mạch vòng mạch vòng tốc độ R W : tín hiệu động học