Nghiên cứu so sánh hai phương án điều khiển động cơ DC sử dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác vào ra trạng thái

Nghiên cứu so sánh hai phương án điều khiển động cơ DC sử dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác vào ra trạng thái Nghiên cứu so sánh hai phương án điều khiển động cơ DC sử dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác vào ra trạng thái luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM ĐĂNG KHOA NGHIÊN CỨU SO SÁNH HAI PHƢƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HỐ CHÍNH XÁC VÀO/ RA VÀ TRẠNG THÁI Chuyên ngành: Điều khiển tự động hoá LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Điều khiển tự động hoá Giảng viên hƣớng dẫn: GS TSKH Nguyễn Phùng Quang MỤC LỤC Lời nói đầu Lời cam đoan DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT PHẦN I: MỞ ĐẦU 10 Lý chọn đề tài: 10 Mục đích đối tƣợng nghiên cứu: 10 Tóm tắt nội dung đề tài: 11 Phƣơng pháp nghiên cứu: 12 PHẦN II: NỘI DUNG 14 CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 14 I.1 Giới thiệu chung 14 I.2 Các phƣơng trình điện động điện chiều kích từ độc lập 15 I.3 Xây dựng phƣơng trình trạng thái động điện chiều 19 CHƢƠNG II: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HỐ CHÍNH XÁC VÀO/ RA VÀ TRẠNG THÁI: 22 II.1 Khả điều khiển đƣợc hoàn toàn hệ thống 22 II.2 Tuyến tính hố xác theo quan hệ biến trạng thái: 26 II.3 Tuyến tính hố xác quan hệ vào/ ra: 34 II.4 Thiết kế điều khiển cho ĐCMC kích từ độc lập sau tuyến tính hố xác 41 II.5 So sánh hai phƣơng pháp điều khiển động điện chiều kích từ độc lập tuyến tính hố xác theo quan hệ vào trạng thái 47 II.5.1 Yêu cầu hệ: 47 II.5.2 Cách xây dựng phƣơng trình để thực tuyến tính hố: 47 II.5.3 Yêu cầu tín hiệu vào/ra 48 II.5.4 Kết phƣơng pháp tuyến tính hố xác 49 CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG CHO ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HỐ CHÍNH XÁC 50 III.1 Mô cho hệ thống chƣa thực tuyến tính hố: 50 III.2 Mơ thực tuyến tính hố 51 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 Lời nói đầu Thế giới loài ngƣời sinh phải sống thời kỳ mơng muội chƣa có tri thức, nhƣng nhờ có lao động có óc sáng tạo mà ngƣời ngày tích luỹ đƣợc cho khối lƣợng tri thức khổng lồ xã hội loài ngƣời ngày phát triển Một đất nƣớc hay xã hội phát triển nhờ có tri thức mà đặc biệt khoa học kỹ thuật phát triển Con ngƣời muốn có tri thức phải tìm hiểu, học hỏi có thời gian tích luỹ Ý thức đƣợc điều này, chúng em chủ nhân đất nƣớc, nắm giữ vận mệnh đất nƣớc nên phải tích cực học hỏi, tìm hiểu tích luỹ đƣợc tri thức cho thân góp phần cho đất nƣớc xã hội phát triển Học tập, tìm hiểu nỗ lực thân nhƣng thiếu dẫn dắt đƣờng thầy Chính thầy cô giúp cho chúng em bƣớc chân vào ngƣỡng cửa tri thức tìm hiểu bầu trời bao la tri thức Trong trình học tập chúng em đƣợc Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện tốt cho chúng em học tập tìm hiểu Đồng thời chúng em đƣợc thầy dạy tận tình, giảng giải cho chúng em biết đƣợc kiến thức mới, tinh hoa tri thức nhân loại Để đảm bảo thân em hồn thành đƣợc khố học, em nhận đề tài: “Nghiên cứu so sánh hai phƣơng án điều khiển động DC sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hố xác vào/ trạng thái” Trong trình nghiên cứu thực đề tài em đƣợc thầy Nguyễn Phùng Quang dạy tận tình, thầy cho em từ bƣớc đơn giản đến phức tạp, câu hỏi hay thắc mắc đƣợc thầy trả lời cặn kẽ, nhờ mà em hoàn thành đƣợc đề tài khó khăn Em xin gửi lời cảm ơn đến Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện cho chúng em đƣợc học tập tìm hiểu, cảm ơn thầy tận tình dạy cho chúng em kiến thức mới, đặc biệt thầy Nguyễn Phùng Quang ngƣời tận tình dạy cho em hoàn thành đồ án Em xin trân trọng cảm ơn! Học viên Phạm Đăng Khoa Lời cam đoan Sau thời hồn thành tín chƣơng trình đào tạo thạc sĩ kỹ thuật điều khiển tự động hoá, em nhận đƣợc Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội giao cho đề tài: “Nghiên cứu so sánh hai phƣơng pháp điều khiển động điện chiều sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hố xác vào/ trạng thái” Đây đề tài chƣa nghiên cứu công bố Việt Nam Em đƣợc thày giáo hƣớng dẫn thầy Nguyễn Phùng Quang dạy bƣớc trình nghiên cứu Kết luận văn hồn tồn khơng chép luận văn nào, tất q trình tự tính tốn Em xin cam đoan tính trung thực luận văn Học viên Phạm Đăng Khoa DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình I-1: Sơ đồ cấu tạo động điện chiều kích từ độc lập .15 Hình I-2: Sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập 16 Hình I-3: Biểu đồ quan hệ dịng điện kích từ từ thơng 17 Hình II-1: Sơ đồ điều khiển ĐCMC sau thực TTHCX theo phương pháp biến trạng thái 33 Hình III-1: Sơ đồ điều khiển ĐCMC sau thực TTHCX theo phương pháp vào/ra .40 Hình IV-1: Sơ đồ hệ tuyến tính khơng gian trạng thái 41 Hình IV-2: Sơ đồ điều khiển hệ sau điều khiển tách kênh 43 Hình IV-3: Sơ đồ điều khiển kênh (tốc độ động cơ) 43 Hình IV-4: Biểu đồ dao động tốc độ động cho K tăng lên 44 Hình IV-5: Sơ đồ điều khiển kênh (tốc độ) sau tính tốn khâu hiệu chỉnh 44 Hình IV-6: Sơ đồ điều khiển kênh (từ thông) 45 Hình IV-7: Biểu đồ dao động từ thông động cho K tăng lên 45 Hình IV-8: Sơ đồ điều khiển kênh (từ thơng) sau tính tốn khâu hiệu chỉnh 46 Hình IV-9: Sơ đồ điều khiển cho tồn hệ sau thực TTHCX 46 Hình VI-1: Sơ đồ mơ động điện chiều kích từ độc lập chưa TTHCX 51 Hình VI-2: Sơ đồ mơ khâu bù tuyến tính cho mơ hình ĐCMC kích từ độc lập 52 Hình VI-3: Sơ đồ điều khiển cho nhánh 1, điều khiển tốc độ 52 Hình VI-4: Sơ đồ điều khiển cho nhánh 2, điều khiển từ thông 53 Hình VI-5: Sơ đồ điều khiển cho toàn hệ thống sau thực tuyến tính hố xác 54 Hình VI-6: Sơ đồ điều khiển cho ĐCMC kích từ độc lập sau TTHCX dạng sơ đồ khối .55 Hình VI-7: Biểu đồ tốc độ động cơ, dịng kích từ, dịng điện phần ứng, từ thông động chưa điều khiển TTHCX 57 Hình VI-8: Biểu đồ tốc độ động cơ, dịng kích từ, dịng điện phần ứng, từ thơng động sau điều khiển TTHCX 58 Hình VI-9: Sơ đồ điều khiển tốc độ động sau hiệu chỉnh thông số 59 Hình VI-10: Biểu đồ tốc độ động cơ, dịng kích từ, dịng điện phần ứng, từ thơng động sau điều khiển TTHCX có hiệu chỉnh 60 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ua: điện áp đặt vào động (điện áp phần ứng) Ua: giá trị điện áp đặt vào phần ứng động ea: sức điện động cảm ứng sinh cuộn dây phần ứng Ra: điện trở cuộn dây phần ứng La: điện cảm cuộn dây phần ứng ia: dòng điện phần ứng Ke: hệ số động (Ke = 2πKm) Km: Hệ số động n: tốc độ động (vòng/ phút) ω = 2πn/60 tốc độ góc quay động (Rad/s)  f : từ thông cuộn dây kích từ cảm ứng lên cuộn dây Roto Rf: điện trở mạch kích từ Lf: điện cảm mạch kích từ if: dịng điện mạch kích từ: uf: điện áp kích từ Uf: Giá trị điện áp đặt vào mạch kích từ f-1(Ф): hàm tƣơng quan dịng điện theo từ thơng mE: mô men điện từ động ML: mô men cản tải J: Mơ men qn tính động C1, C2, C3, C4, C5, C6: hệ số u1, u2: biến vào x1, x2, x3, x4: biến trạng thái không gian hệ phi tuyến y1, y2: biến đầu h i ( x) : vecto cột ma trận H( x) G( x) : ma trận mở rộng hay hàm mở rộng r: bậc tƣơng đối hệ τ: số thời gian khâu hiệu chỉnh G(s): hàm truyền hệ thống sau tuyến tính hố xác G11: hàm truyền giữ tín hiệu y1 tín hiệu vào w1 G12: hàm truyền giữ tín hiệu y2 tín hiệu vào w1 G21: hàm truyền giữ tín hiệu y1 tín hiệu vào w2 G22: hàm truyền giữ tín hiệu y2 tín hiệu vào w2 R1, R2: khâu hiệu chỉnh nhánh điều khiển tốc độ từ thơng w1, w2: tín hiệu vào khâu bù A, B, C: ma trận không gian trạng thái với biến z b1, b2, b3, b4: ma trận cột ma trận B T T C1 , C : ma trận hàng chuyển vị ma trận C wref1, wref2: tín hiệu đặt tốc độ động từ thông g1 ( x), g ( x), 1 ( x), 2 ( x) : hàm hình thức hệ phƣơng trình trạng thái động điện chiều kích từ độc lập z : vector biến trạng thái không gian hệ tuyến tính z1, z2, z3, z4: biến trạng thái khơng gian hệ tuyến tính u : vector điện áp đầu vào x : vector biến trạng thái w : vector tín hiệu đầu vào khâu bù TTHCX: Tuyến tính hố xác ĐCMC: Động điện chiều  : Ma trận bao gồm toàn phần tử Kp, Ki, Kd: hệ số khuếch đại khâu hiệu chỉnh PID PHẦN I: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Trong trình học tập đƣợc thầy cô dậy cho nhiều kiến thức mới, nhiều phƣơng pháp điều khiển hệ thống điều khiển tự động hố Ngồi phƣơng pháp điều khiển kinh điển nhƣ: điều khiển theo phƣơng pháp PID, phƣơng pháp mô đun tối ƣu, mô đun đối xứng, điều khiển phản hồi trạng thái gán điểm cực,… tơi cịn đƣợc học tập phƣơng pháp điều khiển hệ phi tuyến nhƣ: Phƣơng pháp mặt phẳng pha, điều khiển theo nguyên lý trƣợt đặc biệt phƣơng pháp tuyến tính hố xác Theo phƣơng pháp kinh điển thiết kế vịng điều khiển ta có mạch điều khiển nhƣng mạch đáp ứng phần chất lƣợng yêu cầu, ngƣời thiết kế phải nhiều thời gian để hiệu chỉnh lại thông số mạch điều khiển, nhƣng nhiều đạt đƣợc theo chất lƣợng yêu cầu sai số thiết bị đo thiết bị chấp hành Và nguyên nhân chủ yếu đa số hệ phi tuyến nhƣng thiết kế mạch điều khiển theo phƣơng pháp kinh điển coi hệ tuyến tính Tuyến tính hố xác phƣơng pháp điều khiển mà tâm đắc theo phƣơng pháp sử dụng hình học vi phân chuyển hệ toạ độ trạng thái từ hệ phi tuyến sang không gian trạng thái mà hệ hồn tồn tuyến tính mà khơng làm tính chất hệ cũ Để hiểu rõ phƣơng pháp điều khiển này, áp dụng thực tế, chọn đề tài: “Nghiên cứu so sánh hai phƣơng án điều khiển động điện chiều sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hố xác vào/ trạng thái” thầy Nguyễn Phùng Quang hƣớng dẫn để làm luận văn tốt nghiệp Mục đích đối tƣợng nghiên cứu: Mục đích đề tài nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển động điện chiều sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hố xác theo biến trạng thái 10 II.5 So sánh hai phƣơng pháp điều khiển động điện chiều kích từ độc lập tuyến tính hố xác theo quan hệ vào trạng thái II.5.1 Yêu cầu hệ: Đối với hai phƣơng pháp tuyến tính hố xác theo quan hệ vào ra/ trạng thái yêu cầu hệ điều khiển cho cần phải là: - Vecto bậc tƣơng đối tối thiểu hệ thoả mãn: 0 L h i Lkf g i ( x)     m Và thoả mãn: r i  k  r - với i = 1, 2, , m k  r - n - Ma trận L(x) không suy biến:  L h1 Lr1f 11 ( x) L h Lr1f 11 ( x)  r2 1 r2 1  Lh1 L f 2 ( x) L h L f 2 ( x) L( x)       rm 1 r2 1 L h1 L f m ( x) L h L f 2 ( x)  L h m Lr1f 11 ( x)    L h m Lr2f 12 ( x)      L h m Lrmf 11 ( x)  L h1 L f 1 ( x) L h L f 1 ( x)   L h  ( x)   L h1 2 ( x )  II.5.2 Cách xây dựng phƣơng trình để thực tuyến tính hố: - Tuyến tính hố xác theo phƣơng pháp trạng thái trƣớc tiên phải kiểm tra tính điều khiển đƣợc hệ thống cách xây dựng hàm mở rộng G(x), hàm mở rộng phải xoắn vecto cột hàm mở rộng phải độc lập tuyến tính Sau tìm đƣợc hàm mở rộng G(x) ta tìm tín hiệu đầu hình thức g i ( x) hay i ( x) cho ma trận L( x) không suy biến thoả mãn điều kiện m r i 47  n [1], đồng thời ta tìm đƣợc bậc tƣơng đối r hệ Sau có đƣợc tín hiệu hình thức đảm bảo hệ có số bậc tƣơng số biến trạng thái ta thực tuyến tính hố Trong q trình tuyến tính hố thực chất ta tính đạo hàm Li để tìm khâu bù giúp đƣa hệ dạng chuẩn tuyến tính hố tìm phép chuyển đổi vi phôi quan hệ biến trạng thái không gian trạng thái cũ biến khơng gian trạng thái - Tuyến tính hố xác theo biến vào/ hệ phƣơng trình trạng thái cần chứa đầy đủ biến vào, biến trạng thái, hệ thống phải điều khiển đƣợc có tổng bậc tƣơng đối tối thiểu với số biến trạng thái Thực tuyến tính hố xác theo biến vào/ đơn giản phƣơng pháp tuyến tính hố biến trạng thái Bởi hệ phƣơng trình có sẵn biến vào/ biến trạng thái tìm hay giả thiết có biến ra, khơng cần phải tìm hàm mở rộng G(x) Chúng ta cần xác định điều kiện hệ thực tuyến tính hố xác đƣợc cách kiểm tra điều kiện ma trận L(x) khơng suy biến có r = n Sau tính đạo hàm Li: L f h i ; L f i ; L f Lrhi i 1i để tìm khâu bù tuyến tính giúp cho hệ trở thành tuyến tính, đồng thời tìm phép biến đổi vi phôi mối quan hệ biến trạng thái không gian trạng thái cũ biến khơng gian trạng thái Có thể coi phƣơng pháp tuyến tính hố xác vào/ trƣờng hợp riêng phƣơng pháp tuyến tính hố xác biến trạng thái - Phƣơng pháp tuyến tính hố xác biến trạng thái trƣờng hợp tổng qt bao gồm phƣơng pháp tuyến tính hố xác theo quan hệ vào II.5.3 Yêu cầu tín hiệu vào/ra - Đối với phƣơng pháp tuyến tính hố xác theo biến trạng thái cần dựa theo phƣơng trình trạng thái chứa biến trạng thái hệ mà không cần quan tâm đến biến vào biến Khơng địi hỏi 48 phải có biến ra, biến đƣợc giả thiết xây dựng q trình tuyến tính hố xác - Đối với phƣơng pháp tuyến tính hố xác biến vào/ hệ phƣơng trình cần phải có đầy đủ biến vào hệ thống, mô tả đầy đủ mối quan hệ hệ thống, khơng thể giả thiết biến biến khác, bắt buộc phải có đầy đủ biến vào, biến biến trạng thái - Nếu hệ có đầy đủ phƣơng trình biểu diễn quan hệ vào hệ thống tiến hành tuyến hố xác theo quan hệ vào/ra mà khơng tuyến tính hố theo phƣơng pháp biến trạng thái Ngƣợc lại hệ chƣa có phƣơng trình biểu diễn biến đầu ta phải thực tuyến tính hố xác theo phƣơng pháp biến trạng thái II.5.4 Kết phƣơng pháp tuyến tính hố xác - Cả hai phƣơng pháp điều khiển động chiều kích từ độc lập theo phƣơng pháp tuyến tính hố xác quan hệ vào/ trạng thái cho ta kết Hệ thống sau tuyến tính hố xác điều khiển tách kênh thiết kế điều khiển cho kênh theo nguyên lý thông thƣờng - Sau thực tuyến tính hố xác hệ trở thành hệ SISO độc lập với có tín hiệu vào tín hiệu Trong q trình điều khiển hệ khơng có liên hệ với nhau, nhiễu hệ không liên quan đến hệ khác 49 CHƢƠNG III: MÔ PHỎNG CHO ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƢƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HỐ CHÍNH XÁC III.1 Mô cho hệ thống chƣa thực tuyến tính hố: - Từ phƣơng trình hệ thống I-14 ta xây dựng hệ để mô Simulink phần mềm Matlab:  dx1  dt   dx2  dt   dx3  dt  dx   dt  C1 x1  C2 x3 x4  u1  C3 x4  u2  C4 x1 x2  ML J  C5 x2  C6 x4 Thực Lablat hố phƣơng trình ta có: s  C1 x1  u1  C x2 x4 s  C x  u 2   ML sx3  C x1 x4  J  s  C6   C5 x2 1  u1  C x2 x4   x1  C     s  1   C1   x  u2  C3    s  1    C3    x   C x x  M L   s 4 J   x2  x  C5  C6 s 1  C  50 (V-1) Từ hệ phƣơng trình V-1 ta có sơ đồ Simulink cho động điện chiều kích từ độc lập nhƣ sau: Hình VI-1: Sơ đồ mô động điện chiều kích từ độc lập chưa TTHCX III.2 Mơ thực tuyến tính hố a Khâu bù cho hệ tuyến tính hố: Từ khâu bù hệ thống tính đƣợc từ mục II.2 III hệ phƣơng trình III-11 III-6 ta có khâu bù cho hệ tuyến tính hố nhƣ sau:  C x u 4   C5 x1 x2     C6 x1  0 C1 x1  C2 x3 x4  x  w   1 C x   C6 x2  C3 x2    C5  C5 C5 x2 x1 w1   C1 x1  C2 x4 x3  C6 x1 u1  C x  x 4   u  w2  C x  C x  C6 x  C5 C5 Từ hệ phƣơng trình ta xây dựng đƣợc sơ đồ khâu bù cho hệ thống nhƣ sau: 51 Hình VI-2: Sơ đồ mơ khâu bù tuyến tính cho mơ hình ĐCMC kích từ độc lập b Khâu hiệu chỉnh cho hệ thống Vòng điều khiển nhánh 1: điều khiển tốc độ động Hình VI-3: Sơ đồ điều khiển cho nhánh 1, điều khiển tốc độ 52 Vịng điều khiển nhánh 2: Điều khiển từ thơng Hình VI-4: Sơ đồ điều khiển cho nhánh 2, điều khiển từ thông c Sơ đồ hệ thống sau xây dựng thêm khâu bù vòng điều khiển: Thực nối sơ đồ mô động điện chiều kích từ độc lập với sơ đồ khâu bù tuyến tính hố vịng điều khiển ta có sơ đồ điều khiển động theo phƣơng pháp tuyến tính hố xác nhƣ sau: 53 Hình VI-5: Sơ đồ điều khiển cho tồn hệ thống sau thực tuyến tính hố xác 54 Hình VI-6: Sơ đồ điều khiển cho ĐCMC kích từ độc lập sau TTHCX dạng sơ đồ khối 55 Để mơ động điện chiều kích từ độc lập nhƣ hệ thống điều khiển động theo phƣơng pháp tuyến tính hố xác, ta lựa chọn động cụ thể có thơng số nhƣ sau: Thông số Ký hiệu Điện trở phần ứng Ra 0.9 Điện cảm phần ứng La 0.001 Điện trở mạch kích từ Rf 75 Điện cảm mạch kích từ Lf 50 Hệ số động Kd 0.33 Hệ số động Km 0.052 Điện áp phần ứng Ua 220 Điện áp mạch kích từ Uf 120 Mơ men qn tính động J 0.2 STT Giá trị Tính tốn hệ số ta có: STT Hệ số Cơng thức Giá trị Tf Lf/Rf 0.6667 C1 Ra/La 90 C2 Km/La 33 C3 Rf/Lf 1.5 C4 Km/J 1.65 C5 =Lf/Tf 75 C6 =1/Tf 1.5 1/C1 0.01111 1/C2 0.03030 10 1/C3 0.66667 11 1/C4 0.60606 56 12 1/C5 0.01333 13 1/C6 0.66667 14 C5/C6 15 C62 /C5 50 0.03 Đƣa thông số vào sơ đồ mơ phỏng, điện áp kích từ số với Uf = 120 V, điện áp đặt vào phần ứng Ua = 220 V có bƣớc nhảy sau 5s, ta có kết nhƣ sau: Hình VI-7: Biểu đồ tốc độ động cơ, dịng kích từ, dịng điện phần ứng, từ thơng động chưa điều khiển TTHCX Trƣớc thực TTHCX cho mơ hình động điện chiều kích từ độc lập ta thấy kết mô từ thơng dịng điện kích từ sớm đƣợc ổn định trình động thay đổi tốc độ Tuy nhiên biểu đồ dòng điện tốc độ cho thấy hai thơng số dịng điện phần ứng tốc độ động không ổn định Mặc dù động nằm vùng ổn định nhƣng tốc độ bị dao động khoảng định Nhƣ cho 57 dù tải cố định, khơng có nhiễu nhƣng tốc độ động chƣa có điều khiển cho thấy khơng ổn định đƣợc Chính ta phải thực điều khiển động điều chỉnh tốc độ động Sau thực tuyến tính hố xác, tính tốn khâu bù, khâu điều khiển, đƣa thông số đầu vào nhƣ sơ đồ động chƣa thực tuyến tính hố xác, w1 =120 V, w2 = 200 cho bƣớc nhảy sau s, tải Ml /J = 20 N/m cho bƣớc nhảy sau 10s Các thông số sau mô tốc động cơ, dịng kích từ, dịng phần ứng từ thơng động nhƣ sau: Hình VI-8: Biểu đồ tốc độ động cơ, dịng kích từ, dịng điện phần ứng, từ thông động sau điều khiển TTHCX Qua biểu đồ tốc độ, dòng điện kích từ, từ thơng máy ta thấy tất thông số cần ổn định đƣợc ổn định Từ thơng dịng kích từ ổn định vịng 5s khơng có q điều chỉnh, thơng số đầu lƣợng đặt Chất lƣợng ổn định tốt, cho bƣớc nhảy mô mem cản điện áp phần ứng khơng có ảnh hƣởng đến từ thơng dịng điện kích từ Nhƣ 58 cho thấy động đƣợc điều khiển tách kênh hoàn tồn Tuy nhiên tốc độ động cịn có mức hiệu chỉnh lớn (10%), thời gian ổn định lâu (sau 20s), sai lệch tĩnh < 1%, nhƣ ta cần phải hiệu chỉnh lại mạch điều khiển để lƣợng điều chỉnh không vƣợt 5% Độ điều chỉnh hệ số khuếch đại Ki gây lên, thời gian dao động dài Kp Kd nhỏ, nhƣ ta cần tăng thêm Kp, Kd giảm Ki, vừa hiệu chỉnh vừa chạy mô để kiểm tra, kết ta đƣợc Kp = 3, Kd = Ki = 1/27 Ta có mạch hiệu chỉnh nhƣ sau: Hình VI-9: Sơ đồ điều khiển tốc độ động sau hiệu chỉnh thông số Sau hiệu chỉnh lại thông số mạch điều khiển tốc độ động ta chạy lại chƣơng trình mơ với thơng số cài trƣớc đây, kết nhƣ sau: 59 Hình VI-10: Biểu đồ tốc độ động cơ, dịng kích từ, dịng điện phần ứng, từ thông động sau điều khiển TTHCX có hiệu chỉnh Qua biểu đồ dịng điện kích từ từ thơng động ta thấy chất lƣợng ổn định không thay đổi, thời gian ổn định 2.5s, sai lệch tĩnh nhỏ 1% Tốc độ động ổn định tốt thời gian 2.5s, với lƣợng điều chỉnh 4.8% Nhƣ chất lƣợng thông số chấp nhận đƣợc điều khiển Tại thời điểm 10s ta cho bƣớc nhảy đƣa vào mô men cản Ml/J = 20 Nm ta thấy tốc độ động giảm chút nhƣng sau lại trở vị trí ổn định đặt trƣớc Rõ ràng trƣờng hợp có nhiễu tác động vào tốc độ động thay đổi thiết kế hệ thống điều khiển tác giả bỏ qua nhiễu phụ tải, điều cần phải đƣợc khắc phục với hệ thống điều khiển thích nghi với nhiễu 60 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN Hệ phƣơng trình trạng thái động điện chiều kích từ độc lập hệ phi tuyến, có đủ điều kiện để thực tuyến tính hố xác, chuyển hệ sang hệ toạ tuyến tính Sau thực tuyến tính hố xác phƣơng trình trạng thái mơ tả động điện chiều kích từ độc lập ta đƣợc khâu bù mà ghép nối với mơ hình động ta thu đƣợc hệ mà hồn tồn tuyến tính khơng gian trạng thái Giữa không gian trạng thái không gian trạng thái cũ liên hệ với qua phép biến đổi vi phôi (hay phép chuyển hệ toạ độ) Hệ khơng gian trạng thái tuyến tính đƣợc điều khiển tách kênh Kết để điều khiển thông số ta cần tổng hợp thiết kế điều khiển kênh có tín hiệu vào/ thơng số khơng gian trạng thái Việc tổng hợp vòng điều khiển thực nhƣ hệ tuyến tính thơng thƣờng theo phƣơng pháp kinh điển nhƣ phƣơng pháp PID, mô đun tối ƣu… Trong luận văn chƣa xét đến nhiễu phụ tải, tốc độ động thay đổi nhiều có nhiễu, cần phải thiết kế điều khiển thích nghi với nhiễu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]: Lý thuyết điều khiển phi tuyến tác giả Nguyễn Doãn Phƣớc [2]: Matlab & Simulink dành cho kỹ sƣ điều khiển tự động tác giả Nguyễn Phùng Quang; [3]: Lý thuyết điều khiển tuyến tính tác giả: Nguyễn Dỗn Phƣớc; 61 ... thành đƣợc khố học, em nhận đề tài: ? ?Nghiên cứu so sánh hai phƣơng án điều khiển động DC sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hố xác vào/ trạng thái? ?? Trong trình nghiên cứu thực đề tài em đƣợc thầy Nguyễn... thuật điều khiển tự động hoá, em nhận đƣợc Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội giao cho đề tài: ? ?Nghiên cứu so sánh hai phƣơng pháp điều khiển động điện chiều sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hố xác vào/ ... kế điều khiển cho ĐCMC kích từ độc lập sau tuyến tính hố xác 41 II.5 So sánh hai phƣơng pháp điều khiển động điện chiều kích từ độc lập tuyến tính hố xác theo quan hệ vào trạng thái