Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển cho hệ điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số: Học viên: ĐỖ MẠNH TUẤN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Số trang Trang bìa Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Lời mở đầu Chƣơng I: Vi điều khiển ứng dụng vi điều khiển truyền động điện 1.1 Giới thiệu chung vi điều khiển 1.1.1 Khái niệm vi điều khiển 1.1.2 Lịch sử phát triển vi điều khiển 10 1.1.3 Tổng quan hệ thống vi điều khiển 12 1.1.4 Phần mềm vi điều khiển 1.2 Các họ vi điều khiển thông dụng 16 18 1.2.1 Vi điều khiển máy tính 18 1.2.2 Các vi điều khiển sử dụng công nghiệp 18 1.2.3 Giới thiệu họ vi điều khiển MCS-51 (AT89C52) 19 1.2.3.1 Sơ lƣợc phần cứng AT89C52 19 1.2.3.2 Cấu trúc bên AT89C52 20 1.2.3.3 Sơ đồ chân chức AT89C52 21 1.2.3.4 Tổ chức nhớ 23 1.2.3.5 Các ghi chức đặc biệt 27 1.2.3.6 Bộ nhớ 34 1.2.3.7 Lệnh Reset 38 1.2.3.8 Tập lệnh AT 89C52 39 1.3 Ứng dụng vi điều khiển truyền động điện 42 1.3.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ truyền động điện 42 1.3.2 Điều khiển số truyền động điện 43 1.3.3 Ƣu điểm điều khiển số 45 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng II: Phân tích chọn phƣơng án hệ truyền động với việc ứng dụng vi điều khiển 2.1 Hệ thống Thyistor- động chiều (T-Đ) 46 46 2.1.1 Hệ T-D tƣơng tự 46 2.1.2 Hệ thống T-D điều khiển số 48 2.2 Hệ truyền động chế độ rộng xung động điện chiều (PWM-D) 49 2.2.1 Bộ biến đổi PWM không đảo chiều 49 2.2.2 Bộ biến đổi PWM đảo chiều 50 2.2.3 Đặc tính mạch vịng hở HT động PWM-D 53 2.2.4 Sơ đồ khối hệ kín PWM-D tƣơng tự 55 2.2.5 Sơ đồ khối hệ kín PWM-D số 56 2.3 Hệ điều khiển véc tơ biến tần động KĐB pha 56 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động tƣơng tự cho động không đồng sử dụng biến tần 56 2.3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động số cho động không đồng sử dụng biến tần 58 Chƣơng III: Phân tích tổng hợp hệ truyền động số PWM-D 60 3.1 Sơ đồ khối hệ truyền động số PWM-D 60 3.1.1 Mạch tạo xung điều khiển 3.1.2 Thiết kế điều khiển số 62 64 3.1.2.1 Thuật toán điều khiển tỷ lệ 64 3.1.2.2 Thuật toán điều khiển tích phân I 64 3.1.2.3 Thuật tốn điều khiển vi phân D 65 3.1.2.4 Thuật toán điều khiển PID 66 3.1.3 Khối biến đổi tƣơng tự- số số -tƣơng tự 68 3.1.3.1 Khối biến đổi tƣơng tự -số (A/D) 68 3.1.3.2 Khối biến đổi số - tƣơng tự (D/A) 71 3.1.4 Cảm biến vị trí tốc độ (Encoder) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển số 75 3.2.1 Tổng hợp hệ thống 76 3.2.2 Xác định tính ổn định hệ thống 81 3.2.3 Chất lƣợng hệ truyền động 84 3.3 Tính tốn khảo sát cho hệ truyền động PWM-D 87 3.3.1 Xét ổn định mạch vòng dòng điện 87 3.3.2 Xét ổn định mạch vòng tốc độ 89 3.3.3 Chất lƣợng hệ truyền động 92 3.3.2.1 Khảo sát chất lƣợng dùng chƣơng trình pascal 92 3.3.2.2 Khảo sát chất lƣợng hệ thống phần mềm Matlab Simulink 95 Kết luận án hƣớng phát triển đề tài 101 Tài liệu tham khảo 102 Phụ lục 103 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIÊT TẮT ACV : Nguồn xoay chiều DCV : Nguồn chiều A/D : Chuyển đổi tƣơng tự số D/A : Chuyển đổi số tƣơng tự DC : Động điện chiều P : Bộ điều chỉnh tỷ lệ I : Bộ điều chỉnh tích phân D : Bộ điều chỉnh vi phân PID : Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân CPU : Bộ xử lý trung tâm µC : Bộ vi điều khiển PWM : Phƣơng pháp điều chê độ rộng xung điện áp βI : Phản hồi âm dòng điện γn : Phản hồi tốc độ Ucđ : Điện áp chủ đạo Uđk : Điện áp điều khiển Urc : Điện áp cƣa USS : Điện áp so sánh USX : Điện áp sửa xung Uđb : Điện áp đồng FXCĐ : Khối phát xung chủ đạo SRC : Khối tạo xung cƣa SS : Khối so sánh TXPCX : Khối tạo xung phân chia xung Uω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ T : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lƣợng tử) MS1 : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ MS2 : Tín hiệu phản hồi âm dịng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn T(s) : Bộ xung biến đổi điện áp (PWM) H(S) : Khâu lƣu giữ Ud : Điện áp biến đổi PWM Uc : Điện áp điều khiển điều chế độ rộng xung Kω : Hệ số khâu lấy tín hiệu tốc độ Ki , Kp : Hệ số biến đổi điều khiển số dịng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI MỞ ĐẦU Trong q trình cơng nghiệp hố đại hố đất nƣớc.Tự động hố yếu tố khơng thể thiếu cơng nghiệp đại; nói đến tự động hố kỹ thuật số cơng cụ hỗ trợ đắc lực thiếu nhiều lĩnh vực khoa học, kỹ thuật ngày Đặc biệt truyền động điện, đo lƣờng điều khiển Việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào hệ thống truyền động điều khiển tốc độ động điện chiều nói chung ngày phổ biến Ví dụ dây truyền lắp ráp sản phẩm kỹ thuật cao, ngƣời máy, cấu ăn dao máy mài, máy gọt kim loại, máy doa, hệ thống nâng hạ cần trục… Do tính chất ƣu việt công nghệ số so với phƣơng pháp điều khiển tƣơng tự truyền thống nhƣ: - Mềm dẻo việc thay đổi cấu trúc tham số hệ thống tự động; - Dễ dàng tự động hoá; - Độ xác cao; - Có khả chống nhiễu tốt Đa dạng chủng loại, linh hoạt chức năng, rễ ràng thay đổi tham số, cấu trúc phần mềm hệ thống vi điều khiển đƣợc thiết kế chế tạo tin cậy đảm bảo phù hợp hệ diều khiển tự động Nói chung nƣớc ta phần lớn điều khiển số động điện chiều chất lƣợng cao thƣờng từ nƣớc ngồi Với cơng nghệ áp dụng vi điều khiển ta hồn tồn chế tạo điều khiển hồn chỉnh có chức tƣơng đƣơng Do để tận dụng khai thác tiềm vi điều khiển nên em chọn hƣớng nghiên cứu “Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển cho hệ điều chỉnh ổn định tốc độ động điện chiều kích từ độc lập” Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Do thời gian trình độ có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót có nhiều vấn đề cần phải hoàn thiện thêm Em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp, dẫn thầy cô giáo đồng nghiệp Em xin đƣợc bày tỏ biết ơn chân thành tới PGS.TS Võ Quang Lạp hƣớng dẫn tận tình bảo cặn kẽ để em hoàn thành luận văn Xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới tất Thầy cô Khoa sau đại học, Khoa điện bạn đồng nghiệp lớp TĐH K11 trƣờng ĐHKT công nghiệp Thái Nguyên Thái Nguyên, ngày 30 tháng 07 năm 2010 Tác giả luận văn Đỗ Mạnh Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I VI ĐIỀU KHIỂN VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung vi điều khiển 1.1.1 Khái niệm vi điều khiển Bộ vi điều khiển viết tắt µC (Microcontroller) mạch tích hợp, chíp lập trình đƣợc, dùng để điều khiển hoạt động hệ thống Phần cứng đóng vai trị thứ yếu, phần mềm (chƣơng trình) đóng vai trị chủ đạo chức cần thực Nhờ vi điều khiển có mềm dẻo hóa chức Ngày vi điều khiển có tốc độ tính tốn cao khả xử lý lớn Vi điều khiển có khối chức cần thiết để lấy liệu, xử lý liệu xuất liệu sau xử lý Và chức Vi điều khiển xử lý liệu, chẳng hạn nhƣ cộng, trừ, nhân, chia, so sánh.v.v Vi điều khiển hoạt động cần có chƣơng trình kèm theo, chƣơng trình điều khiển mạch logic từ vi điều khiển xử lý liệu cần thiết theo yêu cầu Chƣơng trình tập hợp lệnh để xử lý liệu thực lệnh đƣợc lƣu trữ nhớ, công việc thực hành lệnh bao gồm: nhận lệnh từ nhớ, giải mã lệnh thực lệnh sau giải mã Để thực công việc với thiết bị cuối cùng, chẳng hạn truyền động điện nhƣ điều khiển động cơ, hiển thị kí tự hình địi hỏi phải kết hợp vi điều khiển với mạch điện giao tiếp với bên đƣợc gọi thiết bị I/O (nhập/xuất) hay gọi thiết bị ngoại vi Bản thân vi điều khiển đứng khơng có nhiều hiệu sử dụng, nhƣng phần máy tính, hiệu ứng dụng Vi điều khiển lớn Vi điều khiển kết hợp với thiết bị khác đƣợc sử hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý lƣợng lớn phép tính phức tạp, có tốc độ nhanh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 1.1.2 Lịch sử phát triển vi điều khiển Bộ vi điều khiển đƣợc phát triển từ vi xử lý, nhà chế tạo tích hợp nhớ số mạch giao tiếp ngoại vi với vi xử lý vào IC đƣợc gọi Microcontroller- Vi điều khiển, mức độ tích hợp linh kiện bán dẫn chíp ngày cao Một số vi xử lý đời: Vi mạch MSI ( Medium Size Integration) có độ tích hợp trung bình cỡ 103 tranzito chíp Vi mạch LSI ( large Size Integration) có độ tích hợp cao cỡ 104 tranzito chíp Vi mạch VLSI (Very LSI) có độ tích hợp cao cỡ 105 tranzito chíp Năm 1971 vi xử lý Intel 4004 loại bít đời chứa 2250 tranzito Năm 1975 Intel chế tạo vi xứ lý bít 8080 8085 Cùng khoảng thời gian xuất vi xử lý 6800 Motorola với 5000 tranzito, vi xử lý Zilog Z80, Signetics 6520 Năm 1978 xuất loại Intel 8086 loại vi xử lý 16 bít với 29000 tranzito, Motorola 68000 tích hợp 70000 tranzito, AP 432 chứa 120000 tranzito Bộ vi xử lý 32 bít Hewlet Packard có khoảng 450000 tranzito từ năm 1974 đến 1984 số tranzito tích hợp chíp tăng khoảng 100 lần Năm 1983 Intel đƣa vi xử lý 80286 dùng máy vi tính họ AT ( Advanced Technology) Bộ vi xử lý 80286 sử dụng I/O 16 bít có24 đƣờng địa khơng gian nhớ địa thực 16MB Năm 1987 Intel đƣa vi xử lý 80386 32 bít Năm 1989 xuất vi xử lý Intel 80486 cải tiến Intel 80386 với nhớ ẩn mạch tính phép tốn đại số dấu phẩy động Để thực công việc với thiết bị cuối cùng, chẳng hạn điều khiển động cơ, hiển thị kí tự hình địi hỏi phải kết hợp vi xử lý với mạch điện giao tiếp với bên đƣợc gọi thiết bị I/O (nhập/xuất) hay gọi thiết bị ngoại vi Bản thân vi xử lý đứng khơng có nhiều hiệu sử dụng, nhƣng phần máy tính, hiệu ứng dụng Vi xử lý lớn Vi xử lý kết hợp với thiết bị khác đƣợc sử hệ thống lớn, phức tạp đòi hỏi phải xử lý lƣợng lớn phép tính phức tạp, có tốc độ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn 88 * Tính thơng số hàm W0(Z) Từ sơ đồ khối ta có hàm số truyền hệ hở sau: W0 (z)=(P0 +P1Z) B2 Z2  B1Z  B0 Z3 + C2 Z2  C1Z  C0 Để tìm B0, B1, B2, C0, C1, C2 ta thay số hệ số nhƣ K1; K2; K3; A1; A2; A3 tính phụ luc I vào đƣợc kết B0, B1, B2, C0, C1, C2 [phụ luc I];  Từ hàm số truyền D3 Z3  D2 Z2  D0 W0 (z)= Z + C2 Z2  C1Z  C0 Trong đó: D0 = P0.B0; D1 = P0.B1 + P1.B1; D2 = P0.B2 + P1.B1; D3 = P1.B2 Tiếp tục thay B0, B1, B2, C0, C1, C2 Kết tìm đƣợc D0; D1, D2, D3 [theo phụ lục I] * Tính thơng số hàm truyền đạt kín WKI(Z) Từ hàm số truyền hệ kín mạch vịng dịng điện (3.9) cách tính: E0 = C + D ; E = C + D ; E = C + D ; E = + D Ta thay số C0, C1, C2, D0; D1, D2, D3 [theo phụ lục I] vào tìm đƣợc thơng số E0, E1, E2 E3 [kết phụ lục I]: Qua biến đổi Z ta có phƣơng trình dƣới (E3 + E2 + E1 + E0) V3 + (3E3 + E2 - E1 - 3E0) V2 + (3E3 - E2 - E1 + 3E0) V + E3 E2 + E1 - E0 = Đặt: G0 = E + E + E + E G1 = 3E3 + E2 - E1 -3 E0 G2 = 3E3 - E2 - E1 + 3E0 G = E - E2 + E - E0 Thay số tính tốn đƣợc kết G0, G1,G2,G3 [phụ lụcI] thay hệ số G vào công thức : G0V3 + G1V2 + G2V +G3 = để xét ổn định mạch vòng dòng điện * Xét ổn định mạch vòng dòng điện Trên sở thông số G0, G1,G2, G3 ta xét ổn định cho mạch vòng dòng điện theo tiêu chuẩn ổn định Routh lập bảng Routh tính N0, N2, N1: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 89 G0 G2 G1 G3 N0 N2 N1 Cách tính giá trị N0, N2, N1 [phụ lục I] : N0 = N2 = G0 G2 G1 G G1G -G 0G  0 G1 G1 G0 G1 G1.0-G 0  =0 G1 G1 G0 G3 N N N G -G N G N1 =  = =G  N0 N0 N0 Theo tiêu chuẩn ổn định Routh, mạch vịng dịng điện ổn định điều kiện cần đủ là: G0 > 0; G1> 0; N0> 0; N1> Từ kết G0; G1; N0; N1 [phụ lục I] đối chiếu tiêu chuẩn Routh ta thấy thỏa mãn điều kiện Do ta chọn hệ số Kp Ki cho điều khiển dòng điện số thời gian lƣợng tử T ta phải đảm bảo điều kiện Để kiểm tra Kp Ki có thoả mãn điều kiện ổn định khơng ta lập trình theo ngơn ngữ Pascal chƣơng trình có tên “ Progam ONDINH01 [phụ luc II] 3.3.2 Xét ổn định mạch vịng tốc độ * Tính thơng số hàm WKω (Z) Từ số liệu tính tốn: T = 0,00165; Kp = 0,25; Ki = 42; K = 0,0006 Ta tổng hợp mạch vòng tốc độ theo sơ đồ khối Rω(Z) Uω(Z) WKI(Z) WB(Z) n(Z) - Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 90 WKI(Z) hàm số truyền kín mạch vịng dịng điện RI(Z) U1(Z) WKI(Z) = D3Z3 + D2Z 2+ D1Z + D0 E3.Z3 +E2.Z2 + E1Z + E0 = WB(Z) = Wc(Z) Wω(Z) Và ta chọn điều khiển số tốc độ khâu tỷ lệ: Rω(Z) = Kω ta có: WB(P) = Kω.Tc.P Trong Kω, TC đƣợc chọn theo động với Kω = 0,0006; Tc = 0,02 (S)  WB(P) = Kω.Tc.P  384, 62 P Qua phép biến đổi Z ta có WB ( Z )  384,62Z Z-1 Vậy hàm truyền hở mạch vòng tốc độ là: W0ω(Z) = Rω(Z).WKI(Z) WB(Z) W0ω (Z)=K ω 384,62.Z D3 Z3  D2 Z2  D1Z  D0 (Z-1) E3Z3  E Z2  E1Z  E0 Đặt K0 = 384,62.K :  K D3Z4  K D2 Z3  K 0D1Z2  K 0D0 Z W0ω (Z)= E3Z4  (E2 -E3 )Z3  (E1 -E )Z2  (E -E1 )Z  E Hàm truyền hệ kín mạch vịng tốc độ WKω (Z)= W0ω (Z)  1+W0ω (Z) K 0D3Z4  K 0D2 Z3  K 0D1Z2  K 0D0 Z (K 0D3 +E3 )Z4  (K 0D2 +E -E3 )Z3  (K 0D1 +E1 -E )Z2  (K 0D0 +E -E1)Z  E WKω (Z)= Trong đó: K D3Z4  K 0D2 Z3  K 0D1Z2  K 0D0 Z n(Z)  F4 Z4  F3Z3  F2 Z2  FZ +F0 Uω (Z) F0= - E0; F1= K0D0+ E0 - E1; F2= K0D1+ E1 - E2 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 91 F3= K0D2+ E2 - E3 ; F = K D3 + E Thay kết E0, E1, E2, E3 vào công thức ta đƣợc kết F0, F1, F2, F3, F4 [phụ lục I]: * Tính tốn thơng số hàm số truyền đạt hệ kín mạch vòng tốc độ Từ hàm số truyền đạt kín mạch vịng tốc độ (3.13) có phƣơng trình đặc tính: F4Z4 + F3Z3 + F2Z2 + F1Z + F0 = Thay số F1; F2; F3; F4 tính tốn đƣợc [phụ lục I] thay vào công thức cho khơng, sau Đổi biến Z= V+1 ta có : V-1  V+1  V+1  V+1  V+1 F4  + F3   F2   F1       F0 =  V-1   V-1   V-1   V-1   (F4 +F3 + F2 +F1 +F0)V4 + (4F4 +2F3 - 2F1 -4F0)V3 + (6F4 -2F2 +6F0)V2 + (4F4 -2F3 + 2F1 - 4F0)V + F4 - F3 + F2 -F1 +F0 = Đặt: Q0 = F4 +F3 + F2 +F1 +F0 ; Q1 = 4F4 +2F3 - 2F1 -4F0 Q2 = 6F4 -2F2 +6F0; Q3 = 4F4 -2F3 + 2F1 - 4F0 Q4 = F4 - F3 + F2 -F1 +F0 Thay số theo phụ luc ta tính đƣợc kết Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 [phụ lục I]: * Xét ổn định mạch vòng tốc độ Để xét ổn định cho mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn ổn định Routh, lập bảng Routh nhƣ sau: Q0 Q2 Q1 Q3 R0 R2 Q4 R1 S0 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 92 Thay số Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 [phụ lục I] vào tìm đƣợc giá trị R0, R2, R1, S0 [phụ lục I] : Q Q- Q Q Q Q -Q Q R0 =   Q1 Q1 Q Q - R R R Q -R Q R1 =   R0 R0 Q0 Q Q Q Q Q -Q Q Q Q R =  = =Q4  Q1 Q1 Q1 R R - R R R R -R R R R -R S0 =  = =R  R1 R1 R1 Theo tiêu chuẩn Routh, để mạch vòng tốc độ ổn định điều kiện cần đủ là: Q0 >0; Q1>0; R0>0; R1>0; S0>0 Từ kết tính toán Q0; Q1; R0; R1, S0 [phụ lục I] đối chiếu tiêu chuẩn Routh ta thấy thỏa mãn điều kiện Do chọn hệ số Kω cho điều khiển tốc độ số thời gian lƣợng tử T ta phải đảm bảo điều kiện Các hệ số Ki KP điều khiển dòng điện số ta chọn phần ổn định mạch vòng dòng điện Để kiểm tra Kω T có thỏa mãn điều kiện ổn định khơng, ta lập trình theo ngơn ngữ Pascal chƣơng trình có tên “Progam ONDINH02 [phụ luc II] 3.3.3 Chất lƣợng hệ truyền động 3.3.3.1 Khảo sát chất lƣợng dùng chƣơng trình pascal  Mạch vịng dịng điện Ta tiến hành tìm giá trị KP; Ki điều khiển dòng điện Ri(Z) ứng với giá trị thời gian lƣợng tử T mạch vòng dòng điện đảm bảo yêu cầu chất lƣợng đề chế độ xác lập chế độ động nhƣ phần Để làm đƣợc việc ta phải vẽ đƣợc đƣờng cong độ dòng điện ra: R.i = f(t) tín hiệu vào Ui = 1(t) với giá trị Kp, Ki T Sau xác định max, Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 93 tqd, n ∆I So sánh chúng với giá trị yêu cầu, thỏa mãn ta tìm đƣợc giá trị Kp, Ki ứng với thời gian lƣợng tử T Cịn khơng thỏa mãn, ta lại cho giá trị Kp, Ki khác Sao cho cuối ta có Ki, Kp đáp ứng yêu cầu chất lƣợng Để xây dựng đƣợc ta dùng phƣơng pháp Tutstin để vẽ đƣờng cong i(t) Từ phƣơng trình sai phân lập trình theo ngơn ngữ Pascal ta đƣợc phƣơng trình đƣờng cong R.i(t) ứng với giá trị Kp, Ki T Chƣơng trình để vẽ i(t) lập trình “Progam DDIEN 1” đƣợc lập theo ngôn ngữ Pascal thông số lựa chọn [phụ lụcII], sau khảo sát chọn đƣợc giá trị Kp, Ki T thích hợp, thay vào chƣơng trình “Progam DDIEN 1” kết đƣờng Ri(t) thể hình H3-19 T = 0,5TU = 0,00165 (s) ; Kp = Kp2 = 0,25; Ki = Ki2 = 42 Hình H3-19: Đồ thị đƣờng cong R.i = f(t) + Độ điều chỉnh = 22,055% + Thời gian độ < 0,165 s + Số lần dao động = 1,5 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 94  Mạch vòng tốc độ Cơ sở lý thuyết để xét chất lƣợng cho mạch vòng tốc độ giống nhƣ mạch vòng dòng điện Đó ta phải tìm giá trị K điều chỉnh tốc độ R ứng với thời gian lƣợng tử T giá trị Kp, Ki biến đổi dòng điện Ri chọn mục (a) mạch vòng tốc độ đảm bảo tiêu chất lƣợng Để vẽ đƣợc đƣờng cong n=f(t) ta dùng phƣơng pháp số tutstin Từ phƣơng trình sai phân lập trình theo ngơn ngữ Pascal ta vẽ đƣợc đƣờng cong n(t) ứng với giá trị K, Kp, KI, T khác trình đƣợc thực chƣơng trình chạy có tên “Program TOCDO 1” [phụ lụcII ]; kết khảo sát ta chọn đƣợc giá trị K, Kp, KI, T thích hợp để vẽ đƣợc n(t), đồ thị đƣờng cong mơ tả hình H3-20 Với thông số: T = 0,5TU = 0,00165; Kp = 0,2500; Ki = 42,000; Kω =0,0006 chạy chƣơng trình cho kết đạt chất lƣợng Hình H3-20: Đồ thị đƣờng cong n =f(t) + Độ điều chỉnh = 22,613 % + Thời gian độ < 0,165 s + Số lần dao động = lần Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 95 3.3.3.2 Khảo sát chất lƣợng hệ thống phần mềm Matlab Simulink A- Khảo sát chất lƣợng mạch vòng dòng điện a Chuyển đổi hàm số truyền mạch vòng dòng điện sang hàm số truyền theo Z Từ sơ đồ khối mạch vòng dòng điện bỏ qua ảnh hƣởng SĐĐ Hàm số truyền đạt đối tƣợng điều khiển mạch vòng dòng điện Gi ( P)  K t Bi (1  Ta P)(1  T i P).Ra K t Bi  A ; Ti.Ta = B ; TI + Ta = C Ra Đặt : Gi ( P)  A BP  C.P  Sau tính tốn từ thơng số động chọn phụ lục I Dùng lệnh sysc=tf để có hàm truyền theo P, sau dùng lệnh sysc=c2d để tìm đƣợc hàm gián đoạn với chu kỳ trích mẫu =0.0002 (s) nhƣ sau: >> sysc=tf(0.874,1.28*10^-4 0.0383 1) Transfer function : P ^2 a   p  >> sysd=c2d(sysc,0.0002) - Khai báo thông số Gi(p) - Hàm truyền theo p - Gián đoạn H(s) Transfer function : a z  b z  c .z  d ^2 Sampling time: 0.0002 - Chu kỳ trích mẫu Hàm truyền điều chỉnh theo luật PI  Ri ( Z )  K p  K i ( Z  1) Z 1 Hàm truyền hệ hở mạch vòng dòng điện theo Z WHi (Z )  Ri (Z ) (aZ  b) (Z ^  c  d ) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 96 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện nhƣ hình H3-21, hàm WHi(Z) Ri(Z) theo phụ lục I WHi(Z) Ri(Z) Hình H3-21: Cấu trúc mạch vịng dịng điện số b Sử dụng phần mềm MATLAB SIMULINK mô hệ thống Sau thay thơng số tính tốn tiến hành Sử dụng phần mềm MATLAB SIMULINK mô hệ thống ta đƣợc kết mơ hình H3-22 Hình H3-22a : Đáp ứng dịng điện với kp= 0.25; ki = 42 ;T = 0,5Tu= 0,002 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 97 Hình H3-22b: Đáp ứng dịng điện với: kp=0.25; ki = 50 ;T = 0,5Tu = 0,0065 Kết mơ mạch vịng dịng điện cho thấy đáp ứng dòng điện đạt yêu cầu hệ thống: + Độ điều chỉnh  % < 20 % + tqđ = 0,025 s + Sai lệch tĩnh = B- Khảo sát chất lƣợng mạch vòng tốc độ a Chuyển đổi hàm số truyền mạch vòng tốc độ sang hàm số truyền theo Z Từ sơ đồ khối mạch vòng tốc độ Sau tổng hợp mạch vòng dòng điện, đối tƣợng điều khiển mạch vòng tốc độ có hàm truyền : G n ( P )  WKI Ra Bn Tc K e Bi P Ra B n E Tc K e Bi Đặt : Gn ( P)  E (1  T n P).P  E ; P  T n p Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 98 Theo thông số động phụ lục I Dùng lệnh sysc=tf để có hàm truyền theo P , sau dùng lệnh sysc=c2d để tìm đƣợc hàm gián đoạn với chu kỳ trích mẫu =0.004 (s) nhƣ sau : >> sysc=tf(14.23,0.01741 0) a cp ^  p Transfer function : >> sysd=c2d(sysc,0.004) a z  b z  c .z  d Transfer function : ^2 Sampling time: 0.004 Hàm truyền điều chỉnh theo luật PI  Rn ( Z )  K pn  K n ( Z  1) Z 1 Hàm truyền hệ hở mạch vòng dòng điện theo Z WHn (Z )  Rn (Z ) (aZ  b) (Z ^2  c  d ) Sơ đồ cấu trúc mạch vịng tốc độ số hình H3-23, hàm WHn(Z) Ri(Z) kèm theo phụ lục I WHn(Z) Rn(Z) Hình H3-23: Cấu trúc mạch vịng tốc độ số Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 99 b Sử dụng phần mềm MATLAB SIMULINK mô hệ thống Sau thay thơng số tính tốn tiến hành Sử dụng phần mềm MATLAB SIMULINK mô hệ thống ta đƣợc kết mơ hình H3-24 Hình H3-24a: Đáp ứng tốc độ với; kp=0.25; ki = 42; k =0.0006 ;T = 0,5 Tu = 0,00165 Hình H3-24b: Đáp ứng tốc độ với T= 0.002;kp= 0.25; ki = 50; k = 0.00058 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 100 Kết mô mạch vòng tốc độ cho thấy đáp ứng dòng điện đạt yêu cầu hệ thống : + Độ điều chỉnh  % < 26 % + tqđ = 0,6 s + Sai lệch tĩnh = Nhận xét Sử dụng phần mềm MATLAB SIMULINK để mô hệ thống với giá trị, thông số khác Kết mơ cho thấy chất lƣợng dịng điện tốc độ đáp ứng đƣợc yêu cầu mà hệ thống đặt ra.Vì mơ hệ thống sử dụng phần mềm MATLAB SIMULINK cho kết nhanh xác Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 101 KẾT QUẢ LUẬN ÁN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Qua việc làm luận văn thực đƣợc kết nhƣ sau : Bản luận văn giành khối lƣợng định để nghiên cứu vi điều khiển thông dụng có hệ vi điều khiển sử dụng máy tính cũ, với ƣu điểm vi điều khiển ứng dụng hệ truyền động điện nói chung hệ truyền động điện cho động điện chiều nói riêng tạo hệ truyền động số có nhiều ƣu điểm so với hệ truyền động tƣơng tự trƣớc Việc nghiên cứu khảo sát hệ truyền động PWM động điện chiều với ứng dụng vi điều khiển tạo hệ truyền động PWM-D số chứa đựng ƣu điểm hệ truyền động số so với hệ truyền động tƣơng tự Đồng thời qua việc tổng hợp, khảo sát độ ổn định chất lƣợng hệ thấy hệ truyền động đảm bảo chất lƣợng tốt; với hệ truyền động ứng dụng cho máy sản xuất nhƣ máy phay, máy bào, máy mài… số máy phục vụ công nghiệp chung khác 3.Việc khảo sát chất lƣợng trƣớc thƣờng dùng ngôn ngữ PASCAL dùng phần mềm MATLAB SIMULINK khảo sát hệ truyền động nói riêng hệ điều khiển nói chung, cho phép tính tốn đơn giản nhanh, xác Điều thấy rõ qua việc khảo sát hệ truyền động số PWM-D luận văn Kiến nghị: Để đề tài ứng dụng vào sản xuất cần có thời gian nghiên cứu cách chi tiết cụ thể hơn, đồng thời phải tiến hành thí nghiệm mơ hình thực Làm đƣợc nhƣ đề án có tính khả thi ứng dụng vào thực tế Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Nguyễn Trung Sơn, Cao Văn Thành (1999) Điều khiển số máy điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Lê văn Doanh, Phạm khắc Chƣơng (1988) Kỹ thuật Vi điều khiển, nhà xuất khoa học kỹ thuật Tống Văn On, Hoàng Đức Hải (2008) Họ vi điều khiển 8051, Nhà xuất lao động – xã hội TS Trần Thọ, PGS-TS Võ Quang Lạp (2004) Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Ngô Diễn Tập (2000) Vi xử lý đo lường điều khiển, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Phạm Xuân Minh, Hà thị Kim Duyên, Phạm Xuân Khánh (2008) Giáo trình lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất giáo dục TS Võ Quang Lạp (2001-2002) Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý máy vi tính PC/AT 286 (PC/AT 386) để thay điều chỉnh hệ thống tự động truyền động cho máy công nghiệp Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Nguyễn Phùng Quang (2006) MATLAB SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... đƣơng Do để tận dụng khai thác tiềm vi điều khiển nên em chọn hƣớng nghiên cứu ? ?Nghiên cứu, ứng dụng vi điều khiển cho hệ điều chỉnh ổn định tốc độ động điện chiều kích từ độc lập? ?? Số hóa Trung... học, kỹ thuật ngày Đặc biệt truyền động điện, đo lƣờng điều khiển Vi? ??c nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào hệ thống truyền động điều khiển tốc độ động điện chiều nói chung ngày phổ biến Ví dụ... hệ truyền động với vi? ??c ứng dụng vi điều khiển 2.1 Hệ thống Thyistor- động chiều (T-Đ) 46 46 2.1.1 Hệ T-D tƣơng tự 46 2.1.2 Hệ thống T-D điều khiển số 48 2.2 Hệ truyền động chế độ rộng xung động