Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều sử dụng BBĐ DC DC

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 MÔ TẢ CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 4 1.1. Giới thiệu chung 4 1.2 sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ một chiều 5 1.3 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập 5 1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 5 1.3.2 Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 7 1.3.3 Mô tả toán học của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 8 1.4. Bộ biến đổi xung áp động cơ DCDC 10 1.5 Máy phát tốc 13 1.6. Bộ điều chỉnh PI 14 1.7. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện. 15 PHẦN NÓI THÊM 17 1. Máy biến áp 17 2. Bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho động cơ điện một chiều 17 3. Nguyên lý làm việc của bộ chỉnh lưu. 19 4. Vấn đề điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha. 20 5. Nhận xét. 21 CHƯƠNG 2 . ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN BẰNG BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP 25 2.1. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. 25 2.1.1. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng 25 2.1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông của cuộn dây kích từ. 26 2.1.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng. 27 2.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ khi sử dụng thiết bị điểu chỉnh xung áp 28 Chương 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG THEO PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU MOODUN KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU ĐỐI XỨNG 31 3.1 Các phương pháp điều khiển 33 3.1.1. Phương pháp tối ưu modun 33 3.1.2. Phương pháp tối ưu đối xứng 35 3.2. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện và tốc độ cho hệ truyền động quay động cơ. 36 3.2.1 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện. 37 3.2.2 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ. 39 CHƯƠNG 4. KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG 42 4.1. Kiểm tra, đánh giá chất lượng của trạng thái tĩnh 42 4.2. Tiêu chuẩn ổn định đại số 43 4.3. Kiểm tra, đánh giá chất lượng động của hệ thống bằng phần mềm Matlab Simulink. 44 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49   LỜI MỞ ĐẦU Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển và tự động hóa là đồ án quan trọng trong chươg trình đào tạo của ngành điều khiển và tự động hóa. Đây là đồ án cần vận dụng và tổng hợp các kiến thức của các học phần đã được học để giải quyết thiết kế tổng hợp một hệ thống điều khiển tự động hóa trong thực tế. Sau một thời gian học tập các học phần cơ sở nay em được giao đề tài: “thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều sử dụng BBĐ DCDC” để thực hiện. Sau thời gian thực hiện đến nay đề tài đã hoàn thành và nội dung gồm có 4 chương: Chương 1: Mô tả cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ một chiều Chương 2: Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng bộ biến đổi xung áp Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống theo phương pháp tối ưu moodun kết hợp phương pháp tối ưu đối xứng Chương 4: Kiểm tra, đánh giá chất lượng và hiệu chỉnh hệ thống hoàn thành đề tài này bản thân em đã hết sức nổ lực và cố gắng nhưng có thể còn nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô giáo hướng dẫn chỉ bảo để đồ án được hoàn thiện hơn.

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Vinh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Vinh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên phản biện GVHD: Trần Duy Trinh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MỤC LỤC GVHD: Trần Duy Trinh KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN LỜI MỞ ĐẦU Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa đồ án quan trọng chươg trình đào tạo ngành điều khiển tự động hóa Đây đồ án cần vận dụng tổng hợp kiến thức học phần học để giải thiết kế tổng hợp hệ thống điều khiển tự động hóa thực tế Sau thời gian học tập học phần sở em giao đề tài: “thiết kế điều chỉnh tốc độ động chiều sử dụng BBĐ DC-DC” để thực Sau thời gian thực đến đề tài hồn thành nội dung gồm có chương: Chương 1: Mô tả cấu trúc hệ thống điều khiển động chiều Chương 2: Điều chỉnh tốc độ động biến đổi xung áp Chương 3: Thiết kế điều khiển cho hệ thống theo phương pháp tối ưu moodun kết hợp phương pháp tối ưu đối xứng Chương 4: Kiểm tra, đánh giá chất lượng hiệu chỉnh hệ thống hoàn thành đề tài thân em nổ lực cố gắng cịn nhiều thiếu sót, kính mong thầy cô giáo hướng dẫn bảo để đồ án hoàn thiện xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực GVHD: Trần Duy Trinh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN CHƯƠNG MÔ TẢ CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung Điều khiển tốc độ phần yêu cầu cần thiết tất yếu máy sản xuất Ta biết hầu hết máy sản xuất địi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo công việc, điều kiện làm việc mà ta lựa chọn tốc độ khác để tối ưu hóa q trình sản xuất Muốn có tốc đọ khác máy ta thay đổi cấu trúc học máy tỉ số truyền thay đổi tốc độ động truyền động em khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ động truyền động Tốc độ làm việc động người điều khiển quy định gọi tốc độ đặt Trong q trình làm việc, tốc độ động bị thay đổi tốc độ động phụ thuộc nhiều vào thông số nguồn, mạch tải nên thơng số thay đổi ốc độ động bị thay đổi theo Tình trạng gây sai số tốc độ khơng cho phép Để khắc phục người ta dùng phương pháp ổn định tốc độ Để ổn định tốc độ ảnh hưởng quan trọng đến giải điều chỉnh (phạm vi điều chỉnh tốc độ) khả tải động Độ ổn định cao giải điều chỉnh có khả mở rộng mơ men q tải lớn Có nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ động như: + Điều chỉnh tham số + Điều chỉnh điện áp nguồn + Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ Ở em đề cập đến phương pháp điều khiển tốc độ động chiều GVHD: Trần Duy Trinh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN 1.2 sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động chiều BBĐ AC - DC Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động chiều Hệ thống điều khiển động chiều hình 1.1gồm có khâu sau: + Bộ điều khiển tốc độ (speed controller) + Bộ giới hạn tốc độ (limiter) + Bộ điều chỉnh dòng (current controller) + Bộ biến đổi xung áp động + Động chiều kích từ độc lập + Máy phát tốc 1.3 Động điện chiều kích từ độc lập 1.3.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc a Cấu tạo Cấu tạo động gồn stator, rotor hệ thống chổi than – vành góp Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quân kích thích) gồm bối dây đặt rãnh của lõi sắt.Số lượng cực từ từ phụ thuộc tốc độ quay Đối với động công suất nhỏ người ta kích từ nam châm vĩnh cửu Rotor (còn gọi phần ứng) gồm thép kỹ thuật điện ghép lại có rãnh để đặt phần tử dây quấn phần ứng Điện áp chiều đưa vào phần ứng qua hệ thống chổi than – vành góp Kết cấu giá đỡ chổi than có khả điều chỉnh áp lực tiếp xúc tự động trì áp lực tùy theo độ mòn chổi than GVHD: Trần Duy Trinh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Chức chổi than – vành góp để đưa điện áp chiều vào cuộn dây phần ứng đổi chiều dòng điện cuộn dây phần ứng Số lượng chổi than số lượng cực từ (một nửa có cực tính dương nửa có cực tính âm) b Nguyên lý làm việc động chiều Khi đặt lên dây quấn kích từ điện áp kích từ U k dây quấn kích từ xuất dịng kích từ i k mạch từ máy có từ thơng ɸ Tiếp đặt giá trị điện áp U lên mạch phần ứng dây quấn phần ứng có dịng điện i chạy qua Tương tác dòng điện phần ứng từ thơng kich thích tạo thành momen điện từ.giá trị momen điện từ tính sau: Khi nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập Lúc động gọi động điện chiều kích từ độc lập Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập Ta có: Phương trình cân điện áp: Uư = Eư + (Rư + Rf).Iư (2.1) Trong đó: Uư _ điện áp phần ứng Eư _ sức diện động phần ứng Rf _ điện trở phụ mạch phần ứng Rư _ điện trở phần ứng Rư = rư + rcf + rb + rcl rư _ điện trở cuộn dây phần ứng rcf _ điện trở cuộn cực từ phụ rb _ điện trở cuộn bù rcl _điện trở tiếp xúc chổi điện Sức điện động phần ứng động tính sau: GVHD: Trần Duy Trinh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Eu = KHOA ĐIỆN p.N φ ω = k φ ω 2.π a (2.2) Trong p: số đơi cực từ N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng φ: từ thơng kích từ cực từ ω: tốc độ góc 1.3.2 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Từ hệ phương trình (2.1) (2.2) ta rút phương trình đặc tính điện biểu thị mối quan hệ ω = f(I) động điện chiều kích từ độc lập sau: = - Iư (2.3) Mặt khác, mômen điện từ động xác định: Mđt = kϕIư Nếu bỏ qua tổn thất thép momen trục động M M đt: = - M (2.4) biểu diễn đặc tính dạng khác: ω = ω0 - ∆ω từ phương trình đặc tính điện (2.3) phương trình đặc tính (2.4) φ=const đặc tính động có dạng sau: ω ω a ω0 ωđm ωđm b ω0 Iđm Inm I Mđm Mnm M Hình 1.3 a) Đặc tính – điện động điện chiều kích từ độc lập b) Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Độ cứng đặc tính cơ: So với động kích từ nối tiếp động kích từ độc lập có đặc tính cứng nên phù hợp với truyền động có yêu cầu ổn định cao tốc độ.Khi thay GVHD: Trần Duy Trinh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với đường đặc tính tự nhiên Khi thay đổi điện áp phần ứng (giảm áp) momen mở máy, dịng điện khởi động động giảm tốc độ động giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp hay sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động Ld Rd Id Hình 1.4 Đặc tính động điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng 1.3.3 Mơ tả tốnMchọc động điện chiều kích từ độc lập E§ n, M Ud Hình 1.5 Mạch điện tương đương động điện chiều KTĐL Hình 1.5 biểu diễn mạch điện tương đương động điện chiều kích từ độc lập với từ thông không đổi định mức, điện trở R d điện cảm Ld bao gồm điện trở điện cảm chỉnh lưu điện trở điện kháng san bằng, điện trở điện cảm cuộn dây phần ứng động Từ hình 1.5 viết phương trình vi phân sau với giả thiết dòng điện liên tục: (2.5) GVHD: Trần Duy Trinh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN (2.6) Trong đó: sức điện động động mơmen điện từ động cơ, bỏ qua tổn hao mơmen trục động Mc tổng mômen cản quy đổi trục động cơ, bao gồm mômen cản không tải mômen phụ tải, đơn vị N.m GD2 mơmen qn tính hệ thống truyền động điện quy trục động cơ, đơn vị Nm2 hệ số mơmen với kích từ độc lập động điện, đơn vị Nm/A Khi định nghĩa số thời gian: Te = Ld/Rd - Hằng số thời gian điện từ mạch điện rôto, đơn vị s số thời gian điện hệ thống truyền động điện, đơn vị s Thay số thời gian vào phương trình vi phân, sau biến đổi được: Trong đó: dòng điện phụ tải Với điều kiện đầu 0, dùng phép biến đổi Laplace hai vế, hàm số truyền điện áp dòng điện: (2.7) Hàm số truyền dòng điện sức điện động là: (2.8) GVHD: Trần Duy Trinh Ic(s) n(s) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Sơ đồ cấu trúc biểu thức (2.7) (2.8) vẽ hình 3.3a 3.3b.Nếu đem c - sơ đồ cấu trúc trạng thái EĐ(s) hợp vào làm một, ý tớiId(s) động động điện chiều với kích từ độc lập, hình 3.3c EĐ(s) Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc trạng thái độngđộng điện chiều KTĐL Từ 1.6c thấy động điện chiều có hai đại lượng đầu vào, điện áp chỉnh lưu không tải lý tưởng U d, đại lượng dòng điện phụ tải I c Đại lượng đầu lượng khống chế đầu vào, đại lượng lượng nhiễu phụ tải Nếu khơng cần thiết thể dịng điện I d vào sơ đồ cấu trúc, dịch n(s) Ic(s)tổng hợp lượng nhiễu điểm I c phía trước, đồng thời tiến hành tính tốn chuyển đổi tương đương, hình 1.6a Ở chế độ khơng tải lý tưởng I c = 0, sơ đồ cấu trúc đơn giản hố thành sơ đồ hình 1.6b n(s) Ud(s) b a - Ud(s) GVHD: Trần Duy Trinh 10 - ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Trong đó: - Hằng số thời gian tổng: - Chọn cấu trúc điều khiển là: Khi thơng số điều khiển sau: Chọn TD = T1 Chọn Tính chọn Kp theo công thức: Mô để xác định chất lượng điều khiển 3.2 Thiết kế điều khiển dòng điện tốc độ cho hệ truyền động quay động Rn(s) Ri(s) Uc® - Eb - Un Ui Id - Ic n E§ - Hình 3.7.Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều chỉnh tốc độ dòng điện Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vịng kín vẽ hình 3.14, khác với hình 3.7 chỗ tăng thêm khâu lọc lọc dịng điện Bởi tín hiệu đo dòng điện thường chứa thành phần xoay chiều, buộc phải bố trí thêm khâu lọc tần thấp có số thời gian T oi chọn theo yêu GVHD: Trần Duy Trinh 37 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN cầu Khâu lọc hạn chế thành phần xoay chiều tín hiệu phản hồi, lại làm cho tín hiệu phản hồi chậm lại.Để khắc phục (làm cân với chậm trễ này), đường vào tín hiệu đặt thường bố trí khâu qn tính có số thời gian, gọi khâu lọc tín hiệu đặt gọi khâu lọc cho trước Ý nghĩa là: làm cho tín hiệu đặt (cho trước) tín hiệu phản hồi chậm thời gian nhau, làm cho hai phối hợp khớp với mặt thời gian, từ dẫn tới việc thiết kế trở nên dễ dàng Nguyên tắc thiết kế: Nguyên tắc chung để thiết kế hệ thống điều khiển nhiều mạch vòng là: vòng trong, vịng vịng mở rộng ngồi Vận dụng vào là: mạch vòng dòng điện, trước tiên phải thiết kế xong điều chỉnh dòng điện, tiếp đến coi mạch vòng dòng dòng điện khâu hệ thống điều chỉnh tốc độ quay, sau lại thiết kế điều chỉnh tốc độ quay - Hình 3.14.Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều chỉnh tốc độ dòng điện 3.2.1 Thiết kế điều khiển dòng điện Trong hệ truyền động tự động hệ chấp hành mạch vịng điều chỉnh dịng điện mạch vòng Chức mạch vòng dòng điện trực tiếp gián tiếp xác định mơ men kéo động cơ, ngồi cịn có chức bảo vệ, điều chỉnh gia tốc Bỏ qua khâu nhiễu loạn phụ tải sức điện động động ta có sơ đồ khối mạch vòng dòng điện: EĐ(s) Ud(s) (-) (-) GVHD: Trần Duy Trinh 38 Id(s) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Hình 3.15.Sơ đồ cấu trúc trạng thái động mạch vòng dòng điện Trong điều chỉnh dịng điện Hệ số khuếch đại động cơ: Hằng số thời gian điện từ động cơ: Hằng số thời gian học Hệ số khuếch đại biến đổi: Hằng số thời gian biến đổi: Giá trị dòng điện mà khâu ngắt tác động: Chọn giá trị thời điểm tín hiệu điện áp lấy điện trở có giá trị 10(V) hệ số phụ thuộc vào biến dịng ta có: a Đơn giản hóa sơ đồ Do quán tính học lớn nhiều so với quán tín điện từ (T m>> Te) biến đổi tốc độ chậm biến đổi tốc độ dòng điên.Trong mạch vịng dịng điện coi Lúc mạch vịng dịng điện có dạng : (-) Ri(s) (-) GVHD: Trần Duy Trinh 39 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Ở KHOA ĐIỆN Toi ta chọn 0.0003s Khi lọc dịng điện b Lựa chọn cấu trúc xác định tham số điều chỉnh Xác định theo phương pháp tối ưu mơdul: Đốitượngđiều chỉnh là: Trong mạch vịng dịng điện, u cầu phải có tính bám tốt, ta chọn khâu PI Theo tối ưu modul: với Hàm truyền hệ hở sau hiệu chỉnh: Với Theo tối ưu modul để Suy ta chọn (tương ứng Vậy hàm truyền điều khiển dòng điện là: GVHD: Trần Duy Trinh 40 ) ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN 3.2.2 Thiết kế điều khiển tốc độ Hệ thống điều chỉnh tốc độ hệ thống mà đại lượng điều chỉnh tốc độ góc động cơ.Hệ thống điều chỉnh tốc độ hình thành từ hệ thống điều chỉnh dịng điện - Đơn giản hóa mạch vịng dịng điện thành khâu tương ứng mạch vòng tốc độ Id(s)+ (-) Hàm truyền hệ kín mạch vịng dịng điện: Sơ đồ cấu trúc tương đương: U (s) Id(s) - Sau dùng khâu tương đương mạch vòng dịng điện thay cho mạch vịng kín dịng điện, sơ đồ cấu trúc trạng thái động toàn hệ thống điều chỉnh tốc độ quay trở thành hình sau: (-) n(s) (-) Hình 3.16.Sơ đồ cấu trúc trạng thái động mạch vòng tốc độ Hệ số phản hồi âm tốc độ: Đơn giản hóa sơ đồ GVHD: Trần Duy Trinh 41 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Giả thiết Ic(s) =0 ta có: n(s) (-) Trong đó: b Lựa chọn cấu trúc xác định tham số điều chỉnh Xác định theo phương pháp tối ưu đối xứng: Đối tượng điều chỉnh là: Mạch vòng tốc độ yêu cầu khả chống nhiễu tốt có nhiễu nguồn nhiễu tải Ta thấy sau nhiễu có khâu tích phân nên trước nhiễu phải có khâu tích phân để cân hệ thống Mạch vòng tốc độ yêu cầu lượng điều chỉnh nhỏ Sử dụng điều chỉnh PI Theo tối ưu đối xứng: Hàm truyền hệ hở sau hiệu chỉnh: Với Với Mặt khác: Chọn độ rộng trung tần h = 100 ta có: ; GVHD: Trần Duy Trinh 42 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Suy Vậy hàm truyền điều khiển tốc độ là: GVHD: Trần Duy Trinh 43 KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN CHƯƠNG KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG 4.1 Kiểm tra, đánh giá chất lượng trạng thái tĩnh Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống sau có điều khiển tốc độ dịng điện thiết kế chương vẽ hình 4.1 Khi u cđ = 0, có đại lượng nhiễu đầu vào I c, lượng đầu lúc độ lệch tốc độ quay (tức lượng giảm tốc độ trạng thái động) ∆n nhiễu phụ tải gây ra, biến đổi sơ đồ cấu trúc trạng thái động trường hợp thành dạng sơ đồ hình 4.2 Dùng phép biến đổi tương đương sơ đồ khối, được: (-) Ucđ(s) Eds n(s) (-) Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống sau có điều khiển tốc độ dịng điện -Ic(s) (-) Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống Ucđ = Sử dụng phép biến đổi đẳng trị ta có: GVHD: Trần Duy Trinh 44 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Khi đột ngột tăng tải: Nên Sai lệch tốc độ trạng thái ổn định (sai lệch tĩnh) nhiễu phụ tải gây là: 4.2 Tiêu chuẩn ổn định đại số a Điều kiện cần để hệ thống ổn định Xét hệ thống điều khiển tự động có phương trình đặc tính tổng quát sau: Vậy điều kiện cần để hệ thống điều khiển tự động tuyến tính ổn định tất hệ số phương trình đặc tính dương Có nhiều tiêu chuẩn để xét tính ổn định hệ thống, nội dung đồ án em xét tính ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz b Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz Phát biểu: Điều kiện cần đủ để hệ thống tuyến tính ổn định hệ số a0 định thức Hurwitz dương Định thức Hurwitz lập từ ma trận hệ số theo quy tắc sau: - Theo đường chéo ma trận, viết hệ số từ a đến an - Phía đường chéo hệ số tăng dần, phía giảm dần - Các hệ nhỏ a0 lớn an c Xét tính ổn định hệ thống Xét tính ổn định hệ thống có ổn định hay khơng dựa vào tiêu chuẩn ổn định Từ ta tiến hành hiệu chỉnh để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đặt yêu cầu mong muốn Từ sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống sau có điều khiển tốc độ dòng điện thiết kế chương vẽ hình 4.1 ta có hàm truyền kín hệ thống là: GVHD: Trần Duy Trinh 45 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Phương trình đặc trưng hệ thống là: Hệ số a0 = 0,0033; a1 = 1; a2 = 152,8; a3 = 463 dương Định thức Hurwitz: Theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz điều kiện cần đủ để hệ thống ổn định hệ số a0 định thức Hurwitz phải dương Ta thấy tất điều kiện hệ thống cho thỏa mãn Vậy hệ thống tuyến tính ổn định 4.3 Kiểm tra, đánh giá chất lượng động hệ thống phần mềm Matlab Simulink a Kiểm tra đánh giá mạch vòng dòng điện Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện Matlab Simulink GVHD: Trần Duy Trinh 46 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Hình 4.3: Sơ đồ mơ mạch vịng dịng điện Đặc tính động dịng điện sử dụng Matlab Simulink Hình 4.4: Kết mơ dịng điện Đánh giá kết quả: Từ đặc tính mơ dịng điện ta thấy hệ thống ổn định, lượng điều khiển ; tốc độ đáp ứng 0,01(s); thời gian điều chỉnh 0,025(s) thỏa mãn yêu cầu công nghệ Kiểm tra chất lượng động tốc độ sau có điều khiển tốc độ Sơ đồ cấu trúc mạch vịng tốc độ Matlab Simulink Hình 4.5: Sơ đồ mơ mạch vịng tốc độ Đặc tính động tốc độ dòng điện sử dụng Matlab Simulink Khi tốc độ đặt động là: 30rad/s tải 50A GVHD: Trần Duy Trinh 47 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Hình 4.6: Kết mơ mạch vịng tốc độ Khi tăng tốc độ động lên 104rad/s tải giữ nguyên 50A Khi tăng tải lên 200A GVHD: Trần Duy Trinh 48 KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN Đánh giá kết quả: thay đổi tốc độ đặt moomen phụ tải đường đặc tính ln bám sát với tốc độ đặt Trong trình tăng tải đột ngột lên 200A tốc độ bám sát đường đặc tính ban đầu.Từ đặc tính mơ tốc độ ta thấy hệ thống ổn định, thỏa mãn yêu cầu công nghệ Nhờ có khâu bão hịa Saturation làm cho điều khiển tốc độ bão hòa khởi động động cơ, dịng điện mơmen giữ lớn không đổi nên thời gian khởi độngngắn, thời gian chu kỳ làm việc ngắn, giúp nâng cao suất sản xuất GVHD: Trần Duy Trinh 49 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN KẾT LUẬN Đồ án đề cập đến vấn đề điều khiển động điện chiều kích từ độc lập phương pháp thiết kế điều khiển cho hệ thống truyền động điện Trên sở đó, đề xuất thiết kế điều khiển tốc độ dịng điện cho động điện chiều Thơng qua việc lựa chọn phương phápthiết kế điều khiển tối ưu, mô kiểm tra kết phần mềm Matlab Simulink cho thấy: có điều khiển tốc độ dòng điện với cấu trúc tham số phù hợp hệ thống đảm bảo làm việc ổn định, chất lượng trạng thái tĩnh tốt, chất lượng trạng thái động thỏa mãn yêu cầu, tính bền vững cao…v.v đáp ứng tốt tất yêu cầu cơng nghệ Trong q trình làm đồ án em có thiếu sót mong thầy giáo góp ý giúp đỡ em hoàn thành đồ án GVHD: Trần Duy Trinh 50 ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG KHOA ĐIỆN TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 Bùi Đình Tiếu, Cơ sở truyền động điện tự động, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 Nguyễn Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2014 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 Trần Xuân Minh, Giáo trình tổng hợp hệ điện cơ, NXB Giáo dục Việt Nam, 2011 GVHD: Trần Duy Trinh 51 ... truyền động em khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ động truyền động Tốc độ làm việc động người điều khiển quy định gọi tốc độ đặt Trong trình làm việc, tốc độ động bị thay đổi tốc độ động. .. pháp điều khiển động điện chiều sau: +) Điều khiển tốc độ động cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng động +) Điều khiển tốc độ động cách thay đổi từ thông Ф +) Điều khiển tốc độ động cách... ĐIỆN CHƯƠNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN BẰNG BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP 2.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Từ phương trình đặc tính động điện chiều (2.4) ta nhận thấy tốc độ phụ thuộc