Thiết kế cấu trúc điều khiển sử dụng bộ chopper (1 góc phần tư) cho động cơ một chiều hoạt động (M>0, w>0)

Thiết kế cấu trúc điều khiển sử dụng bộ chopper (1 góc phần tư) cho động cơ một chiều hoạt động (M>0, w>0). Yêu cầu thiết kế, mô hình hóa, cấu trúc điều khiển, tổng hợp bộ điều chỉnh, kết quả mô phỏng, kết luận. Chopper: Điện áp nguồn: U_in = 280V Cuộn cảm: L = 0,01H Van IGBT với tần số đóng cắt f_

Thiết kế cấu trúc điều khiển sử dụng chopper (1 góc phần tư) cho động chiều hoạt động (M>0,ɷ>0) 9/30/2021 Mục lục: Yêu cầu thiết kế Mơ hình hóa Cấu trúc điều khiển Tổng hợp điều chỉnh Kết mô Kết luận 9/30/2021 Yêu cầu thiết kế Thiết kế chopper cho động điện chiều hoạt động với thông số sau: Chopper: - Điện áp nguồn: Uin = 280V - Cuộn cảm: L = 0,01H - Van IGBT với tần số đóng cắt f𝑠 = 5000Hz Động DC - Công suất định mức: Pđ𝑚 = 5HP = 3728W - Tốc độ định mức: nđ𝑚 =1750 rpm - Phần ứng: R a = 0,78Ω; La = 0,016H; Ua = 240𝑉 - Phần kích từ : Lf = 112,5H; R f =150Ω; Laf = 1,234H; Uf = 150𝑉 - Momen quán tính: J= 0,25 kg.m2 - Hệ số ma sát: B=0,01 - dòng: 1,5 Iđm - Thời gian đáp ứng dòng điện: T𝑟𝑒𝑠 = 1𝑚𝑠 - giới hạn gia tốc: -250 ÷ 250 9/30/2021 Mơ hình hóa  Bộ biến đổi: 𝑈ư = 𝑑 𝑈𝑖𝑛  Động DC: • Phương trình cân điện áp mạch phần ứng: 𝑑𝑖 𝑈ư = 𝑅𝑎 𝐼 + 𝐿𝑎 + 𝑒 𝑑𝑡 𝑈ư − 𝑒 →𝐼= + 𝑅𝑎 + 𝐿𝑎 𝑠 Trong đó: 𝑒 = 𝑘𝜙𝜔 𝑈𝑓 𝑘𝜙 = 𝐿𝑎𝑓 𝐼𝑓 = 𝐿𝑎𝑓 𝑅 = 1.234 9/30/2021 La Uư 𝑓 • Phương trình cân momen: 𝑑𝜔 𝑀 = 𝐵 𝜔 + 𝐽 +𝑀𝑐 𝑑𝑡 𝑀 − 𝑀𝑐 →𝜔= 𝐽 𝑠 + 𝐵 Trong đó: M= 𝑘𝜙𝐼 iư Uf Ra - Cấu trúc điều khiển  Cấu trúc điều khiển sử dụng chopper cho động chiều với hai vòng điều khiển: mạch vòng dòng điện (vòng trong) mạch vòng tốc độ (vịng ngồi) 9/30/2021 Tổng hợp điều chỉnh Mạch vịng dịng điện • Hàm truyền đối tượng: 𝑖 𝑖 𝑈ư 𝑈𝑖𝑛 𝐺đ𝑡 = = = 𝑑 𝑈ư 𝑑 𝐿𝑎 + 𝑅𝑎 • Hàm truyền điều khiển PI: 𝑘𝑖 𝐺𝑐 = 𝑘𝑝 + 𝑠 • Hàm truyền vịng kín: 𝑘𝑖𝑖 𝑈𝑖𝑛 𝑘 + 𝑝𝑖 𝐺đ𝑡 𝐺𝑐𝑖 𝑠 𝐿𝑎 𝑠 + 𝑅𝑎 𝐺𝑖 = = 𝑈𝑖𝑛 + 𝐺đ𝑡 𝐺𝑐𝑖 + 𝑘 + 𝑘𝑖𝑖 𝑝𝑖 𝑠 𝐿𝑎 𝑠 + 𝑅𝑎 9/30/2021 Tổng hợp điều chỉnh • Hàm truyền vịng kín: 𝑈𝑖𝑛 𝑘𝑝𝑖 𝑘 ( 𝑠 + 1) 𝐿𝑎 𝑅𝑎 𝑖𝑖 𝑠 𝑘𝑖𝑖 𝑅𝑎 𝑠 + 𝐺𝑖 = 𝑈𝑖𝑛 𝑘𝑝𝑖 1+ 𝑘𝑖𝑖 ( 𝑠 + 1) 𝐿 𝑅𝑎 𝑠 𝑘𝑖𝑖 𝑎 𝑅𝑎 𝑠 + 𝑘𝑝𝑖 𝐿 𝐿 Chọn 𝑘𝑝𝑖 , 𝑘𝑖𝑖 cho: 𝑘 = 𝑅𝑎 → 𝑘𝑝𝑖 = 𝑅𝑎 𝑘𝑖𝑖 𝑎 𝑎 𝑖𝑖 𝑈𝑖𝑛 1 → 𝐺𝑖 = 𝑘 = 𝑅𝑎 𝑅𝑎 𝑖𝑖 𝑠 + 𝑈𝑖𝑛 𝑘 𝑠+1 𝑅𝑎 𝑖𝑖 𝑈𝑖𝑛 𝑘𝑖𝑖 𝑅 Chọn 𝑘𝑝𝑖 , 𝑘𝑖𝑖 cho: 𝑇𝑟𝑒𝑠_𝑖 = 𝑈 𝑎.𝑘 (đạt 95% giá trị đặt) 𝑖𝑛 → 𝑘𝑖𝑖 = 𝑅 𝑈 𝑇𝑎 𝑖𝑛 𝑟𝑒𝑠_𝑖 𝑖𝑖 → 𝑘𝑝𝑖 = 𝑈 𝐿𝑎 𝑖𝑛 𝑇𝑟𝑒𝑠_𝑖 1 1 → 𝐺→ = 𝑖 𝐺𝑖 = 𝑇𝑟𝑒𝑠_𝑖 𝑠 + 𝑇𝑖 𝑠=+𝑇1 𝑠 + 𝑇𝑟𝑒𝑠_𝑖 𝑖 𝑠 + 9/30/2021 4: Tổng hợp điều chỉnh Mạch vịng tốc độ • Hàm truyền đối tượng: 𝐺đ𝑡 𝑘𝜙 𝑘𝜙 𝐵 = 𝐺𝑖 𝑘𝜙 = = 𝐽 𝐽 𝑠 + 𝐵 (𝑇𝑖 𝑠 + 1)(𝐽 𝑠 + 𝐵) 𝑇𝑖 𝑠 + (𝐵 𝑠 + 1) 𝐽 Đặt 𝑇1 = 𝐵 ; 𝑇2 = 𝑇𝑖 ; 𝑘 = 𝑘𝜙 𝐵 Tổng hợp điều khiển theo phướng pháp tối ưu độ lớn: 𝐺𝑐𝜔 9/30/2021 𝑘𝑖𝜔 = 𝑘𝑝𝜔 + 𝑠 4: Tổng hợp điều chỉnh 𝐺𝑐𝜔 = 𝑘𝑝𝜔 + 𝑘𝑖𝜔 𝑠 Trong đó: 𝐽 𝑇𝑖𝜔 = 𝑇𝑖 = 𝐵 𝑇 𝐽 𝑘𝑝𝜔 = 2.𝑘.𝑇 = 2.𝑇 𝑘𝑖𝜔 = 𝑘𝑝𝜔 𝑇𝑖𝜔 𝐵 = 2.𝑇 → 𝐺𝑐𝜔 = 9/30/2021 𝑖 𝑖 𝐽 𝐵 + 𝑇𝑖 𝑇𝑖 𝑠 Kết mô  Mô kiểm chứng phần mềm MATLAB Mơ hình chopper động DC 9/30/2021 10 Kết mô Cấu trúc điều khiển động DC 9/30/2021 11 5: Kết mô  Tải định mức (đóng tải sau 8s) tốc độ đinh mức 9/30/2021 12 5: Kết mô  Tải thay đổi: 0 10 Nm (5s)  20 Nm (10s)  (quá tải) 24 Nm (20s)  20 Nm (25s) 9/30/2021 13 5: Kết mô  Tốc độ đặt thay đổi: 1000 rpm (3s)  1750 rpm (10s)  (25s) 9/30/2021 14 Kết luận - Giá trị dòng điện tốc độ thực bám theo giá trị đặt - Sai lệch tĩnh tốc độ nhỏ (khoảng 0.1%) dòng điện khoảng 0.8% - Thời gian đáp ứng tốc độ lớn nhiều so với thời gian đáp ứng dòng điện (1ms) - - điều khiển dòng điện tốc độ đáp ứng yêu cầu thiết kế 9/30/2021 15 9/30/2021 16 ... cắt f