Chương 3: Viết chương trình mô phỏng

Chương trình mô phỏng Nâng hạ hàng cầu trục

Chương 3: Viết chương trình mơ 3.1 Xây dựng cấu trúc mạch vịng điều chỉnh 3.1.1.Các thơng số của động chính của cấu nâng hạ hàng: Động không đồng bộ roto lồng sóc ta chọn là động Y2-355M-2,160 kW của công ty SHANGHAI-TRUNG Q́C có các thơng sớ sau: +Cơng śt định mức:Pđm=160 (Kw) +Tốc độ :n=2980 (v/p) +Điện áp :AC 440(V) +Số cặp cực:2 +Tần số:f=50 (Hz) +Mô men mức:Mđm=512,75 (N.m) +Hiệu suất:η=94.6(%) +cosφđm =0.92 +Hệ số quá tải về momen là: λM=2.2 +Hệ số khởi động của momen là:λkđ=1.8 +Khối lượng động :m=1160 (kg) +Đường kính trục là:D=65(mm) +Mô men quán tính : J=0.876 (Jkgm2) +Dòng điện stato định mức: Isđm=153.2 (A) +Dòng điện stato không tải :Is0=87.8 (A) +Dòng điện Roto định mức : Irđm=139.3 (A) +Rs=0.137 (Ω) +Xs=0.218(Ω) +Rr=0.2 (Ω) +Xr=0.26 (Ω) 3.1.2 Tổng hợp mạch vòng hệ truyền động 3.1.2.1 Xây dựng mơ hình động không đồng hệ toạ độ dq Để xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động ta phải mơ hình hóa động khơng đồng ba pha Từ phương trình biểu diễn mối quan hệ điện - từ - ĐCDB ta xây dựng cấu trúc động Từ cấu trúc ta tổng hợp điều chỉnh Từ hệ toạ độ tổng quát (0,x,y) ta với hệ toạ độ dq có: ωk = ω s ωs ψr ( - tốc độ đồng bộ) trục d trùng với vector từ thông rôto Từ hệ phương trình 3.1, 3.2, 3.3 viết hệ toạ độ tổng quát viết phương trình hệ dq Mơ hình toạ độ dq Phương trình từ thông ψ sd ψ  sq  ψ rd ψ rq  = Ls isd + LM ird = Ls isq + LM irq = Lr ird + LM isd = Lr irq + LM isq (3.1) Suy ra:  ird = L ( ψ rd − LM isd ) r   irq = L ( ψ rq − LM isq )  r  ψ = L i + LM ( ψ − L i ) s sd rd M sd  sd Lr  ψ = L i + LM ( ψ − L i ) s sq rq M sq  sq Lr  (3.2) Phương trình điện áp  usd   usd   u  rd  urq   dψ sd − ωsψ sq dt dψ sq = Rs isq + + ωsψ sd dt dψ rd = Rr ird + − ωrψ rq dt dψ rq = Rr irq + − ωrψ rd dt = Rs isd + (3.3) Phương trình động lực học: M − Mc = J dω dt (3.4) Trong đó: M= M – Mơmen động cơ: Mc - Mômen cản phụ tải J – Mơmen qn tính LM Pp ( ψ rd isq −ψ rqisd ) Lr (3.5) Thế (2.5) vào (2.6) ta được: 1−σ 1−σ 1− σ  disd  dt = −( σ T + σ T )isd + ωs isq + σ T ψ rd + σ ωψ rq + σ L usd s r r s   disq 1−σ 1−σ 1−σ = −ωs isd − ( + )isq − ωψ rd + ψ rq + usq  σ Ts σ Tr σ σ Tr σ Ls  dt   dψ rd = i − ψ + ω ψ sd rd r rq  dt Tr Tr   dψ rq  dt = T isq − T ψ rq − ωrψ rd r r  Do trục d trùng với vector từ thông rôto ψr nên: ψ rq = (3.6) hệ (2.9) trở thành: 1−σ  disd  dt + T isd = ωs isq + σ T ψ rd + σ L usd σ r s   disq 1−σ + isq = −ωs isd − ωψ rd + usq  σ σ Ls  dt Tσ   dψ rd + ψ = i rd sd  dt Tr Tr  0 = i − ω ψ sq r rd  Tr  (3.7) Phương trình mơmen 2.7 trở thành: M= Lm Pp ψ rd isq Lr (3.8) Chuyển sang miền ảnh laplace ta có: 1 −σ  +Tσ p isd =ω isq + ψrd + u s  T σTr σLs sd σ   +Tσ p 1 −σ isq =− s isd − ω ω rd + ψ u  T σ σLs sq σ   +T p ) ψ =i ( r rd sd   isq −ωψrd r  = Tr  Trong đó: 1 1−σ = + Tσ σ Ts σ Tr (3.9) Phương trình động học: M − M c = Jω p (3.10) Mơ hình động không đồng hệ trục toạ độ dq : Hình 3.1 Mơ hình động KĐB hệ trục toạ độ dq Mơ hình tuyến tính hố động Mơ hình động khơng đồng có nhiều khâu phi tuyến tổng hợp mạch vịng điều chỉnh ta phải tuyến tính hóa động xung quanh điểm làm việc Muốn tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc ta giả sử điểm làm ω0 việc ổn định động ( , isd0, isq0, Usd0, Usq0, m0…) Hệ thống xê dịch xung quanh điểm làm việc nhỏ kéo theo tất đại lượng thay đổi ω = ω + ∆ω , i sd = i sq0 + ∆i sd lượng nhỏ đó: , Thay vào phương trình 2.11 2.12 ta được:  + pT σ  1−σ  T σ ÷∆isd = ωs ∆isq + isq ∆ωs + σ T ∆ψ rd + σ L ∆usd  r s   + pT σ  1−σ 1−σ ω0 ∆ψ rd − ψ rd ∆ω + ∆usq  ÷∆isq = −ωs ∆isd − isd ∆ωs − σ σ σ Ls  Tσ    + pT ∆ψ = ∆i r) rd sd (  1 ( ∆isq − ω r ∆ψ rd ) ∆ωr = ψ rd Tr  (2.14) Phương trình mơmen: ∆M = LM zp (ψ rd ∆isq + isq ∆ψ rd ) Lr (3.11) Hình 3.2 Mơ hình tuyến tính hố DCKDB quanh điểm làm việc Do điều chỉnh tốc độ động tốc độ định mức Cho nên giống động chiều ta theo luật điều chỉnh từ thông không đổi: ∆ψ rd = Do đó: Từ phương trình 2.14 suy ra: 2.14 2.15 trở thành: ∆isd = ∆ωr = 1 + pTσ  −σ  ∆isq = −isd ∆ωs −  ψrd ÷∆ω + ∆usq  Tσ σ Ls  σ       ∆ωr =  ÷∆isq  Trψrd    L ∆M = Pp M (ψrd ∆isq ) Lr   ψ r = ψ rdm = const Hệ phương trình (3.13) Mơ hình động KĐB tuyến tính hố quanh điểm làm việc hệ toạ độ dq ψ r = const cho nhánh sinh mơmen hình 2.26 Mơ hình tuyến tính hố nhánh điều khiển mơmen Hình 3.3 Mơ hình động KĐB hệ toạ độ dq tuyến tính hố ψ r = const quanh điểm làm việc Biến đổi dạng: b) Hình 3.14 a, b Mơ hình động KĐB đơn giản hoá hệ toạ độ dq Trong đó: A= isd 1−δ ;B = ψ rd + isd ψ rd 0Tr δ C= LM Pp ψ rd ; D = + A Lr J Tδ Mơ hình tuyến tính hố nhánh điều khiển kích từ Khi khởi động giống động chiều sau ổn định kích từ isq isd xong isd cấp nên coi đưa vào mạch phía phần ứng chưa hoạt động Vì bỏ qua ảnh hưởng phía phần ứng q trình khởi động Mạch theo nhánh isd có dạng: a) Biến đổi dạng: b) isd Hình 3.5a, b Nhánh ĐCKĐB hệ toạ độ dq 3.1.3.2 Tính tốn tham số động Các tham số Điện cảm tản Lδ s = Lδ r = Xs 0, 218 = = 0.694 2π f 2π x50 Xr 0, 26 = = 0.828 2π f 2π x50 Điện cảm hỗ cảm [mH] (3.14) [mH] (3.15) LM = U 2s − R2s − X s I s0 2* ∏ *50 [mH] (3.16) Điện cảm toàn phần Ls = Lσ s + LM [mH] (3.17) Lr = Lσ r + LM [mH] (3.18) Hệ số tản từ δ = 1− L2 M Ls * Lr Các số thời gian Ts = Tr = Ls Rs [s] [s]  1−δ  Tδ = 1/  + ÷  δ Ts δ Tr  (3.20) [s] Lr Rr (3.19) (3.21) Mômen định mức động Từ số liệu động cơ: M th = 2.2 M dm M dm = nên M th 2.2 M th = 2.2* M dm = 2.2*512.75 = 1128.05 Các trị số: [N.m] isd , isq ,ψ rd isd , isq ,ψ rd Ta xét điểm làm việc định mưc nên trị số định mức Ta có cơng thức tính gần giá trị Isd0 Isq0 sau: isd = I sdm − cos ϕ dm = *153.2* − 0.92 = 61.28 [A] 2 isq = I sdm − isd = 2*153.22 − 61.282 = 207.81 [A] Từ hệ phương trình hệ toạ độ dq ta có: ψ rd = Lr ird + LM isd   dψ rd 0 = Rr ird + dt  (3.22) dψ rd L + ψ rd − M isd = dt Tr Tr Suy ra: (3.23) ψ rd = LM isd + C0 e Giaỉ ta được: Khi xác lập ta có: t − Tr với C0 số ψ rd = LM isd 3.1.3.3.Mơ tả tốn học khâu tính tốn hàm truyền Bộ biến tần gồm hai khối CLPWM NL, mơ tả tốn học hệ số khuếch đại tín hiệu giữ hai khối số thời gian hai nhỏ nên ta mơ tả tốn học cho khối Mơ tả tốn học khâu Nghịch lưu Khâu nghịch coi khâu có qn tính Gần coi khâu nghịch lưu khâu qn tính bậc có hàm truyền: FNL = K NL + pTNL (3.24) Mơ tả tốn học khâu đo đòng Khâu đo dòng isq FqI = K qI + pTqI (3.25) Khâu đo dòng isd FdI = K dI + pTdI (3.26) Mô tả tốn học tính từ thơng Fdψ = K dψ + pTdψ (3.27) 3.1.3.4 Tính tốn tham số cần thiết Tính hàm truyền đo - Hệ số khuếch đại khâu đo dòng Isd: K dI = U ch 10 = = 0.0653 k I sd 2.5*61.28 - Tính hệ số khuếch đại khâu đo dòng Isq: K qI = U ch 10 = = 0.0192 k I sq 2.5* 207.81 Uch: Là điện áp chuẩn cấp cho mạch điều khiển kích mở - Bộ đo từ thơng: túy khâu quán tính bậc Vì có thời gian q độ bé nên xấp xỉ khâu khuyếch đại Hệ số khuếch đại đo từ thông: K dψ = U ch λψ rd λ Hệ số cho phép từ thông = điều chỉnh giữ từ thơng khơng đổi tồn dải Các tham số mơ hình tuyến tính hóa động A = B= isd ψ rd 0Tr 1− δ ψ rd + isd δ (3.28) C= 3ψ rd LM Pp Lr J D= +A Tδ - Chọn thông số nghịch lưu Tần số nghịch lưu 2.5kHz => Tpwm = 0.4 ms=>TNL =0.2ms TdI = TqI = TqI TqI 6 T f ω = 10* TqI K f ω = 1.01 K nl = U 400 = = 40 U ch 10 Tδ q = TqI + TNL Tδ d = TdI + TNL Tisq = D K isq = δ Ls K qI K NLTδ q Tω = 2Tδ q + T f ω + 4Tδω Kω = K qI 2Tδ q + T f ω + 4Tδω K f ω CTδω Tisd = Tσ K isd = Tσ K sisd Tδ d Tψ = Tr = σ Ls K NL K dI Tδ d Kψ = Tr * K dI 4* K dψ TNL 3.1.3 Mô hình hệ truyền động PWM – Động biểu đồ tốc độ 3.1.3.1 Mơ hình hệ truyền động PWM – Động Hình 3.6 Mơ hình hệ truyền động PWM – Động 3.1.4.2 Biểu đồ tốc độ Nguyên tắc điều khiển tốc độ cho cầu trục Với cầu trục việc điều khiển tốc độ thực tay điều khiển Tay điều khiển: Tạo tín hiệu điều khiển tương ứng với ba trạng thái tay điều khiển Vị trí hệ thống sẵn sàng hoạt động Khi tay điều khiển dịch chuyển vế phía “UP-DOWN” cấu nâng hạ Về phía “L-P” cấu quay, cấu di chuyển tay điều khiển tạo tín hiệu chọn chiều cho hệ thống cảm biến vị trí liện động với tay điều khiển Đồng thời tay điều khiển nối lien động với trục Encoder tạo tín hiệu dạng số điều khiển giá trị tốc độ quay động Thông thường Encoder sử dụng tạo tín hiệu 20 ; 21 ; 22 ; 23 ; ; 25 ; ; 27 điều khiển bite là: Như tay điều khiển tạo 10bite tín hiệu điều khiển (trong có bite chiều bite tốc độ) Tín hiệu tay điều khiển tạo đưa tới mã hóa sau từ mã hóa đưa tới PLC đặt tín hiệu đặt cho biến tần Nguyên tắc điều khiển tốc độ cấu nâng hạ hàng cầu trục RTG Động truyền động của cấu nâng hàng cấp nguồn từ biến tần INV1,2-FRN75VG75-4, đặc điểm cấu động truyền động làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại Điều khiển động thực tay trang cabin điều khiển phía bên trái, lựa chọn chế độ làm việc lựa chọn chế độ làm việc nút ấn bàn điều khiển HOIST FORWARD: Truyền động nâng hàng HOIST BACKWARD:Truyền động hạ hàng Sau thực đầy đủ công việc cấp nguồn cho cầu trục xác định trạng thái làm việc đèn hiệu bàn điều khiển khơng có cố nguồn điện độc lập cấp để chờ hoạt động Đưa tay điều khiển MC – T tiến hay lùi tương ứng với chiều nâng hay hạ hàng → đầu vào B120 B127 Tay điều khiển MC – T có 11 vị trí nên việc điều khiển tốc độ đối xứng hai chiều nâng và hạ hàng Biểu đồ tốc độ: Hình3.7: Biểu đồ tốc độ t0: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng tăng tốc (MC – T đặt vị trí 1) t1: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng tăng tốc (MC – T đặt vị trí 2) t2: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng tăng tốc (MC – T đặt vị trí 3) t3: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng tăng tốc (MC – T đặt vị trí 4) t4: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng tăng tốc (MC – T đặt vị trí 5) t5: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng giảmtốc (MC – T đặt vị trí ) t6: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng giảm tốc (MC – T đặt vị trí 3) t7: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng giảm tốc (MC – T đặt vị trí 2) t8: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều nâng giảm tốc (MC – T đặt vị trí 1) t9: thời gian ứng với cấp tốc độ động dừng (MC – T đặt vị trí 0) t10: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ tăng tốc (MC – T đặt vị trí 1) t11: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ tăng tốc (MC – T đặt vị trí 2) t12: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ tăng tốc (MC – T đặt vị trí 3) t13: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ tăng tốc (MC – T đặt vị trí 4) t14: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ tăng tốc (MC – T đặt vị trí 5) t15: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ giảm tốc (MC – T đặt vị trí 4) t16: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ giảm tốc (MC – T đặt vị trí 3) t17: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ giảm tốc (MC – T đặt vị trí 2) t18: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ giảm tốc (MC – T đặt vị trí 1) t19: thời gian ứng với cấp tốc độ theo chiều hạ tăng tốc (MC – T đặt vị trí 0) *Sơ đờ mơ phỏng simulink: Khối MODEL_AC_MOTOR_DQ Hình 3.8 Sơ đồ mơ Simulink Hình 3.9 Mơ hình động khơng đồng xoay chiều pha KHỐI INVERTER Hình 3.10 Khối Inverter KHÂU ĐIỀU CHỈNH DỊNG Isd Isq ( Ri_sd; Ri_sq) Hình 3.11 Khối điều chỉnh dịng Ri_sd Ri-sq KHÂU ĐIỀU CHỈNH TỪ THƠNG VÀ TỐC ĐỘ Hình 3.11 Khối điều chỉnh từ thơng tốc độ KHÂU LỌC TÍN HIỆU, PHẢN HỒI TỪ THƠNG, DỊNG Isd, DỊNG Isq, TỐC ĐỘ Hình 3.12 Khối lọc tín hiệu khối phản hồi Mơ men cản : Hình 3.13 Momen cản *Bảng thơng sớ nhập từ malab(m.file): %Nhap thong so mo phong; Pdm=160000; %w Us=400; %Dien ap Stato Ndm=2980; %v/p Landa_M=2.2; Landa_kd=1.8; J=0.876; %Jkgm2 Pp=2; %So doi cuc Q=1160; %khoi luong dong co [kg] cos_phi_dm=0.92; Isdm=153.2; %A_dong dinh muc Stato Iso=87.8; %A_dong khong tai Stato Rs=0.137; %Ohm Xs=0.218; %Ohm Irdm=139.3; %A_Dong dinh muc Roto Rr=0.2; %Ohm Xr=0.26; %Ohm kr=0.065*10^4; %He so quy doi dien tro %Tinh cac thong so %Dien cam tan Lsigma_s=Xs/(2*pi*50);%mH Lsigma_r=Xr/(2*pi*50);%mH %Dien ho cam Lm=(1/(2*pi*50))*(sqrt((Us^2/Iso^2)-Rs*Rs)-Xs); %Dien cam toan phan Ls=Lsigma_s+Lm; Lr=Lsigma_r+Lm; %He so tan tu Sigma=1-Lm^2/(Ls*Lr); %Cacs hang so thoi gian Ts=(Ls/Rs); Tr=(Lr/Rr); Tsigma=1/(1/(Sigma*Ts)+(1-Sigma)/(Sigma*Tr)); %Cac tri so dong va tu thong khong tai Isd0=Isdm*sqrt(2*(1-cos_phi_dm)); Isq0=sqrt(2*Isdm*Isdm-Isd0^2); Phi_rd0=Lm*Isd0; %Tinh thong so khau KdI=0.653; KqI=0.192; Kfw=1.01; Kdphi=15.44; Knl=40*sqrt(2); Tnl=0.0002; TqI=Tnl/6; TdI=Tnl/6; Tfw=10*TqI; %Cac tham so mo hinh tuyen tinh hoa dong co A=Isd0/(Phi_rd0*Tr); B=(1-Sigma)*Phi_rd0/Sigma+Isd0; C=3*Phi_rd0*Lm*Pp/(2*Lr*J); D=1/Tsigma+A; %Thong so bo dieu chinh %Bo dieu chinh dong Isq Tsigma_q=TqI+Tnl; Tisq=1/(D); Kisq=0.4515;%Sigma*Ls/(2*KqI*Knl*Tsigma_q); %Bo dieu chinh toc Tsigma_phi=2*Tnl+Tfw; Tw=2*Tsigma_q+Tfw+4*Tsigma_phi; Kw=42.2943;%KqI*(Tw/(8*Kfw*C*(10^-3)*(Tsigma_phi^2))); %Bo dieu khien dong Isd Tsigma_d=TdI+Tnl; Tisd=Tsigma;%ms Kisd=Sigma*Ls/(2*Knl*KdI*Tsigma_d); %Bo dieu khien tu thong Tphi=Tr; Kphi=Tr*KdI/(4*Tnl*Kdphi); 3.3.Kết mô hệ truyền động điện PWM-đs 3.3.1.Tốc độ đặt: *Tín hiệu tốc độ bám theo tốc độ đặt: *Tín hiệu của dòng điện Isq,Isd,momen,tốc độ,từ thông: *Kết quả mô phỏng tín hiệu đặt là step: Tốc độ bám tốc độ đặt: Tín hiệu của dòng điện Isq,Isd,momen,tốc độ,từ thông: 3.4.Đánh giá kết quả mô phỏng Từ kết quả mô phỏng ta thấy rằng tín hiệu đặt là step thì chỉ sau khoảng chưa đầy 1.5s thì tín hiệu tốc độ dã bám theo tốc độ đặt.Còn tín hiệu đặt dưới dạng tốc độ đặt và mô men cản thì tốc độ bám sát theo tốc độ đặt  ... Phương trình điện áp  usd   usd   u  rd  urq   dψ sd − ωsψ sq dt dψ sq = Rs isq + + ωsψ sd dt dψ rd = Rr ird + − ωrψ rq dt dψ rq = Rr irq + − ωrψ rd dt = Rs isd + (3.3) Phương trình. .. σ σ Ls  dt Tσ   dψ rd + ψ = i rd sd  dt Tr Tr  0 = i − ω ψ sq r rd  Tr  (3.7) Phương trình mômen 2.7 trở thành: M= Lm Pp ψ rd isq Lr (3.8) Chuyển sang miền ảnh laplace ta có: 1 −σ  +Tσ... 3.3.Kết mô hệ truyền động điện PWM-đs 3.3.1.Tốc độ đặt: *Tín hiệu tốc độ bám theo tốc độ đặt: *Tín hiệu của dòng điện Isq,Isd,momen,tốc độ,từ thông: *Kết quả mô phỏng