Báo cáo bài tập lớn môn hệ thống cơ điện tử

Tên SV: Trần Ngọc Tứ Nguyễn Hữu Lực Bùi Xuân Lộc Ngô Văn Trường GVHD: TS Trần Ngô Quốc Huy Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử MƠ HÌNH HĨA 1.1 Dựa vào định luật Kirchhoff mạch điện phần ứng định luật Newton chuyển động quay trục động cơ, thiết lập mối quan hệ đầu vận tốc góc (𝝎) của trục động có điện áp bên ngồi Vt đặt vào mạch điện Ø Theo Kirchhoff : 𝑉% = 𝑅' 𝑖' + 𝐿' * +, *% + 𝐸' Với 𝐸' = K.Φ.𝜔 Ø Theo Newton : 𝑇+0 = J *1 *2 + f.𝜔 + 𝑀% Với 𝑇+0 = K.Φ 𝑖' 1.2 Thực biến đổi Laplace cho mơ hình động DC, vẽ sơ đồ khối biểu diễn sơ đồ hàm truyền dạng H(s) = 𝝎(𝒔) 𝑽𝒕 (𝒔) Lưu ý hàm truyền H(s) thực khơng có tải 𝑻𝒍𝒐𝒂𝒅 Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử ð Biến đổi Laplace pt ta có: V(s) = 𝑅' 𝐼' (𝑠) + 𝐿' (s) 𝐼' (s) + 𝐸' (s) (1) 𝑇+0 (s)= J(s).ῼ(s) + f ῼ(s) + 𝑀% (s) = 𝐾B 𝐼' (s) (2) Với ῼ(s) biến đổi Laplace 𝜔(t) Đặt 𝑇' = C, D, số thời gian điện từ động F Đặt 𝑇E = số thời gian điện động G Từ (1) (2) suy ra: 𝐼' (𝑠)= H2 (I)JK, (I) ῼ(s) = NOP (I)JQ2 (I) D, (LMN, I) G(LMNR I) (3) Đặt G1= km* Φ ; G2=ke* Φ Từ (1), (2) (3) ta có sơ đồ khối động DC: Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử ð Hàm truyền : H(s) = 𝜔(𝑠) H2 (I) = SL∗SU∗SV∗SW∗SX∗SY LMSL∗SU∗SV∗SW∗SX∗SY 1.3 Khảo sát đặc tính động học hệ thống + Biên độ đỉnh: 1.26 ; độ vọt lố EZ'[JE[\ E[\ ∗ 100% =27.9 % ; 0.0503 s + Thời gian độ (settling): 0.156 s + Thời gian tăng ( rise time): 0.021 s THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Sơ đồ khối mơ tả q trình điều khiển động điện (Hình 2) Biết rằng: Báo cáo tập lớn mơn Hệ thống điện tử • 𝑷𝒚 nhiễu đầu • 𝑷𝒃 nhiễu tần số cao ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển • 𝑹(𝒔) đầu vào tham chiếu, vận tốc mong muốn động cơ, 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 150 [rad/s] Hình Với điều khiển Pid có dạng: Trong đó: K: độ lợi, 𝑻𝒊 : số tích phân, 𝑻𝒅 : số đạo hàm 2.1 Trường hợp 1: Động hoạt động chế độ không tải Với mô-men tải, 𝑻𝒍𝒐𝒂𝒅 =0, nhiễu 𝑷𝒚 = 0, 𝑷𝒃 = 2.1.1 Thử điều khiển với độ lợi K K=1 Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử K=10 K=100 Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử Nhận xét: Khi K tăng sai số xác lập giảm đi, thời gian xác lập tăng Khi K lớn hệ số dao động mạnh, độ vọt lố lớn 2.1.2 Thêm vào khâu tích phân chọn giá trị 𝑻𝒊 cho hệ thống đạt sai số nhỏ 𝑻𝒊 = 0.01 Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử Nhận xét 2.1.3 Thêm vào khâu đạo hàm Thay đổi giá trị 𝑻𝒅 khâu đạo hàm 𝑻𝒅 =10 𝑻𝒅 =25 𝑻𝒅 = 40 Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử Nhận xét: Khi Tj tăng hệ số dao động giảm đồng thời độ vọt lố giảm theo 2.1.4 Từ thông số điều khiển chọn Kiểm tra ổn định hệ thống biểu đồ Nyquist (nếu hệ khơng ổn định chọn lại tham số điều khiển) Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử Nhận xét: Ta thấy biểu đồ không bao điểm (0,-1) =>hệ thống ổn định 2.2 Trường hợp 2: Động hoạt động chế độ có tải Với mơ-men tải, 𝑻𝒍𝒐𝒂𝒅 = 1000[N.m] xuất giây thứ q trình mơ Các nhiễu 𝑷𝒚 =0, 𝑷𝒃 =0 2.2.1 So sánh kết điều khiển động hoạt động chế độ không tải có tải Báo cáo tập lớn mơn Hệ thống điện tử Nhận xét: Khi có Tklmj : Thời gian độ tăng, độ vọt lố tăng 2.2.2 Sử dụng lọc không thấp bậc với số thời gian 𝑻𝒇 tùy chọn Thay đổi giá trị 𝑻𝒇 , viết nhận xét 𝟏 𝑻𝒇 + 𝟏 Chọn giá trị 𝑻𝒇 = 1;5 Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử Nhận xét: Tp =1: Thời gian xác lập nhỏ thời gian đáp ứng nhanh Tp =5: Thời gian xác lập lớn thời gian đáp ứng chậm Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử Nếu Tp tăng cao hệ ổn định ngược lại Tp thấp độ đáp ứng cao 2.2.3 So sánh kết trước sau sử dụng lọc - Khi khơng có lọc: có độ vọt lố - Khi có lọc: khơng có độ vọt lố KIỂM TRA TÍNH BỀN VỮNG CỦA HỆ THỐNG 3.1 Xác định ràng buộc cho điều khiển (C(s)) để giảm ảnh hưởng nhiễu trắng ( white noise) ảnh hưởng đến đầu điều khiển (Vt) Biết |Pb|=3, thời gian lấy mẫu Ts=0.5[s] 3.2 Từ điều khiển chọn câu 2, xác định độ bền vững hệ thống, bao gồm tiêu chí: độ dự trữ mô-đun, MM ≥ 0.5 độ dự trữ pha, φM ≥ 45o 3.3 Nếu không thõa mãn điều kiện: MM ≥ 0.5 φM ≥ 45o, cho lại thông số C(s) Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử Báo cáo tập lớn môn Hệ thống điện tử