4.3.3.1 Khối cực tiểu hóa độ nhấp nhô mômen
Hình 4.11 Khối Torque_Minimization
Trong phần mô phỏng này ta thay khối phân phối mômen Torque_Distribution tại mục 4.2.2 bằng khối Torque_Minimization với đầu vào và đầu ra t−ơng tự nh−
khối Torque_Distribution nh−ng đầu ra của hàm đ−ợc tính toán dựa theo hàm phân phối (4.12) và bảng 4.1. Chi tiết mã nguồn của hàm Torque_Minimization xin xem ở phần phụ lục.
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
4.3.3.2 Sơ đồ simulink và kết quả mô phỏng
Hình 4.12 Sơ đồ simulink có sử dụng ph−ơng pháp cực tiểu hóa độ nhấp nhô mômen
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Hình 4.14 Mômen tổng
Hình 4.15 Dòng điện
Từ kết quả mô phỏng ta thấy ph−ơng pháp cực tiểu hóa độ nhấp nhô mômen đã cho thấy hiệu quả rõ rệt, chất l−ợng mômen đầu ra có độ đập mạch nhỏ, dạng dòng điện cũng tốt hơn so với ph−ơng pháp phân phối mômen thông th−ờng.
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
4.4 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ PI
Rất nhiều các ứng dụng trong công nghiệp cũng nh− dân dụng đều cần phải thay đổi tốc độ của động cơ một cách liên tục, do đó việc điều khiển tốc độ động cơ chính xác theo yêu cầu đặt ra rất quan trọng. Điều này đ−ợc quyết định bởi bộ điều khiển tốc độ.
Để đơn giản cho thiết kế, ta coi nh− vòng điều chỉnh mômen là khâu quán tính bậc nhất với hằng số thời gian nhận đ−ợc từ đáp ứng mômen trong khi mô phỏng. Từ hình 4.14 ta có thể dễ dàng tìm đ−ợc hằng số thời gian của vòng điều chỉnh mômen là Γ. Độ trễ của tốc độ truyền về giả sử bằng Tω =0,1ms
Hình 4.16 Đáp ứng mômen động cơ theo mômen đặt
Ta có ph−ơng trình mô tả quá trình cơ học của động cơ từ trở nh− sau : Jθ&&= −T Dω−TL (4.13)
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Và sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ :
Hình 4.17 Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ
Từ đó ta có hàm truyền của hệ hở là : ( ) (1 s)(1 ) H S s Js sT sT ω ω = + + (4.14)
Do các hằng số thời gian Ts và Tωđều rất nhỏ so với J nên ta có thể xấp xỉ ph−ơng trình (4.14) thành : 1 ( ) (1 ) H S s Js sT ω = + (4.15) trong đó T1= +Ts Tω
Chọn bộ điều khiển PI để điều khiển theo nguyên tắc tối −u đối xứng ( ) p 1 1 I R s k T s ⎛ ⎞ = ⎜ + ⎟ ⎝ ⎠ (4.16) với : TI =4T1 ; 1 2 p J k H Tω =
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Dùng Matlab&Simulink ta có thể kiểm tra kết quả mô phỏng của bộ điều khiển vừa thiết kế :
Hình 4.18 Sơ đồ khối mô phỏng mạch vòng điều khiển tốc độ
Kết quả mô phỏng nh− sau với đầu vào là đáp ứng dạng b−ớc nhảy
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
4.5 Mô phỏng toàn hệ thống
Sau khi thiết kế xong các bộ điều khiển cho hệ truyền động, ta tiến hành mô phỏng hệ thống bằng Matlab&Simulink
Thông số khi mô phỏng nh− sau : • Tốc độ đặt : 100 rad/s (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Mômen giới hạn của động cơ : 10Nm • Dòng điện giới hạn : 22A
• Điện áp một chiều : 400V • Mômen tải : 5 Nm
• Thời gian đáp ứng : 0.5s
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Hình 4.21 Đồ thị tốc độ
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Hình 4.23 Đồ thị mômen tổng các pha
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Hình 4.25 Đồ thị dòng điện
Để tiện quan sát, ta phóng to các đồ thị :
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Hình 4.27 Đồ thị mômen các pha phóng to
Hình 4.28 Đồ thị dòng điện phóng to
Hình 4.29 Đồ thị điện cảm phóng to
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Dựa trên kết quả mô phỏng ta thấy hệ thống đáp ứng tốc độ đặt t−ơng đối nhanh, không có quá điều chỉnh, độ đập mạch thấp. Mômen đ−ợc phân phối đều theo các pha theo hàm phân phối ( 4.12) do đó tổng mômen trong động cơ đã giảm độ nhấp nhô đi đáng kể và do đó hoàn toàn thỏa mãn những yêu cầu đặt ra đối với hệ truyền động.
4.6 Kết luận
Động cơ từ trở có độ nhấp nhô mômen rất lớn, đặc biệt khi hoạt động bằng cách kích thích từng pha. Điều này đã cản trở phần lớn đến những ứng dụng của động cơ từ trở. Để giảm độ nhấp nhô mômen, ph−ơng pháp dẫn dòng trên hai pha để sinh ra mômen trên cả hai pha là một ph−ơng pháp rất quan trọng giảm độ nhấp nhô mômen. ở đây, hàm phân phối mômen trong mỗi pha dựa theo vị trí rotor và góc đóng/mở đặt tr−ớc. Do đó từ giá trị mômen đặt, hàm sẽ phân phối thành các mômen cho từng pha tại từng thời điểm thích hợp. Từ giá trị mômen cho từng pha đó, dựa vào đặc tính điện cảm của động cơ mà ta tính ra giá trị dòng điện thích hợp để đ−a vào bộ biến đổi để tạo tín hiệu phát xung nhằm duy trì dòng điện theo giá trị mong muốn.
Kết quả mô phỏng đã kiểm chứng lại một lần nữa các thuật toán đặt ra ở trên là hoàn toàn chính xác. Với đáp ứng nh− trên, động cơ từ trở hoàn toàn thích hợp để có thể sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp hoặc dân dụng
Cao học Tự Động Hóa - Khóa 2007-2009 ĐH Bách Khoa HN
Kết luận
Luận văn đã hoàn thành đ−ợc các vấn đề sau đây :
1. Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động, −u nh−ợc điểm và ứng dụng
của động cơ từ trở.
2. Tiến hành thiết kế mô hình và mô hình hóa động cơ từ trở dựa trên việc lựa chọn mô hình điện cảm.
3. Tiến hành phân tích độ nhấp nhô mômen của động cơ từ trở thông qua
mô hình Simulink. Từ đó chỉ ra đây một trong những nh−ợc điểm lớn nhất
của động cơ từ trở ngăn cản sự áp dụng rộng rãi của nó vào các ứng dụng
dân dụng cũng nh− công nghiệp.
4. Đ−a ra kết quả kiểm chứng độ nhấp nhô mômen khi động cơ hoạt động (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ở chế độ phân bố mômen bình th−ờng.
5. Đề xuất ph−ơng pháp điều khiển cực tiểu hóa độ nhấp nhô mômen của
động cơ từ trở tại vùng tốc độ thấp dựa trên việc kích thích hai pha dẫn cùng một lúc tại thời điểm chuyển mạch. Dạng mômen trên hai pha lúc
này đ−ợc tính theo hàm số cosin sao cho mômen tổng giữa chúng luôn
bằng giá trị mômen đặt.
6. Tiến hành mô phỏng hệ truyền động trên Matlab&Simulink khi áp
dụng ph−ơng pháp cực tiểu hóa độ nhấp nhô mômen. Kết quả mô phỏng