Mạch vòng điều khiển dòng điện có nhiệm vụ tăng đáp ứng của dòng điện khi điều khiển động cơ điện một chiều, nó cũng làm hạn chế dòng của động cơ không vượt quá ngưỡng cho phép. Mặt khác, nhiệm vụ của bộ điều khiển là thiết lập dòng phần ứng bằng giá trị đặt trước sự tác động của nhiễu.
Hình 3.1: Cấu trúc mạch vòng dòng điện
Đối với động cơ một chiều, bộ điều khiển dòng có thể tổng hợp theo 2 cách:
- Tổng hợp bộ điều khiển dòng khi bỏ qua suất điện động phần ứng.
- Tổng hợp bộ điều khiển dòng khi tính đến suất điện động phần ứng. Trong những trường hợp quán tính cơ của động cơ lớn hơn nhiều so với quán tính điện, nghĩa là tại một thời điểm có thể xem sự thay đổi về dòng điện lớn hơn nhiều lần so với sự thay đổi của tốc độ và tại những điểm đó xem như tốc độ không đổi. Khi cần chính xác ta phải tính đến suất điện động của động cơ.
Ta tổng hợp bộ điều khiển dòng RI khi bỏ qua suất điện động phần ứng:
Hình 3.2: Mô hình bộ điều khiển dòng khi bỏ qua suất điện động phần ứng
Gọi SI là mô hình đối tượng của bộ BĐ dòng
Khi đó đối tượng điều khiển dòng SI được tính như sau:
Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu ta có bộ điều khiển dòng:
Thay giá trị của SI ta được:
Chọn :
Vậy bộ điều khiển theo tiêu chuẩn modul tối ưu là 1 bộ PI.
3.1.2.Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ
Hình 3.3:Cấu trúc điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập
Ta đã có hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện theo tiêu chuẩn module tối ưu:
Do là giá trị nhỏ nên có thể nên có thể xấp xỉ hàm truyền kín của mạch vòng dòng:
Hình 3.4: Cấu trúc điều khiển mạch vòng tốc độ rút gọn
Hàm truyền của khâu đo tốc độ có dạng:
Vậy đối tượng của bộ điều khiển tốc độ tính được là:
với Áp dụng tiêu chuẩn module tối ưu ta có:
Vậy bộ điều khiển tốc độ theo tiêu chuẩn module tối ưu là bộ điều khiển P. Theo tiêu chuẩn này, hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ có dạng:
3.1.3.Tổng hợp bộ điều khiển vị trí
Ta đã có hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ như sau:
Khâu truyền lực:
Áp dụng tiêu chuẩn module tối ưu ta có:
Chọn
Vậy bộ điều khiển vị trí theo tiêu chuẩn module tối ưu là bộ điều khiển PD. Sau khi tổng hợp các bộ điều khiển, ta có sơ đồ cấu trúc điều khiển vị trí động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:
Hình 3.5: Sơ đồ cấu trúc điều khiển vị trí động cơ điện một chiều kích từ độc lập.