CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP INSTASPIN
3.2. Các bộ điều chỉnh [7]
3.2.3. Thiết kế PI cho các bộ điều khiển tốc độ
Ta thấy Kis ieser có thể được sử dụng để loại bỏ điểm không trong đáp ứng hệ thống vòng kín, dẫn đến một hệ thống chỉ có một điểm cực thực còn Kps ieser thiết lập dải của đáp ứng hệ thống vòng kín.
Xét một vòng lặp điều khiển tốc độ, trong đó có một bộ điều khiển PI. Có thể thiết kế mạch vòng tốc độ đơn giản, làm tương tự các giá trị hệ số thực hiện các chức năng hệ thống tương tự với các bộ điều khiển dòng điện.
Ta thấy rằng khép kín mạch vòng tốc độ ít phức tạp hơn so với khép kín mạch vòng dòng điện. Để thiết kế mạch vòng tốc độ, ta phải biết các thông số hệ thống nhiều hơn mạch vòng dòng điện. Điều này được mô tả trong hình 3.5, tất cả các thành phần chứa một vòng điều khiển tốc độ nối tầng. "Nối tầng" có nghĩa là một hệ thống điều khiển bao gồm một vòng ngoài với một hoặc nhiều vòng trong.
Hình 3.5: Sơ đồ khối bộ điều khiển tốc độ hai mạch vòng Giả sử chúng ta thiết kế vòng lặp dòng điện, hàm truyền vòng kín là:
PI PI
Lọc
Tốc độ đặt Dòng điện đặt
series p series i
spdK spdK
series p series i
K
K Điện áp
động cơ
Momen động cơ
Momen động cơ
Dòng điện động cơ Phản hồi tốc độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
) 14 . 3 ( 1 ) 1
(
K s L s
G
series p current
Trường hợp Kps ieser là thành phần nhân sai lệch trong cấu trúc PI của bộ điều khiển dòng điện.
er s ies
Ki là không thể nhìn thấy do nó được thiết lập để loại bỏ điểm cực/ điểm không trong hàm truyền bộ điều khiển dòng điện. Ta sẽ gọi các hệ số của bộ điều khiển tốc độ là spdKs iesper và spdKis ieser như thể hiện trong hình trên. Trong dạng nối tiếp của bộ điều khiển PI, spdKs iesper là thành phần nhân sai lệch (spdKps ieser =spdKp), và spdKis ieser là thành phần nhân bộ tích phân (spdKis ieser spdK spdKi p). Ta sử dụng phương trình tương tự đã làm trong phần trước để xác định hàm truyền của bộ điều khiển tốc độ PI:
) 15 . 3 ( 1
)
( s
spdK spdK s
spdK s spdK
spdK s spdK
PI
series i series
i series
p series
p series
i series
p speed
Hàm truyền dòng điện động cơ với mô-men xoắn sẽ thay đổi như là một chức năng của loại động cơ đang sử dụng. Đối với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu điều khiển từ thông, hàm truyền giữa dòng điện trục - q và mô-men xoắn động cơ là:
) 16 . 3 4 ( 3 2
2 ) 3
( P r P r
s Mtr
Trong đó:
P là số cực rotor
r là từ thông rotor (mà cũng bằng với hằng số sức phản điện động - EMF (Ke) trong các đơn vị SI)
Đối với một máy AC cảm ứng, hàm truyền giữa trục dòng điện - q và mô-men xoắn động cơ sẽ là:
) 17 . 3 4 (
) 3 (
2
Id
Lr PLm s
Mtr
Trong đó:
P là số cực stator
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Lm là điện cảm từ hóa Lr là điện cảm rotor
Id là thành phần dòng điện được điều chỉnh với từ thông rotor Ta giả thiết đang sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
Cuối cùng, hàm truyền tải giữa mô-men xoắn động cơ và tốc độ tải là:
) 18 . 3 1( ) 1 (s J s Load
Trong đó:
J = quán tính của động cơ cộng với tải trọng
Nhân tất cả các thành phần với nhau cho kết quả hàm truyền mạch vòng hở
) 19 . 3 1 ( 1 4
3 1 1 1
)
( P J s
K s s L
spdK spdK s
spdK s
GH r
series p series
i series
i series
p
Ta kết hợp tất cả các thông số động cơ và tải vào phương trình (3.19) thành một hằng số K không đổi:
) 20 . 3 4 ( 3
J K P r
Đơn giản hóa phương trình (3.20) ta có:
) 21 . 3 ( 1
1 )
(
2 s
K s L
spdK spdK s
spdK K
s GH
series p
series i series
i series
p
Từ công thức (3.21), ta có thể xác định các đặc điểm sau của hàm truyền vòng hở bộ điều khiển tốc độ:
• Hai cực tại s = 0, cho kết quả là tốc độ suy giảm ở tần số thấp 40 dB.
• Một cực bổ sung tại =
er s ies
Kp
L (cực bộ điều khiển dòng điện)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
• Một điểm không ở s spdKis ieser
Để cho hệ thống hoạt động ổn định, cực tại =
er s ies
Kp
L phải cao hơn tần số ở điểm không ở s spdKis ieser . Hơn nữa, có nhiều cách kết hợp của spdKps ieser và spdKis ieser để mang lại các đáp ứng hệ thống khác nhau, tùy thuộc vào mong muốn dải cao hơn hoặc ổn định tốt hơn. Có một thủ tục để xác định một tham số duy nhất tỷ lệ thuận với độ ổn định hệ thống và tỉ lệ nghịch với dải, có thể được sử dụng để đặt cả
er s ies
spdKp và spdKis ieser tự động để mang lại biên pha tối đa cho dải được lựa chọn.