Động cơ sử dụng nhƣ hình 3.1 có mã hiệu BM 1418ZXF với các thông số sau:
Điện trở một pha: Rƣ = 0.445 (Ω) Điện cảm một pha: Lƣ = 0.00585 (H) Tốc độ định mức: nđm = 2800 (v/ph) Dòng định mức: Iđm = 11.8 (A) Momen định mức: Tđm = 249.11 (N.m) Momen quán tính: Jm = 0.117 (kg.m2) Hệ số momen: Ct = 2.94 (N.m/A) Hệ số sức điện động: Ce = 2.38 (V/rad/s) Điện áp định mức: Vđm = 48 (V) Công suất định mức: P = 500 (W) Hình 3. 1- Động cơ thực nghiệm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3.1.2. Thiết bị biến đổi năng lượng
Nguồn điện một chiều đƣợc chỉnh lƣu không điều khiển từ máy biến áp một pha và các bộ lọc.
Bộ biến đổi năng lƣợng cấp cho động cơ nhƣ hình 3.2 và có thông số sau:
Điện áp: 48V
Công suất: 500W
Bảo vệ thấp áp: 42V ± 1V
Điện áp điều khiển: 1V → 4.2V
Dòng điện max: 28A ± 1A
Góc pha: 120o
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3.1.3. Tạo tín hiệu điều khiển
- Trong phạm vi đề tài, ta sử dụng Matlab Simulink để điều khiển hệ truyền động sử dụng động cơ MCKCT
Hình 3. 3- Máy tính có cài đặt Matlab Simulink
- Cấu trúc mạch vòng tốc độ và mạch vòng dòng điện điều khiển hệ truyền động sử dụng động cơ MCKCT trên Matlab Simulink.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3. 4- Cấu trúc hai mạch vòng trên Matlab Simulink
3.1.4. Thiết bị hiển thị
Thiết bị hiển thị là thiết bị cho ta quan sát đƣợc các trạng thái, đặc tính của hệ thống. Để làm đƣợc việc đó, có rất nhiều công cụ có thể thực hiện đƣợc, ví dụ nhƣ phần mềm Control-desk đi kèm cùng card điều khiển DSP1104. Tuy nhiên để sử dụng đƣợc Control-desk ta bắt buộc phải có DSP1104.
Nhƣ trên ta đã sử dụng Matlab-Simulink để thực hiện các bộ điều khiển. Thông qua card ghép nối Arduino máy tính đã nhận đƣợc các tín hiệu trạng thái tốc độ và dòng điện thực của hệ. Do đó, ta sẽ sử dụng các công cụ hiển thị của Simulink để vẽ các đặc tính thể hiện trạng thái động của hệ thống.
3.1.5. Card ghép nối máy tính – Bo mạch ArduinoDue
Card ghép nối giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi nhƣ hình 3.5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3. 5- Card ghép nối ArduinoDue
3.1.6. Thiết bị đo dòng điện – ACS712-30A
Khâu lấy tín hiệu phản hồi dòng điện nhƣ hình 3.6
Hình 3. 6- Khâu lấy tín hiệu dòng điện
3.1.7. Thiết bị lấy tốc độ
Từ đầu ra của cảm biến Hall, ta dùng mạch nhƣ hình 3.7 để đo tín hiệu tốc độ của hệ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3. 7- Khâu lấy tín hiệu tốc độ
3.1.8. Mô hình thực nghiệm hệ thống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3.2. Thực nghiệm
Tham số bộ điều khiển mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ theo (2.12) và (2.16).
3.2.2.1. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào bước nhảy - Các tham số hệ thống: Tốc độ đặt 2800v/ph
- Đáp ứng tốc độ động cơ:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Đáp ứng dòng điện động cơ:
Hình 3. 10. Đáp ứng dòng điện động cơ với tín hiệu đặt dạng bước nhảy 3.2.2.2. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào biến thiên theo hàm sin
- Cấu trúc hệ điều tốc động cơ MCKCT với đầu vào biến thiên theo hàm sin:
SP_Speed Speed 1.03 Top Limit PI(s) Speed Controller Speed Saturation SP_Speed_Sine Real-Time Pacer Speedup = 1 Real-Time Pacer ~= 0 Enable PI(s) Current Controller Current Enable CT_Speed Speed Current Card & BLDC 0.97 Bottom Limit Setup Arduino1 com7 Arduino IO Setup
Hình 3. 11- Cấu trúc hệ với tín hiều đặt biến thiên theo hàm sin
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Các tham số hệ thống:
Tín hiệu tốc độ đặt: 2300+500sin(2πt/30)
- Đáp ứng tốc độ động cơ:
Hình 3. 12- Đáp ứng tốc độ động cơ với tín hiệu đặt dạng hàm sin
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3. 13- Đáp ứng dòng điện động cơ với tín hiệu đặt dạng hàm sin 3.2.2.3. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào dạng bậc thang
- Cấu trúc hệ điều tốc động cơ MCKCT với đầu vào dạng bậc thang:
SP_Speed Speed 1.03 Top Limit PI(s) Speed Controller Speed Saturation SP_Speed_P Real-Time Pacer Speedup = 1 Real-Time Pacer ~= 0 Enable PI(s) Current Controller Current Enable CT_Speed Speed Current Card & BLDC 0.97 Bottom Limit Setup Arduino1 com7 Arduino IO Setup
Hình 3. 14- Cấu trúc hệ với tín hiệu đặt dạng bậc thang
- Các tham số hệ thống:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Tín hiệu tốc độ đặt lần lƣợt 2800v/ph, 1500v/ph, 2000v/ph.
- Đáp ứng tốc độ động cơ:
Hình 3. 15- Đáp ứng tốc độ động cơ với tín hiệu đặt dạng bậc thang - Đáp ứng dòng điện động cơ:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3. 16- Đáp ứng dòng điện động cơ với tín hiệu đặt dạng bậc thang 3.2.2.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm
Từ các kết quả thực nghiệm trên, có thể thấy một số đặc điểm sau:
- Bộ điều khiển trên Simulink đã thực hiện điều khiển đƣợc hệ truyền động động cơ MCKCT.
- Đáp ứng của hệ thống luôn bám theo tín hiệu đặt cho dù các tín hiệu đặt là các dạng khác nhau.
- Thời gian xác lập nhanh, lƣợng quá điều chỉnh nhỏ.
3.3. Kết luận chƣơng 3
Chƣơng 3 đã trình bày về các thiết bị phục vụ thực nghiệm hệ truyền động sử dụng động cơ MCKCT với bộ điều khiển đƣợc thực hiện trên môi trƣờng Matlab-Simulink. Thực hiện thực nghiệm điều khiển hệ truyền động động cơ MCKCT với giá trị điều khiển đƣợc tính toán trên Simulink và các kết quả đạt đƣợc đúng với lý thuyết đã phân tích.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Luận văn đã giải quyết đựợc những vấn đề sau:
- Nghiên cứu tổng quan về động cơ MCKCT.
- Tổng hợp bộ điều khiển các mạch vòng hệ truyền động động cơ MCKCT.
- Ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink để thực hiện thuật toán điều khiển hệ truyền động động cơ MCKCT.
- Xây dựng và thực nghiệm hệ truyền động động cơ MCKCT với bộ điều chỉnh đƣợc thực trên môi trƣờng Simulink và kết quả thực nghiệm đã đáp ứng đƣợc các yêu cầu đã đề ra.
Kiến nghị
Nghiên cứu áp dụng các thuật điều khiển hiện đại nhƣ: điều khiển thích nghi, điều khiển tối ƣu, điều khiển mờ... vào điều khiển hệ truyền động động cơ một chiều không chổi than.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Bùi Quốc Khánh – Phạm Quốc Hải – Dƣơng Văn Nghi (1999), Điều chỉnh tự động truyền động điện, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
2. Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
3. Nguyễn Phùng Quang (2004), Matlab & Simulink dành cho kỹ sƣ điều khiển tự động, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
1. 48531EMS – Chapter 12. Brushless DC motors
2. Bhim Singh – B P Singh – (Ms) K Jain (2002), Implementation of DSP based Digital Speed for Permanent Magnet Brushless dc Motor, Department of Electrical Engineering, IIT, New Delhi.
3. Bimal K Bose (1996), Power Electronics and Variable Frequency Drives, University of Tennessee, Knoxville, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., NewYork.
4. Devendra Rai, Brushless dc Motor – Simulink simulator, Department of Electronics and Communication Engineering, National Institute of Technology Karnataka, India.
5. DSP-based Electric Drives Laboratory, Getting Started with dSPACE, University of Minnesota.
6. Jianwen Shao (2003), Direct Back EMF Detection Method for Sensorless Brushless DC (BLDC) Motor Drives, Virginia Tech University.
7. Texas Instruments (1997), DSP Solutions for BLDC Motors, Literature Number: BPRA055
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/