Báo cáo thực hành tổng hợp hệ điện cơ

Mục đích Giúp sinh viên nắm vững lý thuyết môn học Sinh viên biết cách tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh theo phương pháp modul tối ưu và tối ưu đối xứng Từ tổng hợp các mạch vòng sinh viên tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink để kiểm chứng lại tính đúng đắn của thuật toán tổng hợp BÀI THÍ NGHIỆM 1 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN I Tổng hợp mạch vòng dòng điện Hình 1 Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện Trong đó Tư= Hằng số thời gian điện tử của mạch phần ứng Rư=Rb+Rk+Rud+Rs Lu= Lb+Lk.

Mục đích- Giúp sinh viên nắm vững lý thuyết môn học

- Sinh viên biết cách tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh theo phương pháp modultối ưu và tối ưu đối xứng

- Từ tổng hợp các mạch vòng sinh viên tiến hành mô phỏng bằng phần mềmMatlab & Simulink để kiểm chứng lại tính đúng đắn của thuật toán tổng hợp

BÀI THÍ NGHIỆM 1: TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN

Ki= Rs: Điện trở của Sensor

Ti= RsC: Hằng số thời gian của sensor dòng điện

Viết gọn lại ta có:

Hình 2: Sơ đồ thu gọn mạch vòng dòng điện

Từ sơ đồ hình 1 và hình 2 ta có hàm truyền của đối tượng điều khiển của mạch vòng điều chỉnh dòng điện:

Soi(p)= = (1)Trong đó:

Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:

Ri(p)= = (4)

Ri(p) là khâu tích phân tỷ lệ (PI)

Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:

Ti: Hằng số thời gian máy biến dòng = 0,002s

Tv: Hằng số thời gian bộ chỉnh lưu = 0,0025s

Tđk: Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lưu = 0,0001sTω: Hằng số thời gian máy phát tốc = 0,001s

Các phương trình phản ứng phần ứng trong động cơ điện một chiều:

Uư=Eư+(Rư+Rf).IưUư: Điện áp phần ứng

Eư: Suất điện động phần ứng

N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

= - IuPhương trình đặc tính cơ:

= - M (9)Trong đó: Iu = ; Mdt = Mcơ = M

Tu = : Hằng số thời gian phần ứng

Tu = = 0,03625s (12)

Từ sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tốc độ ta có: Uu = Kcl.Udk Chọn Udk = 10V ta có: Kcl = = =11 Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện: Ri= (13)

Tsi = Ti + Tv + Tdk = 2ms + 2,5ms + 0,1ms = 4,6.10-3s Tu = 0,03625 s Ru = 0,960 = 11 Chọn Uid = 7V Ki = = = 0,58 (15)

=>Ri =(1+ =0,59(1 + (16)

Tc= = = 0,187 (s) (17)

= = 9,68 (18)

Sơ đồ mô phỏng mạch dòng điện:

Dòng điện 1

Dòng điện

BÀI THÍ NGHIỆM 2: TỔNG HỢP MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ I.Tổng hợp mạch vòng tốc độ:

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tốc độViết gọn sơ đồ hình 1.1 ta có sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độ như trên hình 1.2

= (20)Với = 2Tsi + rất nhỏ

Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu:

Ta có: (p) = (22)

Vậy khâu là khâu tỷ lệ (P)

Tiêu chuẩn này được sử dụng khi hệ thống khởi động đã mang tải, lúc đó ta không

Ic là nhiễu nữa

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng modul:

= (23) =

(p) =

Chọn = Tsω

(p) = (24)Vậy là khâu tỷ lệ, tích phân (PI)

Đó là khâu vô sai cấp hai đối với đại lượng đặt và vô sai cấp một đối với đại lượng nhiễu Ic

Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T – ĐSau khi tổng hợp ra các bộ điều chỉnh, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiểntốc độ động cơ một chiều như hình 1.3

II Tính toán các thông số của hệ thống truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập và tiến hành mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab.

Cũng trên hình 1.3 ta có:

= Chọn =10V

= = 0,064 (25)Trong công thức (22) ta có:

= +

Với = 1ms; = 4,6.10-3s

T c = = =0,187 s (26) = 0,01s

Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối ưu ta có:

(p) = = = 101,7(Ω (27)

= = 9,68Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng ta có:

(p) = (Khâu PI)

Với = 0,01s; = 0,960; = 0,064; = 0,58 ; =0,53; = 0,187s

(p) = = = + 47

Mô phỏng hệ điều khiển tốc độ khi dùng Simulink

a) Bộ điều chỉnh tốc độ tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng (PI)

Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển tốc độ khi tổng hợp theo phương pháp modul đối xứng sử dụng bộ điều chỉnh tương tự PI

Tốc độ

Dòng điện

Tốc độ 1

Uđk

b) Khi tổng hợp theo phương pháp tối ưu Modul

Sơ đồ

Dòng điện

Udk

BÀI THÍ NGHIỆM 3 : TỔNG HỢP MẠCH VÒNG VỊ TRÍ

I Tổng hợp mạch vòng vị trí:

Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển vị trí

: Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu

chuẩn môdul tối ưu

: Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu

chuẩn môdul đối xứng

Ta có sơ đồ cấu trúc như sau:

Trong đó : Hệ số khuếch đại của bộ truyền lực

=

Tổng hợp mạch vòng vị trí cũng như tương tự như tổng hợp mạch vòng tốc độ, tadùndg tiêu chuẩn tối ưu môdul và hàm truyền đạt của mạch vòng tốc độ lấy là khâubậc hai bỏ qua các khâu bậc cao Vậy

: Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn môdul tối ưu

: Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn môdul đối xứng

1 Nếu tổng hợp mạch vòng tốc độ w dùng tiêu chuẩn môdul tối ưu ta có hàm truyền của đối tượng

Áp dụng tiêu chuẩn môdul tối ưu

= ( Đây cũng là khâu tỷ lệ đạo hàm

II Tính toán các thông số của hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập và tiến hành mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlap

Ta có

l= r = 2.π.n.r : Chiều dài quãng đường cần di chuyển = 100(m)

r: Bán kích trục truyền tải cuối cùng = 0,32(cm)

Hằng số thời gian bộ cảm biến vị trí = 0,3(s)

=> n =

=> = (rad)

Tín hiệu xác định vị trí đặt phải xấp xỉ tín hiệu phản hồi túc là:

= Uφd

Mô phỏng hệ điều khiển vị trí khi dùng Simulink

a) Bộ điều chỉnh vị trítổng hợp theo tiêu chuẩn modul tối ưu (khi mạch vòng tốc độ tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng).

Trong bộ điều khiển tốc độ (PID tốc độ) được khai báo:

Trong bộ điều khiển vị trí (PID vị trí) được khai báo:

Điện áp điều khiển sau bộ điều khiển dòng điện

Tốc độ được tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu modul

Tín hiệu tốc độ sau khâu phản hồi

Tín hiệu vị trí sau khâu tích phân

Tín hiệu vị trí sau khâu phản hồi

b) Khi tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí theo phương pháp modul tối ưu (Khi mạch vòng tốc độ được tổng hợp theo Modul tối ưu)

Uđk

Tín hiệu dòng qua khâu khuếch đại

Tín hiệu vị trí sau khâu tích phân

Tín hiệu vị trí sau khâu phản hồi vị trí

Mô phỏng theo yêu cầu

Mô phỏng với tải bước nhảy, tải ngẫu nhiên, tải hằng số.

a) Tải bước nhảy

Dòng tải và tín hiệu vị trí khi tải là bước nhảy

b) Tải ngẫu nhiên

Dòng tải và tín hiệu vị trí khi tải là ngẫu nhiênc) Tải hằng số

Dòng tải và tín hiệu vị trí khi tải là hằng số

Nhận xét:

Về cơ bản khi ta mô phỏng mạch vòng vị trí thì kết quả cho ra là giống nhau, giátrị đưa ra đều bám 310 (rad/s)

Khi tổng hợp theo phương pháp Modul tối ưu đối xứng, ta được vị trí bám theo giátrị đặt và thời gian điều chỉnh là 2,77s; độ quá điều chỉnh lớn max = 61,3% Còn khitổng hợp theo phương pháp Modul tối ưu thì đó quá điều chỉnh nhỏ max = 6%, giátrị lớn nhất là 328 (rad/s)

Khi mô phỏng với 3 loại tải khác nhau: bước nhảy, ngẫu nhiên và hằng số; ta thấychúng có dạng ra là giống nhau đều đạt 310 (rad/s) và thời gian ổn định là khá dàivới cả ba loại tải