LỜI NÓI ĐẦUCùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới.. Trong thời bu
Đồ thị tốc độ dự kiến của tải và động cơ
Tốc độ dự kiến của băng tải: V = 0.7(m/s), bán kính của Rulo R = 0,08 (m).Suy ra: Tốc độ quay của Rulo: = = , , = , (rad/s) = 83,5 (vòng/phút).
Chọn tốc độ của động cơ là 3000(vòng/phút) tương đương với 314(rad/s) Nên ta có tỉ số truyền : = , =
Tốc độ dài của băng tải :
Hình 1 2 Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ của băng chuyền
CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Tốc độ quay của Rulo
Dựa vào đồ thị trên Hình 1.2, ta xác định được quá trình hoạt động của động cơ như sau :
Quá trình động cơ chuyển động theo chiều kim đồng hồ :
Từ 0 đến 2 giây: tốc độ quay của động cơ tăng từ ω M = 0 rad/s đến ω M = 314 rad/s.
Từ 2 đến 8 giây: động cơ hoạt động ổn định với tốc độ quay ω M = 314 rad/s.
Từ 8 đến 10 giây: tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ω M = 0 rad/s.
Quá trình băng chyền đảo chiều :
Từ 10 đến 12 giây: động cơ đảo chiều, độ lớn tốc độ quay của tăng dần lên ω M = 314 rad/s.
Từ 12 đến 18 giây: động cơ hoạt động ổn định với độ lớn tốc độ quay ω M = 314 rad/s.
Từ giây 18 đến 20s tốc độ quay của động cơ giảm ngay về ω M = 0 rad/s.
Tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động
1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: Động cơ điện một chiều có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh (stato), phần ứng (roto).
Hình 2 1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Stator: có kết cấu là nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.
Rotor: cấu tạo trục có quấn các cuộn dây tạo thành nam châm điện.
Cổ góp (commutator): tiếp xúc để truyền điện cho các cuộn dây trên rotor
Số điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây quấn trên Rotor.
Chổi than (brushes): tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp.
Một phần cũng khá quang trọng là bộ phận chỉnh lưu, nhiệm vụ chính của nó là biến đổi dòng điện trong khi Rotor quay liên tục.
Trục động cơ: dùng để quay băng tải.
Mạch động lực
Hình 3 2 Sơ đồ mạch động lực
20
Khái quát mạch điều khiển
Hình 4 1 Sơ đồ điều khiển Thyristor 1.2 Phương pháp điều khiển thẳng đứng Arcos:
Nhóm chúng tôi sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha kết hợp với phương pháp điều khiển Arccos để đảm bảo hiệu suất tối ưu Nguyên lý hoạt động dựa trên việc điện áp đồng dạng sin Udb vượt trước điện áp khóa (được lấy từ thứ cấp biến áp đồng bộ) một góc pi/2, giúp điều chỉnh chính xác dòng điện và tối ưu hóa tốc độ của hệ thống Phương pháp Arccos cho phép điều khiển điều chỉnh góc chỉnh lưu một cách linh hoạt và hiệu quả, nâng cao độ ổn định và hiệu quả vận hành của hệ thống điện.
Nguyên lý hoạt động từng khâu trong mạch điều khiển
2.1.1 Biến áp Tam giác- Sao ( − )
Trong cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu 3 pha và điều khiển bằng phương pháp Arcos, bước đồng bộ quan trọng là thực hiện trễ pha nguồn 3 pha một góc nhất định để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống Việc điều chỉnh trễ pha giúp tối ưu hóa quá trình chỉnh lưu, giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và đảm bảo độ chính xác trong điều khiển, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của các thiết bị điện tử công nghiệp.
1 góc ∕ thì chúng ta sử dụng biến áp nối −
Do sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha nên phải sử dụng 3 khâu đông bộ cho 3 điện áp pha.
24
Khái quát cảm biến dòng IC ACS712
Hình 5 1 Cảm biến dòng IC ASC712 Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp.
Thời gian tăng của đầu ra để đáp ứng với đầu vào là
5às Điện trở dõy dẫn trong là 1.2mΩ.
Nguồn : 5VDC. Độ nhạy đầu ra từ 63-190mV/A Điện áp ra cực kỳ ổn định.
Ip: 5A đền -5A Độ nhạy: 180 - 190 mV/A.
Code vi điều khiển
VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG
1.Cảm biến dòng: Sử dụng IC ACS712
1.1 Khái quát cảm biến dòng IC ACS712
Hình 5 1 Cảm biến dòng IC ASC712 Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp.
Thời gian tăng của đầu ra để đáp ứng với đầu vào là
5às Điện trở dõy dẫn trong là 1.2mΩ.
Nguồn : 5VDC. Độ nhạy đầu ra từ 63-190mV/A Điện áp ra cực kỳ ổn định.
Ip: 5A đền -5A Độ nhạy: 180 - 190 mV/A.
Khi đo dòng điện DC, cần mắc tải nối tiếp phù hợp với cực Ip+ và Ip- theo đúng chiều để đảm bảo kết quả chính xác Theo nguyên tắc, khi dòng điện đi từ Ip+ đến Ip-, điện áp Vout sẽ hiện thị trong khoảng 2.5 đến 5VDC, tương ứng với dòng từ 0 đến giá trị tối đa Ngược lại, nếu mắc ngược chiều, Vout sẽ dao động từ 2.5V xuống 0VDC, thể hiện dòng điện trải từ 0 đến âm cực tối đa.
Khi cấp nguồn 5VDC cho module khi chưa có dòng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp) thì Vout
Khi dòng tải Ip đạt giá trị tối đa, điện áp Vout sẽ tuyến tính theo dòng Ip trong khoảng 2.5VDC đến 5VDC, tương ứng với dòng 0 đến dòng tối đa Để kiểm tra hoạt động của hệ thống, có thể sử dụng đồng hồ VOM đo dòng điện DC để đo Vout và đảm bảo hình thành mối quan hệ tuyến tính chính xác giữa dòng tải và điện áp đầu ra.
1.3 Code xử lí tín hiệu cảm biến dòng điện :
CHƯƠNG 5: VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG
31
Mô hình toán học
1.2 Tính các tham số hàm truyền động cơ
Hình 6 1 Sơ đồ khối hàm truyền động cơ
- Hàm truyền phần trước Rotor:
Thay vào phương trình dặc tính cơ điện:
Ta áp dụng các thông số của động cơ làm việc định mức:
Từ đó giải phương trình ta có:
CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK
1.2.3 Giải thích chi tiết hàm truyền của động cơ:
Các thông s trong hàm truy n:ố trong hàm truyền: ền:
1.3 Tính toán thông số hàm truyền bộ chỉnh lưu
- Hàm truyền bộ chỉnh lưu:
- Do nhóm chúng em sử dụng nguyên tắc thẳng đứng Arccos, cho nên chúng em xác định được:
- Cảm biến đo tốc độ Encoder: Gw(s) = + với T = 1ms
- Cảm biến đo dòng điện H(s) = 1
1.5 Tổng hợp mạch vòng dòng điện:
1.5.1 Sử dụng phương pháp tối ưu Module :
Chu kỳ lấy mẫu (T) là 0,5 giây, tương ứng với tần số lấy mẫu Fc = 2 Hz, đảm bảo không gây hiện tượng rãnh aliasing trong quá trình chuyển đổi số Việc chọn tần số lấy mẫu phù hợp là điều kiện quan trọng để duy trì độ chính xác của tín hiệu truyền tải Trong hàm truyền của hệ thống, tần số lấy mẫu ảnh hưởng lớn đến khả năng tái tạo tín hiệu gốc sau đó Do đó, việc xác định đúng tần số lấy mẫu là bước tiên quyết để đảm bảo chất lượng xử lý tín hiệu trong các hệ thống tín hiệu số.
CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK
Ta có hàm truyền bộ điều khiển dòng điện là:
Hình 6 2 Hàm truyền bộ điều khiển dòng điện 1.6 Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ:
- Hàm truyền của điều khiển tốc độ:
Mạch mô phỏng hàm truyền toán học :
Hình 6 3 Mô hình hàm truyền toán học
Mô hình hàm truyền toán học
Hình 6 4 Mô hình toán học động cơ bằng matlab
CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK
- Đồ thị tốc độ đáp ứng :
Động cơ có độ chính xác cao và độ ổn định tốt, giúp duy trì hiệu suất ổn định trong quá trình vận hành Tốc độ đầu ra của động cơ phù hợp với tốc độ đặt ra, đảm bảo hiệu quả làm việc chính xác và liên tục Ngoài ra, biên độ dao động nhỏ của động cơ giúp giảm thiểu rung lắc, nâng cao độ bền và đảm bảo hoạt động ổn định trong suốt quá trình sử dụng.
Mô phỏng nguyên lý (Matlab Simulink)
3.1 Sơ đồ mạch điều khiển
CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB SIMULINK
3.2 Kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ:
3.3 Kết quả mô phỏng đáp ứng dòng điện:
3.4 Kết quả mô phỏng đáp ứng Moment: