Báo cáo chuyên đề tự động hóa và điều khiển tbđcn học phần truyền động điện 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ NGÀNH CÔNG NGHỆ KTĐK&TĐH CHUYÊN NGÀNH Tự động hóa và Điều khiển TBĐCN HỌC PHẦN Truyền động điện 2 Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KTĐK&TĐH CHUYÊN NGÀNH: Tự động hóa và Điều khiển TBĐCN

HỌC PHẦN: Truyền động điện 2

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Khoát

Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện: Nhóm 2/ Đào Mạnh Long Nhóm 2:

1 Lê Đình Dũng -

2 Đỗ Hồng Quang -

3 Phạm Thái Sơn -

4 Đặng Đức Giang -

5 Đào Mạnh Long - 18810430141

Lớp: D13TĐH&ĐKTBCN2

HÀ NỘI, 11/2021

MỤC LỤC

Trang Chương 1

1.1

1.1.1 1.1.2 1.2

1.2.1 1.2.2…

1.3

Chương 2

2.1…

2.1.1… 2.1.2…

2.2 Chương 3

3.1…

3.1.1… 3.1.2… 3.2 ………

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

1,Tìm hiểu về tiêu chuẩn tối ưu đối xứng và ứng dụng Cho một ví dụ minh họa Mô phỏng kiểm nghiệm bằng MATLAB

2, Tìm hiểu về hệ T-Đ; tổng hợp mạch vòng dòng điện( bỏ qua Eu và có tính đến Eu), mạch vòng tốc độ cho các trường hợp tải Mc = 0; Mc = B.ω

3, Mô phỏng kiệm nghiệm lại kết quả ( dùng MATLAB/Simulink) , cho thông

số cụ thể của động cơ

4, Phân tích cấu trúc động cơ KĐB 3 pha trong hệ tọa độ belta-alpha và ứng dụng Mô phỏng kiểm nghiệm bằng MATLAB với thông số động cơ cho trước

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ TIÊU CHUẨN ĐỐI XỨNG

1.1 Tìm hiểu về tiêu chuẩn đối xứng

1.1.1 Ứng dụng

Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thường được áp dụng để tổng hợp các bộ điều chỉnh trong mạch có yêu cầu cấp vô sai cấp cao, nó cũng được áp dụng có hiệu quả để tổng hợp các bộ điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn

1.1.2 Hàm chuẩn

Hàm chuẩn tối ưu đối xứng có dạng:

Fdx(p) = 1+4 τ σ s

1+4 τ σ s +8 τ σ2.s2+8 τσ3 s3

1.2.Ví dụ

1.2.1.Ví dụ minh họa

S0 = 0,01 s(1+0,08 s)(1+0,6 s)80

R(s) = 1+ 4 τ σ s

8 τ σ2 s2(1+τσ s) S 0

Chọn τ σ = 0,08

=> R(s) =

1+4.0,08 s

0,01 s(1+0,08 s)(1+0,6 s)

=

1+0,32 s

4096 s2 0,01 s (1+0,6 s)

=

(0,01 s +0,006 s2)(1+0,32 s)

4096 s2 = 1024023 + 2048 s5 + 64003 s = PID

1.2.2.Kiểm nghiệm bằng MATLAB

Hình 1.1 Kiểm nghiệm kết quả trên MATLAB/Simulink

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ T-Đ 1.1 Tìm hiểu về hệ T-Đ

1.1.1 Khái niệm về hệ T-Đ

Hệ truyền động điện tự động (TDD TĐ) là tổ hợp các thiết bị điện, điện tử,… phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản xuất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin

để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ

1.1.2 Ưu, nhược điểm

Ưu điểm là tác động nhanh, không gây ồn ào và dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động, điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống

Nhược điểm là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong van, buộc phải dùng hai bộ biến đổi để cung cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay

1.2 Đặc tính cơ

1.2.1 Đặc tính cơ của máy sản xuất

Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và momen cản của máy sản xuất : Mc = f(ω)

Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biểu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát:

Mc = Mco + (Mđm - Mco)( ω

ω đm)

q

Trong đó :

-Mc - momen ứng với tốc độ ω

-Mco - momen ứng với tốc độ ω= 0 -Mđm - momen ứng với tốc độ định mức ωđm -Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các tải:

+ Khi q = -1, momen tỉ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy tiện, doa, máy cuốn dây, … (1)

+ Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng các cơ cấu nâng hạ, cầu trục, thang máy, băng tải,…(2)

+ Khi q = 1, momen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào, máy phát một chiều tải thuần trở, …(3)

+Khi q = 2, momen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạt gió, máy nén,…(4)

Hình 2.1 Biểu diễn các đặc tính cơ của máy sản xuất

Ngoài ra, một số máy sản xuất có đặc tính cơ khác :

- Momen phụ thuộc vào góc quay Mc = f(φ) hoặc momen phụ thuộc vào đường đi Mc = f(s) Các máy công tác có pittong, các máy trục không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại này

- Momen phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi Mc = f(ω , s) như các loại xe điện

-Momen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) như máy nghiền đá, nghiền quặng

1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện.

-Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và momen

của động cơ : M = f(ω¿

Hình 2.2 Biểu diễn các đặc tính cơ của động cơ điện

+ Động cơ điện một chiều kích từ song song hay độc lập (1)

+ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp (2)

+ Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ (3)

+ Động cơ đồng bộ (4)

- Phân biệt hai loại đặc tính cơ của động cơ điện:

+ Đặc tính cơ tự nhiên là đặc tính có được khi động cơ nối theo sơ đồ bình thường, không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác và các thông số nguồn cũng như của động cơ là định mức

+ Đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh là đặc tính cơ nhận được sự thay đổi một trong các thông số nào đó của nguồn, của động cơ hoặc nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch, hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt

1.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện.

1.3.1 Khi bỏ qua Eư.

Hình 2.3 Sơ đồ tổng hợp

-Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Wđc =

1

Rư

1+sTư

; Tư = Rư Lư

- Bộ biến đổi chỉnh lưu:

Wcl = 1+sTcl Kcl ; Kcl = U do

U đkmax = 2,34 U2

U đkmax ; Tcl = 12 f s1 -Sensor:

Wi = 1+sTi Ki ≈ Ki

Hình 2.4 Sơ đồ tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu Module

G(s) = Wđc Wcl=

1

Rư

1+sTư

1+ sTcl Kcl

Wmđ = 1+2 τ 1

σ s +2 τ σ2 s2

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module

=> Ri(s) = G(s ) 2 τ 1

σ s(1+ τ σ s)

Chọn τ σ = Tcl (Vì Tư >> Tcl)

=> Ri =

1 1

Rư

Kcl

1+sTư 2 sTcl (1+sTcl )

= 2 Kcl Tcl Rư Tư +

1

2 Kcl Tcl

Rư s

= Kp +

1

Ti s = PI (Khâu tỷ lệ - tích phân )

1.3.2 Có xét tới ảnh hưởng của E ư ; M c = 0

Sơ đồ mạch vòng

Hình 2.5 Sơ đồ mạch vòng có xét tới ảnh hưởng của E u M c = 0.

Chuyển từ nút 2 sang nút 1, ta có sơ đồ thay thế :

Hình 2.6 Sơ đồ thay thế.

Hình 2.7 Ảnh hưởng của Eu trong mạch vòng dòng điện.

L(s) =

Wđc

2

J s

=

1

Ru

1+sTu

1+

1

Ru

1+sTu .

(KФ)2

J s

=

1

Ru

1+sTu

1+

J Tc

(1+sTu) J s

=

1

Ru

1+sTu

Tc (1+sTu) s+1 Tc(1+sTu) s

=

sTc

Ru

1+sTc+Tc Tu s2

*Ta có sơ đồ tổng hợp :

Hình 2.8 Sơ đồ tổng hợp.

S0i = L(s) Wcl =

sTc Ru

1+sTc+Tc Tu s2

1+ sTcl Kcl =

s Tc Kcl

Ru

[1+(Tc+Tc Tu s) s ](1+s Tcl)

Có Fmd(s) = 1+2 τ 1

σ s +2 τ σ2 s2 và Ri = S F md

0 i(1−Fmd)

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module ta có :

Ri =

1

1+2 τ σ s+2 τ σ2+2 τ σ2 s2

s Tc Kcl Ru

[1+(Tc+Tc Tu s) s](1+sTcl).(1−

1

1+2 τ σ s +2 τ σ2 s2)

=

1+2 τ σ s+2 τ σ2 s2

Tc s Kcl

Ru

[1+(Tc+Tc Tu s) s](1+Tcl s).(

2 τ σ s+2 τ σ2 s2

1+2 τ σ s+2 τ σ2 s2)

=

1

s Tc Kcl

Ru

[1+(Tc+Tc Tu s) s].(1+sTcl).(2 τ σ s+2 τ σ

2 s2

)

= (1+s Tc+Tc Tu s

2)(1+s Tcl)

Tc Kcl

Ru s (2 τ σ s +2 τ σ2 s2

) =

(1+sTc+Tc Tu s2)(1+sTcl)

Tc Kcl

Ru 2 τ σ s2(1+s τσ)

Chọn τ σ= Tcl

=> Ri = 1+s Tc+Tc Tu s

2

Tc Kcl

Ru 2.Tcl s

2

1.3.3 Có xét tới ảnh hưởng của E u , M c = B. ω

Hình 2.9 Sơ đồ tổng hợp mạch vòng có xét ảnh hưởng của Eu

Hàm truyền

G(s) =

1

J s

J s B

= J s+ B1 Chuyển nút 2 sang nút 1, ta có sơ đồ thay thế :

Hình 2.10 Sơ đồ thay thế.

G1(s) = Wđc

1+Wđc G (KФ)2 =

1

Ru

1+sTu

1+

1

Ru

1+sTu .

1

J s+B .(KФ)

2

=

1

Ru

1+sTu

(1+sTu)(J s +B)+(KФ)

2

Ru

(1+sTu)(J s+B)

=

J s+B Ru

(1+sTu)(J s+B)+(KФ)

2

Ru

=

J s

Ru +

B Ru B+(KФ)

2

Ru +(J +B Tu) s+Tu J s

2

Chia cả tử và mẫu cho B + (KФ)2

Ru

=> G1(s) =

J s+B

B Ru+(K Ф)2

1+(J +B Tu) Ru

B Ru+(K Ф)2 s+ Tu J Ru

B Ru+(K Ф)2 s2

Sơ đồ :

Hình 2.11 Sơ đồ tổng hợp.

S0i(s) = Wcl G1(s) = 1+ sTcl Kcl

J s +B

B Ru+(KФ)2

1+(J +B Tu) Ru

B Ru+(KФ)2 s + Tu J Ru

B Ru+(KФ)2 s2

Có Fmd(s) = 1+2 τ 1

σ s +2 τ σ2 s2 và Ri = F md

S 0 i(1−Fmd)

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module, ta có :

Ri = S Fmd

0 i(1−Fmd) =

1

Kcl

1+sTcl .

J s +B

B Ru+(K Ф)2

1+(J +B Tu) Ru

B Ru+(K Ф)2 s+ Tu J Ru

B Ru+( K Ф)2 s2

.(2 τ σ s+2 τ σ2 s2)

=

1+(J +B Tu) Ru

B Ru+(KФ)2 s+

Tu J Ru

B Ru+(KФ)2 s

2

Kcl

1+s Tcl .

J s +B

B Ru+(KФ)2.2 τ σ s (1+s τ σ)

Chọn τ σ = Tcl

=> R i =

1+(J +B Tu) Ru

B Ru+(K Ф)2 s+ Tu J Ru

B Ru+(K Ф)2 s2 Kcl 2 Tcl J s2

+Kcl 2 Tcl B s

B Ru+(K Ф)2

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM LẠI KẾT QUẢ.

3.1 Mô phỏng trên matlab.

Chọn tham số của động cơ:

Để mô phỏng mạch vòng điều chỉnh dòng điện và tốc độ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập trên matlab, chúng ta cần tính toán các thông số cơ bản của các hàm truyền để nhập vào các khối trong mạch vòng

Ta có: Với động cơ điện 1 chiều KTĐL có Udm = 220V, Idm = 18,4A, ndm = 1500v/p

Hệ số moment động cơ điện: Ce¿U dm−I dm Ru

n = 220−18,4.1,041500 = 0,134 (Nm/A)

Hệ số moment với kích từ độc lập của động cơ điện: Cm = 30π Ce = 1,28 (Nm/A) Hằng số thời gian điện cơ: Tm = Tc = 375.CeCm GD 2 Rd = 0,0024 (s)

Hằng số thời gian điện từ mạch rotor: Te = Tư = R d L d = 0,044(s)

Hệ số phản hồi âm điện áp: α = Udk/Ud = 0,045

Hàm truyền bộ băm xung áp một chiều: Wxa = s +1 Kb = 1,67 s+122 (Ta chọn  = 1,67))

Hàm truyền động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

WĐ = Tm.Ts s 2+Tm s+11 = 0,0001 s 2+0,0024 s+11

Hình 3.1 Mô hình mạch vòng điều chỉnh dòng điện và tốc độ.

3.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét.

*Kết quả mô phỏng:

Hình 3.2 Kết quả mô phỏng mạch vòng điều chỉnh động cơ điện 1 chiều

KTĐL.

*Nhận xét:

- Ta thấy trong hệ thống trên sử dụng bộ điều chỉnh PI với sai số có thể tùy

chỉnh được Nếu chỉnh cho tham số càng gần 1 thì kết quả mô phỏng gần với giá trị đặt nhất có thể (là đường thẳng tiệm cận với giá trị đặt)

- Còn với giá trị tốc độ của động cơ, sau khoảng thời gian đầu không ổn định, với sự điều chỉnh của bộ điều khiển PI, tốc độ đã ổn định lại và có giá trị giống với giá trị định mức của động cơ

 Từ kết quả mô phỏng, có thể thấy tùy vào việc sử dụng bộ điều chỉnh gì (P,

PI, PD, PID) mà kết quả có thể khác nhau, nhưng về cơ bản đều là điều chỉnh giá trị ra gần với giá trị đặt nhất có thể Trong thực tế, nhờ các sensor cài đặt ở các vị trí đầu ra phản hồi lại với bộ so sánh ở đầu vào, từ đó các bộ điều chỉnh

tự động thay đổi tham số điều chỉnh cho phù hợp, đảm bảo giá trị ra tương ứng với giá trị đặt nhất có thể, giúp động cơ hoạt động đúng với công suất nhất có thể