tổng hợp mạch vòng dòng điện,mạch vòng tốc độ,mạch vòng vị trí

Các phương pháp tổng hợp mạch vòng: dòng điện ,tốc độ, vị trícác bạn đọc tham khảo và cho ý kiếnquá trình mô phỏng có thể có sai số nên kết quả chưa được như mong muốnmọi thắc mắc vui lòng để lại bình luận ,mong các bạn cho những ý kiến chân thành

TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN I.Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Hì

nh 1: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện

Trong đó:

Tu=: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng

Ru= Rb+ Rk+ Rud+ Rs

Lu= Lb+ Lk+ Lud

Ki = Rs: Điện trở của sensor

Ti = Rs.C: Hằng số thời gian của sensor dòng điện

Viết gọn lại ta có sơ đồ như trên hình 2 ta có hàm truyền của đối tượng mạch vòng điều khiển của mạch vòng điều chỉnh dòng điện:

Hình 2: Sơ đồ thu gọn mạch vòng dòng điện

1

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

Soi(p) = = (1) Trong đó:

Tđk100µs, Tv2.5 2,5 ms, Tư100ms

Thay Tsi= Ti+ Tv+ Tdk<<Tu, bỏ qua các hệ số bậc cao ta có:

Soi(p)= (2)

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta tìm được hàm truyền của hệ thống kín:

FoMi = (3) Mặt khác trên hình 2 ta có:

FoMi(p) =

->Ri(p)=

Ri(p) =

Chọn= min(Tsi,Tu) =Tsi

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:

FOmi(p) = = (5)

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 Matlab

Các thông số cho trước

Pđm: Công suất định mức của động cơ = 1.0KW

nđm: Tốc độ quay định mức = 1500v/p

ƞđm: Hiệu suất danh định của động cơ = 90%

L: Điện cảm phần ứng = 0,0348H

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 = 0,0001s

Tω: 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).Iư

Uư: Điện áp phần ứng

Eư: Suất điện động phần ứng

Rư: Điện trở mạch phần ứng = 0.960 Ω

Rf: Điện trở phụ mạch phần ứng

Iư: Dòng diện mạch phần ứng

Rư= rư+rcf+rb+rct

rư: Điện trở cuộn dây phần ứng

rcf: Điện trở cực từ phụ

rb: Điện trở cuộn bù

rct: Điện trở tiếp xúc chổi điện

3

Eư= K.ω = (pNΦ.ω)/2πa p: Số đôi cực từ chính

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

Φ: Từ thông kích từ dưới một cực từ

: Tốc độ góc

K = : Hệ số cấu tạo của động cơ

Eư = Ke Φ.n

n: tốc độ roto

= = (6)

= = 157rad/s (7)

Ke = = 0,105K (8) Phương tình đặc tính cơ điện:

= - Iu

Phương trình đặc tính cơ:

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

Tính momen định mức:

Pdm = Mdm

Mdm = = = 6,37 Nm

Idm = 12 A (10)

= = = 0,53 (11)

Tính gần đúng R u theo công thức:

R u = 0,960

Lu = 0,0348 H

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 = (1+) (14)

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

Ri = (1 + )

Ri = 0,59.(1 + ) (đặt K=0,59) (16)

Tc = = = 0,19s (17)

= = 9,53 (18)

Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện có thể dùng như sau:

5

Hình 3: Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện

III.Kết quả mô phỏng

Hình 4: Kết quả mô phỏng mạch vòng dòng điện

TỔNG HỢP MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ

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

FOmi(p)= = (19)

Vậy sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ còn lại như trên hình 3, trong đó ta

lấy hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất, bỏ qua các bậc cao

Hình 3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tốc độ

I.Tổng hợp mạch vòng tốc độ:

Viết gọn sơ đồ hình 3 ta có sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độ nhơ trên hình 4:

= (20)

Với = 2Tsi + rất nhỏ

Hình 4: Sơ đồ tối ưu

Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu:

= (21)

=

(p) =

(p) =

Chọn =

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 = Ta có:

(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

9

Hình 5 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T – Đ

Sau khi tổng hợp ra các bộ điều chỉnh, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều

khiển tốc độ động cơ một chiều như hình 5.

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 3 ta có:

= Chọn =10V

= = 0,064 (25)

Trong công thức (22) ta có:

= +

Với = 1ms; = 4,6.10-3s

T c = =9,53s (26)

= 0,001s

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

(p) = = = 5182 (27)

= = 0,012

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

(p) = (Khâu PI)

Với = 0,001s; = 0,0348; = 0,064; = 0,58; =0,53; = 9,53s

(p) = = = + 657669,3

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 tối ưu:

Hình 6 Sơ đồ mô phỏng mạch vòng tốc độ

11

Hình 7 : Kết quả mô phỏng tốc độ

TỔNG HỢP MẠCH VÒNG VỊ TRÍ

I Tổng hợp mạch vòng vị trí:

Hình 1: 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,

ta dùndg tiêu chuẩn tối ưu môdul và hàm truyền đạt của mạch vòng tốc độ lấy là khâu bậc 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

Hình 2 : Sơ đồ rút gọn

Chọn =

= (

Với và KD =

là khâu tỷ lệ đạo hàm PD

2 Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ dùng chuẩn tối ưu đối xứng ta có hàm truyền của đối tượng

áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môdul ta có

Ta có:

= ( 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)

15

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

=> = = 0,031

Kr: Hệ số khuếch đại của bộ truyền lực

=> Kr = =

Bộ điều chỉnh vị trí:

= (

=

0, 064

(1 0,002 ) 3,3167.(1 0,002 )

theo môdul tối ưu)

=

0,0637

(1 0,004 ) 3,3167.(1 0,004 )

(Khi mạch vòng tốc độ tổng hợp theo môdul đối xứng)

Hình 3 : Sơ đồ mô phỏng vị trí theo phương pháp modul tối ưu

Hình 4 : Kết quả mô phỏng vị trí

17

Hình 4 : Tốc độ

Hình 5 :Dòng điện