Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu KHẢO SÁT và TÍNH TOÁN hệ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN tần ĐỘNG cơ điện XOAY CHIỀU để ỨNG DỤNG điều KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA lửa điện

Xây dựng sơ đồ khối hệ truyền động biến tần – động cơ điện xoay chiều điều khiển bởi module mềm PLC S7-300.. PID S7-300 U V W Biến tần M420 Encoder Động cơ 3 pha Tín hiệu xung Encoder ch

Để giải quyết đề tài trong luận văn có những nội dung sau:

1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7-300.

Xây dựng sơ đồ khối hệ truyền động biến tần – động cơ điện

xoay chiều điều khiển bởi module mềm PLC S7-300

PID (S7-300)

U V W

Biến tần (M420)

Encoder Động cơ 3 pha

Tín hiệu xung Encoder chuyển đổi sang tốc độ động cơ

Sp

Pv

e

Kp Ki Kd

Hình 1.1: Mô hình hệ thống Trong sơ đồ này động cơ được điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số Biến tần dùng để điều khiển điện áp ra cung cấp cho động

cơ PID S7-300 là bộ điều khiển số cóChai mạch vòng phản hồi, mạch vòng âm dòng điện để ổn định dòng điện được tích hợp trong biến tần, mạch vòng âm tốc độ để ổn định tốc độ dùng Encoder Sp là tín hiệu điều khiển được lấy từ máy tính Như vậy đây là hệ thống truyền động biến tần – động cơ điện xoay chiều điều khiển số

2 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB BA PHA

Trong bản luận văn đã đưa ra hai phương án điều khiển đó là phương án điều khiển vector và điều khiển trực tiếp momen

Hình 2.1: Cấu trúc điều khiển vectơ của hệ ổn định tần số máy sử

dụng ĐC KĐB xoay chiều ba pha

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ biến tần - ĐC KĐB xoay chiều ba pha điều

khiển trực tiếp momen

Qua phân tích đã chọn phương án điều khiển vector, đồng thời tiến hành xây dựng sơ đồ hệ điều khiển vector biến tần – động cơ điện không đồng bộ

3 KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ KIỂM NGHIỆM

HỆ ĐIỀU KHIỂN VECTOR BIẾN TẦN- ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

- Xây dựng sơ đồ khối hệ điều khiển số biến tần - động cơ điện

xoay chiều

Sơ đồ khối hệ điều khiển số được xây dựng dựa trên:

* Cơ sở hệ điều khiển vector

Từ sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ KĐB (hình 2.9) và sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần (hình 2.11), thành lập được sơ đồ hình3.1

Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ

Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ không

đồng bộ bằng thiết bị biến tần.

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc chi tiết của hệ thống TĐĐ sử dụng biến tần

và động cơ không đồng bộ

Sau khi biến đổi sơ đồ, giả thiết từ thông là không đổi dẫn tới chỉ còn một mạch vòng i1q Như vậy sơ đồ hình 3.2b là sơ đồ mà chúng ta đưa hệ điều khiển biến tần – động cơ điện xoay chiều về hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Với sơ đồ này thay bộ điều chỉnh dòng điện Ri và bộ điều chỉnh tốc độ R  bằng bộ điều khiển số ta được sơ đồ khối hệ điều khiển số như sau:

* Cơ sở 2 là dựa vào bộ điều khiển số

- Khảo sát ổn định và khảo sát chất lượng

Khảo sát ổn định:

+ Mạch vòng dòng điện : Từ sơ đồ khối hệ điều khiển số, sau khi biến đổi ta được hàm truyền hệ kín:

 

0 1

2 2

3 3

0 1

2 2

3 3

E Z E Z E Z E

D Z D Z D Z D Z

W KI















Phương trình đặc tính là : E3Z3E2Z2E1ZE0 = 0

Từ phương trình này ta khảo sát ổn định bằng phương pháp đại

số (dựa vào bảng Routh)

Với các số liệu tính toán như sau: T = 0,00165; Kp = 0,25 ; Ki

= 42 sau khi thay số, tính toán, biến đổi Z =(V+ 1)/(V-1 ) ta được phương trình sau:

1

3

0V G V G V G

G

0 2122 , 34 4635 , 7 6383 , 0 0421

,







V

Xét ổn định :

Lập bảng Routh:

G0 = 0,042; G1 = 0,6383; N0  5 , 2073; N2  0;

2122 , 34 0

0

1 3

0

N

G G

N

N

Ta thấy các hệ số G0, G1, N0, N1 của bảng Routh đều lớn hơn không, thỏa mãn điều kiện ổn định mạch vòng dòng điện

+ Đối với mạch vòng tốc độ, ta khảo sát tương tự như mạch vòng dòng điện

Hàm số truyền của mạch vòng tốc độ:

 Z U

Z n F

Z F Z F Z F Z F

Z D K Z D K Z D K Z D K Z

W K





) ( )

(

0 1

2 2

3 3

4 4

0 0

2 1 0

3 2 0

4 3



















2 2

3 3

4

4Z F Z F Z F Z F

Đổi biến: Z = V V 11 ta được: Phương trình :

0

0 1

2 2

3

3

4

4V Q V Q V Q V Q 

Q

Ta xét ổn định cho mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn Routh

Lập bảng Routh:

Với các số liệu tính toán như sau:

T = 0,00165; Kp = 0,25; Ki = 42; K  0 , 0006

2

3 3

4

4V Q V Q V Q V Q 

0 0,0094 0,2130

2,6741 22,7266











Xét ổn định :

Lập bảng Routh:

Q0 = 74,946; Q1 = 22,7266

6743 , 1

0 

1

0 4 1

2   Q 

Q

Q Q Q R

1900 , 13 6743

, 1

2130 , 0 9460 , 74 6741 , 2 6743 , 1

0

1 2 3 0

R

Q R Q R

R

1922 , 13 6743

, 1

2130 , 0 9460 , 74 7266 , 22 6743 , 1

0

1 2 3

0

R

Q R Q

R

S

2714 , 73 1900

, 13

1922 , 13 6743 , 1 9460 , 74 1900 , 13

1

0 0 2 1

R

S R R R S

Ta thấy các hệ số Q0, Q1, R0, R1, S0, S1 của bảng Routh đều lớn hơn không, thỏa mãn điều kiện ổn định của mạch vòng tốc độ

Khảo sát chất lượng:

Dùng phần mềm Pascal để mô phỏng

+ Khảo sát chất lượng mạch vòng dòng điện

Sau khi biến đổi ta có phương trình sai phân:

3

0 1 2 3 0

1

1

E

D D D D K Y E K

Y E K

Y E K

(3-6)

Từ phương trình sai phân trên lập trình theo ngôn ngữ Pascal ta sẽ

vẽ được đường cong dòng điện trong 2 trường hợp sau:

 Trường hợp 1: T = 0,5Tu = 0,00165(s); Kp = 0.25; Ki =42

 Trường hợp 2: T = 0,61Tu = 0,002(s); Kp = 0.25; Ki =50

Kết quả mô phỏng hai trường hợp được thể hiện trên 2 hình vẽ sau:

Thời gian quá độ: < 0,1655

Số lần dao động : = 1,5 + Trường hợp 2: Độ quá điều chỉnh: = %25.750

Thời gian quá độ: < 0,1655

Số lần dao động : = 1,5

+ Khảo sát chất lượng mạch vòng tốc độ

Phương trình sai phân

Y[K+4] = (-F3Y[K+3] - F2Y[K+2] - F1Y[K+1] - F0Y[K] +

+ K0D3 + K0D2 + K0D1 + K0D0)/F4

Từ phương trình sai phân này lập trình theo ngôn ngữ Pascal ta được đường cong n(t) ứng với các giá trị K cho 2 trường hợp:

 Trường hợp 1: T = 0,5Tu = 0,00165 (s) ; KP = 0,25; Ki =

42 ; K = 0,0006

 Trường hợp 2: T = 0,61Tu = 0,002 (s) ; KP = 0,25; Ki =

50 ; K = 0,00058

Kết quả mô phỏng hai trường hợp được thể hiện trên 2 hình vẽ sau:

trường hợp các chỉ tiêu đạt được là:

+ Trường hợp 1: Độ quá điều chỉnh: = %22,613

Thời gian quá độ: < 0,1655

Số lần dao động : n = 2 + Trường hợp 2: Độ quá điều chỉnh: = %19,907

Thời gian quá độ: < 0,1655

Số lần dao động : n= 2

Để kiểm chứng với tính toán lý thuyết thì bản luận văn đã tiến hành thí nghiệm ở phòng thí nghiệm của nhà trường :

Hình 3.11 Mô hình thực nghiệm

Hình 3.12 Kết quả thí nghiệm khâu P

Hình 3.13 Kết quả thí nghiệm khâu PI

* Kết quả thí nghiệm: - Độ quá điều chỉnh  %< 20%

- Thời gian quá độ tqđ <0,5 s

* Kết quả tính toán: : - Độ quá điều chỉnh  %< 22,613%

- Thời gian quá độ tqđ <0,1655 s

Như vậy, qua quá trình thí nghiệm, so sánh với lý thuyết thì ta thấy hệ thống đảm bảo chất lượng

4 ỨNG DỤNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐIỀU KHIỂN BỞI PLC S7-300 CHO BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA

Ứng dụng hệ truyền động để điều khiển chuyển động bàn máy gia công tia lửa điện

Hình 4.13 Sơ đồ khối hệ truyền động biến tần – động cơ điện xoay

chiều cho máy gia công tia lửa điện Trong sơ đồ này có 3 chuyển động x,y,z với yêu cầu chuyển động bàn máy có thể xây dựng hệ điều khiển hở hoặc kín Với hệ điều khiển kín:

Hình 4.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển vòng kín dùng Tachometer,

Resolver

Hình 4.12 Sơ đồ điều khiển vòng kín dùng Tachometer, Encoder.

Với sơ đồ này, trục động cơ được nối cứng với bàn máy nên không có sai số Mạch vòng trong là hệ thống đã khảo sát ở trên, mạch vòng ngoài lấy tín hiệu vị trí so sánh với tín hiệu từ máy tính Tín hiệu

ra là tín hiệu vị trí đồng thời là tín hiệu vào của tốc độ

Kết luận

- Xây dựng được sơ đồ khối hệ truyền động

Tín hiệu

yêu cầu



Bàn máy

UYC

Phản hồi vị trí Phản hồi tốc độ

Vít me đai ốc

Tachometer Resolver

+ _

- Chọn phương án điều khiển truyền động vector, đưa hệ truyền động này

- Khảo sát ổn định, chất lượng hệ thống, thí nghiệm hệ truyền động, so sánh với kết quả tính toán

- Đề xuất ứng dụng hệ truyền động để điều khiển chuyển động bàn máy gia công tia lửa điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Tên đề tài:

“ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỂ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN”

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

GVHD: PGS.TS Võ Quang Lạp

Học viên: Trần Thị Sự