THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU ................................................THIẾT KẾ MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP.........................................................THIẾT KẾ MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN.........................................................

1.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 3

1.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 5

1.3 Mô phỏng trong matlab Simulink 7

BÀI 2: Động cơ không đồng bộ 3pha 13

2.1 Lập mô hình của động cơ gần đúng trong hệ dq: 13

2.2 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện Ridq 14

2.3 Tính toán các thông số: 14

2.4 Tiến hành mô phỏng trên matlab 15

BÀI 1: Hệ thống chỉnh lưu cầu ba pha – động cơ một chiều kích từ độc lập

a Động cơ: Pđm=14,5KW, Uđm=220V, Iđm=79A, ωđm =112(rad/s), Rư= 0.32 Ω, Lư=10mF, J=0.12Kg.m2

b Chỉnh lưu: Edmax=230V, Iđm=100A, Rb=0.23Ω, Lb=7mH, Kb=35, sóng năng của cosin U2(t)=Urmcosθ

c Đo lường: Ki=0.05, Ti=0.3x10^-3(s), Kω = 0.04 (v/rad), Tωω= 0.3x10^-3

d HCD: Imax= 2.Iđm

Yêu cầu:

- Tổng hợp mạch vòng dòng điện trong chế độ dòng điện liên tục

- Tổng hợp mạch vòng tốc độ:

 Tối ưu module

 Tối ưu đối xứng

- Mô phỏng bằng Matlab Simulink, nhận xét về đặc tính động của Uω cho 2 trường hợp trên khi Mc=0 và Mc≠0

Thực hiện:

1.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Mô hình đối tượng của mạch vòng dòng điện khi bỏ qua nhiễu E

Hàm truyền đối tượng:

Soi = K b K i/R ≅ K si

Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện Ri(s) theo chuẩn tối ưu module:

Ri(s) = S F ch

oi(1−F ch) =

1

1+ 2Tω δ s +2Tω δ2s2

K si

(1+ s Tω si)(1+ sTω )(1− 1

1+2Tω δ s +2Tω δ2s2) =

(1+s Tω si)(1+ sTω )

K si 2 Tω δ s(1+s Tω δ)

Chọn Tω δ = Tsi ta có: Ri(s) = K (1+ sTω )

si 2 Tω si s

Mạch vòng điều khiển dòng điện

Tính toán:

R = Rư + Rb = 0,32 + 0,23 = 0,55 (Ω¿

L = Lư + Lb = 10 + 7 = 17 (mH)

T = L

R=

17∗10 −3

0,55 = 0,031 (s)

Tb = L b

R b=

7∗10−3

0,23 = 0,0304 (s)

Tsi = Tb + Ti = 0,0304+0.3*10-3=0,0307 (s)

Ksi =K b K i

R = 35∗0,050,55 = 3,182

Hàm truyền động cơ:

Gđc = Tωs+1 1/ R = 0,031 s+11/0,55 = 0,031 s+11,82

Hàm truyền bộ chỉnh lưu:

Gcl = Tω K b

b s+1 = s +135 = 0,0304 s +135

Hàm truyền bộ đo dòng:

Gdd = K i

Tω i s +1 = 0.05

0,3∗10−3s+1

Hàm truyền bộ điều khiển dòng điện:

Ri(s) = K (1+ sTω )

si 2 Tω si s = 2∗3,182∗0,0307 s 1+0,031 s = 1+ 0,031 s 0,1954 s

1.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ

Mô hình đối tượng của mạch vòng tốc độ Khi Mc = 0 ta có hàm truyền của đối tượng:

S ωo= K ∅ K ω/K i

(1+2Tω si s)(1+s Tω ω)Js ≅

K sω

(1+ s Tω sω)Js

Trong đó: Tω sω = 2Tω si +Tω ω ; K sω = ∅ K ω/K i ;

Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ theo chuẩn tối ưu module:

R ωMD =

1

1+2Tω δ s +2Tω δ2s2

K sω

(1+ s Tω sω)Js(1− 1

1+2 Tω δ s+ 2Tω δ2s2) =

1

K ∅ K ω/K i

(1+s Tω sω)Js 2Tω δ s(1+s Tω δ) Chọn Tω δ=Tω sω suy ra : R ωMD= J K i

2 K ∅ K ω Tω sω

Mạch vòng điều khiển tốc độ tổng hợp theo chuẩn tối ưu module

Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ theo chuẩn tối ưu đối xứng:

R ωDX=

1+4 Tω δ s

1+4 Tω δ s +8 Tω2δ s2 +8 Tωδ3s3

K sω

(1+s Tω sω)Js(1− 1+4 Tω δ s

1+4 Tω δ s+8Tω δ2s2 +8 Tωδ3s3) =

1+4 Tω δ s

K sω 8 Tω2δ s2(1+Tω δ s)

(1+s Tω sω)Js

Mạch vòng điều khiển tốc độ tổng hợp theo chuẩn tối ưu đối xứng

Chọn Tω δ=Tω sω ta có:

R ωDX = (1+4 Tωsω s )J

8 K sω Tω sω2 s

Tính toán:

Tω sω = 2Tω si +Tω ω= 2*0,0307+0,3*10-3 =0,0617 (s)

K ∅=( Udm – Idm*Rư)/ω dm=(220 – 79*0,32)/112= 1,7386;

K sω=K ∅ K ω/K i = 1,7386*0,04/0,05 = 1,391

Ta có:

R ωMD= J K i

2 K ∅ K ω Tω sω = 2∗1,7386∗0,04∗0,06170,12∗0,05 = 0,699

R ωDX = (1+ 4 Tωsω s )J

8 K sω Tω sω2 s = (1+ 4∗0,0617∗s)∗0,128∗1,391∗0,06172

∗s = 0,699+2,8327

s

1.3 Mô phỏng trong matlab Simulink

Ta tạo 1 file m để thực hiện nhập và tính toán các thông số cần thiết:

clc

Pdm=14.5e3;

Udm=220;

Idm=79;

Wdm=112;

Ru=0.32;

Lu=10e-3;

J=0.12;

Edmax=230;

Icl=100;

Rb=0.23;

Lb=7e-3;

Kb=35;

Ki=0.05;

Ti=0.3e-3;

Kw=0.04;

Tw=0.3e-3;

% -L=Lu+Lb;

R=Ru+Rb;

T=L/R;

Tsi=Tb+Ti;

Ksi=Kb*Ki/R;

Tsw=2*Tsi+Tw;

Kphi=(Udm-Idm*Ru)/Wdm;

Mdm=Kphi*Idm; Tu=Lu/Ru; Mc= Mdm;

Ksw=Kphi*Kw/(Ki*J);

ndm=9.55*Wdm;

Rwmd=(J*Ki)/(Kphi*Kw*2*Tsw)

Rwdx=tf([4*Tsw 1],[Ksw*8*Tsw*Tsw 0])

%J*Ki/(Kphi*Kw*2*Tsw)

 Mạch vòng dòng điện:

Mô hình:

Mạch vòng điều khiển dòng điện

Đồ thị đáp ứng

0

10

20

30

40

50

60

70

80

 Mạch vòng tốc độ

Mô hìnhtối ưu đối xứng

Mạch vòng điều khiển tốc độ tổng hợp theo chuẩn tối ưu đối xứng

Đồ thị đáp ứng

0 20 40 60 80 100 120

Hình 1.9.Đồ thị đáp ứng của U ω ứng với Mc=0

20 40 60 80 100 120

Mô hình theo chuẩn tối ưu module

Mạch vòng điều khiển tốc độ tổng hợp theo chuẩn tối ưu module

Đồ thị đáp ứng

0 20

40

60

80

100

120

Hình 1.12.Đồ thị đáp ứng của U ω ứng với Mc=0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0

20

40

60

80

100

120

Hình 1.13.Đồ thị đáp ứng của U ω ứng với Mc=Mdm

Nhận xét:

 Với chuẩn tối ưu đối xứng: Bộ điều khiển đáp ứng được yêu cầu điều khiển

ổn định Khi có nhiễu Mc=Mdm giá trị tốc độ chỉ bị giao động nhẹ rồi trở về giá trị xác lập, sai leenchj tĩnh bằng 0

 Với chuẩn tối ưu Module: Khi bỏ qua Mc, bộ điều khiển hoạt động tốt, đưa giá trị tốc độ đạt giá trị đặt, tuy nhiên khi có Mc=Mđm thì xuất hiện sai lệch tĩnh Vì vậy bộ điều khiển tối ưu module không phù hợp

BÀI 2: Động cơ không đồng bộ 3pha.

2.1 Lập mô hình của động cơ gần đúng trong hệ dq:

Hình 2.1.1: Hệ tọa độ quay dq Xét định nghĩa hệ tọa độ dq

(dq) = e jθsθs (αβ); e jθsθs = cos θs + j sin θs

=>U dq s = |Us´ | cosγ u+ j |Us´ | sinγ u=>Us´ = [U sd(t )

U sq(t )]

U αβ s = |Us´ | cosθ u+ j |Us´ | sinθ u=>Us´ = [U αβ(t)

U αβ(t)]

=>U´dq s = e jθsθs U´αβ s ; Ψ´dq s = e jθsθ s Ψ´αβ s ; i´s dq =e jθsθs i´s αβ

Từ mô hình thay thế của động cơ:

0= ¿ Rriαrr + d φ αr

dt - ωψβrr

0 = Rr iβrr + d φ βr

dt - ωψαrr

Usd = Rsisd + d φ sd

dt - ωsψsq

Usq = Rsisq + d φ sq

dt - ωsψsd ψsd = Lsisd - LMird = Lrsiad + LMimd; Imd = isd – ird

ψsq =Ls isq – LMirq = Lrsisq + LMimq; imq = isq – Irq

ψrd = -ird.Lr + LMisd = -Lδrrird + LMimd

ψrq = - irqLr +LMisq =-Lσrrirq + LMimd

Ta có: M= 3 p2 LM (idr iqs – iqr ids) = 3 p2 L M

L r (Ψ dr iqs - Ψ qr ids)

2.2 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện R idq

Soid(p) = K R NL

s

K i . 1

(1+ p Tωi)(1+ p Tωs) ; Ts >> Ti Theo tiêu chuẩn TWMD, chọn Tω δ= Tita được:

Rid(p) =

(1+Tω s p)

K NL K i

R s .2 Tω si p

K NL K i .2Tω i(1+ 1

Tω s p)

Soiq(p) = K NL

R nm K i 1

(1+ p Tωi)(1+ p Tωnm) ; Tnm>> Ti Chọn Tω δ= Ti

Riq =

1+Tω nm p

K nm K i

R nm .∑Tω i p

K NL K i 2Tω i

Tω nm p)

Mdm=kphi*Idm; Tu=Lu/Ru; Mc= Mdm;

Ts=Ls/Rs; Tr=Lr/Rr;

 Tính toán hàm điều khiển:

Tsi=Tb+Ti;

Ksi=Kb*Ki/Ru;

Ksw=Kw*kphi/(Ki*J);

Tsw=Tw+2*Tsi;

2.4 Tiến hành mô phỏng trên matlab.

Ta tạo 1 file m để thực hiện nhập và tính toán các thông số cần thiết

clc

Pdm=90e3; Udm=380; Idm=158; fdm=50; ndm=1483; p=2;

J=150; Mdm=580; Xidm=0.98;

Rs=0.02; Rr=0.016; Ls=16.36e-3; Lr=16.36e-3;

Lm=16e-3;

Lnm=Ls+Lr;Rnm=Rs+Rr;Tnm=Lnm/Rnm;

Knl=1; Tnl=1e-3;

Ki=1; Ti=0.1e-3;

Kw=0.5; Tw=0.001;

Ws=49;

Wsl=1;

% -

-Ts=Ls/Rs;

Tr=Lr/Rr;

Tsi=Tnl+Ti

 Mô hình mạch vòng điều khiển:

 Kết quả chạy mô phỏng:

Dòng điện Isd với giá trị đặt là 10:

Dòng điện Isq với giá trị đặt là 22:

Nhận xét:

Ta thấy giá trị Isd và Isq đã đạt được giá trị đặt, bộ điều khiển hoạt động tốt với thời gian quá độ ngắn chỉ khoảng 0.01s