Nghiên cứu xây đựng, tính toán, mô phỏng khảo sát hệ thống điều khiển tự động ổn định tốc độ dùng hệ truyền động một chiều máy phát động cơ

Trang Bìa ............................................................................................................................. 3 Trang Thông Tin Cá Nhân................................................................................................... 4 Tr ng m ết .................................................................................................................... 5 Lời m Ơn ......................................................................................................................... 6 M L ............................................................................................................................... 7 MỞ ẦU ............................................................................................................................. 9 HƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ỘNG Ơ IỆN 1 HIỀU VÀ Á PHƯƠNG PHÁP IỀU HIỂN ỘNG Ơ IỆN 1 HIỀU ..................................................................... 11 I. Khái quát ................................................................................................................. 11 h ng II THIẾT Ế Ộ IỀU HIỂN ỘNG PID ................................................. 16 h ng III Th nh l p s kh i v s u tr v kh o s t n u hệ th ng T n nh t ộ M ...................................................................................................... 27 I. L p s kh i ph n t h h năng ph n t l p s h năng v thuyết minh nguy n lý l m việ hệ th ng ......................................................................... 27 1. Ph n t h s nguy n lý:................................................................................ 27 2. Ph n t h h năng kh u: ......................................................................... 27 3. Nguy n lý l m việ hệ th ng: .................................................................... 27 II. Ph n t h u trúc – l p s u tr v l p h m s truyền hệ th ng m h hở 28 1. Ph n t h u tr hệ th ng: ............................................................................. 28 2. L p s u tr : ........................................................................................... 29 3. ng h m s truyền hệ th ng:............................................................. 29 III. h o s t t nh n nh hệ th ng m h hở T ........................................... 29 HƯƠNG IV T nh to n u tr v th ng s u hiệu h nh n i tiếp ................ 31 I. X y ng t nh t n s Log Lbd w v ph t n s Log n u ȹbd(w)..... 31 II. T nh to n v x y ng t nh t n s i n ộ Log mong mu n Lmm(w).......... 32 1. V ng t n s th p:.............................................................................................. 33 2. V ng trung t n .................................................................................................. 33 3. V ng t n s o ................................................................................................ 34

D N N D N N N

n ề t i

-

C ư I:

1 1 Về nhiệm v n nh t ộ trong s n xu t v qu tr nh ng nghệ 1 2 Hệ truyền ộng iện T v hệ T n nh t ộng t ộ ộng

1 3 sở h n ph ng ph p iều khiển v iều h nh t ộ ộng iện một hiều M

1 4 t nh hệ T m y ph t- ộng ng ể iều h nh t ộ M 1 5 Nghi n u x y ng hệ th ng iều khiển iều h nh t ộ M 1 6 h ti u n nh gi h t l ng hệ th ng T t ộ ộng

C ư II:

2 1 u t 2 2 ộ khuế h i iện t 2 3 M y ph t iện 2 p khuế h i m y iện

2 4 ng iện một hiều 2 5 M y ph t t

2 5 m iến m -men 2 5 m h 4 th ộng ng hi u h nh hệ th ng T

C ư III :

3 1 Th nh l p s kh i hệ th ng 3 2 h n t nh to n u tr ộng h ph n t trong hệ th ng T

3 3 Th nh l p s u tr hệ th ng T n u

3 3 h o s t t nh n nh v nh gi h t l ng hệ th ng n u

Trang Bìa

Trang Thông Tin Cá Nhân

L i Cam Đoan

m xin cam oan : Khoá lu n t t nghiệp với ề tài “Nghiên c u xây ng,

tính toán, mô ph ng kh o sát hệ th ng iều khiển t ộng n nh t c ộ dùng hệ truyền ộng một chiều máy phát- ộng c ” là công trình nghiên c u

c a cá nhân em, không sao chép c a b t c ai.

m xin ch u m i trách nhiệm về công trình nghiên c u c a riêng mình

Hà Nội, ngày …tháng… năm…….

Ng ời cam oan

Lời Cảm Ơn

Để đ án t t nghiệp này đ t kết qu t t đ p, em đã nh n đư c s hỗ tr ,

giúp đ c a nhiều cơ quan, t ch c, cá nhân Với tình c m sâu sắc, chân thành, cho phép em đư c bày t lòng biết ơn sâu sắc đến t t c các cá nhân

và cơ quan đã t o điều kiện giúp đ trong quá trình h c t p và nghiên c u

đề tài.

Trước hết em xin g i tới các th y cô khoa Điện-Điện T trường Đ i h c Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội lời chào trân tr ng, lời chúc s c kh e và lời c m ơn sâu sắc Với s quan tâm, d y dỗ, ch b o t n tình chu đáo c a

th y cô, đến nay em đã có thể hoàn thành đ án t t nghiệp.

Đ c biệt em xin g i lời c m ơn chân thành nh t tới th y giáo– TS.

Nguyễn Ng c Bích đã quan tâm giúp đ , hướng dẫn em hoàn thành t t

đ án t t nghiệp này trong thời gian qua.

Em xin bày t lòng biết ơn đến lãnh đ o Trường Đ i h c Kinh Danh Và Công Nghệ Hà Nội, Khoa Điện - Điện T đã tr c tiếp và gián tiếp giúp đ em trong su t quá trình h c t p và nghiên c u đề tài.

Trong thời gian làm đ án t t nghiệp, em đã nh n đư c nhiều s giúp đ , đóng góp ý kiến và ch b o nhiệt tình c a th y cô.

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn h n chế c a một h c viên, đ án t t nghiệp này không thể tránh đư c những thiếu sót Em r t mong nh n đư c s ch b o, đóng góp ý kiến c a các th y cô để em có điều kiện b sung, nâng cao ý th c c a mình, ph c v t t hơn công tác th c tế sau này.

Em xin chân thành c m ơn!

, ngày tháng năm

Sinh viên

Mục Lục

Contents

Trang Bìa 3

Trang Thông Tin Cá Nhân 4

Tr ng m ết 5

Lời m Ơn 6

M L 7

MỞ ẦU 9

HƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ỘNG Ơ IỆN 1 HIỀU VÀ Á PHƯƠNG PHÁP IỀU HIỂN ỘNG Ơ IỆN 1 HIỀU 11

I Khái quát 11

h ng II THIẾT Ế Ộ IỀU HIỂN ỘNG PID 16

h ng III Th nh l p s kh i v s u tr v kh o s t n u hệ th ng T n nh t ộ M 27

I L p s kh i ph n t h h năng ph n t l p s h năng v thuyết minh nguy n lý l m việ hệ th ng 27

1 Ph n t h s nguy n lý: 27

2 Ph n t h h năng kh u: 27

3 Nguy n lý l m việ hệ th ng: 27

II Ph n t h u trúc – l p s u tr v l p h m s truyền hệ th ng m h hở 28 1 Ph n t h u tr hệ th ng: 28

2 L p s u tr : 29

3 ng h m s truyền hệ th ng: 29

III h o s t t nh n nh hệ th ng m h hở T 29

HƯƠNG IV T nh to n u tr v th ng s u hiệu h nh n i tiếp 31

I X y ng t nh t n s Log Lbd w v ph t n s Log n u ȹbd(w) 31

II T nh to n v x y ng t nh t n s i n ộ Log mong mu n Lmm(w) 32

1 V ng t n s th p: 33

2 V ng trung t n 33

3 V ng t n s o 34

4 V ng t n s li n h p: 34

III T nh to n u tr v th ng s 36

IV Tính toán và ph n t h hệ th ng s u khi ã hiệu h nh 37

1 S u tr hệ th ng s u khi hiệu h nh: 37

2 X y ng t nh ᵩ w hệ th ng s u khi hiệu h nh 38

3 nh gi t nh n nh hệ th ng v x nh ộ trữ n nh theo i n ộ 38 4 X y ng ờng ong qu ộ h t : 39

V ết lu n: 40

h ng V: M ph ng kh o s t nh gi h t l ng hệ th ng s u khi hiệu h nh ng ph n mềm MATLA 41

I ết qu m ph ng s ng m tl mfile 41

II ết qu m ph ng s ng m tl simulink 44

Tài liệu th m kh o 45

Ph L o e 46

MỞ ẦU

ỹ thu t iều khiển t ộng h v i trò r t qu n tr ng trong ph t triển kỹ thu t

ng nghệ hiện i Hiểu v nắm ắt kiến th sở x y ng n n hệ th ng iều khiển t ộng l y u u n thiết v kh ng thể thiếu trong h ng tr nh h t p sinh vi n tr ờng i h kỹ thu t n i hung v tr ờng n i ri ng

Tiến h nh i t p lớn “ Lý thuyết iều khiển t ộng tuyến t nh li n t ” s u khi

h xong ph n lý thuyết m n h “Lý thuyết iều khiển hệ th ng” nh m m h

h nh l nắm ph ng ph p thiết kế v iều khiển hệ th ng t ộng

Với hệ li n t tuyến t nh ể nắm vũng nguy n lý x y ng hệ th ng iều

h nh t ộng h năng ph n t tong hệ th ng S ng ph ng ph p ph n t h

u tr hệ th ng ph ng kh o s t t nh n nh v h t l ng hệ th ng T

ề i: T nh o n hệ th ng tuyến t nh li n t theo y u u h ti u h t l ng l m việ ho tr ớ

Kca[v/mv]

Kkd/ t[ma/v]

Tk / t [sec]

Kmf[v/ma]

Tmf[sec]

Kdc[vòng/ phút xv]

Tdc[sec]

C ƢƠN ỔNG QUAN VỀ N CƠ ỆN 1 CHIỀU VÀ CÁC ƢƠN ỀU KHIỂN N CƠ ỆN 1 CHIỀU

I Khái quát

hi tiến h nh thiết kế 1 ộ iều khiển n i hung việ u ti n t ph i hiểu iết về

t nh i t ng từ x y ng m h nh to n h ho i t ng ng việ n y ung p ho t hững hiểu iết về i t ng gi p t th nh ng trong việ t ng h p ộ iều khiển

u t o ph n lo i v nguy n lý ho t ộng ộng iện 1 hiều:

T ng t giữ òng iện ph n ng và từ thông kích thích t o th nh m men iện từ

Ph n lo i:

ăn v o ph ng ph p k h từ ng ời t hi ộng 1 hiều th nh lo i nh s u:

ộng iện 1 hiều k h từ ng n m h m vĩnh u

ộng iện 1 hiều k h từ ộ l p nghĩ l ph n ng v ph n k h từ p iện ởi 2 ngu n ri ng lẽ

ộng iện 1 hiều k h th h n i tiếp: uộn y k h th h mắ n i tiếp với ph n ng

ộng iện 1 hiều k h th h song song: uộn y k h th h mắ song song với ph n ng

ộng iện 1 hiều k h th h hỗn h p: g m 2 uộn y k h từ 1 uộn mắ

n i tiếp với ph n ng 1 uộn mắ song song với ph n ng

(*) thời gi n qu n t nh iện hay h ng s thời gi n iện từ

:

Mô hình trạng thái tuyến tính:

t x1=n(t), , y(t)=x1

̇ ̇ [ ̇̇ ] [ ] [ ] [ ]

[ ] [ ]

Mô t ộng ở miền t n s :

ph ng ph p iều khiển t ộ ộng iện 1 hiều:

D v o t nh ộng iện 1 hiều t ph ng ph p iều khiển

t ộ s u:

iều khiển t ộ ng h th y i từ th ng

iều khiển t ộ ng h th y i iện trở phu Rf tr n m h ph n ng

iều khiển t ộ ng h th y i iện p ph n ng

D ới u h ng em h ề p ến ph ng ph p iều khiển t ộ ộng iện 1 hiều ng h th y i iện p ph n ng Ph ng ph p n y s ng h yếu ể iều khiển t ộ ộng iện 1 hiều k h từ ộ l p

iều khiển t ộ ộng iện 1 hiều kh ng o hiều qu y ng tr nzitor

iều khiển t c ộ ộng iện 1 chiều dùng Thyristor

D ng ể iều khiển ộng ng su t lớn v iện áp ph n ng cao

S nguyên lý:

Chương II THI T K B ỀU KHIỂN NG (PID)

Tr n th tế r t nhiều ph ng ph p ể thiết kế ộ iều khiển ho ộng 1 hiều nh thiết kế ộ iều khiển theo lu t kinh iển tỷ lệ tỷ lệ - t h ph n tỷ lệ - vi

ph n tỷ lệ - vi t h ph n theo lu t iểu khiển hiện i g n iểm ph n h i tr ng

th i qu n s t tr ng th i theo lu t iều khiển phi tuyến SM g in s he uling) Tuy nhi n trong i t p lớn n y h ng em s ng ph ng ph p thiết kế ộ iều khiển theo

lu t PID t nh mềm ẻo ph h p ho h u hết i t ng ng nghiệp

gi ng nh một m y ph t iện mini k h từ nh ộ huyển i n y oi nh một

kh u khuế h i hệ s khuế h i f với uFT = fx

ộng iện 1 hiều iến i t n hiệu iện th nh t n hiệu theo ph ng tr nh:

Thiết h p h nh huyển t n hiệu iều khiển u t t ộng v o u h p

h nh Tr nzitor Thyisror … ể iều h nh iện p p v o ph n ng ộng :

Thiết h p h nh l kh u qu n t nh nh t h m truyền:

Bộ iều khiển th c hiện theo lu t PID c n x nh thông s và c u trúc: ( )

S u tr : B Ề ỂN D M h nh t ng qu t:

D v o m h nh i t ng ta thiết kế bộ iều khiển theo ph ng ph p t i u m un theo lu t PID – ADD t T = H k kf T1 = TCH, -1/T2, -1/T3 =0

Ta có:

 i to n thiết kế: L h n th m s ộ iều khiển ể iều khiển i t ng

m h nh h m truyền G T s nh tr n ể t o r 1 hệ th ng n nh v t ti u huẩn h t l ng

ể p ng ph ng ph p t i u m un t i to n về ng m h nh h m huẩn iều khiển:

Với ∑ ∑ là h ng s thời gian t ng

T nh n th m s t i u lu t iều khiển PID – ADD:

, ,

S nguy n lý hệ th ng iều khiển:

ể tăng ộ tin y ộ iều khiển tr n th tế ng ời t hi ộ PID r từng th nh

ph n h năng:

I* t nh t n s l g

hệ th ng il ng Routh ều ng n n hệ n nh

h o s t h t l ng hệ th ng s ng M tl – Simulink: Với t n hiệu v o l xung th ng:

Với t n hiệu v o l xung nh n:

T n hiệu v o l s ng h nh sin:

Nh n xét: m t n hiệu v o kh nh u nh ng h t l ng hệ lu n lu n

m o Nh v y u tr hệ iều khiển l ho n to n m o y u u về t nh

n nh h t l ng

Hiệu h nh th ng s hệ iều khiển:

th ng s ộ iều khiển PID h n theo ph ng ph p t i u m un

h u tỷ lệ t nh t ộng nh nh khi u v o s i lệ h th t ộng ng y t n hiệu u r Tuy nhi n kh u n y lu n t n t i s i lệ h

T th y khi P tăng th Tq gi m nh ng ộ qu iều h nh tăng s i lệ h tĩnh tăng ể

i thiện t nh n y t tăng th m s TI TD ng với gi tr P lớn nh t (KP3)

h n TL1=4 TL2=6 TL3=10 t ng ng với gk1 gk2, gk3:

T th y khi TL tăng th ộ qu iều h nh gi m Tuy nhi n th t nh vẫn òn t n t i

o ộng ể triệt ti u o ộng n y t iều h nh hệ s TD ng với hệ s P v TL lớn nh t:

h n TD1=1 TD2=1.5, TD3=2 t ng ng với gk1 gk2, gk3:

Chương h nh l p sơ khối v sơ cấu tr c v khảo sát n ầu hệ

2 Phân tích chức năng các khâu

h u L : L hiết p h năng o s i lệ h giữ u v o v u r iến i ộ

3 Nguyên lý làm việc của hệ thống:

Từ ph n t h s nguy n lý s kh i v h năng từng ph n t trong hệ

th ng thể m t qu tr nh ho t ộng hệ th ng m m y m y ph y ghép h nh

nh s u:

L ng v o iều khiển l iện p iện p n y so s nh với iện p r qu kh u

L t o th nh iện p s i lệ h U = U1 – U2)

Khi U ≠ 0 : Gi tr iện p s i lệ h nh sẽ khuế h i s ộ qu kh u T

s u kh u M sẽ khuế h i ng su t l n nhiều l n iến th nh iện p m y ph t

ến u v o ph n t H H sẽ qu y theo iện p iều khiển m y ph t o t

ộ ộng sẽ o t ộ qu y ộng v iến i th nh iện p u r iện p n y

l i về so s nh với iện p v o v tiếp t iến i ho ến khi gi tr iện p iều khiển ng với iện p iều khiển l n y U = 0 hay U2 = U1

C ƢƠN V ính toán cấu trúc và thông số củ cơ cấu hiệu chỉnh nối tiếp

I Xây dựng các ặc tính tần số Loga L bd (w) và pha tần số Log n ầu

xây dựng ặc tính tần số Log theo phương pháp tiệm c n

 Trong vùng w2 < w < w3 t ph ng tr nh tiệm n g n ng l :

L w ≈ 20log262 5 – 20logw – 20log1.15w- 20log0 014w ≈ 20log16304 – 60logw

hi i qu kh u qu n t nh th h i ộ nghi n t nh tiếp t th y i -20 / kho ng tiệm n n y kéo i từ t n s g p th h i w2 ến t n s g p th w3 L n y ộ nghi n t nh t ng ộng l -60db/dc

Thời gi n iều h nh tdc = 1.2(sec)

S o ộng trong tr ng th i qu ộ n=2

T ộ m i Vmax= 16 v ộ s i m V =0.18

Xu t ph t từ h ti u tr n t x y ng t nh t n s mong mu n Lmm(w)

1 Vùng tần số thấp:

T ph ng tr nh tiệm n: L w = 20log mm – 20logw

o n t nh ộ nghi ng -20 / v i qu iểm t w=1;20log mm

Hệ phiếm tĩnh 1 n n ph i th mãn y u u i với s i s t ộ o hệ s truyền mong mu n mm hệ l :

X nh t n s ắt wc : wc = (0,6 – 0.9)wn

Trong wn l t n s x nh kho ng t n s ng t nh P w theo ng th

ộ qu iều h nh i ᵟm x = 30% v o ờng ong iễu iễn s ph thuộ thời gi n iều h nh tdc v ộ qu iều h nh ᵟm x v Pmax t nh ph n th t x

o n t n s li n h p giữ t n s ph n th p v t n s trung; giữ t n s ph n trung v

t n s ph n o thể h n ộ nghi ng trong kho ng -40 / ến -60db/dc

T h n v ng t n s li n h p giữ ph n t n s th p v trung; ph n t n s trung v

cao là -40db/dc

T vẽ TTS Log nh s u:

ăn v o TTS Log n u v TTS Log mong mu n t t m Log kh u

S ng MATLA t t nh to n v x y ng ờng t nh t n s i n ộ Log

hiệu h nh từ ờng t nh t n s i n ộ Log n u v mong mu n ng ph ng

ph p trừ th TTS Log

D ng t nh t n s i n ộ Log ng nh tr n h nh vẽ

III Tính toán cấu trúc và thông số

ể tiện th thi về m t kỹ thu t t h n kh u hiệu h nh l m ng th ộng 4 hệ

s truyền =1 khi TTS Log kh u hiệu h nh h l n n m tr n tr

ho nh ng nh s u:

Từ TTS Log t h n m ng 4 th ộng s m h iện nh s u:

a1 = [R1R2 + R2R3+R3R1].C1C2

a2 = [R1 + R2].C1 + [R2 + R3].C2

h n R3=500 Ohm suy ra C2 = 660uF

R1=1k Ohm, R2 = 30k Ohm suy ra C1 = 3,23(uF)

X nh gi tr hệ s 1 = 0.097 ; a2 = 20.56

Từ gi tr vừ t nh x nh h m s truyền kh u hiệu h nh

IV Tính toán và phân tích hệ thông s u khi ã hiệu chỉnh

1 Sơ cầu trúc của hệ thống sau khi hiệu chỉnh:

S u khi hiệu h nh n i tiếp s u tr hệ th ng ng nh ới y:

Trong : Wn p l h m s truyền hở hệ th ng khi h hiệu h nh

Whc p l h m s truyền kh u hiệu h nh

h u hiệu h nh g m:

Hai khâu vi phân: K1(p) = (0.1p + 1); K2(p) = (0.33+1)

h u o ộng : 3(p) = 0.097p2 + 20.56p + 1