Ứng dụng điều khiển số trong truyền động điện một chiều

Báo cáo điều khiển số và ứng dụng Ứng dụng điều khiển số trong truyền động điện một chiều1.. Tổng quan về động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: Giản đồ kết cấu chung của động cơ điện 1 c

Báo cáo điều khiển số và ứng dụng Ứng dụng điều khiển số trong truyền động điện một chiều

1 Cơ sở lý thuyết:

a Tổng quan về động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập:

Giản đồ kết cấu chung của động cơ điện 1 chiều được biểu diễn như sau:

b Chế độ xác lập của động cơ một chiều.

giá trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện Ichạy qua Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông mạch kích từ sẽ tạo ramômen điện từ có giá trị:

'

.2

a _ số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng ;

Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục Các dây quấn phần ứngquét qua từ thông và trong các dây quấn này cảm ứng sức từ động :

'

.2

Trong chế độ xác lập ta có phương trình cân bằng điện áp phần ứng:

U = I.Rư + E

Rư : điện trở mạch phần ứng của động cơ

==>

IRu

U k

  

 (1-3)

động cơ điện 1 chiều khi từ thông không đổi như ở hình trên

c Chế độ quá độ của động cơ 1 chiều

Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì có thể viết được các phươngtrình mô tả sơ đồ thay thế hình 1 như sau :

Rk: điện trở cuộn dây kích từ

⇒ biến đổi Laplace ta được :

(1-4) Mạch phần ứng :

Hoặc dạng dòng điện:

* Đối với động cơ 1 chiều kích từ độc lập thì NN = 0 => các phương trình sau:

-> phương trình chuyển động cơ học :

Hình 1.9: Mô phỏng phương trình chuyển động cơ học trên matlab

*) Trường hợp từ thông kích từ không đổi

Khi dòng điện kích từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thích bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số :

Ta có các phương trình cho động cơ như sau :

2 Xây dựng mô hình toán:

a Mô hình toán và các đặc tính:

Hình 2.1: Sơ đồ mô phỏng động cơ một chiều ở chế độ gián đoạn

- Từ các phương trình (1-13) và (1-14) ở trên ta có thể rút ra mô hình toán củađộng cơ,nhưng do trong thực tế các hệ số momen Kt và hệ số điện B.E.M.F

là khác nhau và người ta tính đến cả hệ số momen nhớt Bf nên ta có mô hìnhtoán động cơ 1 chiều kích từ độc lập như hình 2.1

- Ta sử dụng động cơ DC Servo Harmonic RHS 20-6007 có các tham số như sau:

Mô men hãm liên tục 122 [In-lb]

Dòng không tải 0.8 [A]

- Với bộ tham số của động cơ

- Thay các thông số của động cơ vào ta được mô hình động cơ DC servo trên simulink sau:

Hình 2.2: mô hình toán động cơ trên matlab

- Các đặc tính quá độ dòng điện,tốc độ của động cơ:

Hình 2.3: đặc tính dòng điện

Hình 2.4: đặc tính tốc độ

b Khảo sát động học:

Kt=10.5

 Với Ts=0.1:

-step(Gz1)

-pzmap(Gz1)

-rlocus(Gz1)

 Với Ts=0.01:

-step(Gz2)

-pzmap(Gz2)

 Với Ts=0.001:

-step(Gz3)

-rlocus(Gz3)

- Nhận xét:

+ Chu kì Ts càng bé thì đường gián đoạn càng bám sát vào đường liên tục+ Chu kì càng bé thì hệ dao động càng nhiều do các điểm cực bị đẩy ra xa hơn,gần vs tâm của đường tròn đơn vị

3 Thiết kế bộ điều khiển

3.1 Theo phương pháp PID áp dụng chuẩn tối ưu modul:

Hàm truyền của động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Dựa theo phương pháp chuẩn tối ưu modul với T1>>T2 ta tìm được hàm truyền của bộ điều khiển:

Mô phỏng trên matlab ta có

- Đặc tính dòng điện và tốc độ

Hình 3.1:đặc tính dòng điện

Hình 3.1: đặc tính tốc độ3.2 Theo phương pháp dead-beat

Với Ts=0.01(s) ta có :

Mô phỏng trên matlab:

Đặc tính của hệ