Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Mục tiêu của điều chỉnh là nâng cao chất lượng với mức chi phí thấp, và hiệu quả đạt được là cao nhất, đáp ứng các yêu cầu tự động hoá truyền động điện và trong các dây chuyền sản xuất c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐÔNG ĐIỀU CHỈNH TỐC

ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Người hướng dẫn : PGS TS Nguyễn Hoa Lư Sinh viên thực hiện : Hoàng Xuân Công

Lớp : 54K2-KTĐK&TĐH

Nghệ An-2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC

ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Người hướng dẫn : PGS TS Nguyễn Hoa Lư Sinh viên thực hiện : Hoàng Xuân Công

Lớp : 54K2-KTĐK&TĐH

Nghệ An-2018

MỤC LỤC

Trang MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 8

LỜI CẢM ƠN 9

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 11 1.1 Giới thiệu động cơ điện một chiều 11

1.1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 12

1.1.2 Đặc điểm của động cơ điện một chiều 13

1.2 Phân loại động cơ điện một chiều 13

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 14

1.3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách dùng thêm Rp 15

1.3.2 Điều chỉnh từ thông cấp cho động cơ 16

1.3.3 Điều chỉnh điện áp phần ứng 16

1.4 Mô hình động cơ điện một chiều 19

1.5 Bộ điều chỉnh PID rời rạc 22

1.6 Phương pháp Zieger-Nichols 25

1.6.1 Phương pháp Zieger-Nichols thứ nhất 25

1.6.2 Phương pháp Zieger-Nichols thứ hai 26

1.7 Phần mềm lập trình và mô phỏng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 27

1.7.1 Phần mềm mô phỏng Matlab Simulink 27

1.7.2 Phần mềm lập trình Arduino IDE 30

KẾT LUẬN 30

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 31

2.1 Đặt vấn đề 31

2.2 Thiết kế hệ thống điều chỉnh rời rạc 32

2.3 Tính toán hệ thống điều chỉnh rời rạc 36

2.3.1 Tính toán hàm truyền của hệ thống 36

2.3.2 Tính toán các tham số cho bộ điều chỉnh PID 39

2.4 Mô phỏng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ trên Matlab 40

KẾT LUẬN 44

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

PHỤ LỤC 47

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lâp 11

Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 11

Hình 1.3 Mặt cắt ngang trục động cơ điện một chiều 12

Hình 1.4 Các loại động cơ điện một chiều 14

Hình 1.5 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở 15

Hình 1.6 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thông 16

Hình 1.7 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp 17

Hình 1.8 Đồ thị dạng xung điều chế 17

Hình 1.9 Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra 18

Hình 1.10 Mô hình động cơ điện một chiều 19

Hình 1.11 Sơ đồ khối động cơ điện một chiều ở miền ảnh laplace 21

Hình 1.12 Khâu vi phân 22

Hình 1.13 Khâu tích phân 23

Hình 1.14 Sơ đồ khối của một hệ hở 25

Hình 1.15 Sơ đồ khối của một hệ kín có bộ PID 25

Hình 1.16 Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S 25

Hình 1.17 Sơ đồ khối của một hệ kín có bộ tỉ lệ P 26

Hình 1.18 Đáp ứng của hệ kín khi K=Kgh 27

Hình 1.19 Cửa sổ làm việc phần mềm MATLAB 28

Hình 1.20 Cửa sổ thư viện Simulink của MATLAB 29

Hình 1.21 Giao diện phần mềm lập trình 30

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển số 32

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển rời rạc 33

Hình 2.3 Quá trình lấy mẫu dữ liệu 34

Hình 2.4 Khâu giữ bậc 0 (ZOH) 35

Hình 2.5 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống kín 36

Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ hở của hệ thống 39

Hình 2.7 Đáp ứng của hệ hở của hệ thống 39

Hình 2.8 Sơ đồ mô phỏng hệ thống khi chưa có bộ điều chỉnh PID 40

Hình 2.9 Sơ đồ mô phỏng hệ thống khi có bộ điều chỉnh PID 40

Hình 2.10 Kết quả mô phỏng hệ thống khi chưa có bộ điều chỉnh PID 41

Hình 2.11 Kết quả mô phỏng hệ thống khi có bộ điều chỉnh PID 41

Hình 2.12 Kết quả khi sử dụng công cụ Tune 42

Hình 2.13 Kết quả đáp ứng của hệ thống khi sử dụng công cụ Tune 42

Hình 2.14 Kết quả đáp ứng của hệ thống sau khi hiệu chỉnh 43

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng tính các thông số PID theo Ziegler–Nichols thứ nhất 26

Bảng 1.2: Bảng tính các thông số PID theo Ziegler–Nichols thứ hai 27

Bảng 2.1: Bảng tính các thông số PID theo Ziegler–Nichols thực tế 39

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, khoa học kỹ thuật phát triển rất mạnh mẽ, nhất là ngành kĩ thuật điều khiển và tự động hóa, công nghệ vi xử lý vừa tạo điều kiện thuận lợi, vừa đặt ra vấn đề đòi hỏi là phải nghiên cứu hoàn thiện các hệ thống điều chỉnh tốc độ, ổn định đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thực tế cuộc sống và phù hợp với xu thế phát triển khoa học công nghệ

Cho đến hiện nay động cơ điện một chiều đóng một vai trò quan trọng trong nghành công nghiệp cũng như trong cuộc sống của chúng ta, được ứng dụng rất phổ biến trong các nghành công nghiệp cơ khí, nhà máy xi măng, tàu điện ngầm và các cánh tay robot Để thực hiện các nhiệm vụ trong công nghiệp điện tử với độ chính xác cao, lắp ráp trong các dây chuyền sản xuất, yêu cầu có bộ điều chỉnh tốc độ Đối với các phương pháp điều chỉnh kinh điển, do cấu trúc đơn giản và bền vững nên các bộ điều chỉnh PID (tỷ lệ, tích phân, đạo hàm) được dùng phổ biến trong các hệ thống điều chỉnh tự động trong công nghiệp Mục tiêu của điều chỉnh là nâng cao chất lượng với mức chi phí thấp, và hiệu quả đạt được là cao nhất, đáp ứng các yêu cầu tự động hoá truyền động điện và trong các dây chuyền sản xuất các hệ thống điều

chỉnh tự động Chính vì vậy em được giao đề tài “Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều” Là một vấn đề rất cần thiết,

trong việc gắn liền giữa nhiệm vụ nghiên cứu và thực tiễn cuộc sống

Trong quá trình thực hiện đề tài này em đã tìm hiểu, tổng hợp các kiến thức mà mình được học tại trường, cũng như tham khảo các tài liệu liên quan đến đề tài để hoàn thành đề tài được giao Cấu trúc của đồ án gồm hai chương:

Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Chương 2: Thiết kế, tính toán và mô phỏng hệ thống điều chỉnh tốc độ động

cơ điện một chiều

LỜI CẢM ƠN

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn tất cả các quý thầy cô và các bạn trong Viện Kỹ Thuật và Công Nghệ trường Đại học Vinh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tập tại

trường Đặc biệt là PGS TS Nguyễn Hoa Lư đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ

và tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành đồ án tốt nhiệp này

Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, tháng 05 năm 2018

Người thực hiện Hoàng Xuân Công

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Nhiệm vụ của đề tài là xây dựng bộ điều chỉnh PID điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều và mô phỏng trên phần mềm MATLAB, qua đó khảo sát chất lượng của hệ thống

Nhiệm vụ thứ hai là sử dụng bộ điều chỉnh PID số, ứng dụng trên vi điều khiển 8-bit ATmega328 là nhân điều khiển trung tâm, Arduino là chương trình xử lý trung gian, phần công suất sử dụng Driver tích hợp L298 để điều chỉnh tốc độ động cơ đạt giá trị đặt (Set point) nhập vào từ trước, khi không tải và có tải Cụ thể, Encoder sẽ đưa xung phản ánh tốc độ động cơ về vi điều khiển, sau đó vi điều khiển sẽ tính toán tốc độ hiện tại để hiển thị và thực hiện giải thuật điều chỉnh PID để điều chế độ rộng xung (PWM – Pulse Width Modulation) điều chỉnh động cơ thông qua driver L298.Kết quả đạt được thỏa mãn khá tốt các yêu cầu đã đề ra: Xây dựng được bộ điều chỉnh PID Đo, điều chỉnh ổn định tốc độ động cơ điện một chiều Đáp ứng tốc độ khá nhanh khi khởi động, không tải và có tải Hệ thống ổn định, thời gian đáp ứng nhanh

PROJECT SUMMARY

The task of the project is to build a PID regulator that adjusts the DC motor speed and simulates on the MATLAB software, thereby examining the quality of the system

Ask the following action as following: Before, using the PID controller, application on the ATmega328 8-bit control is the kernel control center, Arduino is the process process program, usage the job section Driver tích hợp L298 để điều chỉnh tốc độ cài đặt (set point) datasation on the previous, without load and load Tool, Encoder will be the current motor speed variable, the following control will be calculate the current speed to display and perform the PID adjustment mode for this width (PWM - Pulse Width Modulation) motor driver via L298 driver

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT

CHIỀU

1.1 Giới thiệu động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp

Một số hình ảnh thực tế về động cơ điện một chiều:

Hình 1.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lâp

Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

1.1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto) Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay

Hình 1.3 Mặt cắt ngang trục động cơ điện một chiều

Stator: còn gọi là phần cảm, gồm dây quấn kích thích được quấn tập

trung trên các cực từ stator Các cực từ stator được ghép cách điện từ các lá thép kỹ thuật điện được dập định hình sẵn có bề dày 0,5-1mm, và được gắn trên gông từ bằng thép đúc, cũng chính là vỏ máy

Rotor: còn được gọi là phần ứng, gồm lõi thép phần ứng và dây quấn

phần ứng Lõi thép phần ứng có hình trụ, được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau

Dây quấn phần ứng: gồm nhiều phần tử, được đặt vào các rãnh trên lõi

thép rotor Các phần tử dây quấn rotor được nối tiếp nhau thông qua các lá góp trên cổ góp Lõi thép phần ứng và cổ góp được cố định trên trục rotor

Cổ góp và chổi điện: làm nhiệm vụ đảo chiều dòng điện trong dây quấn

phần ứng

1.1.2 Đặc điểm của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có quán tính cơ tương đối nhỏ Dễ thay đổi tốc

độ trong một khoảng khá rộng Cấu tạo phức tạp do có chổi quét trên vành bán nguyệt dẫn tới tuổi thọ động cơ không cao, phải bảo dưỡng định kỳ, dễ phát sinh tia lửa điện nên không làm việc ở những nơi có khí gas hầm lò, chống cháy nổ Công suất của động cơ điện một chiều thường thấp vì có cấu tạo phức tạp Nếu công suất cao thì sẽ cồng kềnh, đắt tiền Hiệu suất không cao so với các loại động cơ điện khác Tuy vậy, do ưu điểm của động cơ điện một chiều là có nhiều phương pháp thay đổi tốc độ và dễ dàng thay đổi tốc

độ, chiều quay nên các động cơ điện một chiều công suất nhỏ vẫn thường được sử dụng hiện nay

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (hệ truyền động điều khiển tự động) và loại điều khiển mạch hở Hệ truyền động điều khiển tự động có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điều khiển cao và dải điều khiển rộng hơn so với hệ truyền động hở

Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều còn phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay Đồng thời tùy thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần tư

1.2 Phân loại động cơ điện một chiều

Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành các loại sau:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Dòng điện kích từ được lấy từ

nguồn riêng biệt so với phần ứng Trường hợp đặc biệt, khi từ thông kích từ được tạo ra bằng nam châm vĩnh cữu, người ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích vĩnh cửu

Động cơ điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ được nối

song song với mạch phần ứng

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ được mắc

nối tiếp với mạch phần ứng

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Dây quấn kích từ có hai cuộn,

dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp Trong đó, cuộn kích

từ song song thường là cuộn chủ đạo

Hình 1.4 Các loại động cơ điện một chiều

a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập b) Động cơ điện một chiều kích từ song song c) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp d) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc

độ một cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Từ phương trình tính tốc độ động cơ:

2 (k )

u pu

U

M k

Hình 1.5 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở

Ưu điểm của phương pháp nay là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng do thêm Rp nên tổn hao tăng, không kinh tế

1.3.2 Điều chỉnh từ thông cấp cho động cơ

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện từ của động cơ M =K t I và sức điện động của động cơ

.

b

E=K  

Hình 1.6 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thông

Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi giới hạn của việc thay đổi từ thông Nhưng theo công thức trên khi từ thông thay đổi thì momen, dòng điện cũng thay đổi nên khó tính được chính xác dòng điều khiển và momen tải nên phương pháp này cũng ít dùng

1.3.3 Điều chỉnh điện áp phần ứng

Ở bài toán này chỉ để cập đến phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng của động cơ điện

Về nguyên tắc, phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp nguồn cung cấp có thể sử dụng cho các động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ Tuy nhiên trong thực tế nó được sử dụng chủ yếu cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập Điều đó được rút ra từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đặc tính cơ thu được khi điều khiển một họ đường song song

Hình 1.7 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp

Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lí tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để

Đối với loại động cơ kích từ độc lập dùng nam châm vĩnh cữu, để thay đổi tốc độ, ta thay đổi điện áp cung cấp cho roto Việc cấp áp 1 chiều thay đổi thường khó khăn, do vậy người ta dùng phương pháp điều xung (PWM)

Hình 1.8 Đồ thị dạng xung điều chế Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện

áp ra

Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn âm

Ứng dụng của phương pháp thay đổi độ rộng xung:

PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển Điển hình nhất mà chúng

ta thường hay gặp là điều chỉnh tốc độ động cơ và các bộ xung áp, điều áp

Sử dụng PWM điều chỉnh độ nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng

để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính

khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định

Nguyên lý hoạt động của phương pháp thay đổi độ rộng xung:

Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt Phần tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn

Hình 1.9 Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra Trong khoảng thời gian 0 - t0, ta cho van G mở, toàn bộ điện áp nguồn

Ud được đưa ra tải Còn trong khoảng thời gian t0 - T, cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì vậy với t0 thay đổi từ 0 cho đến T, ta sẽ cung cấp

toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải

Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải

Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải Ta có:

Ud = Umax.( t1/T) hay Ud = Umax.D

(Với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM)

Từ đồ thị dạng điều chế xung thì ta có điện áp trung bình trên tải sẽ là:

Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%);

Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%);

Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)

1.4 Mô hình động cơ điện một chiều

Ta có hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều như hình vẽ bên dưới:

Hình 1.10 Mô hình động cơ điện một chiều Trong đó:

Lư: Điện cảm phần ứng

Rư: Điện trở phần ứng

Iư: Dòng điện phần ứng

Uư: Điện áp phần ứng

Mt: Momen của tải

(1.4)

Kb: Hệ số sức điện động cảm ứng, hệ số động cơ (V/rad/s)

: Từ thông kích từ (xem như =1)

Áp dụng định luật II Newton cho chuyển động quay của trục động cơ:

Giả sử: Kt=Kb=K; =1; Mt=0 (Vì động cơ quay không tải)

Đặt 2

t

LJ a

2 1 0

(1.13)

Hình 1.11 Sơ đồ khối động cơ điện một chiều ở miền ảnh laplace

Vậy hàm truyền của động cơ điện một chiều là:

Cho các tham số của hệ thống các giá trị bằng số: J = 0.01(kgm2/s2);

Trong đó:

k =0.1;

5 10

1.5 Bộ điều chỉnh PID rời rạc

PID gồm ba khâu là khâu tỷ lệ, khâu tích phân và khâu vi phân

u

T

+ −

=

(z) E(z)

D

K zE

K U

(z) E(z)

D

D D

e u

2 (z) E(z)

D

D D

e u

1

G (z) D D

• Khâu tích phân liên tục:

0 (t) K (t) dt

t I

kT I

2

kT

Te e

1 1

K T z z

+

=

− (1.25)

Bộ điều chỉnh PI, PD, PID rời rạc

Từ các hàm truyền rời rạc cơ bản vừa phân tích ở trên, ta rút ra được hàm truyền của bộ điều khiển PI, PD, PID rời rạc như sau:

z

+

−

Nếu chu kỳ lấy mẫu T đủ nhỏ để không làm ảnh hưởng đến chất lượng

của hệ thống thì KP, KI, KD các hệ số có thể chọn bằng phương pháp thực

nghiệm Zeigler-Nichol và phương pháp này sẽ được trình bày ở phần tiếp theo

1.6 Phương pháp Zieger-Nichols

Phương pháp Zeigler – Nichols là phương pháp thực nghiệm để thiết kế

bộ điều chỉnh PI, PD hoặc PID

Hình 1.14 Sơ đồ khối của một hệ hở

1.6.1 Phương pháp Zieger-Nichols thứ nhất

Hình 1.15 Sơ đồ khối của một hệ kín có bộ PID Xác định thông số của bộ điều chỉnh PID dựa vào đáp ứng của hệ hở:

Hình 1.16 Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S

Thông số của bộ điều chỉnh P, PI, PID được chọn như sau:

Bảng 1.1: Bảng tính các thông số PID theo Ziegler–Nichols thứ nhất Thông số

I

K K

T

=

(1.30)

1.6.2 Phương pháp Zieger-Nichols thứ hai

Dựa vào đáp ứng quá độ của hệ kín, áp dụng cho ác khâu tích phân lí tương, ví dụ như mực chất lỏng trong bồn chứa, vị trí hệ truyền động dùng động cơ…

Hình 1.17 Sơ đồ khối của một hệ kín có bộ tỉ lệ P Đối với các đối tượng này ta tăng dần hệ số khuếch đại K của hệ kín đến giá trị Kgh khi đó đáp ứng ra của hệ kín ở trạng thái xác lập là dao động

ổn định với chu kì Tgh

Hình 1.18 Đáp ứng của hệ kín khi K=Kgh

Tham số cho bộ điều khiển PID chọn theo bảng sau:

Bảng 1.2: Bảng tính các thông số PID theo Ziegler–Nichols thứ hai Thông số

I

K K

T

=

1.7 Phần mềm lập trình và mô phỏng hệ thống điều chỉnh tốc độ động

cơ điện một chiều

1.7.1 Phần mềm mô phỏng Matlab Simulink

Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ được khảo sát bằng phần mềm mô phỏng MATLAB nhằm thể hiện các mối quan hệ của hệ thống thông qua các

sơ đồ tính toán và đấu nối Đây là một công cụ rất mạnh và hỗ trợ rất nhiều

cho việc tính toán, thiết kê, điều khiển, xây dựng và phân tích cũng như tổng hợp khối điều khiển để ta nghiên cứu đánh giá và từ đó phát triển đối tượng

Chương trình MATLAB là một chương trình viết cho máy tính nhằm

hỗ trợ cho các tính toán khoa học và kĩ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận trên máy tính cá nhân do công ty “The MATHWORKS” viết ra

MATLAB là viết tắt của Matrix Laboratory , là một bộ phần mềm toán học của hãng Mathworks để lập trình , tính toán số và có tính trực quan rất cao

MATLAB làm việc chủ yếu với ma trận Ma trận cỡ mxn là bảng chữ nhật gồm mxn số được sắp xếp thành m hàng và n cột MATLAB có thể làm việc với nhiều kiểu dữ liệu khác nhau Với chuỗi kí tự MATLAB cũng xem là một dãy các kí tự hay là dãy mã số của các ký tự

Hình 1.19 Cửa sổ làm việc phần mềm MATLAB MATLAB dùng để giải quyết các bài toán về giải tích số, xử lý tín hiệu

số, xử lý đồ họa, … mà không phải lập trình cổ điển

Hiện nay, MATLAB có đến hàng ngàn lệnh và hàm tiện ích Ngoài các hàm cài sẵn trong chính ngôn ngữ, MATLAB còn có các lệnh và hàm ứng