Bài tập điều khiển truyền động điện HUST

Cho đối tượng:G(p) = ks((1+T1.p)(1+T2.p))T1 = 0,05(s);T2 = 0,002(s);Ks = 2414Tính R(p) (bằng các phương pháp khác nhau)Lời giải:Thay số vào đối tượng trở thành:G(p)= 2414((1+0,05.p)(1+0,002.p))Sử dụng phương pháp tối ưu module cho đối tượng trên ta có bộ điều khiển PI:R(p)=kp.(1+1(Ti.p))Vớikp= T1(2.k.T2)= 0,052.2414.0,002=0,0052Ti = T1 = 0,05=>R(p)= 0,0052.(1+1(0,05.p))

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN

====o0o====

BÀI TẬP LỚN

ĐỀ TÀI:

Bài Tập Truyền Động Điện

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Liễn Sinh viên thực hiện :

Hà Nội,

MỤC LỤC

Bài 1:

Cho đối tượng:

T1 = 0,05(s); T2 = 0,002(s); Ks = 2414

Tính R(p) (bằng các phương pháp khác nhau)

Lời giải:

- Thay số vào đối tượng trở thành:

Sử dụng phương pháp tối ưu module cho đối tượng trên ta có bộ điều khiển PI:

Với

Ti = T1 = 0,05

=>

- Sử dụng phương pháp Ziegler- Nichols:

Từ đó ta chọn được bộ điều khiển PI: R(p) = k p (1+)

Trong đó: kp = 0,0006

Ti = 0,002

Ta được bộ điều khiển: R(p) = 0,0006.(1+)

Thay vào sơ đồ trên ta được đáp ứng:

Bài 2:

Cho hệ thống CL-Đ, trong đó sử dụng hệ chỉnh lưu cầu 3 pha có đảo chiều dòng điện, điều khiển riêng

U2 = 110(V), Lb = 5(mH), Rb = 0,2(Ω)

Tdk = 1(ms), răng cưa cosin Urcmax = 9(V)

Động cơ: Pđm = 14,5(kW), Uđm = 220(V), Iđm = 80(A), ωđm = 112(rad/s), Lư = 6(mH), Rư = 0,23(Ω)

Lập mô hình toán học (sơ đồ) hệ thống cho:

- Chế độ dòng liên tục

- Chế độ dòng gián đoạn

Lời giải:

- Mô hình chỉnh lưu cầu 3 pha sử dụng Thysistor trong chế độ dòng liên tục:

Ed = Eo.cos(α)

α = f(Uđk)

trong đó:

=>E cos U đk

=>E d = k cl U đk (k cl = )

Mà ed(t) bị trễ so với nguồn một khoảng thời gian τ

=>E d (t) = k cl U đk

=>E d (p) = k cl U đk (p)

Trong đó: τ = τTB = TV0 =

Từ đó ta có mô hình :

1 Tdk.s+1 Transfer Fcn1

kcl Tv0.s+1 Transfer Fcn

Ed Udk

- Từ mô hình động cơ ta có các công thức :

U – E = I.Rư.(1+p.Tư)

M= k.φ.I

E = k.φ.ω

M – Mc = J = J.p.ω

- Từ đó ta có mô hình đói tượng điều khiển:

-K-k$1

-K-k$

1 J.s Transfer Fcn3

1/R T.s+1 Transfer Fcn2

1 Tdk.s+1 Transfer Fcn1

kcl Tv0.s+1 Transfer Fcn

Step1

Udk

Ed

Mc

w

Với các giá trị:

K cl = = = 11

T Vo =

T đk = 0,001

R = R ư + R b = 0,23 + 0,2 = 0,43

L = L ư + L b = 0,005 + 0,006 = 0,011

- Ở chế độ dòng gián đoạn, do có thời điểm dòng trong mạch (I = 0) cho nên khi đó

sẽ không có ảnh hưởng của điện cảm trong mạch nên ( T = 0)

Ngoài ra trong chế độ dòng gián đoạn thì hệ số kcl cũng thay đổi:

K’cl = 10

Nhưng do E d (p) = k cl U đk (p)

Do đó mô hình chuyển đổi tín hiệu vẫn là:

Từ đó ta có mô hình đối tượng điều khiển mới:

Trong đó chỉ kcl có giá trị thay đổi:

Kcl’ = 10

Và trong mạch không còn phần tử điện cảm L nữa

Mô hình chuyển đổi tín hiệu : từ Ed sang I trở thành:

Hay: I = (Ed – E)

Bài 3:

a) Xây dựng bộ điều khiển mạch vòng dòng điện

Để xây dựng mạch vòng dòng điện, ta coi như trong quá trình điều khiển dòng điện, tốc độ không thay đổi (hay thời gian dòng điện thay đổi nhanh hơn rất nhiểu so với thời gian tốc độ thay đổi)

Khi đó ta có đối tượng mạch vòng dòng điện:

Trong đó do có 2 chế độ dòng gián đoạn và liên tục nên:

Kcl và T sẽ thay đổi

=> ta cần dùng bộ điều khiển thích nghi

Bằng phương pháp gán hàm truyền ta được 2 bộ điều khiển cho 2 chế độ dòng liên tục

và dòng gián đoạn :

1 Dòng liên tục : Bộ điều khiển PI :

R pi (p) =

Trong đó : ksi = kcl.ki/R = 3.07

Tsi = Tđk + TVo + Ti = 0,007

2 Dòng gián đoạn: Bộ điều khiển I:

R i (p) =

Trong đó : Tsi = 0,007

kcl’ = 10

- Thiết kế thông số cảm biến

Ki = 0,12

Ti = 0,0022

- Mô hình điểu khiển mạch vòng dòng điện ở chế độ liên tục :

Bộ điều khiển :

=> Đồ thị đáp ứng :

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

Trên sơ đồ trên : Ud ~ I với hệ số k = ki

- Mô hình điều khiển mạch vòng dòng điện ở chế độ gián đoạn

Với bộ điều khiển :

=> Đồ thị đáp ứng :

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

Trên sơ đồ trên hai giá trị I, Uid tỉ lệ với nhau : I ~ Uid với hệ số k = ki

b) Xây dựng bộ điều khiển mạch vòng tốc độ

- Mô hình đối tượng của mạch vòng tốc độ :

Ta có đối tượng :

S oω =

Trong đó: k sω = = = 0,20

T sω = 2.T si +T ω = 2.0,007+0,001 = 0,015

1 Sử dụng phương pháp tối ưu module

Ta có bộ điều khiển:

R ω (p) = = = 166,67

Nhưng khi sử dụng bộ điều khiển P hệ thống sẽ bị vô sai cấp 1, vì vậy để giảm sai

số ta cần thêm 1 phần bù nhiễu của Mc

=> Mô hình điều khiển mạch vòng tốc độ

Trong đó bộ điều khiển là:

=>Đồ thị đáp ứng:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -20

0

20

40

60

80

100

120

Trong đó ta đã thấy được đồ thị của tốc độ ω đã bám sát theo tín hiệu đặt Uω và không

hề tồn tại sai lệch tĩnh

Đó chính là do tác dụng của khâu bù Mc đã được thiết kế ở trên

2 Sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng

- Ta có bộ điều khiển:

R ω ’(p) =

= R ω (p).(1+)

= R ω (p).(1+)

Nhưng khi dùng bộ điều khiển này vì có thành phần I trong bộ điều khiển nên khi điều khiển sẽ sảy ra hiện tưởng độ quá điều chỉnh lớn, để giảm nó ta cần thêm 1 bô khởi động mềm

=> Mô hình điều khiển mạch vòng tốc độ:

Trong đó bộ điều khiển:

=> Đồ thị đáp ứng:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-20

0

20

40

60

80

100

120

Mặc dù vẫn còn độ quá điều chỉnh giữa tốc độ góc ω và tín hiệu đặt Uω song nó đã tương đối nhỏ và không gây ảnh hưởng lớn tới hệ thống

c) Đánh giá sai số tốc độ theo sự ảnh hưởng của M c

- Xét sự ảnh hưởng khi đã sử dụng bộ điều khiển tốc độ theo chuẩn tối ưu module

Mô hình tín hiệu:

Coi như trong trường hợp này, Uωd = const, và chọn Uωd = 0(V).

Từ sơ đồ tín hiệu trên ta tính ra được mối quan hệ giữa Mc và w:

=

=

= ∆W c (p)

=>∆ω c kín = =

Mặt khác: ∆ωchở =

Độ cứng của đường đặc tính được mô tả bằng công thức:

β = = = < 0 Vậy |β| càng lớn thì đặc tính cơ của động cơ càng mềm

Từ đó ta thấy khi lắp thêm bộ điều khiển tốc độ đường đặc tính cơ trở nên cứng hơn

Bài 4:

Thiết kế bộ điều khiển tốc độ cho động cơ không đồng bộ 3 pha điều khiển trực tiếp bằng moment và từ thông

Lời giải:

- Mô hình đối tượng thiết kế bộ điều khiển:

Trong đó: ωđ – tốc độ đặt

ωsl – sai lệch tốc độ

Mc – moment cản (moment của tải)

ω – tốc độ động cơ

J – moment quán tính của động cơ

Kω, Tω – tỉ số cảm biến

Tnm – tỉ số phần tử phần ứng stator tan(α) – tỉ số giữa moment và sai lệch tốc độ

- Kiểm tra Mc = 0

=> đối tượng mạch vòng điều khiển:

Ta có:

Sω =

Trong đó:

Ksω =

Tsω = Tnm + Tω

Áp dụng phương pháp tối ưu đối xứng ta xây dựng được bộ điều khiển PI:

Rω(p) =

Ta có mô hình bộ điều khiển: