điều khiển tối ưu tốc độ động cơ không đồng bộ. mô phỏng trên matlab

Chương I: Giới thiệu về động cơ không đồng bộ
1.1 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ
1
1. Stator.
Hình 1.1 : Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ
1.Lõi thép Stator:2.Dây quấn Stator :3.Nắp máy Stator:4. Ổ bi:5.Trục máy
6.Hộp dầu:7. Lõi thép Rôto:8. Thân máy:9.Quạt gió:10.Hộp quạt
a. Lõi thép stator.
Lõi thép stator làm bằng các lá thép kĩ
thuật, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại
vói nhau thành các rãnh theo hướng trục.
Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.
b. Dây quấn Stator.
Thường làm bằng dây đồng có bọc cách
điện đặt trong các rãnh của lõi thép.
2
(a)
Hình 1.2.kết cấu stator máy
điện KĐB
a:lá thép stator.b:lõi thép stator
c: dây quấn stator
c. Vỏ máy
gồm thân máy và lắp máy thưòng làm bằng gang.
2. Rotor
Rotor bao gồm lõi thép, dây quấn, và trục máy.
a. Lõi thép .
Lõi thép là các lá thép kĩ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép
Stator ghép lại. Mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn mặt giữ đục lỗ để lắp
trục.
b. Dây quấn Rotor.
Cũng giống như dây quấn ba pha Stator và cùng số cực từ như dây quấn

Stator. Dây kiểu này luôn đấu (Y) và có ba đầu ra vào ba vành trượt, gắn vào
trục quay của Rotor và cách điện với trục. ba chổi than cố định và luôn tỳ lên
3
vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ
để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.
Hình 1.3: Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn
1.2 Đặc tính cơ của động cơ KĐB
Đặc tính cơ của đông cơ điện chính là quan hệ n=f(M
2
) hoặc M
2
= f(n). Mà
ta có M=M
0
+M
2
, ở đây ta xem M
0
=0 hoặc chuyển về Momen cản tĩnh Mc.
Vì vậy M
2
=M=f(n)
Hình 1.4 Quan hệ M=f(s)
4
Từ hình 1.4 ta xét chế độ động cơ nghĩa là s=0÷1 hình 1.5a.
Nếu thay s=(n-n)/n
1
ta sẽ có quan hệ n =f(M
2
) chính là đặc tính cơ của động

cơ không đồng bộ (hình 1.5b). Từ hình1.5a, ta có
Hình 1.5 Đặc tính động cơ không đồng bộ
a.Quan hệ momen theo hệ số trượt
b.Đặc tính cơ của động cơ
• Đoạn 0a (0<s<sth) : Động cơ l; àm việc ổn định. Đặc tính cơ
cứng .
• Đoạn ab (sth<s<1) Động cơ làm việc không ổn định.
1.3 Khởi động động cơ không đồng bộ
Dòng điện khởi động : Khi khởi động n =0 , s=1nên:
Thường thì : I
k
= (4÷7) Idm ứng với U
dm
Yêu cầu khi mở máy :
 M
k
phải đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải .
 I
k
càng nhỏ càng tốt để không ảnh hưởng đến các phụ tải khác.
5
 Thời gian khởi động T
k
phải nhỏ để máy có thể làm việc được
ngay.
 thiết bị khởi động rẻ tiền tin cậy và ít tốn năng nượng
Các yêu cầu trên là trái ngược nhau tùy trong trường hợp mà ta sẽ ưu tiên
yêu cầu nào trước.
Khi khởi động động cơ dây quấn rotor được nối vào các điện trở phụ Rpk.
Đầu tiên K

1
và K
2
mở động cơ được khởi động qua điện trở phụ lớn nhất sau
đó đóng K
1
rồi K
2
giảm dần điện trở phụ về không. Đường đặc tính mômen
ứng vớí các điện trở phụ khởi động Rp1 và Rp2 ở hình 1.6
Hình 1.6 Khởi động động cơ KĐB Rotor dây quấn
a.Sơ đồ mạch lực b.Đặc tính mô men
Lúc khởi động n=0, s=1 muốn mô men khởi đọng Mk = Mmax thì Sth=1hay
từ đó xác định điện trở khởi động ưng với mômen khởi động Mk =Mmax
6
Khi có R
pk
dòng điện khởi động là:
Nhờ có điện trở khởi động Rk dòng điện khởi động giảm xuống, mômen
khởi động tăng lên, đó là ưu điểm của động cơ rôto dây quấn.
7
Chương II : Những khái niệm cơ bản về hệ thống
điều khiển số
Hệ thống điều khiển số sử dụng tín hiệu không liên tục-rời rạc hoặc
liên tục rời rạc nên luôn yêu cầu có sự hỗ trợ của thiết bị xử lí số như các
máy tính điều khiển,các bộ chuyển đổi số-tương tự…Các thiết bị đó yêu cầu:
-chính xác,tin cậy
-tính năng thời gian thực
1.Cấu trúc cơ sở của hệ thống điều khiển số
Hinh 2.1: Cấu trúc của hệ điều khiển số

-Khâu điều chỉnh: Sử dụng vi xử lý( microprocessor:
P
µ
),vì điều
khiển(microcontroller:
C
µ
)hoặc vi xử lý tín hiệu(digital signal
processor:DSP)
Phương trình sai phân:
vkvkkkkk
eqeqequpupup
−−−−
+++=+++ 
110011
µµ
Hàm truyền đạt trên miền ảnh z:
)(
)(
1

)(
1
1
10
1
10
−
−
−

−
−
=
++−+
+++
=
zP
zQ
zpzpp
zqqq
ZG
v
v
Z
ĐC
µ
µ
-Khâu DAC:Có thể không tồn tại một cách tường minh,mà ẩn dưới dạng
thiết bị có chức năng DA.Ví dụ:Khâu điều chế vectorđiện áp(điều khiển
digital động cơ ba pha)
khau trich mau
d
khau giu cham bac 0
u
k
u(t)
u(t)
Hình 2.2 : Khâu DAC
Trong đó
k

u
được gọi là tín hiệu không liên tục

*
( )u t
được gọi là tín hiệu không liên tục-rời rạc
8
v
k
-
y
k
w
k
DAC
Đối tượng điều
khiển
ADC
Khâu điều
chỉnh
e
k
u
k
x
k

( )u t
được gọi là tín hiệu liên tục-rời rạc
`-Khâu ADC:Thường sử dụng khi đo đạc giá trị thực của đại lượng ra(Vi

dụ:đo dòng).Đôi khi tồn tại dưới dạng khác như:đo tốc độ quay bằng IE.
khau trich mau li tuong
khau dieu che
x
k
x(t)
x(t)
Hình 2.3 : Khâu ADC
Trong đó:
( )x t
được gọi là tín hiệu liên tục

k
x
được gọi là tín hiệu không liên tục

*
( )x t
được gọi là tín hiệu không liên tục-rời rạc
Sau khi trích mẫu( lý tưởng)bằng ADC ta thu được chuỗi giá trị số:
[x(k)]=[x(0),x(1),x(2),…] hay [
k
x
] = [
, ,,
210
xxx
]. Để khảo sát tín hiệu gián
đoạn bằng công cụ Laplace (hay phân tích phổ), đồng thời tạo điều kiện mô
tả hỗn hợp với các khâu liên tục, ta nhân chuỗi với hàm δ(t) và thu được dãy

xung:
( ) ( ) ( )
[ ]
( ) ( )
∑∑
∞
=
∞
=
−=−=
00
*
kk
kTttxkTtkTxtx
δδ
2.Phân loại các hệ thống số
Hệ thống ĐK số bao gồm 2 loại khâu cơ bản:
Khâu có bản chất gián đoạn: Các tín hiệu vào /ra/ trạng thái đều gián đoạn
về thời gian và về mức.Khâu mô tả các thiết bị ĐK digital.
Hình 2.4 : Khâu có bản chất gián đoạn
-Khâu có bản chất liên tục: Khi gián đoạn hóa sẽ đưa đển mô hình như hình
bên.Việc gián đoạn hóa xuất phát từ mô hình trạng thái liên tục của đối
tượng.
Khâu có bản
chất gián đoạn
Tín hiệu trạng
thái gián đoạn
Tín hiệu ra
gián đoạn
Tín hiệu vào

gián đoạn
9
Hình 2.5 : Khâu có bản chất liên tục
3.Một số công cụ toá học cần thiết
• Mô tả tín hiệu trên miền ảnh Z:
(chuyển từ miền
t
sang miền
z
)
Chuyển phương trình mô tả dãy xung u
*
(t) sang miền ảnh Laplace:
( ) ( )
[ ]
( )
[ ]
∑∑
∞
=
−
∞
=
=⇒−=
0
*
0
*
)(
k

skT
k
k
eusUkTtkTutu
δ
Thay Z=e
sT
ta thu được
( ) ( )
[ ]
∑
∞
=
−
=
==
0
*
k
k
k
ze
zuzUsU
sT
• Mô tả bằng phương trình sai phân:
* Sai phân bậc nhất :
Sai phân tiến:
kkk
uuu −=∆
+1

Sai phân lùi:
1−
−=∆
kkk
uuu
* Sai phân bâc n:
Thông thường thì người ta hay sử dụng sai phân tiến hơn là sử dụng sai phân
lùi với dạng sai phân bậc cao

( )
∑
=
−+
−
+
−















−=∆−∆=∆
n
v
vnk
n
k
n
k
n
k
n
u
v
n
uuu
0
1
1
1
1
Dạng mô tả phương trình sai phân tổng quát:
0 1 1 0 1 1

k n n k n k k m m k m k
a x a x a x b u b u b u
+ − + + − +
+ + + = + + +

• Chuyển từ miền
s

sang miền
z
:
Thông thường thực hiện việc này thông qua biến đổi hàm truyền trong miền
s
thành các phân thức tối giản rồi áp dụng 1 số công thức chuyển đổi có sẵn

( )
( )
1
1
v
1 1
Z
1 !
s-s
v
m
m s T
m
v
z
m s z e
−
−
 
∂
 
=
 

− ∂ −
 
 
(
m
bất kì,
1m
>
)
Gián
đoạn
Tín hiệu trạng
thái
Gián đoạn
Khâu
nhớ
Khâu có bản chất
liên tục
Liên
tục
Tín hiệu vào
gián đoạn
Liên tục
10
4.Mô hình đối tượng số
Do sự trích mẫu chu kì ở đầu vào và đầu ra dẫn đến sự không liên tục ở 2
đầu này.
• Mô hình có bản chất gián đoạn
Từ các giá trị rời rạc dựa vào công cụ đã giới thiệu chúng ta có thể dễ dàng
thiết lập

( )X z
và
( )U z
:

{ }
( )
k
X z Z x=

{ }
( )
k
U z Z u=
dạng phương trình sai phân tổng quát giữa
x
và
u
:
0 1 1 0 1 1

k n n k n k k m m k m k
a x a x a x b u b u b u
+ − + + − +
+ + + = + + +
chuyển sang miền ảnh z:
{ } { }
0 1 1 0 1 1

k n n k n k k m m k m k

Z a x a x a x Z b u b u b u
+ − + + − +
+ + + = + + +
Rút ra hàm truyền đạt:
0 1
0 1

( )
( )
( )
m
m m
n
n n
b z b z b
X z
G z
U z a z a z a
−
−
+ + +
= =
+ + +
từ
( )G z
ta có thể biến đổi ngược lại để tìm (
k
g
) theo công thức sai phân
Và công thức tính

k
x
như sau:

0
k
k k i i
i
x g u
−
=
=
∑
Ngoài cách mô tả bằng phương trình sai phân và hàm truyền đạt thì còn có
thể mô tả theo mô hình trạng thái:

1k k k
k k k
q A q B u
x C q D u
+

= +


= +



Mô hình này có thể được dẫn giải từ phương trình sai phân hoặc hàm truyền

đạt và hoàn toàn có thể chuyển sang dạng chuẩn tắc (chuẩn điều khiển hoặc
chuẩn quan sát).
• Mô hình có bản chất liên tục
Về bản chất sự khác nhau cơ bản giữa khâu có bản chất gián đoạn và khâu
có bản chất liên tục ở chỗ khâu có bản chất liên tục thì có thêm khâu giữ
chậm bậc 0.Chính do có sự khác biệt đó mà khiến cho khâu có bản chất liên
tục có thêm một hàm nhớ:
*
( ) 1
( )
( )
sT
h
U s e
G s
U s s
−
−
= =
T
là chu kì trích mẫu.
Như vậy mối quan hệ giữa x và u sẽ là
*
( ) ( ). ( )X s G s U s
=
11
Trong đó :
( ) ( ). ( )
h
G s G s G s

=
Đổi sang miền z:
1
( ) ( )
( ) (1 )
( )
X z G s
G z z Z
U z s
−
 
= = −
 
 
Chương III: Hệ thống tùy động trong điều khiển
vị trí
3.1. Khái quát chung về hệ thống tùy động
3.1.1. Ứng dụng của hệ thống tùy động
12
Hệ thống tùy động, thực chất là hệ thống ĐCTĐTĐĐ thực hiện điều
khiển vị trí với lượng đặt trước biến thiên tùy ý. Hệ thống tuỳ động được
ứng dụng rất rộng rãi trong thực tiễn. Nhiệm vụ cơ bản của hệ là thực hiện
điều khiển cơ cấu chấp hành bám sát chính xác đối với lượng đặt vị trí, đại
lượng điều khiển (lượng đầu ra) thường là vị trí không gian của cơ cấu sản
xuất, khi lượng đặt thay đổi trong quá trình làm việc thì hệ thống có thể làm
cho đại lượng điều khiển bám sát và duy trì một một cách chính xác vị trí
của cơ cấu sản xuất theo yêu cầu. Ví dụ điều khiển cơ cấu ép trục cán, trong
quá trình cán kim loại, phải làm cho khe hở giữa hai trục có thể tiến hành tự
điều chỉnh; điều khiển quỹ tích gia công của máy cắt điều khiển số và điều
khiển bám của máy chép hình; cơ cấu lái tự động trên tàu thuyền; cơ cấu

điều khiển anten rađa của cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm
đúng mục tiêu; điều khiển động tác của người máy. Những ví dụ trên đây
đều là những ứng dụng cụ thể về hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí.
3.1.2. Các bộ phận chủ yếu của hệ thống tuỳ động vị trí và nguyên lý làm
việc của nó.
Hình 3.1 . Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuy động vi trí kiểu chiết áp
(1) Bộ đo kiểm vị trí: do chiết áp RP1 và RP2 tạo thành bộ đo kiểm vị
trí (góc), trong đó trục quay của chiết áp RP1 nối với bánh điều khiển làm
góc cho trước (góc đặt), trục quay của chiết áp RP2 thông qua cơ cấu nối với
bộ phận phụ tải làm phản hồi góc quay, hai bộ chiết áp đều được cấp điện
nhờ nguồn điện một chiều U, như vậy có thể chuyển tham số vị trí trực tiếp
thành đại lượng điện ở đầu ra.
13
(2) Bộ khuếch đại so sánh điện áp: do 2 bộ khuếch đại 1A, 2A tạo
thành, trong đó bộ khuếch đại 1A chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, còn 2A có tác
dụng so sánh và khuếch đại điện áp, tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều khiển
bộ khuếch đại công suất cấp tiếp theo, đồng thời có khả năng nhận biết cực
tính điện áp (phương vị âm dương của góc pha).
(3) Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: để cung cấp cho động cơ chấp
hành của hệ thống tuỳ động chỉ có khuếch đại điện áp là chưa đủ, còn phải
khuếch đại công suất, các bộ khuếch đại công suất này thường dùng chỉnh
lưu điều khiển hoặc bộ biến đổi xung áp điều chế độ rộng xung nếu động cơ
truyền động là động cơ một chiều, trường hợp dùng động cơ xoay chiều thì
bộ khuếch đại công suất thường là biến tần.
(4) Cơ cấu chấp hành: động cơ bám Đ (động cơ điện một chiều, từ
trường vĩnh cửu) để truyền động cơ cấu chấp hành mang phụ tải (dàn anten
ra đa), giữa động cơ và phụ tải thường có bộ phận truyền lực (hộp giảm tốc).
Bốn bộ phận trên là các bộ phận chủ yếu, không thể thiếu để tạo nên hệ
thống điều khiển tuỳ động vị trí, chỉ có linh kiện hoặc thiết bị cụ thể là có thể
khác nhau, ví dụ, có thể dùng các bộ đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động cơ

điện một chiều hoặc xoay chiều v.v
3.1.3. So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc
Qua các phân tích trên dễ dàng nhận ra những chỗ khác nhau và giống
nhau giữa hệ thống tuỳ động vị trí (sau đây gọi tắt là hệ thống tuỳ động) và
hệ thống điều tốc. Cả hai đều là hệ thống kín (có phản hồi), tức là thông qua
việc so sánh lượng đầu ra của hệ thống với lượng cho trước (lượng đặt) để
tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống, vì vậy nguyên lý của hai hệ thống này là
giống nhau.
Đại lượng cho trước của hệ thống điều tốc là hằng số, dù cho mức độ nhiễu
như thế nào, đều mong đại lượng đầu ra ổn định, vì thế chất lượng chống
nhiễu của hệ thống luôn tỏ ra quan trọng nhất. Còn trong hệ thống tuỳ động
thì tín hiệu đặt vị trí là thường xuyên thay đổi, là đại lượng “thay đổi tuỳ ý”,
yêu cầu lượng đầu ra bám chính xác theo sự thay đổi của lượng cho trước,
tính nhanh nhậy, tính linh hoạt, tính chính xác thích nghi đầu ra trở thành
đặc trưng chủ yếu của hệ thống tuỳ động. Hay nói cách khác chất lượng bám
là chỉ tiêu chủ yếu của hệ thống này.
Từ hình 2.1 có thể thấy, hệ thống tuỳ động có thể xây dựng trên cơ sở
hệ thống điều tốc cài thêm mạch vòng vị trí, mạch vòng vị trí là đặc trưng
cấu trúc chủ yếu của hệ thống tuỳ động. Vì vậy hệ thống tuỳ động thường
phức tạp hơn hệ thống điều tốc.
14
3.1.4. Phân loại hệ thống tùy động .
a, Hệ thống tùy động điều khiển xung số
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động điều khiển xung số
b, Hệ thống tùy động điều khiển mã số
Hình 3.3 . Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động điều khiển mã số
3.2.Các quy luật điều chỉnh vị trí
3.2.1. Quy luật điều chỉnh 2 vị trí
Với quy luật này tín hiệu ra của máy điều chỉnh xác định ở một trong
hai trạng thái là U

max
và U
min
. Phương trình mô tả toán học được viết:
u = B. Sign(e)
Trong đó : B là tác động điều khiển ,Sign(e) là lấy mẫu của sai lệch
15
•
Khi e > 0 Sign(e) = 1 , u = B = U
max
•
Khi e < 0 Sign(e) = -1 , u = -B = U
min

Máy điều chỉnh 2 vị trí thực chất là một rơle 2 vị trí lý tưởng có tín hiệu
vào là e, quá trình quá độ điều chỉnh hệ thống được thể hiện như sau:
Lúc bắt đầu điều chỉnh (0 ÷T
1
), y < x , e = x-y > 0 ta có tác động điều
chỉnh u = U
max
Khi t = T
1
thì y ≥ x, e = x - y ≤ 0 tác động điều chỉnh u = U
min
. Nhưng
do quán tính y tiếp tục tăng sau đó mới giảm cho tới thời điểm T
2,
e = 0 và
tác động điều chỉnh u = U

max.
Nhưng y vẫn tiếp tục giảm xuống theo quán
tính rồi sau đó mới tăng lên đến T
3
thì y > x tác động điều chỉnh u = U
mim
quá trình cứ lặp đi lặp lại như vậy. Do tác động có 2 vị trí là U
min
và U
max
nên quá trình điều chỉnh mang tính tự dao động xung quanh giá trị chủ đạo
x. Chất lượng của quá trình điều chỉnh được đánh giá bằng hai tham số :
Biên độ dao động :
2
minmax
yy
−
=∆
Sai lệch dư :
2
minmax·
yy
x
+
−=
σ
16
U
max
U

min
T
1
T
2
T
3
T
4
x
y
y
max
t
t
u
y
min
x
U
max
-U
min
u
e
Hình 3.4: Quy luật điều chỉnh 2 vị trí
3.2.2. Quy luật điều chỉnh 3 vị trí .
Quy luật điều chỉnh 3 vị trí có mức độ tác động khác nhau là U
max
,U

min
và
U
tb
. U
max
sẽ tác động khi sai lệch e lớn, nó nhằm mục đích nhanh chóng đưa
hệ về trạng thái cân bằng. Tác động của U
tb
và U
min
quy định chất lượng của
quá trình điều chỉnh ở trạng thái xác lập,
Phương trình như sau: U = B Sign(e)
Trong đó : B là tác động điều khiển, Sign(e) là lấy mẫu của sai lệch
•
Khi e > a, y < x - a Sign(e) = 1 u = B = U
max
•
Khi
ae ≤≤0
, 0 ≤ x- y ≤ a Sign(e) = 0 u = U
tb
•
Khi e < 0, y > x Sign(e) = -1 u = -B = U
min
Khi bắt đầu làm việc sai lệch tĩnh rất lớn lúc đó e>a, đối tượng sẽ được
nhận tác động là U
max
vì vậy hàm y tăng rất nhanh, tới thời điểm t

1
, 0 < e < a
đối tượng được điều chỉnh nhận được u = U
tb
, hệ thống chuyển trạng thái từ
U
tb
sang U
min
, từ thời điểm này trở đi quá trình điều khiển sẽ tạo ra một giá trị
xác lập giống như điều chỉnh 2 vị trí với mức tác động giữa U
tb
và U
min
. Ta
xét tại mỗi thời điểm thực chất quy luật điều chỉnh 3 vị trí giống như 2 vị trí,
nhưng có mức tác động U
max
, U
tb
và U
min
chất lượng điều chỉnh 3 vị trí tốt
hơn 2 vị trí (thể hiện ở thời gian quá độ, biên độ dao động ở trạng thái xác
lập).
17
Hình 3.5 : Quy luật điều chỉnh 3 vị trí
3.2.3. Quy luật điều chỉnh với cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi :
Nếu chúng ta nối tiếp thiết bị điều chỉnh với cơ cấu chấp hành có tốc
độ không đổi sẽ được một hệ thiết bị điều chỉnh vị trí với cơ cấu chấp hành

không đổi. Cơ cấu chấp hành thường là động cơ một chiều và thường được
coi là một khâu tích phân có hàm truyền là :
1
c
T s
với T
c
là hằng số thời gian
chuyển dịch của cơ cấu chấp hành từ vị trí giới hạn đầu đến vị trí giới hạn
cuối
Quy luật điều chỉnh vị trí cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi được
mô tả bằng phương trình:
( )
esign
Tdt
du
c
1
=
Giả thiết hệ thống sử dụng bộ điều chỉnh 2 vị trí thì quá trình được diễn dải
như sau:
18
Hình 3.6 : Quy luật điều chỉnh hai vị trí với cơ cấu chấp hành có tốc độ
không đổi
• e > 0 sign(e) = 1
c
Tdt
du 1
=

• e < 0 sign(e) = -1
c
Tdt
du 1
−=

Nếu ta chọn được T
c
thích hợp (phù hợp với quy luật điều chỉnh) chất
lượng quá trình điều chỉnh sẽ tốt hơn so với điều chỉnh 2 vị trí, giá trị đầu ra
sẽ được điều chỉnh phù hợp hơn, khi ở trạng thái cân bằng quá trình dao
động sẽ nhỏ hơn
Nhìn chung quá trình điều chỉnh vị trí theo phương án trên đều xẩy ra tự
dao động, như vậy cơ cấu chấp hành sẽ làm việc liên tục. Để khắc phục
nhược điểm này người ta có thể sử dụng thiết bị điều chỉnh 3 vị trí có vùng
không nhạy (vùng chết) và được mô tả bằng phương trình sau:
•
Khi e > a, y < x – a, Sign(e) = 1, u = B = U
max
•
Khi e > 0, e < a, 0 ≤ x- y ≤ a Sign(e) = 0, u = U
tb
•
Khi e < 0, y > x Sign(e) = -1 u = -B =
U
min
0
0
u
y

x
t
1
t
2
t
3
t
u
t
u
19
Hình 3.7 : Quy luật điều chỉnh ba vị trí có vùng không nhạy
Rơle 3 vị trí tương ứng với 3 trạng thái của cơ cấu chấp hành, quay
thuận, dừng và quay ngược.
Nếu sai lệch lớn hơn a thì rơle tác động điều chỉnh quay thuận tăng tín
hiệu vào của đối tượng điều khiển và y tăng lên cho tới khi sai lệch -a ≤ e ≤ a
, máy điều chỉnh đưa ra tín hiệu bằng 0 động cơ dừng làm việc, từ thời điểm
t
1
tác động điều chỉnh được giữa cố định bằng u
1
từ đó có thể xẩy ra hai
trường hợp :
•
Giá trị u
1
đã đảm bảo cho y chỉ dao động trong khoảng từ x-a đến x+a
thì lúc đó quá trình điều chỉnh được xem như kết thúc tại t
1

•
Giá trị lượng ra y vẫn lớn hơn giá trị x+a động cơ đảo lại chiều quay
để thay đổi u từ u
1
đến u
2
sao cho tín hiệu ra nằm trong khoảng từ x-a
đến x+a như từ thời điểm t
3
trên hình 3-4
3.3 . Các phương pháp đo kiểm vị trí
3.3.1. Các phương pháp đo kiểm vị trí thường dùng
a Đo vị trí bằng Sensin(S)
20
x+a
x
x-a
0
t
u
t
0
y
Hình 3.1. Nguyên lý cấu tạo Sensin
u
ss
= U
ssm
sinθ∆ sin(ωt - ϕ + 90
0

)
Hình 3.2. Vị trí góc của máy tự chỉnh góc
b. Bộ biến áp quay (Br)
21
Hình 3.8. Bộ biến áp quay
u
br
(t) = m[u
1
(t)cosθ + u
2
(t)sinθ] = mU
m
cos(ω
o
t +θ)
U
brm
= kU
fm
cos(θ∆ - 90
o
) = kU
fm
sinθ∆
Hình 3.9. Thiết kế đo kiểm sai số góc do biến áp quay tạo thành
c. Bộ đồng bộ cảm ứng (BIS)
Hình 3.10. Bộ đồng bộ cảm ứng kiểu đường thẳng
22
3.3.2. Đĩa mã quang điện (encoder)

a.Khái niệm :
Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa quang kỹ thuật số là một thiết bị
chuyển đổi chuyển động thành một chuỗi các xung kỹ thuật số. Bằng cách
đếm một cách đơn lẻ hoặc bằng cách giải mã một tập hợp các bit, xung có
thể được chuyển đổi để đo lường vị trí tương đối hay tuyệt đối. Encoders có
cấu hình cả tuyến tính và quay, nhưng loại phổ biến nhất là quay. Rotary
encoders được sản xuất trong hai hình thức cơ bản: các bộ mã hóa tuyệt đối
nơi một từ kỹ thuật số duy nhất tương ứng với mỗi vị trí của trục quay, và
mã hóa các gia tăng, trong đó sản xuất xung kỹ thuật số như các trục quay,
cho phép đo vị trí tương đối của trục. Hầu hết các mã hoá quay được bao
gồm một đĩa thủy tinh hoặc nhựa mã với một mô hình xuyên tâm
photographically gửi tổ chức theo dõi. Theo đường xuyên tâm trong mỗi ca
khúc gián đoạn giữa một chùm photoemitter-cặp máy dò, xung kỹ thuật số
được sản xuất
b .Phân loại : Có 2 loại Encoder
• Encoder :
Hình 3.11. Encoder tuyệt đối
Là loại thiết bị mã hóa mà các tín hiệu mã đầu ra song song để chỉ thị
góc quay tuyệt đối của trục. Loại này không cần bộ đếm để đếm xung mà
vẫn có thể biết góc quay của trục thiết bị mã hóa .
Cũng giống như nhiều loại Encoder khác, bộ giải mã tuyệt đối gồm một
đĩa tròn, trên đó có những khoảng trong suốt và đục. Ánh sáng có thể xuyên
qua những phần trong suất đến bộ cảm biến quang, khi đĩa quay thì bộ cảm
biến bật lên 1 và phần ánh sáng bị chặn bởi phần đục làm cảm biến quang
xuống 0. Như vậy cảm biến quang sẽ tạo thành những xung tuần tự.
- Khi thiết bị mã hóa này được sử dụng với cùng một thiết bị khác, thì vị
trí 0 của trục xem như góc tọa độ. Khi trục của thiết bị mã hóa quay về tọa
độ góc này thì góc quay có thể được hiển thị trên bộ chỉ thị của máy. Tín
23
hiệu đầu ra của thiết bị mã hóa không bị ảnh hưởng bởi nhiễu của thiết bị

đóng, ngắt và không yêu cầu điều chỉnh góc quay chính xác. Hơn nữa, thậm
chí nếu tín hiệu mã hóa đầu ra khộng thể đọc vì trục quay quá nhanh, thì góc
quay chính xác được ghi khi tốc độ quay giảm xuống, hoặc ngay khi nguồn
cho thiết bị mả hóa bị ngắt. Thêm nữa, mã hóa sẽ không hoạt động do sự
rung động của các thiết bị sử dụng nó
- Loại thiết bị mã hóa tuyệt đối, có độ phân giải cáo hơn và cho ra các
giá trị thay đổi trong phạm vi rộng hơn so với thiết bị mã hóa tăng dần
• Encoder tương đối :
Incremental encoder Cấu tạo
Hình 3.12 Incremental encoder
Là loại thiết bị mã hóa có dãy xung ra phù hợp với góc của trục quay. Thiết
bị mã hóa này không có xung ra khi trục không làm việc. Do đó cần có một
bộ đếm để đếm xung ra
Thiết bị mã hóa cho biết vị trí của trục quay bằng số xung được đếm. Dạng
thiết bị mã hóa này chỉ có 1 hay 2 kênh ngõ ra:
+ Loại 1 chiều (chỉ có đầu kênh A) là loại chỉ sinh ra xung khi trục quay
+ Loại 2 chiều (có đầu ra kênh A và B) cũng có thể cho biết chiều của trục
quay, nghĩa là thuận chiều kim đồng hồ. Ngoài ra còn có đầu dây trung tính
24
(xung Z) cho mỗi vòng quay, có nghĩa là nếu quay được 1 vòng thì xung Z
lên 1
Khi đĩa quay theo chiều kim đồng hồ thì xung track 1 (B) trễ pha hơn xung
track 2 (A)
3.3.4.3. Nguyên lý hoạt động của Incremental encoder
Hình 3.13. Nguyên lý Encoder tương đối
Giả sử encoder có 3 xung là A,B,Z như hình
Khi truc động cơ quay nhờ 3 cặp led thu và phát hồng ngoại sẽ đổi trạng thái
liên tục.Do 2 xung A,B lệch pha nhau 1 góc
0
90

và xung Z chỉ có 1 xung trên
vòng nên ta có giản đồ xung như hình trên .
Ta dùng bộ đếm để đếm xung này từ đó biết được vị trí động cơ như thế
nào.Tùy vào từng loại encoder mà ta có các độ phân giải khác nhau.Ví dụ
như encoder ghi
r/p
200
nghĩa là khi động cơ quay 1 vòng ta đo được 200
xung. Encoder trong đồ án cũng là loại 200 xung/vòng.Chỉ có 2 xung A và B
không có xung Z
3.4.Điều chế PWM để điều khiển động cơ
25