BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MÔ PHỎNG VÀ MÔ HÌNH HÓA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ

BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC
MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ
ĐIỆN TỬ

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU

Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Lớp

TS. Phan Đình Hiếu
ĐH CƠ ĐIỆN TỬ 1 – K14

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
NAM CHÂM VĨNH CỬU......................................................................................1


1.1 Động cơ 1 chiều nam châm vĩnh cửu...........................................................1
1.2 Cấu tạo và phân loại động cơ điện một chiều...............................................1
1.2.1 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều..........................................................1
1.2.2 Phân loại động cơ điện một chiều...................................................1
1.3 Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều......................................2
1.4 Các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều..................................3
1.4.1 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng........................................3
1.4.2 Phương pháp thay đổi từ thông.......................................................3

1.4.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng........................................4
1.5 Ưu, nhược điểm của động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu..............5
1.5.1 Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều.................................................5
1.5.2 Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều...........................................6
1.6 Các ứng dụng của động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu..................6
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH MƠ TẢ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẬT LÍ..................................................7
2.1 Phân tích mơ hình hệ thống động cơ điện một chiều....................................7
2.2 Mơ hình hóa hệ thống...................................................................................7
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH......................................10
3.1 Xây dựng biểu đồ Bond Graph...................................................................10
3.2 Xây dựng bộ điều khiển..............................................................................13
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ.......................................................15
4.1 Đánh giá đặc tính góc quay động cơ...........................................................15
4.2 Hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều.............................................16
4.2.1 Bộ điều khiển P.............................................................................16
4.2.2 Bộ điều khiển PI...........................................................................18
4.2.3 Bộ điều khiển PD..........................................................................20
4.2.4 Bộ điều khiển PID........................................................................23



Hình 1-1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều..............................................................1
Hình 1-2 Nguyên lý hoạt động động cơ điện 1 chiều................................................2
Hình 1-3 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng...........................3
Hình 1-4 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thơng..........................................4
Hình 1-5 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp phần ứng............................5
Hình 2-1 Mơ hình động cơ điện một chiều...............................................................7
Hình 3-1 Xác định các điểm có điện thế khác nhau................................................10
Hình 3-2 Đưa vào các phần tử trở kháng và cảm kháng.........................................11

Hình 3-3 Xóa bỏ 0-Junction tại vị trí có thế đất và các bond kết nối đến nó..........11
Hình 3-4 Đơn gản hóa bond graph theo các nguyên tắc.........................................12
Hình 4-1 Sơ đồ Bond Graph hệ thống.....................................................................15
Hình 4-2 Thiết lập thơng số với điện áp đầu vào là 12V.........................................15
Hình 4-3 Đặc tính góc quay động cơ.......................................................................16
Hình 4-4 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển động cơ sử dụng bộ điều khiển P
.................................................................................................................................16
Hình 4-5 Thiết lập thơng số ban đầu với Kp = 1......................................................17
Hình 4-6 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển P với thơng số ban đầu...........17
Hình 4-7 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển động cơ sử dụng bộ điều khiển PI
.................................................................................................................................18
Hình 4-8 Thiết lập thơng số ban đầu cho bộ điều khiển PI.....................................18
Hình 4-9 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI với thông số ban đầu.........19
Hình 4-10 Thiết lập thơng số cho bộ điều khiển với Ki = 100................................19
Hình 4-11 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI khi thay Ki=100...............20
Hình 4-12 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển động cơ sử dụng bộ điều khiển
PD............................................................................................................................20
Hình 4-13 Thiết lập thơng số ban đầu cho bộ điều khiển PD..................................21
Hình 4-14 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PD với thông số ban đầu......21


Hình 4-15 Thiết lập thơng số cho bộ điều khiển với Kd = 0.85...............................22
Hình 4-16 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PD với KD=0.85..................22
Hình 4-17 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển động cơ sử dụng bộ điều khiển
PID...........................................................................................................................23
Hình 4-18 Thiết lập thơng số ban đầu cho bộ điều khiển PID................................23
Hình 4-19 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID với thông số ban đầu.....24
Hình 4-20 Thiết lập thơng số cho bộ điều khiển PID với Kp = 1, Ki = 100, Kd =
0.85..........................................................................................................................24
Hình 4-21 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID.......................................25

CHƯƠNG 1:
1.1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU

Động cơ 1 chiều nam châm vĩnh cửu

Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của Direct Current) là động cơ được
điều khiển bằng dịng có hướng xác định hay nói cách khác thì đây là loại động cơ
chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều.
Động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu là động cơ điện 1 chiều được
kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
1.2

Cấu tạo và phân loại động cơ điện một chiều

1.2.1 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều
Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều thường gồm những bộ phận chính như sau:
- Stator: là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện
- Rotor: phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện
- Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp
- Cổ góp (Commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc và chia nhỏ nguồn điện cho
các cuộn dây trên rotor. Số lượng các điểm tiếp xúc sẽ tương ứng với số cuộn dây
trên rotor.

Hình 1-1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều

1.2.2 Phân loại động cơ điện một chiều
- Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại:


Kích từ độc lập.




Kích từ song song.



Kích từ nối tiếp.



Kích từ hỗn hợp.
- Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kết cấu cực từ:



Động cơ điện một chiều cực từ là nam châm điện.



Động cơ điện một chiều cực từ là nam châm vĩnh cửu

1.3

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

Khi cấp điện áp một chiều Uư vào mạch phần ứng, trong dây quấn phần ứng
có điện. Các thanh dẫn có dịng điện Iư nằm trong từ trường Φ do stator sinh ra sẽ
chịu lực F (lực Lorentz) tác dụng làm rotor quay, chiều của lực được xác định bằng
quy tắc bàn tay trái (mũi tên màu đỏ ở hình dưới).

Hình 1-2 Nguyên lý hoạt động động cơ điện 1 chiều

Khi cuộn dây phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho
nhau, do có phiếu góp nên chiều dịng điện trong cuộn dây phần ứng được dữ
nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi.
Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều
của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều sđđ
Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động.


1.4

Các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều

1.4.1 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng
Trong phương pháp này người ta giữ , và nối thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng để tăng điện trở phần ứng.
Độ cứng của đường đặc tính cơ:
(1.3)

Hình 1-3 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng

- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng

mềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.
- Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thể
tăng thêm điện trở).
- Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng cho nên tổn hao công
suất dưới dạng nhiệt trên điện trở càng lớn.
1.4.2 Phương pháp thay đổi từ thông
Giả thiết U= Uđm, Rư = const. Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi dịng
điện kích từ, thay đổi dịng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở
vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ. Rõ ràng phương pháp
này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ, nghĩa là chỉ có thể giảm dịng
điện kích từ (Ikt ≤ Iktđm) do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thơng. Khi
giảm từ thơng, đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn.


Hình 1-4 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thông

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thơng có các đặc điểm sau:
- Từ thơng càng giảm thì tốc độ khơng tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc
độ động cơ càng lớn.
- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thơng.
- Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D ~ 3:1.
- Chỉ có thể điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía tăng.
- Do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thơng nên các đặc tính sẽ cắt nhau và
do đó, với tải khơng lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thơng giảm. Cịn ở vùng tải lớn
(M2) tốc độ có thể tăng hoặc giảm tùy theo tải. Thực tế, phương pháp này chỉ sử
dụng ở vùng tải không quá lớn so với định mức.
- Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ
với dịng kích từ là (1÷10)% dịng định mức của phần ứng. Tổn hao điều chỉnh
thấp.
1.4.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

Từ thông động cơ được giữ không đổi. Điện áp phần ứng được cấp từ một bộ biến
đổi. Khi thay đổi điện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có các họ đặc tính cơ ứng
với các tốc độ khơng tải khác nhau, song song và có cùng độ cứng. Điện áp U chỉ
có thể thay đổi về phía giảm (U


Hình 1-5 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp phần ứng

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay đổi
điện áp phần ứng có các đặc điểm sau:
- Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.
- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
- Độ cứng đặc tính cơ giữ khơng đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.
- Độ sụt tốc tuyệt đối trên tồn dải điều chỉnh ứng với một mơmen là như nhau. Độ
sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh. Do vậy,
sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất khơng vượt q sai số
cho phép cho toàn dải điều chỉnh.
- Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10:1.
- Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi với Uư ≤ Uđm).
- Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn để có thể thay đổi trơn điện áp ra.
1.5

Ưu, nhược điểm của động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu

1.5.1 Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều
+ Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có moment mở máy lớn, do đó
sẽ kéo được tải nặng khi khởi động.
+ Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.
+ Tiết kiệm điện năng.
+ Bền bỉ, tuổi thọ lớn.

1.5.2 Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều
+ Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá
trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên.
+ Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm,
nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ.
+ Giá thành đắt mà công suất không cao.
1.6

Các ứng dụng của động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu

Nhờ những ứng dụng của động cơ điện mà việc lắp đặt, vận hành máy móc,...
cũng như các hoạt động liên quan đến các lĩnh vực khác nhau được thực hiện một
cách nhanh chóng, hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn đáng kể.
Động cơ điện hiện đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi, phổ biến và thay
thế dần cho những loại động cơ truyền thống. Bởi lẽ, loại động cơ này không chỉ
hoạt động bền bỉ, linh hoạt, có thể lắp đặt và vận hành cho nhiều loại máy móc,
thiết bị khác nhau, mà cịn tiết kiệm năng lượng tiêu thụ đáng kể. Chính vì thế, ứng
dụng của loại động cơ này cũng trở nên đa dạng và phổ biến hơn cả.
Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều cũng rất đa dạng trong mọi lĩnh vực của
đời sống: trong tivi, máy công nghiệp, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo, đặc
biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ
quay liên tục trong phạm vi lớn.......
Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, loại động cơ này cịn xuất hiện trong các
máy vi tính, cụ thể là được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang,...


CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH MƠ TẢ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẬT LÍ

2.1

Phân tích mơ hình hệ thống động cơ điện một chiều

Hình 2-6 Mơ hình động cơ điện một chiều

- Điện cảm phần ứng L: 1. H
- Điện trở phần ứng R: 0.8
- Hệ số cản b = 6.6Nms/rad
- Momen quán tính J= 0.1
- Hệ số momen K= 0.3
- Tín hiệu vào là điện áp: V
- Tín hiệu ra là góc quay : 
2.2

Mơ hình hóa hệ thống
Mơ hình hóa hệ thống bằng hàm truyền và phương trình khơng gian trạng thái
* Áp dụng định luật II Niuton cho phần cơ ta có phương trình:
J. + b. = T
Trong đó : T = K.i(t)

(2.2)
- T : moment của rotor (Nm)
- i : dòng điện phần ứng (A)

(2.1)


Từ phương trình (2.1) và (2.2) ta có :
J. + b. = K.i(t)

(2.3)

* Áp dụng định luật Kirchhoff cho phần điện ta có:
L. + Ri = V - E
Trong đó : E là điện áp cảm ứng : E = K.ω = K.

(2.4)
(V)

(2.5)
V là điện áp phần ứng
Từ phương trình (2.4) và (2.5) ta có:
L. + Ri = V - K.

(2.6)

Biến đổi Laplace (2.3) và (2.6) :
s.(J.s +b). = K.I(s)

(2.3)

(L.s+R).I(s) = V - Ks

(2.4)

Từ phương trình (3) ta có:
I(s) =

(2.5)

Thế (5) vào (4) và biến đổi ta được:
(2.6)
Vậy hàm truyền của hệ là
(2.7)
Xây dựng phương trình khơng gian trạng thái:
Ta có thể chọn tốc độ quay và dịng điện là các biến trạng thái. Điện áp là đầu
vào, đầu ra là tốc độ quay.
Từ phương trình (2.3) và (2.6) ta có:
(2.8)
(2.9)
(2.10)
Vậy ta có phương trình khơng gian trạng thái
( 2.11)


(2.12)


CHƯƠNG 3:
3.1

XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH

Xây dựng biểu đồ Bond Graph
Các bước xây dựng biểu đồ Bond Graph
- Phần điện:

B1: Mỗi vị trí trong mạch điện mà điện thế khác nhau, thì đặt 0-juctions
B2: Chèn mỗi phần tử mạch “single port” bằng kết nối nó với 1-junctions bằng

đường power bond
B3: Gán chiều công suất tới tất cả các bond trong mơ hình
B4: Nếu các vị trí có thế đất đã được xác định, thì xóa bỏ 0-juntions tại đó và tất cả
các bonds kết nối đến nó
B5: Đơn giản hóa các bond graphs theo các nguyên tắc
- Phần cơ:
B1: Với mỗi vận tốc khác nhau thiết lập 1-junction
B2: Đưa vào các phần tử dung kháng và trở kháng tới power bonds và kết nối
chúng tới 1-junctions 1 sử dụng 0-junctions. Phần tử quán tính được thêm vào 1juntions;
B3: Gán chiều công suất tới các bonds
B4: Loại bỏ tất cả 1-junctions có vận tốc 0 và tất cả các bonds kết nối tới nó;
B5: Đơn giản hóa bằng sử dụng các nguyên tắc tối giản.


Hình 3-7 Xác định các điểm có điện thế khác nhau

Hình 3-8 Đưa vào các phần tử trở kháng và cảm kháng


Hình 3-9 Xóa bỏ 0-Junction tại vị trí có thế đất và các bond kết nối đến nó

Hình 3-10 Đơn gản hóa bond graph theo các nguyên tắc

Trong đó:
- Se: Điện áp đặt
- I(L) : Phần tử cảm kháng của cuộn cảm phần ứng
- R(R): Phần tử trở kháng của điện trở phần ứng
- GY (Gyrator Element) : Con quay hồi chuyển
- I(J) : Phần tử cảm kháng của momen quán tính
- R(b) : Phần tử trở kháng (ma sát)

Biểu đồ Bond Graph có hai phía. Một bên là phần tử điện bao gồm điện áp đặt
vào, điện trở phần ứng và điện cảm phần ứng. Bên còn lại chứa các thành phần
quán tính và ma sát quay.


Ta có, mạch phần ứng của động cơ điện một chiều được đặt một điện áp V. Vì
vậy, ta sẽ có phần tử nguồn e (sourse effort) – Se được kết nối với Bond Graph.
Sau đó, Se chia sẻ cùng dòng (flow) tới hai thành phần L (Điện cảm phần ứng) và
(Điện trở phần ứng). Do đó, liên kết 1 (Junction 1) được dùng để kết nối hai thành
phần trên với nguồn e.
Thêm vào đó, phần tử GY (Gyrator Element) được sử dụng như là một liên
kết giữa một bên là phần tử điện và bên còn lại là phần tử cơ khí.
Phần tử GY mơ tả mối quan hệ giữa tốc độ góc của động cơ (M) với suất điện
động (VM) (mechanical flow and electrical effort) và dòng điện (IM) với mô men
quay (TM) (electrical flow and mechanical effort).
Bên phía cơ khí, do tải bên trong bao gồm quán tính và ma sát quay. Do đó,
hai thành phần này được liên kết với GY thông qua liên kết 1 (Junction 1).

Hình 3-5 Quan hệ nhân quả và chiều cơng suất trong hệ thống

Trong đó:
- f1=f2=f3=f4 : Dịng điện phần ứng trong động cơ
- e1 : Điện áp đặt
- e2 : Điện áp trên cuộn cảm
- e3 : Điện áp trên điện trở
- e4 : Suất điện động trong động cơ
- f5=f6=f7: Tốc độ góc của động cơ
- e5 : Momen quay của trục động cơ

- e6 : Momen quán tính của động cơ
- e7 : Momen cản của ma sát
3.2

Xây dựng bộ điều khiển

Điều khiển trạng thái của hệ thống rất quan trọng trong hệ thống thực tế. Một
hệ thống dù được thiết kế tốt như thế nào thì phản hồi (feedback) của nó hay đầu ra
của hệ thống (output) khơng hồn tồn chính xác với giá trị mong muốn. Bên cạnh
đó, nhiễu từ bên ngồi có thể ảnh hưởng đến hệ thống và trạng thái của nó dẫn đến
kết quả là làm thay đổi giá trị mong muốn. Vì vậy, cần xây dựng một hệ thống điều
khiển để điều chỉnh trạng thái của hệ thống bằng cách thay đổi đầu vào (input). Bộ
điều khiển được sử dụng nhiều nhất là bộ điều khiển phản hồi (feedback control),
trong đó đáp ứng của hệ thống được theo dõi và so sánh với giá trị mong muốn, và
sai số (error) trong phản hồi được sử dụng để thay đổi đầu vào để đạt được kết quả.
Đáp ứng của hệ thống được so sánh với điểm đặt (set point) để đạt được sai số. Tín
hiệu sai số được sử dụng trong thuật toán điều khiển để xác định được đầu vào hệ
thống, đáp ứng sẽ được điều chỉnh để đạt được đầu ra mong muốn.

Hình 3-6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tốc độ động cơ.

Trong tất cả thuật toán điều khiển phản hồi, đầu ra thực tế được đưa trở lại hệ
thống điều khiển nên một phép đo sai số (sự khác nhau giữa đầu ra mong muốn và
đầu ra thực tế) được tính tốn, và phép đo sai số được sử dụng để thiết lập thay đổi
đầu vào để giảm thiểu sai số. Hơn 90% cách điểu khiển liên quan đến việc sử dụng
bộ điểu khiển PID. PID là viết tắt của proportional (tỷ lệ), integral (tích phân) và
derivative (vi phân). Điều khiển PID thực hiện 3 quá trình điểu khiển khác nhau
với hàm sai số ( error function)

CHƯƠNG 4:
4.1

MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

Đánh giá đặc tính tốc độ động cơ 1 chiều nam châm vĩnh cửu

Hình 4-11 Sơ đồ Bond Graph hệ thống

Hình 4-12 Thiết lập thơng số với điện áp đầu vào là 12V

Đặc tính tốc độ với điện áp đầu vào V = 12V


Hình 4-13 Đặc tính tốc độ động cơ 1 chiều nam châm vĩnh cửu

Nhận xét: Khi khởi động tốc độ góc của động cơ tăng khơng đều trong
khoảng thời gian 4s, sau 4s kể từ khi khởi động tốc độ góc của động cơ ổn định và
có giá trị giao động quanh giá trị 37,78 rad/s
4.2

Hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều
Chọn tốc độ quay mong muốn là 10 rad/s


4.2.1 Bộ điều khiển P

Hình 4-14 Sơ đồ Bond Graph hệ thống điều khiển động cơ sử dụng bộ điều khiển P

Hình 4-15 Thiết lập thơng số ban đầu với Kp = 1

Hình 4-16 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển P với thông số ban đầu

Sử dụng bộ điều khiển tỉ lệ với thông số ban đầu. Ta thấy hệ thống có sai số
xác lập lớn, sai số này vẫn được duy trì khi hệ thống ổn định.
Để giảm sai số xác tập ta tăng hệ số Kp lên


Với giá trị Kp = 80 hệ thống có sai số xác lập nhỏ sau khi ổn định, thời gian
quá độ khoảng 0,01s.
4.2.2 Bộ điều khiển PI

Hình 4-17 Thiết lập thông số ban đầu cho bộ điều khiển PI


Hình 4-18 Đáp ứng hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI với thông số ban đầu

Sử dụng bộ điều khiển PI với thông số ban đầu Kp=Ki=1 : sai số xác lập nhỏ,
thời gian quá độ lớn khoảng 2s. Để giảm thời gian quá độ ta cần tăng hệ số Ki
- Tăng hệ số Kp = 50 và giảm hệ số Ki = 0,5

Hình 4-19 Thiết lập thơng số cho bộ điều khiển với Ki = 100