báo cáo thực hành điều chỉnh tự động truyền động điện

BàI thí nghiệm 1 và 2
Tổng hợp mạch vòng dòng đIện và mạch vòng tốc độ
+Các thông số lựa chọn của động cơ chính kích từ độc lập mô phỏng là :
P
đm
= 50 kW là công suất định mức của động cơ
U
đm
= 440 V là đIện áp định mức của động cơ
n
đm
= 1500 v/ph là tốc độ định mức của động cơ

à
= 90 % là hiệu suất định mức của động cơ
u
L
= 0.01H là đIện cảm của phần ứng
u
T
=
u
u
R
L
(s) là hằng số thời gian của phần ứng động cơ
+Các thông số của các cảm biến và của bộ chỉnh lu :
T
i
= 0.002 s là hằng số thời gian của khâu phản hồi dòng
T

v
= 0.0025 s là hằng số thời gian của các van bán dẫn
T
đk
= 0.0001 s là hằng số thời gian của mạch đIều khiển

T
= 0.001 s là hằng số thời gian của máy phát tốc
1.4.các phơng trình của động cơ đIện một chiều :
+Phơng trình phần ứng :

u
R
=
u
E
+(
u
R
+
f
R
)
u
I
+Phơng trình đặc tính cơ đIện :


u
fu

u
I
K
RR
K
U


+
=
+Phơng trình đặc tính cơ :

M
K
RR
K
U
fu
u
2
)(


+
=



1.TổNG HợP MạCH VòNG DòNG ĐIệN :
Ta có :

-Hàm truyền của khâu chỉnh lu là :
)1)(1( pTpT
K
vdk
cl
++
-Hàm truyền của khâu phản hồi dòng là :
)1( pT
K
i
i
+

-Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ là :
)1( pT
K


+


-Hàm truyền của động cơ kích từ độc lập là :

)1(
/1
pT
R
u
u
+

-Ta có hàm truyền của đối tợng điều khiển của bộ điều chỉnh dòng là:

)1)(1)(1(
/
)(
)(
pTpTpT
RKK
pU
pU
S
udki
uicl
dk
i
oi
+++
==
-Trong đó :
si
T
=
i
T
+
v
T
+
dk

T
<<
u
T
bỏ qua các hệ số bậc cao ta
có :

)1)(1(
/
pTpT
RKK
S
usi
uicl
oi
++
=
-áp dụng tiêu chuẩn mô đun tối u ta có hàm truyền của hệ thông kín :


22
221
1
pp
F
oMi


++
=

-Nh vậy ta sẽ có :

oii
oii
oMi
SpR
SpR
pF
)(1
)(
)(
+
=
-nh vậy ta có : F + F *R*S =R*S
R =F/S*(1-F)
R=1/S*(F
-1
-1)
-Thay biểu thức của hàm mô đul tối u vào và tính toán ta có :
)22(/
)1)(1(
22
ppRKK
pTpT
R
uicl
usi


+

++
=
-Sau quá trình tính toán và chọn


=
si
T
ta có :
- Hàm truyền của khâu đIều chỉnh dòng là :


)
1
1(
2/2
1
)(
usiicl
uu
usicli
u
i
pTTKK
TR
RTKpK
pT
pR +=
+
=

-Là khâu tỉ lệ tích phân.

2.2.tổng hợp mạch vòng tốc độ:
-Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ sau khi đã tổng hợp mạch
vòng điều chỉnh dòng là :

)1()( pTTkK
RK
S
sci
u
o




+
=


s
T
=2
si
T
+

T

s
T
rất nhỏ.
-Dùng tiêu chuẩn tối u đối xứng để tồng hợp mạch vòng tốc độ ,
-Ta có hàm truyền tối u đối xứng :
3322
8841
41
ppp
p
F
DX





+++
+
=
-theo tính toán ở trên ta có : R=1/S*(F
-1
-1)
-sau khi tính toán và chọn


=

s
T

ta tìm đợc bộ đIều chỉnh tốc độ
là khâu tỉ lệ tích phân :


pT
TKK
KR
pT
pR
s
ci
u
s
2
8
)(
41
)(





+
=

2.3.Tính toán các thông số :

dm

=1500 / 9.55 = 157 rad/s

e
K
=K/9.55 = 0.105K
-Tinh mô men định mức :

dm
P
=
dm
M
*
dm


dm
M
=
dm
dm
P

=
157
50000
=118.47 Nm

dm
I

=
dm
dm
U
P
=
440
50000
= 113.64 A


K
=
dm
dm
I
M
=
64.113
47.118
= 1.04



e
K
= 0.105*

K
=0.105*1.04 =0.1092

-
u
R
đợc tính theo công thức :

u
R
=
dm
dm
dm
I
U
)1(5.0
à

=
64.113
440
)9.01(5.0
= 0.2


2.0
01.0
=
u
T
=0.05 s
+Từ sơ đồ cấu trúc của hệ thống ta có :

dkcld
UKU *=
+chọn
dk
U
=10 V ta có :
cl
K
=440 / 10 = 44
có
=++=
dkvisi
TTTT
2 + 2.5 + 0.1 = 4.6*10
-3
s
+chọn :
VU
id
6=

052.0
64.113
6
===
dm
id
i
I
U

K

VU
d
10=


064.0
157
10
===
dm
id
U
K


+Nh vậy ta sẽ tìm ra thông số cho bộ đIều chỉnh dòng RI là :
)
05.0*
1
1(
10*6.4*052.0*44*2
05.0*2.0
)
1
1(
2
)(
3

ppTTKK
TR
pR
usiicl
uu
i
+=+=


-Sau khi tính toán ta đợc các thông só cài đặt cho bộ PI:
48.0=alproportion
,
104.0int =egal


s
K
jR
T
u
c
185.0
)04.1(
2.0*1
)(
22
===
φ
+T×m c¸c tham sè cho bé ®iÒu chØnh tèc ®é :
- ta cã :

ω
s
T
=2
si
T
+
ω
T
- víi
ω
T
=0.001 s ,
si
T
=0.0046 s

sT
s
01.0=
ω

-Víi c¸c th«ng sè :
sT
s
01.0=
ω
,
u

R
=0.2
Ω
,
064.0=
ω
K
,
052.0=
i
K
,
φ
K
=1.04 ,
sT
c
185.0=
p
p
pT
TKK
KR
pT
pR
s
ci
u
s
*)01.0(*8*

185.0*04.1*052.0
064.0*2.0
*01.0*41
8
)(
41
)(
2
2
+
=
+
=
ω
ω
ω
ω
φ
p
pR
*00102.0
1
40)( +=
ω
+Nh vËy c¸c th«ng sè cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµ :
40=alproportion
,
00102.0int =egal

-Sơ đồ cấu trúc :

-Trong sơ đồ có thêm khâu hạn chế dòng và khâu lọc
-khâu hạn chế dòng đăt : I
max
= 10
I
min
=-10
-khâu lọc chọn là khâu quán tính bậc nhất :
p*01.01
1
+
+Các đặc tính thu đợc sau mô phỏng là:
§Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng :
-Tèc ®é ®Æt vµ f¶n håi tèc ®é :
-Sai lÖch tèc ®é :
-Mô men và tốc độ của động cơ :
nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng :
+Từ kết quả mô phỏng với tín hiệu STEP ta thấy rằng tốc độ của động
cơ bám theo tín hiệu đặt
+Sai lệch tốc độ là không đáng kể nh vậy bộ đIều chỉnh tốc độ là thoả
mãn đợc yêu cầu bám .
+nhìn vào dòng của động cơ ta thấy động cơ chỉnh bị quá tảI trong
thời gian rất ngắn
BàI thí nghiệm 3
Tổng hợp mạch vòng vị trí
+Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng vị trí:
+Trong đó ta chọn các thông số nh sau :
K

=0.5 là hằng số máy điện

K
w
=1 là hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ
K

=0.03 là hàm truyền của khâu phản hồi vị trí
K
i
=0.05 là hàm truyền của khâu phản hồi dòng
T
w
=0.002s là hằng số thời gian của khâu phản hồi tốcđộ
T

=0.02s là hằng số thời gian của khâu phản hồi vị trí
T
i
=0.001s là hắng số thời gian của khâu phản hồi dong
R=1

là đIện trở phần ứng của động cơ
+với sơ đồ cấu trúc nh trên ta sẽ lần lợt tổng hợp mạch vòng tốc độ và
mạch vòng vị trí :
1.tổng hợp mạch vòng tốc độ :
+Ta có :
S=
pTcKKipT
Ru
si
***)*21(

+
+tổng hợp Rw theo tiêu chuẩn MÔ ĐUN TốI TốI ƯU :
- Hàm chuẩn mô đul tối u :
- F
wM
=
22
221
1
pp

++
-Ta có :
)()(1
)()(
)(
pSpR
sSpR
pF
wM
+
=
-nh vậy ta có : F + F *R*S =R*S
R =F/S*(1-F)
R=1/S*(F
-1
-1)
-Thay biểu thức của hàm mô đul tối u vào ta có :
)22(

***)*21(
1
)(
22
pp
pTcKKipT
Ru
pRw
si


+
+
=
-
)22(
***)*21(
)(
22
ppRu
pTcKKipT
pRw
si


+
+
=
-Chọn
Tsi2=

ta có :
si
RuT
TcKKi
pRw
4
**
)(

=
thay các thông số vào và tính toán ta có :
125.3)( =pRw
-Nh vậy tổng hợp bộ đIều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn mô đun tối u ta có đ-
ợc bộ P
+Ta có : S=
pTw
Kw
SK
SK
*1
*1
*
+
+
hay S=
KwSKpTw
pTwSK
***1
)*1(**

++
+
thay các giá trị vào :S=
)*4(
*21
pTKw
pT
si
si
+
+
do ở trên ta có Tw=2T
si
+Đặt S=S*
pi *
1
=
pipTKw
pT
si
si
*)*4(
*21
+
+
2.tổng hợp mạch vòng vị trí :
tổng hợp mạch vòng vị trí theo tiêu chuẩn mô đun tối u :
hàm chuẩn mô đun tối u :
- F
M

=
22
221
1
pp

++
-Ta có :
)(")(1
)(")(
)(
pSpR
sSpR
pF
M



+
=
-nh vậy ta có : F + F *R*S =R*S
R =F/S*(1-F)
R=1/S*(F
-1
-1)
Thay các dữ liệu vào :
)22(
*)*4(
*21
1

)(
22
pp
pipTKw
pT
pR
si
si


+
+
+
=
hay
)22(*21
*)*4(
)(
22
pppT
pipTKw
pR
si
si


++
+
=
chọn

=2T
si
ta có :
)21(*4)*21(
*)*4(
)(
pTpTpT
pipTKw
pR
sisisi
si
++
+
=

bỏ qua các thành phần bậc cao và quá nhỏ nh T
si
2
thì ta có :
sisi
si
TpT
ipTKw
pR
4*)*41(
*)*4(
)(
+
+

=

hay
Kw
T
pT
ip
Kw
T
pR
si
si
si
4
*)*41(
*)*
4
1(
)(
+
+
=

do Kw=1 nên ta có :
si
T
iKw
pR
4
*

)( =

+Nh vậy khi tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí theo tiêu chuẩn mô đul tối u ta đợc
bộ đIều chỉnh loại P
thay các thông số vào tính toán ta có :
125)( =pR

ta có sơ đồ cấu trúc của mạch vòng đIều chỉnh vị trí là :
+CµI ®Æt c¸c tham sè cho Rw vµ R
ϕ
vµ ch¹y m« pháng ta thu ®îc c¸c ®Æc
tÝnh nh sau :
+Ta có sai lệch vị trí nh sau :
Nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng :
+Nhìn vào các đặc tính thu đợc thì ta thấy rằng hệ thống có độ trễ khá
lớn ở những dây đầu (ụ thể là ở 2s đầu) sau đó thì vị trí bám theo tín hiệu
đặt .
+Sai lệch tốc độ là lớn vào thời điẻm đầu sau đó thì sai lệch về 0
+Có những sai số trên là do ta tổng hợp đợc bộ điều chỉnh là khâu tỉ lệ
nh vậy nếu muốn vị trí thực bám theo tín hiệu đặt thì ta phảI tồng hợp lại bộ
đIều chình và lựa chọn các thông số sao cho bộ điều chỉnh vị trí là khâu vi
phân tỉ lệ thì sé thoả mãn đợc yêu cầu tác động nhanh.