Bài tập lớn mô hình hóa và mô phỏng

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ

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

Giáo viên hướng dẫn:

TS. Nguyễn Xuân Thuận

Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Trường

– 2018601263

Vũ Cơng Tuyền

– 2018600418

Đồn Duy Toàn

̶ 2018600565

Hà Nội -2020


PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM
I. Thơng tin chung
1. Tên lớp: Cơ điện tử 1

Khóa: K13

2. Tên nhóm: Nhóm 5
Họ và tên thành viên:

Vũ Cơng Tuyền

– 2018600418

Nguyễn Văn Trường

– 2018601263

Đồn Duy Toàn

– 2018600565

II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Cho cấu trúc hệ thống điều khiển góc quay động cơ điện một
chiều kích từ song song như hình 1. Và mạch động cơ điện một chiều như
hình 2. Trong đó: R là tín hiệu đặt tốc độ; 𝜃 là góc quay của động cơ; u là tín
hiệu điều khiển động cơ. Các thông số của động cơ như sau:
- Điện cảm phần ứng L: 17,5.10-3 H
- Điện trở phần ứng R: 0,6 𝛺
- Điện trở mạch kích từ: 0,4 𝛺
- Điện cảm kích từ L: 80. 10-3 H
- Hệ số cản: b = 6,6 .10-3 Nms/rad
- Momen quán tính: J = 0,166 Nms/rad
- Hệ số Momen: K= 1,53

Hình 1


Hình 2

2. Yêu cầu:
- Giới thiệu tổng quan và các ứng dụng về động cơ một chiều kích từ
song song và hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều.
- Sử dụng phương pháp phân tích vật lý để viết chương trình mơ tả động
cơ điện một chiều.
- Xây dựng biểu đồ Bond Graph mô tả động cơ điện một chiều và hệ
thống điều khiển động cơ điện một chiều.
- Mơ phỏng và đánh giá các đặc tính góc quay của động cơ điện một
chiều và hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều sử dụng phần mềm
20-sim
3. Hoạt động của sinh viên
- Nội dung 1: Tổng quan về hệ thống (L1.1)
- Nội dung 2: Xây dựng mơ hình và mô phỏng hệ thống (L1.1; L1.2)
- Nội dung 3: Viết báo cáo
4. Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch.
KHOA/TRUNG TÂM

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Anh Tú

TS. Nguyễn Xuân Thuận

LỜI NÓI ĐẦU
Đối với kỹ sư điều khiển – tự động hóa nói riêng và những người nghiên cứu
khoa học – kỹ thuật nói chung, mơ hình hóa, mơ phỏng là công cụ quan trọng cho
phép khảo sát các đối tượng hệ thống hay quá trình kỹ thuật – vật lý, mà khơng nhất
thiết phải có đối tượng hay hệ thống thực. Được trang bị một công cụ mô phỏng và
có hiểu biết về các phương pháp mơ hình hóa, người kỹ sư sẽ có khả năng rút ngắn
thời gian và giảm chi phí nghuên cứu – phát triển sản phẩm một cách đáng kể. Điều
này đặc biệt có ý nghĩa khi sản phẩm là các hệ thống thiết bị kỹ thuật phức tạp với
giá trị kinh tế lớn
Động cơ điện một chiều ngày nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong sản
xuất cơng nghiệp bởi những tính năng mà nó mang lại như: khơng cần nguồn xoay
chiều, thực hiện việc thay đổi tốc độ động cơ một cách dễ dàng,… Chính vì những lý
do đó mà chúng em đã chọn đề tài về động cơ một chiều kích từ song song làm đối
tượng để mơ phỏng của mình.


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG VỀ ĐỘNG CƠ
MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG VÀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1. Tổng quan về động cơ một chiều
1.1.1. Cấu tạo phân loại động cơ điện một chiều
a. Khái niệm động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều là máy điện được dùng để biến đổi năng lượng điện
một chiều thành cơ năng. Động cơ điện một chiều bao gồm: Động cơ điện một chiều
kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp.
b. Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần
động. Ngồi ra cịn có bộ phận chổi than, cổ góp.
−

Phần tĩnh hay stator hay cịn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ

trường nó gồm có các cực từ chính và cực từ phụ. Dây quấn cực từ chính được đặt
trên các cực từ chính và được nối nối tiếp với nhau. Dây quấn cực từ phụ được đặt
trên các cực từ phụ, nó tạo ra từ trường phụ:
o Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngồi mạch từ (nếu động cơ được kích từ
bằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc). Dây quấn
kích thích hay cịn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây
điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau.
o Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện
hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể
dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulơng. Dây quấn kích từ
được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ
thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích
từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.
o Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. Lõi thép của cực từ
phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo
giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những
bulông.


o Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ
máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ
máy.
−

Phần động hay rotor gồm lõi thép, dây quấn phần ứng cổ góp và trục máy.
o Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0.5 mm,

phủ sơn cách điện ghép lại để giảm tổn hao do dịng điện xốy gây nên. Trên các lá
thép được dập các lỗ thơng gió và các rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Trong động cơ
điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện
lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rotor. Dùng giá rotor có thể tiết kiệm thép kỹ thuật
điện và giảm nhự trọng lượng rotor
o Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động
và có dịng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường là bằng dây đồng có bọc cách
điện. Truong máy điện nhỏ có cơng suất dưới vài KW thường dùng dây có tiết diện
trịn. Trong máy điện vừa và lướn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn được
cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm,
ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng
tre, gỗ hay bakelit.
o Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng được mạ cách điện với nhau bằng lớp
mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trục trịn. Hai đầu trục trịn dùng
hai hình ốp chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ trịn cũng cách điện bằng mica.
Đi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần từ dây quấn và các
phiến góp được dễ dàng.
−

Các bộ phận khác:

o Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn
và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy cịn
có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.
o Cơ cấu chổi than: Để đưa dịng điện từ phần quay ra ngồi. Cơ cấu chổi than
bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lị xo tì chặt lên cổ góp. Hộp
chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể
quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ, sau khi điều chỉnh xong thì
dùng vít cố định lại.

c. Phân loại
Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện một chiều thành
những loại như sau:
−

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: phần ứng và phần kishc từ được cung

cấp từ hai nguồi riêng rẽ.
−

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp

với phần ứng.
−

Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song

song với phần ứng.
−

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm 2 cuộn dây kích từ, 1 cuộn

được mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn mắc song song với phần ứng.
d. Nguyên lý hoạt động
− Khi cung cấp điện áp một chiều cho dây quấn phần ứng. Dây dẫn có dịng điện
nằm trong từ trường do phần cảm sinh ra sẽ chịu lực tác động làm roto quay,
chiều của lực tác động xác định bằng quy tắc bàn tay trái
− Khi roto quay được nửa vịng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có

phiến góp nên chiều dịng điện vẫn giữ nguyên, làm cho chiều lực từ không thay
đổi. Khi quay các thanh dẫn chuyển động trong từ trường sẽ sinh ra suất điện
động phần ứng, chiều của suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải.
e. Ưu, nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện một chiều
−

Ưu điểm
o 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.
o Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.
o Tiết kiệm điện năng.
o Bền bỉ, tuổi thọ lớn.

−

Nhược điểm
o Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá
trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sủa chữa cẩn thận, thường xuyên.


o Tia lủa 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.
o Giá thành đắt mà công suất không cao.
−

Ứng dụng
o Ứng dụng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống: trong tivi, máy công nghiệp,
trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in, 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,…

1.1.2. Động cơ điện một chiều kích từ song song
Động cơ điện một chiều kích từ song song là động cơ điện một chiều được
mắc bố trí sao cho nguồn một chiều cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ song song
với nhau. Ta có phương trình cân bằng của động cơ kích từ song song
{

𝑈 = 𝑈𝑘𝑡 = 𝑈ư
𝑖ư + 𝑖𝑘𝑡 = 𝑖

Sơ đồ nối dây

1.2. Hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều
1.2.1. Chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ
Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự
động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất. Để đánh giá chất lượng
của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu sau:
Sai số tốc độ
Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt và
được đánh giá thông qua:


𝑠% =

𝜔𝑑 − 𝜔
.100%
𝜔𝑑

Mong muốn: sai số đ = 
s% càng nhỏ càng tốt.
Tính liên tục (độ trơn của dải điều chỉnh)

𝛾=

𝜔𝑖+1
𝜔𝑖

i + 1  i: hệ thống điều khiển liên tục
i + 1  i: hệ thống điều khiển nhảy cấp
Mong muốn  → 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trong suốt
dải điều chỉnh.
Dải điều khiển tốc độ
Dải điều khiển tốc độ (D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc
độ làm việc ứng với mơmen tải đã cho:
𝐷=

𝜔𝑚𝑖𝑛
𝜔𝑚𝑎𝑥

Mong muốn D càng lớn càng tốt
Ngồi ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước…
1.2.2. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều
Về việc điều chỉnh tốc độ, động cơ một chiều có nhiều ưu điểm so với các loại
động cơ khác: điều chỉnh dễ dàng, chất lượng điều chỉnh cao trong một dải rộng….
Xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:
𝜔=

𝑈
𝐾.

−

𝑀.𝑅𝑢
𝐾.2

Ta thấy rằng việc điều chỉnh động cơ điện một chiều có thể thực hiện được bằng
cách thay đổi các đại lượng: Rư, , Uư
Thực tế có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:
Phương pháp 1: Thay đổi điện trở phần ứng


Đây là phương pháp kinh điển dùng để điều khiển tốc độ động cơ trong nhiều năm.
Nguyên lý điều khiển
Trong phương pháp này người ta giữ U = Uđm;  = đm và nối thêm điện trở phụ
vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.
Độ cứng của đường đặc tính cơ:
𝛽=

∆𝑀
∆𝜔

=

(𝐾.∅đ𝑚 )2
𝑅ư + 𝑅𝑓

Ta thấy khi điện trở càng lớn thì 𝛽 càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do
đó càng mềm hơn.

Ứng với Rf = 0 ta có độ cứng tự nhiên TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự
nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ.
Như vậy, khi ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự

nhiên.
−

Đặc điểm của phương pháp
o Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ
càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.
o Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định
mức (chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm).


o Chỉ áp dụng cho động cơ điện có cơng suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên
điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động
cơ điện trong cần trục.
−

Đánh giá các chỉ tiêu
o Tính liên tục: phương pháp này khơng thể điều khiển liên tục được mà phải
điều khiển nhảy cấp.
o Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải. Tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh
D = max / min càng nhỏ. Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D= 3 : 1
o Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ
lớn.
o Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.
Phương pháp 2: Thay đổi từ thông 
Nguyên lý điều khiển
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.

Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( =
max) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ có
thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông  tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên
tốc độ định mức.
Khi giảm  thì tốc độ khơng tải lý tưởng 𝜔0 =

𝑈đ𝑚
𝐾.∅

tang, cịn độ cứng đặc

tính cơ
𝛽=−

(𝐾.∅)2
𝑅ư

Ta thu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên.


Hình 1 1: Đặc tính của động cơ điện khi giảm từ thông

Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thơng thì dịng điện tăng và tăng
vượt q mức giá trị cho phép nếu mơmen khơng đổi. Vì vậy muốn giữ cho dịng điện
khơng vượt q giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thơng thì ta phải giảm Mt
theo cùng tỉ lệ.
−

Đặc điểm của phương pháp

o Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng.
o Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức.
o Việc thay đổi từ thơng khơng làm thay đổi dịng điện ngắn mạch.
o Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển
với công suất không đổi.
−

Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển

o Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên.
o Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy. Có thể điều khiển trơn trong
dải điều chỉnh D = 3 :1
o Tính liên tục: vì cơng suất của cuộn dây kích từ bé, dịng điện kích từ nhỏ nên
ta có thể điều khiển liên tục với   1
o Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và
kinh tế (vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dịng kích từ = (1
– 10) %Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).
→ Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một chiều khi
cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển.


Phương pháp 3: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. Nguyên lý làm
việc
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn (máy
phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển…)

Ở phương pháp này: U = var;
đm = const; Rf = 0
Khi thay đổi phần ứng (thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thơng của động
cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải

lí tưởng o = U /k. thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng.
Do đó ta thu được họ đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên
tức là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức.
−

Đặc điểm của phương pháp:

o Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp.
o Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
o Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ khơng đổi trong tồn dải điều chỉnh.
o Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm.
o Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển.
o Phương pháp này điều khiển với moomen không đổi với  và 𝐼ư đều không
đổi.
−

Đánh giá chi tiêu điều khiển

o Sai số tốc độ lớn (sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)
o Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi. Các bộ
biến đổi hiện này đều có cơng suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục.
o Dải điều chỉnh có thể đạt được D=10:1


o Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong
vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều.
Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy phương pháp
điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta chọn phương
pháp này để điều khiển tốc độ động cơ một chiều.

CHƯƠNG II. PHÂN TÍCH VẬT LÝ

Ta có mạch mắc song song nên:

U = Uö = Ukt
Áp dụng định luật Kirchhoff 1 với nút A của mạch trên ta được:

i = ikt + iö  iö = i − i kt
Áp dụng định luật Kirchoff 2 với mạch điện ta có:
Phần ứng:

Uö = Lö .

diö
d
+ Rö iö + K .
dt
dt

Laplace 2 vế:

Uö = sLö I ö (s) + Rö I ö (s) + Ks (s)

 Uö = ( sLö + Rö ) I ö (s) + Ks (s)
 Iö =

Uö − Ks
sLö + Rö

(1)


Phần kích từ:

di kt
+ Rkt i kt
dt
 di di 
 Ukt = Lkt  − ö  + Rkt i − Rkt iö
 dt dt 
Ukt = Lkt .

Laplace 2 vế ta có:

U kt = sLkt ( I (s) − I ö (s) ) + Rkt ( I (s) − I ö (s) )
 U kt = ( sLkt + Rkt )( I (s) − I ö (s) )
 I (s) =

U kt

( sLkt + Rkt )

+ I ö (s)

(2)

Thay (1) vào (2) ta được:

I=

U
U − Ks
+
sLkt + Rkt sLö + Rư

(3)

Phương trình cần bằng Momen của động cơ:

d
dt
d
d 2
 Ki = b
+J 2
dt
dt
Ki − b = J

Laplace 2 vế ta có:

KI (s) = bs (s) + Js2 (s)
bs + Js2
I =
K
Từ (3) và (4) ta được:

(4)

U
U − Ks bs + Js2
+
=
sLkt + Rkt sLö + Rö
K


 bs + Js2
1
1
Ks
 U 
+
+
 =  
sLö + Rö
 sLkt + Rkt sLö + Rö 
 K
1
1
+
 sL + Rö sLkt + Rkt
 = ö
U
bs + Js2
Ks
+
K

sLö + Rö



U

=

K ( sLö + Rö + sLkt + Rkt )

s( sLkt + Rkt ) (b + Js)(sLö + Rö ) + K 2 

Thay số ta được:



=

(

1,53. 17,5.10−3 s + 0,6 + 80.10−3 s + 0,4

(

)

)

s 80.10−3 s + 0.4 (6,6.10−3 + 0,166s)(17,5.10−3 s + 0,6) + 1,532 


14,9.10−3 s + 1,53
 =
U 2, 324.10−4 s4 + 9,14.10−3 s3 + 0,227s2 + 0, 938s
U






CHƯƠNG III. XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH
Động cơ điện 1 chiều kích từ song song có sơ đồ nối mạch sau:

−

Hệ thống động cơ điện 1 chiều song song gồm các phần tử:
o Điện cảm phần ứng L: 17.5. 10−3 H
o Điện trở phần ứng R: 0.6 Ω - Điện trở mạch kích từ: 0.4 Ω
o Điện cảm kích từ L: 80. 10−3 H
o Hệ số cản b = 6.6 10−3 Nms/rad
o Momen quán tính J= 0.166 𝑁𝑚𝑠/𝑟𝑎𝑑
o Hệ số momen K= 1.53
− Nguồn cấp cho mạch là nguồn U, nguồn này cấp cho động cơ hoạt động.
− Xây dựng biểu đồ Bond Graph cho hệ thống điện
o Mỗi vị trí trong mạch điện mà điện thế khác nhau thì đặt 1 “0-junction” (0junction 1, 0-junction 2, 0-junction 3, 0-junction 4, 0-junction 5)
o Chèn mỗi phần tử mạch “single port” bằng cách kết nối nó với “1-junction”
bằng đường bond.
o Nguồn vào Se được nối với “0-junction” qua “1-junction”.
Từ đó ta xây dựng được sơ đồ Bond Graph đầu tiên.

Sơ đồ Bond Graph được đã được đơn giản hóa


- Gắn chiều nhân quả:
+ Chỉ duy nhất một “Causal stroke” đi vào “0-junction” còn lại các “Causal
stroke” khác đều đi ra.
+ Chỉ duy nhất một “Causal stroke” đi ra “1-junction” cịn lại các “Causal
stroke” khác đều đi vào
Từ đó ta có giản đồ Bond Graph


CHƯƠNG IV. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
4.1. Biểu đồ Bond Graph mơ tả động cơ điện một chiều kích từ song song
trên phần mềm 20-sim.

4.1.1. Nhập giá trị cho các phần tử trong hệ thống:

Hình dưới đây cho thấy tổng dịng điện dịng điện qua mạch phần ứng và phần
kích từ:


Mơ men đầu ra và vận tốc góc:

Thiết kế bộ điều khiển PID, khảo sát đáp ứng của hệ thống với đầu ra là vị trí
góc theta:


Với Kp = 10, Kd = 0.03, Ki = 15, ta có phản hồi của hệ thống:

Hệ thống đáp ứng sau gần 4s và độ vọt lố đạt 11.3%

Thiết kế bộ điều khiển PID, khảo sát hệ thống với đầu ra là vận tốc góc:


Với Kp = 10, Kd = 0.01, Ki = 0.1, ta có đáp ứng hệ thống như sau:

Hệ thống đáp ứng sau khoảng 0.3s, độ vọt lố đạt 16%