tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện phần ứng động cơ một chiều có khả năng thích nghi

Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều
1.1. Tìm hiểu chung về động cơ điện một chiều
Động cơ điện là thiết bị biến đổi năng lượng điện năng thành năng lượng cơ năng
dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Chính vì nhiệm vụ này của động cơ điện mà
chúng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền động điện công nghiệp hay
điều khiển robot…Trong công nghiệp, hầu hết các dây truyền băng tải là sử dụng
động cơ điện một chiều (DC motor), hay trong các cơ cấu máy nâng hạ, thang
máy.Trong ngành chế tạo robot, động cơ điện một chiều tham gia vận hành các
khớp cánh tay robot, thực hiện các dạng chuyển động phức tạp thông qua những cơ
cấu truyền động khác nhau như nâng, gắp vật, khoan, gạt,
…
Hình 1.1. Băng chuyền,
cánh tay robot, máy khoan
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy được
dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ
như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
Động cơ điện một chiều gồm nhiều loại khác nhau được phân loại theo phương
pháp kích từ:
• Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (I
ư
= I)
• Động cơ điện một chiều kích từ song song (I = I
ư
+ I
t
)
• Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (I = I
ư
= I
t
)

1
• Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp hay kích từ bằng nam châm vĩnh
cửu (I = I
ư
+ I
t
)
Trên thực tế, đặc tính cơ của động cơ kích thích độc lập và kích thích song song
hầu như giống nhau nhưng khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ
điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận lợi và kinh
tế hơn mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngoài.
Ngoài ra, khác với trường hợp máy phát kích thích nối tiếp, động cơ điện nối tiếp
được dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện.
1.2. Nguyên lý, cấu tạo động cơ điện một chiều
1.2.1. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
2
Hình 1.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý: Khi đặt một khung
dây dẫn mang dòng điện trong từ trường B thì sẽ hình thành nên lực điện từ tác
động lên khung dây (mang dòng điện) làm khung dây chuyển động, hướng của lực
điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khung dây có tính đối xứng nên
lực điện từ tác dụng lên 2 bên khung dây sẽ tạo thành cặp ngẫu lực khiến khung
dây quay quay trục, tuy nhiên sau mỗi lần giá của ngẫu lực trùng nhau (2 lực cân
bằng) thì khung dây sẽ bị dừng lại, để cho khung dây quay liên tục thì động cơ một
chiều có hệ thống cổ góp, chổi than để đảo chiều dòng điện chạy qua khung dây
sao cho luôn duy trì momen quay của khung dây.
1.2.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều cấu tạo gồm hai phần chính: phần cảm (stator) và
phần ứng (rotor)
Stator gồm các bộ phận chính như sau:

+ Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm có lõi thép và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi thép cực từ, dòng điện chạy trong dây quấn kích từ sao cho
các cực từ tạo ra có cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp luân phiên nhau (N-S-N-S).
Cực từ chính làm bằng những lá thép kĩ thuật điện ép lại, tán chặt và gắn vào vỏ
máy nhờ các bulong.
+ Cực từ phụ: đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép cực từ phụ thường làm bằng thép khối và gắn vào vỏ máy nhờ các bulong.
+ Gông từ: dùng làm mạch từ, nối liền giữa các cực từ đồng thời dùng làm
vỏ máy. Trong máy điện nhỏ thường làm bằng thép tấm uốn rồi hàn lại, trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc.
+ Các bộ phận khác gồm có nắp máy và cơ cấu chổi than. Cơ cấu chổi than
để đưa điện từ phần quay ra ngoài gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ
có lò xo ép chổi nên chổi than ép chặt lên cổ góp.
3
Rotor của máy điện một chiều gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và
trục máy.
+ Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường được làm bằng tôn Silic dầy
0,5mm có phủ một lớp cách điện sau đó được ép lại để giảm tổn hao do dòng điện
xoáy Phucô gây lên. Trên các lá thép có dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các
rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào. Lõi sắt là hình trụ tròn và được ép cứng vào với
trục tạo thành một khối thống nhất. Trong các máy điện công suất trung bình trở
lên người ta thường dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các lỗ thông gió làm mát
cuộn dây và mạch từ.
+ Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.
Trong máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện tròn, với động cơ có công suất
vừa và lớn tiết diện dây là hình chữ nhật. Khi đặt dây quấn phần ứng vào rãnh
Rotor người ta phải dùng các nêm, chèn lên bề mặt của cuộn dây, các nêm này nằm
trong rãnh đặt các cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị văng ra ngoài khi dây
chịu lực điện từ tác động.
+ Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp

gồm nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại thành hình trụ tròn sau đó được ép chặt
vào trục. Các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tấm mea đặt ở giữa.
Đuôi các phiến góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, mỗi phiến góp có
4
đuôi chỉ hàn một đầu dây và tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau.
Hình 1.3. Cấu tạo cổ góp
+ Các bộ phận khác :
* Cánh quạt : Cánh quạt dùng để làm mát động cơ. Cánh quạt được lắp trên
trục động cơ để hút gió từ ngoài qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm
việc gió từ ngoài vào qua các khe hở trên nắp máy , khi động cơ làm việc gió hút
vào làm nguội dây quấn, mạch từ.
* Trục máy : Trục máy được làm bằng loại thép cứng nhiều cacbon. Trên
trục máy đặt lõi thép phần ứng và cổ góp. Hai đầu của trục máy được gối lên 2
vòng bi ở nắp máy
1.3. Các phương trình cơ bản trong động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần
cảm bố trí ở phần tĩnh có các cuộn dây kích từ sinh ra từ thông
φ
, phần ứng là
phần quay nối tiếp với điện áp lưới qua vành góp và chổi than. Tác động giữa từ
thông và dòng điện phần ứng I
ư
tạo mô men quay động cơ. Khi động cơ quay các
thanh dẫn phần ứng cắt từ thông tạo nên sức điện động E
ư
. Sơ đồ nguyên lý của
động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
5
Hình 1.4. Sơ đồ mạch mô tả động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều là đối tượng điều khiển, được mô tả bởi các phương trình

sau đây:
Phương trình cân bằng điện áp phần ứng: U
A
= e
A
+ R
A
i
A
+ L
A
d
A
i
dt
(1.1)
Sức điện động cảm ứng: e
A
= k
e
φ
ω
(1.2)
Trong đó: k
e
là hệ số sức điện động của động cơ
Tốc độ quay:
d
dt
ω

=
1
J
(m
M
-m
T
) (1.3)
Momen quay: m
M
= k
M
φ
i
A
(1.4)
Trong đó: k
M
là hệ số momen
Hằng số thời gian phần ứng: T
ư
=
u
u
L
R
(1.5)
6
Chương 2. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi
2.1. Xây dựng mô hình động cơ điện một chiều kích từ độc lập

2.1.1 Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều
7
Hình 2.1. Hệ thống truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Trong đó:
ĐC: Động cơ một chiều U
ư
: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ
I
ư
: Dòng điện phần ứng I
kt
: Dòng điện kích từ
Φ
kt
: Từ thông kích từ CF: Cuộn dây cực từ phụ
CB: Cuộn dây bù MĐT: Mô men điện từ
MC : Mô men cản ω : Tốc độ góc của động cơ
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp u
k
nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ
có dòng điện i
k
và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông Φ. Tiếp đó đặt một giá trị
điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện chạy
qua. Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo thành mômen điện
từ, giá trị của mômen điện từ được tính như sau:
8
M
c
'

.
. .
2 .
p N
M I k I
a
π
= Φ = Φ
(2.1)
Trong đó: p
’
- số đôi cực của động cơ;
N - số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ;
a - số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng;
k =
'
.
2 .
p N
a
π
- hệ số kết cấu của máy.
Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các dây quấn phần ứng quét
qua từ thông và trong các dây dây quấn này cảm ứng sức điện động (sđđ):
E =
ωω
π
Φ=Φ k
a
Np

.2
.
'
(2.2)
Trong đó: ω - tốc độ góc của rôto.
Trong chế độ xác lập, có thể tính được tốc độ qua phương trình cân bằng điện áp
phần ứng:

u
U R I
k
ω
−
=
Φ
(2.3)
Trong đó R
ư
- điện trở mạch phần ứng của động cơ.
Từ các phương trình (1.1) và (1.3) có thể vẽ được họ đặc tính cơ M(ω) của động
cơ một chiều khi từ thông không đổi, hình 2.2.
9
ω
Hình 2.2. Đặc tính cơ động cơ điện một chiều khi từ thông không đổi.
2.1.2. Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều
Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì có thể viết được các phương trình
mô tả sơ đồ thay thế hình 1.5 như sau:
* Mạch kích từ, có hai biến dòng điện kích từ i
k

và từ thông Φ là phụ thuộc phi
tuyến bởi đường cong từ hoá của lõi sắt:
U
k
(p) = R
k
I
k
(p) + N
k
.p.Φ(p) (2.4)
trong đó: N
k
- số vòng dây cuộn kích từ;
R
k
- điện trở cuộn dây kích từ.
* Mạch phần ứng:
U(p) = R
ư
.I(p) + L
ư
.p.I(p) ± N
N
.p.Φ(p) + E(p) (2.5)
Hoặc dạng dòng điện:
10
I(p) =
[ ]
)()( )(

1
/1
pEppNpU
pT
R
N
u
u
−Φ±
+
trong đó L
ư
- điện cảm mạch phần ứng;
N
N
- số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp;
T
ư
= L
ư
/R
ư
- hằng số thời gian mạch phần ứng.
* Phương trình hệ điện cơ (phương trình chuyển động của hệ thống):
M(p) – M
c
(p) = Jpω (2.6)
trong đó J là mômen quán tính của các phần tử chuyển động quy đổi về trục động
cơ.
Từ các phương trình trên ta thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ một chiều

như sau:
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc chung của động cơ một chiều
11
Ta thấy rằng sơ đồ cấu trúc này là phi tuyến mạnh (có khâu phi tuyến), do đó
trong tính toán ứng dụng thường dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc
(phương pháp số gia).
Trước hết chọn điểm làm việc ổn định và tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và
đặc tính mômen tải như hình 2.4
Hình 2.4. Tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính tải.
Độ dốc của đặc tính từ hoá và đặc tính cơ mômen tải tương ứng (bỏ qua hiện
tượng từ trễ) là:
0 0
,
K
k I
k
K
I
Φ
∆Φ
=
∆
(2.7)
,
Cb B
C
M
M
B
ω

ω
∆
=
∆
(2.8)
Tại điểm làm việc xác lập ta có: điện áp phần ứng U
0
, dòng điện phần ứng I
0
, tốc
độ quay ω
B
, điện áp kích từ U
k0
, từ thông Φ
0
, dòng điện kích từ I
k0
và mômen tải
12
M
CB
. Biến thiên nhỏ của các đại lượng trên tương ứng là: ∆U(p), ∆I(p), ∆ω(p),
∆U
k
(p), ∆I
k
(p), ∆Φ(p) và ∆M
C
(p).

Xét cho động cơ kích từ độc lập (N
N
= 0), khi đó các phương trình có thể viết như
sau:
- Mạch phần ứng:
U
0
+ ∆U(p) = R
ư
[I
0
+ ∆I(p)] + pL
ư
[I
0
+ ∆I(p)] +
+ K[Φ
0
+ ∆Φ(p)].[ω
B
+ ∆ω(p)] (2.9)
- Mạch kích từ:
U
k0
+ ∆U
k
(p) = R
k
[I
k0

+ ∆I
k
(p)] + pL
k
[I
k0
+ ∆I
k
(p)] (2.10)
- Phương trình chuyển động cơ học:
K[Φ
0
+ ∆Φ(p)] . [I
0
+ ∆I(p)] - [M
B
+ ∆M
C
(p)] = J
p
p [ω
B
+ ∆ω(p)] (2.11)
Nếu bỏ qua các vô cùng bé bậc cao thì từ các phương trình trên có thể viết được
các phương trình của gia số như sau:
∆U(p) = R
ư
∆I(p) + pL
ư
∆I(p) + KΦ

0
∆ω(p) +K∆Φ(p)ω
B
(2.12)
∆U
k
(p) = R
k
∆I
k
(p) (1 + pT
k
) (2.13)
K∆Φ(p)I
0
+KΦ
0
∆I(p) - ∆M
C
(p) = J
p
p∆ω(p) (2.14)
Từ các phương trình trên ta suy ra sơ đồ cấu trúc chung đã được tuyến tính hoá
của động cơ một chiều kích từ độc lập
13
-
-

Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá
Sau đây ta xét một số trường hợp đặc biệt của động cơ một chiều kích từ độc lập

trong chế độ quá độ.
a) Động cơ kích từ độc lập trong chế độ quá độ với Φ = const.
Khi dòng điện từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thích bằng nam
châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số:
KΦ = const = C
u
Khi đó, - Phương trình mạch phần ứng có dạng:
U(p) = R
u
I(p)(1+pT
u
) + C
u
.ω(p) (2.15)
- Phương trình hệ điện cơ có dạng:
C
u
I(p) – M
c
(p) = Jpω(p) (2.16)
14
∆M
c
∆I
K
∆I
∆U
pT
R
u

.1
1
+
Kφ
0
Kφ
0
pJ.
1
B
KI
0
Kω
B
K
K
pT
R
K
K
.1
1
+
∆U
K
∆φ
ω
Từ hai phương trình (2.15) và (2.16) ta suy ra sơ đồ cấu trúc khi từ thông không
đổi được biểu diễn trên hình 2.6
Hình 2.6. Sơ đồ cấu trúc động cơ khi từ thông không đổi

b) Động cơ kích từ độc lập trong chế độ quá độ với điện áp phần ứng không đổi
Khi giữ điện áp phần ứng không đổi và điều chỉnh điện áp kích từ thì do tính chất
phi tuyến của mạch từ nên tốt nhất là sử dụng sơ đồ tuyến tính hoá quanh điểm làm
việc. Sơ đồ cấu trúc này được thể hiện trên hình 2.5, trong đó tín hiệu điện áp phần
ứng ∆U(p) = 0.
Phương pháp này có ưu điểm là: bộ chỉnh lưu có điều khiển trong mạch kích từ
nhỏ gọn hơn, rẻ tiền hơn, với công suất nhỏ hơn dẫn đến kích thước và trọng lượng
nhỏ hơn.
Tuy nhiên nó có những nhược điểm cơ bản đó là:
- Đụng chạm đến tính phi tuyến của động cơ.
- Số vòng dây của cuộn kích từ lớn hơn do đó hằng sô thời gian mạch kích từ
lớn hơn nhiều so với mạch phần ứng (T
k
>>T
u
) dẫn đến thời gian quá độ của
hệ kéo dài.
15
u
u
pT
R
+
1
/1
φ
.K
Jp
1
φ

.K
U
p
U
I
ư
M -M
c
ω
E
−
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ quay hẹp và còn bị phụ thuộc nhiều vào giá trị
mômen cản.
- Do ảnh hưởng của từ dư sẽ gây ra sai lệch trong quá trình thực hiện đảo
chiều quay động cơ.
2.2. Xây dựng mô hình cho chế độ điều khiển dòng điện gián đoạn và dòng điện
liên tục
2.2.1. Hàm truyền của các phần tử
1,Hàm truyền của bộ chỉnh lưu Thyristor:
1
0
0
1
( ) *
(1 )(1 )
dk V
V
e
u
W p

pT pT
T
W m
α
π
∂

=

+ + ∂



=


Trong đó:
T
v0
: kể tới sự không đồng thời của tín hiệu điều khiển với góc mở của tiristor
T
đk
: Hằng số thời gian của mạch chỉnh lưu.
K
c
:hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu
2,Hàm truyền phần ứng động cơ:
1
1
u

u
R
W
pT
=
+
T
ư
: Hằng số thời gian điện từ của động cơ
3,Hàm truyền của khâu đo dòng:
1
i
i
K
W
pT
=
+
T
i
: Hằng số thời gian của máy biến dòng
K
i:
Hệ số phản hồi dòng điện
16
Nhận xét : đặc điểm tổng hợp mạch vòng dòng điện tác động nhanh, độ quá điều
chỉnh nhỏ, do đó ta phải sử dụng tiêu chuẩn tối ưu modul vì quá điều chỉnh nhỏ
Sơ đồ cấu trúc cơ bản :
Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện nối cấp mạch vòng tốc độ
2.2.2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua E

ư
-Bỏ qua E
ư
khi T
c
>>T
ư
Sơ đồ cấu trúc :
Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện khi bỏ qua E
ư
-Coi quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và điện áp ra là tuyến tính
bd
u
K const
α
∂
= =
∂
Hàm truyền hở của mạch vòng

(1 )(1 )(1 )(1 )
bd i
op
dk vo o o u
K K
S
pT pT pT pT R
=
+ + + +
17

R
I
α
∂
∂
×
++
u
pTpT
vdk
)1).(1(
1
0
)1(
1
uu
pTR
+
i
i
pT
K
+
1
U
I
*
E
d
I

ω
R
R
I
S
o1
*
ω
I
I
*
S
o2
Sensor
ω
BBĐ
Ta có T
dk
,T
vo
,T
i
<< T
u
Đặt T
s
= T
dk
+ T
vo

+ T
i
Hàm truyền hệ hở:
(1 )(1 )
bd i
op
u s u
K K
S
R pT pT
=
+ +
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul để tổng hợp bộ điều khiển Ri
Ta có hàm truyền của tiêu chuẩn tối ưu modul
2 2
1
1 2 2
mc
F
p p
δ δ
τ τ
=
+ +
Ta có : R
i
= F
mc
/S
o

(1-F
mc
)
2
2
1/ (1 2 2 )
/ (1 )(1 ) 1 1/ (1 2 2 )
i
bd i u s u
p p
R
K K R pT pT p p
δ δ
δ δ
τ τ
τ τ
+ +
=
 
+ + − + +
 
1
/ (1 )(1 )*2 (1 )
bd i u s u
K K R pT pT p
δ δ
τ τ
=
+ + +
Chọn

s
T
δ
τ
=
(1 )
2 . .
u u
i
bd i s
pT R
R
K K T p
+
⇒ =
Nhận xét :Khâu R
i
(p) là khâu tỉ lệ tích phân PI
2.2.3.Tổng hợp mạch vòng khi xét đến ảnh hưởng đến sức điện động
18
Nhận xét : khi hằng số thời gian cơ học của hệ thống điện xấp xỉ bằng hằng số
thời gian điện từ của mạch phần ứng thì phải xét đến E
ư
tới quá trình mạch vòng
dòng điện
Ta có sơ đồ :
Hình 2.9. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện khi có E
ư
Nhận xét: trong trường hợp này mạch cần biến đổi để đưa về dạng đơn giản với
đầu ra thành phần dòng điện của phần ứng động cơ không chịu ảnh hưởng trực

tiếp của E
ư
Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện đơn giản hóa
19
R
I
)1).(1(
0vdk
bd
pTpT
K
++
)1(
1
uu
pTR
+
i
i
pT
K
+
1
U
I
*
φ
K
Jp
1

φ
K
E
ư
-M
c
R
I
)1).(1(
0vdk
bd
pTpT
K
++
2
1
c
u
c c u
pT
R
T p T T p
+ +
i
i
pT
K
+
1
U

I
*
i
U
ω
Ta có
2
( )
u
c
JR
T
k
=
Φ
Hàm truyền hệ hở
2
(1 )(1 )(1 )(1 )
bd i c
o
dk vo i c c u u
K K T p
S
pT pT pT pT p T T R
=
+ + + + +
T
c
> T
u

>> T
dk
, T
vo
, T
i
Đặt T
s
= T
dk
+ T
vo
+ T
i
2
c
T
> T
c
.T
u
=>
2
1
c c u
pT p T T+ +
=
)1)(1(
21
pTpT

++
1 2
(1 )(1 )(1 )
bd i c
o
s u
K K T
S
pT pT pT R
=
+ + +
Ta phải khử T
1
, T
2
Theo tiêu chuẩn tối ưu modul để tổng hợp bộ điều khiển
Ta có hàm truyền của tiêu chuẩn tối ưu modul
2 2
1
1 2 2
mc
F
p p
δ δ
τ τ
=
+ +
Ta có :
1
*2 (1 )

i
o
R
S p p
δ δ
τ τ
=
+
Thay S
o
vào ta có :
1 2
(1 )(1 )
2
u
i
bd i c s
pT pT R
R
K K T T p
+ +
=
20
Nhận xét: Khi xét đến ảnh hưởng của sức điện động thì bộ điều khiển gồm 2
khâu PI mắc nối tiếp .Trong thực tế người ta không dùng ,mà người ta coi sức
điện động là nhiễu và bù sức điện động(lý luận để hệ bất biến đối với nhiễu)
Hình 2.11. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện có khâu bù nhiễu sực điện động
1
; * 1
1

cl si
si dk vo b b
si cl
K pT
T T T W W
pT K
+
= + = => =
+
2.2.4. Thiết kế R
i
trong mạch vòng dòng điện gián đoạn
21
R
I
( )
1
2
u u
Si Si
R pT
T K
+
)1).(1(
uSi
Si
pTpT
K
++
U

id
I
U
dk
R
I
Si
u
pT
K
'
1
+
)1(
1
uu
pTR
+
i
i
pT
K
+
1
φ
K
Jp
1
φ
K

E
ư
-M
c
W
b
ω
R
I
*
pT
K
Si
CL
'
1
+
(1 )
c
u c
T p
R T p
+
U
id
I
I
d
U
đk

i
i
pT
K
+
1
-
E
ω
U
iđ
T
si
= T
dk
+ T
vo
Hàm truyền hệ hở:
*
( )
(1 )(1 )
cl i c
oi
u si c
K K T p
S p
R pT pT
=
+ +
Với T

si
= T’
si
+T
i
T
c
>> T
u
>> T
si
=>
1 1
1
c c
pT pT
≈
+
=>
1
( )
(1 ) 1
cl i
si dk
u si si
K K
K U
R pT pT
=
+ +

Đặt
( )
cl i
si dk
u
K K
K U
R
=
Theo tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
*
1
2 ( )
ip
si dk si
R
K U pT
=
Nhận xét :
*
( )
dk
si U
K
biến thiên => xây dựng bộ điều khiển thích nghi
*Thích nghi với từng xung dòng điện

Hình 2.12. Mô hình mạch điều khiển dòng điện thích nghi
Thực hiện mạch tích hợp bằng hai phương pháp:
22

I
PI
Logic
U
i
U
dk
U
id
+Thay đổi cấu trúc
+Thay đổi hệ số khuyếch đại
• Thay đổi cấu trúc
- Mạch tích hợp
Hình 2.13. Mạch tích hợp điều khiển dòng điện thích nghi
Thuyết minh :
+ Khi U
0

≠
0
L=1 => R
T
=
∞
=> tụ tham gia vào mạch
 F
1
= R
1
/R

0
+pR
2
C
1
(PD)
 F
2
=1/pR
3
C
2
(I)
F
R
= F
1
F
2
(PI)
+Khi U
0
= 0
L = 0 ,R
T
= 0 Tụ C1 bị loại ra ngoài
23
F
R
là bộ điều chỉnh loại I

*Xét hệ số khuyếch đại
Hình 2.14. Mô tả gần đúng quá trình hoạt động bộ điều chỉnh dòng thích nghi
3 1 3 2
1 1
1
0 0
( )2
( )
tb
T T T R
T T R
U U U U
T R T R T
−
−
= + ∆ + ∆
Thay T – T
1
= T
2
bỏ qua T
3
1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1
0 0 0 0 0 0 0
2 ( ) 2 2
tb
T R T T R R T R R T R R R T
U U U U U
R T R T R T R R T R R T
   

− −
= ∆ + ∆ = ∆ + − = ∆ +
   
   

=
∆
UK
R
(E ,U
dk
)
Đặc tính hệ số khuyếch đại trong điều khiển thích nghi
24
PD
Uo
U1
D
t
t
t
Hình 2.15. Đặc tính hệ số khuếch đại trong điều chỉnh thích nghi
Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển thích nghi trong chế độ gián đoạn giảm khi
độ rộng xung dòng tăng lên
2.3. Tính chọn các bộ điều khiển
Theo đề tài đã cho, thông số kỹ thuật của động cơ điện một chiều như sau:
- Công suất định mức: P
đm
= 4.5 kW
- Điện áp định mức: U

đm
= 220 V
- Dòng điện định mức: I
đm
= 24.3 A
- Tốc độ định mức: n
đm
= 3000 v/p
- Điện cảm phần ứng: L
ư
= 0.0172 H
- Điện trở dây quấn phần ứng: R
ư
= 0.376 Ω
- Mômen quán tính: J = 0.105 kg.m
2
* Chọn các thông số của các bộ biến đổi, sensor dòng điện
25
T
1
/TGĐ LT
R
1
/R
0
2R
2
/R
0