báo cáo thí nghiệm hệ thống điều khiển số ee4435

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.88 MB, 30 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>Trường đại học Bách Khoa Hà NộiTrường Điện-Điện tử</b>

Báo cáo thí nghiệmHệ thống điều khiển số -EE4435

Giảng viên:TS. Phạm Văn Tuynh

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Bá ĐạtMã số sinh viên:20190013Lớp: ĐKTĐ K64Mã lớp :725203

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Bài thí nghiệm số 011.Cơ sở lý thuyết </b>

<b>2.Xây dựng mơ hình động cơ trên matlab</b>

<small>Để mơ phỏng mơ hình của động cơ trên matlab ta cần các khối :Khối hằng số Usd, Usq, wr*Phi_m</small>

<small>Khối hàm truyền từ (Tranfer Fcn) Isd và Isq thông qua Lsd, Lsq, RsKhối gain thông qua wr*Lsd và wr*Lsq</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<small>Các thông số lấy trên phần mềm của động cơ từ phần mềm NPX</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<small>Sau khi mô phỏng động cơ sẽ có dạng như trên, với các thơng số trên ta chạy file parameter.m được lấy như trên </small>

<b><small>3.Mơ phỏng PMSM trên simscape</small></b>

<small>Tìm khối PMSM trên simscape trong thư viện Simulink</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<small>Điền các số liệu đã có vào trong mơ hình PMSM để thực hiện mơ phỏng</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>Bài thí nghiệm số 2:1.Cơ sở lý thuyết </b>

Điều khiển dịng động cơ bẳng mơ hình PI, với thơng số :

<b>2.Xây dựng mơ hình điều khiển dòng động cơ PSWM2.1. Sử dụng bộ PI liên tục</b>

<small>Sử dụng mơ phỏng từ thí nghiệm trước kết kết hợp với bộ PID lấy từ thư viện matlab</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<small>Sau đó mơ phỏng file simulink với các thơng số đã có</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<small>Click vào bộ PID chọn thông số như sau </small>

<small>Sau khi mô phỏng chạy sẽ được kết quả :</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<small>Click vào bộ PID, chọn thông số như sau</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<small>Trong đó th i gian trích mẫẫu lẫấy setng th i gian trích mẫẫu đã ch nờởờọ</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<small>Tiếấn hành ch y th và đạửược kếất qu nh sau :ả ư</small>

<small>Th i gian quá đ c a h thốấng ph thu c vào th i gian trích mẫẫu do liến quan đếấn h sốấ KI c a h thốấng,ờộ ủ ệụộờệủ ệđ gi m th i gian ta cẫần tăng th i gian trích mẫẫu đếấn giá tr phù h p.ể ảờờịợ</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>Bài thí nghiệm số 3:1.Cơ sở lý thuyết </b>

T<small>�� </small>là mômen do phụ tải tác động lên trục động cơ

Mơ hình hàm truyền trên miền ảnh Laplace của tốc độ động cơ với đầu vào là mô men điện do động cơ sinh ra:

<small>Js B</small>Sử dụng bộ điều khiển PI để điều khiển tốc độ động cơ:

Ta có mơ men động cơ sinh ra (mô men điện) được mô tả theo mô hình:

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>2.Xây dựng mơ hình điều khiển tốc độ động cơ PMSP</b>

Do đã ghép nối tầng bộ điều khiển tốc độ và dòng điện, ở đây coi dòng điện là các giá trị đặt với I<small>df</small>=2(A)

Sơ đồ khối :

Với tốc độ đặt định mức =3000/9.55 (rad/s), n =6 là số cặp cực, B=0.0001,J=<small>p6</small>

Khối nhân (Product) để tính tốn ra T của mơ hình.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Với các thông số của bộ PI liên tục :

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Ta có thể thấy giá trị của tốc độ động cơ bám với giá trị đặt cho trước.

<small>Ta chỉnh lại bộ PI thành bộ PI số như sau</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<small>Với bộ PI số với các thông số :</small>

<small>Ta chọn hằng số trích mẫu T =0.0001 (s)</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<small>Ta thấy giá trị tốc độ động cơ bám nhưng do giá trị trích mẫu bé nên thời gian quá độ lướn. Ta có thể hiệu chỉnh thơng qua tăng thời gian trích mẫu lên.</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>Bài thí nghiệm số 4:</b>

<b>ĐIỀU KHIỂN TẦNG ĐỘNG CƠ PMSM</b>

Từ Bài số 3, ta có mơ hình chuyển động quay của động cơ PMSM:

(2)Ta suy ra được hàm truyền trên miền ảnh Laplace của tốc độ với đầu vào là hiệu của momen điện từ và momen tải của động cơ:

(2)Momen điện từ của động cơ được tính theo cơng thức:

(3)Ta xây dựng được mơ hình của động cơ PMSM trên Matlab Simulink với đầu vào là dòng điện , và momen tải , đầu ra là tốc độ động cơ:

Ta có hệ phương trình biểu diễn sự phụ thuộc của dòng điện , vào điện áp , :(4)Từ đó, ta xây dựng được mơ hình động cơ PMSM trên Matlab Simulink với đầu vào là điện áp , và momen tải , đầu ra là tốc độ động cơ:

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Trên thực tế, điện áp cấp cho động cơ là điện áp 3 pha. Để dễ dàng cho việc tính tốn và điều khiển, ta thực hiện việc chuyển đổi mô hình tốn học của động cơ PMSM từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ quay d-q bằng ma trận Park-Clarke:

(5)Để chuyển đổi từ điện áp 3 pha đầu vào sang điện áp theo hệ tọa độ quay d-q, ta xây dựng mơ hình phép chuyển đổi Park-Clarke trong Simulink:

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<b>trong đó khối Subsystem “Matrix” được xây dựng từ khối Vector Concatenate </b>

và khối <b>Reshape</b>.

Sử dụng khối chuyển đổi Park-Clarke vừa xây dựng, ta chuyển được điện áp3 pha đầu vào thành điện áp trên hệ tọa độ quay d-q:

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Đồng thời, để quan sát dạng điện áp 3 pha đầu ra, ta cần phép chuyển đổi từ hệ tọa độ quay d-q sang hệ tọa độ abc bằng ma trận Clarke-Park:

(6)Mô hình phép chuyển đổi Clarke-Park được xây dựng trong Simulink:

Sử dụng khối chuyển đổi Clarke-Park vừa xây dựng, ta chuyển được dòng điện trên hệ tọa độ quay d-q thành dịng điện ba pha:

Mơ hình động cơ PMSM với đầu vào là điện áp ba pha và momen tải được xây dựng như sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>2. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ động cơ</b>

Ở Bài số 3, ta đã thiết kế được bộ điều khiển tốc độ động cơ:

(6)Các tham số của bộ điều khiển xác định theo cơng thức:

(7)(8)Trong đó:

là hệ số tắt dần của hệ kín

là tần số dao động tự nhiên của hệ kín

Mơ hình bộ điều khiển phản hồi tốc độ động cơ với đầu vào là sai lệch giữa tốc độ đặt và tốc độ thực tế, đầu ra là dòng điện được xây dựng như ở Bài số 3:

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Để nâng cao chất lượng hệ thống, bộ điều khiển phản hồi được kết hợp với bù nhiễu. Khâu bù nhiễu được xây dựng từ (1), (3) với điều kiện . Mơ hình bộ điều khiển sau khi đã kết hợp khâu phản hồi và khâu bù nhiễu được xây dựng trên Simulink như hình dưới:

<b>3. Xây dựng bộ điều khiển dịng điện động cơ</b>

Ở Bài số 2, ta đã thiết kế được bộ điều khiển dòng điện động cơ. Các tham số , của bộ điều khiển PI được tính tốn theo công thức sau:

Với bộ điều khiển

(9)(10)Với bộ điều khiển

(11)(12)

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Trong đó:

là hệ số tắt dần của hệ kín

là tần số dao động tự nhiên của hệ kín

Mơ hình bộ điều khiển phản hồi dòng điện động cơ với đầu vào là sai lệch giữa dòng điện đặt và dòng điện thực tế, đầu ra là điện áp được xây dựng như ở Bài số 2:

Để nâng cao chất lượng hệ thống, bộ điều khiển phản hồi được kết hợp với bù nhiễu. Khâu bù nhiễu được xây dựng dựa trên (4). Mơ hình bộ điều khiển sau khi đã kết hợp khâu phản hồi và khâu bù nhiễu được xây dựng trên Simulink như hình dưới:

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>4. Xây dựng hệ thống điều khiển tầng động cơ PMSM</b>

Từ mơ hình động cơ PMSM, mơ hình bộ điều khiển dịng điện và tốc độ đã có ở trên, mơ hình hệ thống điều khiển tầng động cơ PMSM được xây dựng trong Simulink như hình dưới:

<b>5. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm</b>

<b>a) Kết quả mô phỏng trên Matlab Simulink</b>

Đồ thị momen điện từ, tốc độ, dòng điện và điện áp động cơ trong Simulink:

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<b>b) Kết quả thực nghiệm trên màn hình FreeMaster</b>

Đồ thị tốc độ:

Đồ thị dòng điện 3 pha:

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Đồ thị dòng điện theo hệ trục tọa độ quay d-q:

Đồ thị điện áp theo hệ trục tọa độ quay d-q:

</div>