TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN SỐ Thiết kế hệ DCS để điều khiển động cơ điện một chiều
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (668.58 KB, 18 trang )
HVT 1
TRA
Hoàng Mai
: K24 -
HVT 2
= 10kW, U
= 220/380V, f
= 50Hz, cos
= 0.85,
= 0.95,
n = 1500 v/p
Yêu cầu:
- theo
Bilinear.
-
n
n
0
380VAC
MÁY
TÍNH (R)
DAC
P = 10 kW
U =220 V
n =1500 v/ph
Ecoudor
HVT 3
1.Mô hình :
Hình 1:Sơ đồ khối động cơ một chiều kích từ độc lập
.
u
u u u u u
di
U E R I L
dt
Mu
m K I
Mc
d
m M J
dt
+ Nếu M
c
= 0 thì :
u
d
K I J
dt
2
2
.
u u u
J d J d
U L R K
K dt K dt
:
2
( ) . ( ) . ( ) ( )
u u u
JJ
U p L p p R p p K p
KK
HVT 4
2
( ) 1
()
()
.
dc
u
uu
p
Gp
JJ
Up
L p R p K
KK
: K
, , ,
/
u u u
T L R
T
c
= R
u
2
:
2
G (p)
. . 1
Đ
dc
u c c
K
T T p T p
Do T
c
>> T
nên ta có:
G (p)
1
Đ
dc
c
K
Tp
+ Nếu M
c
≠ 0 thì
dt
di
LIREU
u
uuuuu
.
:
( ) ( ) . ( ) . ( ).
u u u u u u
U p E p R I p L I p p
U
u
E
u
= (R
u
+ L
u
.p)I
u
= R
u
(T
u
.p + 1)I
u
Và m
M
M
c
= J.p
-
Hình 2: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều kích thích độc lập
M
M
m
,
,
1
1.
u
u
R
pT
đmM
k
1
.Jp
đmM
k
T
m
,
u
I
,
u
U
,
u
E
HVT 5
S:
Hình 3: Mô hình cấu trúc động cơ điện một chiều 2 mạch vòng kín
-
-
U
:
U
d
:
<< U
d
cl
= U
d
/U
.
Tp
cl cl
G K e
1
2
T
pf
f : là
n :
2
( ) ( )
1
1! 2! !
k
Tp
Tp Tp Tp
e
k
Vì T<<1 nên ta có :
11
1!
Tp
Tp
e Tp
.
1
Tp
cl
cl cl
K
G K e
Tp
,
u
U
R
đk
U
*
U
U
I
R
,
u
I
*
iu
U
iu
U
HVT 6
- :
()
1
bd
bd
bd
K
Gp
Tp
-
()
1
ft
ft
ft
K
Gp
Tp
-
-
c
(T
c
>> T
T.
Ta có
ω
R
hình :
Hình 4: Cấu trúc thu gọn mạch vòng điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
R
J.p
1
U
*
U
)221(
1
22
pTpTK
clcldd
đmM
k
c
M
ft
K
HVT 7
2. Thiết kế bộ điều khiển số điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Ta 2 kín
Hình 5: Cấu trúc bộ điều khiển số 2 mạch vòng kín điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều
)(
*
2
pG
C
: là
)(
*
pR
)(
*
1
pG
C
: là
)(
*
pR
I
đmMccu
dc
cl
cl
p
k
pJ
pTpTT
K
pT
K
pG
.
.
.
1
.
1
)(
2
1
pJ
k
pG
đmM
p
.
.
)(
2
dđ
KpM )(
1
:
ft
KpM )(
2
:
có hàm
0
( ) (1 ) /
Tp
H p e p
HVT 8
Hình 6: Cấu trúc bộ điều khiển số 2 mạch vòng kín điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều sau khi khai triển
C :
)()()(
***
2
pYpXpE
m
(1)
* * *
1 2 2
( ) ( ). ( )
c
X p E p G p
(2)
)()()(
*
1
*
1
*
1
pYpXpE
m
(3)
* * *
11
( ) ( ). ( )
c
U p E p G p
(4)
)().()(
*
210
pUpGGHpY
pp
**
210
*
)().()( pUpGGHpY
pp
)().()(
*
*
210
*
pUpGGHpY
pp
(5)
)().()(
*
1101
pUpMGHpY
pm
**
110
*
1
)().()( pUpMGHpY
pm
)().()(
*
*
110
*
1
pUpMGHpY
pm
(6)
)().()(
*
2210
pUpMGGHpY
ppm
**
2210
*
)().()( pUpMGGHpY
ppm
)().()(
*
*
2210
*
pUpMGGHpY
ppm
(7)
Thay
z
T
p ln
1
)()()(
2
zYzXzE
m
(1)
1 2 2
( ) ( ). ( )
c
X z E z G z
(2)
HVT 9
)()()(
111
zYzXzE
m
(3)
11
( ) ( ). ( )
c
U z E z G z
(4)
)().()(
210
zUzGGHzY
pp
(5)
)().()(
1101
zUzMGHzY
pm
(6)
)().()(
2210
zUzMGGHzY
ppm
(7)
Do:
11
)( KKpM
dđ
22
)( KKpM
ft
1
)(
10
2
z
AzA
zG
tdtd
c
:
+
2
.
0
TK
KA
Itd
ptdtd
K
I
+
2
.
1
TK
KA
Itd
ptdtd
K
P
HVT 10
Ta có:
)(.
1
)().()(
2
10
221
zE
z
AzA
zEzGzX
tdtd
c
)()()()(
212011
zEAzzEAzXzzX
tdtd
)()()()(
2
1
1201
1
1
zEzAzEAzXzzX
tdtd
])1[()(])1[()(
212011
TkeAkTeATkxkTx
tdtd
])1[()(])1[()(
212011
TkeAkTeATkxkTx
tdtd
)1()()1()(
212011
keAkeAkxkx
tdtd
(8)
p
pG
z
z
zGH
p
p
)(
1
)(
1
10
.
1
12
()
1 ( 1)( 1) .
p
cl dc
cl M đm
Gp
KK
J
p T p T p T p k
cl
1cl
T T T
)1)(1(
1
.
.
)(
2
1
pTpTk
JKK
p
pG
đmM
cldc
p
)1)(1(
1
.
.
1
)(
2
10
pTpTk
JKK
z
z
zGH
đmM
cldc
p
11
.
1
.
.
1
2
2
2
pT
T
pT
T
TTk
JKK
z
z
đmM
cldc
Cz
z
Bz
z
z
z
K .
1
.
:
TTk
JKK
K
đmM
cldc
2
1
.
.
,
2
T
T
eB
,
T
T
eC
))((
)1(
)(
1
10
CzBz
zK
zGH
p
).(
1
CBKK
1
)(
10
1
z
AzA
zG
dddd
c
+
2
.
0
TK
KA
Idd
pdddd
HVT 11
+
2
.
1
TK
KA
Idd
pdddd
Ta có:
)(.
)().(1
)(
)(
1
101
1
zX
zGHzGK
zG
zU
pcdd
c
))((
1
1
1
1
1
10
.
10
CzBz
z
K
z
AzA
K
z
AzA
dđdd
dd
dđdd
)(.
1
4
1
3
2
2
3
1
4
1
3
2
2
3
1
zX
bzbzbzb
azazaza
:
dd
Aa
01
)(
012
CBAAa
dddd
)(
103
CBACBAa
dddd
CBAa
dd
14
1
1
b
1
012
CBAKKb
dddd
) (
01113
CBAKKAKKCBb
dddddddd
dddd
AKKCBb
114
)()()()()()()()(
14131
2
21
3
143
2
2
3
1
zXazzXazXzazXzazUbzzUbzUzbzUzb
1 2 3 1 2 3
1 2 3 4 1 1 2 1 3 1 4 1
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )bU z b z U z b z U z b z U z a X z a z X z a z X z a z X z
])3[(
14
])2[(
13
])1[(
12
)(
11
])3[(
4
])2[(
3
])1[(
2
)(
1
TkxaTkxaTkxakTxaTkubTkubTkubkTub
)3()2()1()()3()2()1()(
141312114321
kxakxakxakxakubkubkubkub
)3(
14
)2(
13
)1(
12
)(
11
)3(
4
)2(
3
)1(
2
1
1
)( kxakxakxakxakubkubkub
b
ku
(9)
Ta có:
)(
)(
)(
210
zGGH
zU
zY
pp
p
pGpG
z
z
pp
)().(
1
21
HVT 12
)1)(1)(1(
.1
21
pTpTpTp
KK
z
z
cl
cldc
)1)(1(
.1
2
pTpTp
KK
z
z
cldc
)1)(()1)((
1
.
1
22
2
2
2
2
2
pTTT
T
pTTT
T
p
K
z
z
Bz
z
K
Cz
z
K
z
z
K
z
z
1
.
1
432
:
+
dccl
KKK .
2
+
TT
T
K
2
3
+
TT
T
K
2
2
4
32
2
1
32
2
1
)(
)(
dzdzd
czczc
zU
zY
.
+
)1(
4321
KKKc
+
) (
334422
KKBCBKCKKc
+
) (
4323
KCKBCBKc
+
1
1
d
+
CBd
2
+
CBd .
3
)()()()()()(
32
2
132
2
1
zUczzUczUzczYdzzYdzYzd
)()()()()()(
2
3
1
21
2
3
1
21
zUzczUzczUczYzdzYzdzYd
])2[(])1[()(])2[(])1[()(
321321
TkucTkuckTucTkydTkydkTyd
)2()1()()2()1()(
321321
kuckuckuckydkydkyd
)2()1()()2()1(
1
)(
32132
1
kuckuckuckydkyd
d
ky
(10)
HVT 13
)(.)()(.)( kyKkyzYKzY
ftmftm
(11)
)()()()()()(
22
kykxkezYzXzE
mm
(12)
3. Mô phỏng và kết quả:
3.1. Chương trình viết trong m-file:
clear all
% Tan so dien ap luoi
f = 50;
% Thong so cua dong co dien mot chieu
Pdm = 10000; % Cong suat dinh muc
Uudm = 220; % Dien ap phan ung dinh muc
Iudm = 46.2; % Dong dien phan ung dinh muc
Uktdm = 220; %Dien ap kich tu dinh muc
Iktdm = 1; % Dong dien kich tu dinh muc
ndm = 1500; %[v/f] Toc do dinh muc
wdm = ndm*2*pi/60; % Toc do dinh muc [rad/s]
Mdm = Pdm/wdm; %Momen dinh muc
Ru = 0.6; %Dien tro mach phan ung
Lu = 0.012; %Dien khang mach phan ung
Tu = Lu/Ru; %Hang so thoi gian dien tu mach phan ung
Rkt = 240; % Dien tro mach kich tu
Lkt = 120;% Dien khang mach kich tu
Tkt = Lkt/Rkt; %Hang so thoi gian mach kich tu
Lm = 1.8; %Dien khang tu hoa
J = 1; %Momen quan tinh
Eudm = Uudm-Ru*Iudm; %Suc dien dong dinh muc
KFidm = Eudm/wdm; %K*Phi dinh muc
kM = KFidm/(Lm*Iktdm); %Hang so dong co
Fidm = KFidm/kM; % Tu thong dinh muc
Kdc = 1/KFidm; %He so khuyech dai cua dong co
Tc = Ru*J/(KFidm^2); %Hang so thoi gian co
HVT 14
% Thong so bo chinh luu
Kcl = Uudm/10; %He so khuyech dai chinh luu
p = 6; % So xung(chinh luu ba pha)
Tcl = 1/(2*p*f); % He so tre cua chinh luu
% Thong so cua may phat toc
Kft = wdm/10; %He so khuech dai cua may phat toc
% Thong so cua cam bien dong dien
Kdd = Iudm/10; %He so khuech dai cua cam bien dong dien
% Chu ky lay mau
T = 0.001;
% Thoi gian mo phong
Time = 0.4;
% So buoc tinh
Kmax = floor(Time/T);
% Cac thong so cua bo dieu khien PI tuong tu mach vong dong
dien
Kpdd = 0.091;
Kidd = 4.55;
% Cac thong so cua bo dieu khien PI tuong tu mach vong toc do
Kptd = 10.346;
Kitd = 739;
% Xac dinh cac hang so cua bo dieu khien PI so mach vong dong
dien
A0dd = Kpdd + Kidd*T/2;
A1dd = -Kpdd + Kidd*T/2;
HVT 15
% Xac dinh cac hang so cua bo dieu khien PI so mach vong toc
do
A0td = Kptd + Kitd*T/2;
A1td = -Kptd + Kitd*T/2;
% Cac hang so cua ham truyen HoGp1(z)
T1 = 0.0228;
T2 = 0.1619;
Txichma = Tcl + T1;
K = (Kdc*Kcl*J)/(kM*Fidm*(T2 - Txichma));
B = exp(-T/T2);
C = exp(-T/Txichma);
K1 = K*(B - C);
% Cac hang so cua ham truyen cua U(z)/X1(z)
a1 = A0dd;
a2 = A1dd - A0dd*(B + C);
a3 = A0dd*B*C - A1dd*(B + C);
a4 = A1dd*B*C;
b1 = 1;
b2 = Kdd*K1*A0dd - B - C - 1;
b3 = B*C + Kdd*K1*A1dd - (Kdd*K1*A0dd - B - C);
b4 = -B*C - Kdd*K1*A1dd;
% Cac hang so cua ham truyen cua Y(z)/U(z)
K2 = Kcl*Kdc;
K3 = Txichma/(T2 - Txichma);
K4 = T2/(T2 - Txichma);
c1 = K2*(1 + K3 - K4);
c2 = K2*(K4*C + K4 - B - C - B*K3 - K3);
c3 = K2*(B*C + B*K3 - C*K4);
HVT 16
d1 = 1;
d2 = -B -C;
d3 = B*C;
% Tao cac gia tri ban dau
u(1) = 0; u(2) = 0; u(3) = 0;
y(1) = 0; y(2) = 0; y(3) = 0; y(4) = 0;
x(1) = 0; x(2) = 0; x(3) = 0;
x1(1) = 0; x1(2) = 0; x1(3) = 0;
e2(1) = 0; e2(2) = 0; e2(3) = 0;
% Tinh cac tin hieu theo phuong phap de quy
for k = 4:Kmax +1
% Dua dien ap dat vao de co toc do dinh muc (X = Uwd)
x(k) = wdm*Kft;
% Dien ap phan hoi sau phat toc (Ym = Uw)
ym(k) = Kft*y(k);
% Tin hieu sai lech (E2(z) = X(z) - Ym(z))
e2(k) = x(k) - ym(k);
% Tin hieu sau bo dieu khien PI mach vong toc do (X1 =
Uiud)
x1(k) = x1(k-1) + A0td*e2(k) + A1td*e2(k-1);
% Tin hieu sau bo dieu khien PI mach vong dong dien (U =
Udk)
u(k) = (-b2*u(k-1) - b3*u(k-2) - b4*u(k-3) + a1*x1(k) +
a2*x1(k-1) + a3*x1(k-2) + a4*x1(k-3))/b1;
% Toc do ra w (Y = w)
y(k) = (-d2*y(k-1) - d3*y(k-2) + c1*u(k) + c2*u(k-1) +
c3*u(k-2))/d1;
y(k+1) = y(k);
end;
% Xoa gia tri y(k) cuoi cung
HVT 17
y(Kmax+2)=[];
% Tao truc thoi gian
t = (0:Kmax)*T;
HVT 18
3.2.Sơ đồ mô phỏng trong Simulink:
