TIỂU LUẬN MÔN HỌC MẠNG NEURAL

Tiểu luận: Điều Khiển Số
1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
 Cấu tạo: Gồm 3 phần chính phần cảm, phần ứng và bộ cổ góp
+ Phần cảm là bộ phận tạo ra từ trường có thể là nam chân điện vĩnh cửu và cũng có thể là
cuộn dây quấn quanh lõi thép. Cuộn dây này có thể được cấp dòng điện rẽ từ dòng phần ứng
gọi là kích từ song song, cuộn dây được nối tiếp với cuộn phần ứng gọi là kích từ nối tiếp,
cũng có thể kết hợp vừa nối tiếp vừa song song. Ngoài ra thì người ta có thể nuôi nguồn cho
cuộn kích từ bằng nguồn điện riêng gọi là kích từ độc lập.
+ Phần ứng bao gồm khung dây và lõi thép phần này nhận dòng điện từ cổ góp đã được
nghịch lưu, nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ lực điện từ tác động lên khung dây làm quay roto.
+ Cổ góp là những phiến đồng cách nhau gắn lên trục của động cơ và các chổi than quét lên
chúng. Cổ góp có chức năng chuyển đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều cấp cho phần
ứng.
 Nguyên lý làm việc:
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp kích từ U
kt
thì trong cuộn dây xuất hiện dòng
I
kt
và mạch của động cơ sinh ra từ thông Φ. Đặt điện áp U vào mạch phần ứng trong mạch phần
ứng có dòng điện I chạy qua. Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích thích sẽ tạo
ra mô men điện từ. Giá trị mô men đ ược tính như sau:
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
I Dòng điện phần ứng [A]
Φ Từ thông do dòng kích từ sinh ra [Wb]
 Phương trình của động cơ :
Cung cấp điện áp một chiều vào mạch kích từ và mạch phần ứng, ở chế độ xác lập ta có các
quan hệ sau:

- Mômen điện từ sinh ra :
1

Hệ truyền động Chỉnh lưu – Động cơ (T-Đ)
R
ĐC
Bộ BĐ
*
Bộ tạo xung
uđk
+
-
(-)
ss
Tiểu luận: Điều Khiển Số
M = k.Φ.I
ư
[Nm]
trong đó k = p.N/(2πa) là hệ số kết cấu của máy
- Sức điện động phần ứng :
E
ư
= k.Φ.ω [V]
- Dòng điện phần ứng :
I
ư
= (U
ư
– E
ư

)/R
ư
1.2. Hệ truyền động van – động cơ (T-Đ):
Là hệ truyền động mà bộ biến đổi là mạch chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu có thể dùng
làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể
mà có thể cùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp để phân biệt chúng.
Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và vào các tính chất
của tải, trong truyền động điện tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (R-L) hoặc là mạch
phần ứng của động cơ (R-L-E).
 !"#$%&&'()*+&*
2

KΦ
KΦ
Uu
Eu
Iu M
MC
ω
- -
Sơ đồ khối động cơ một chiều kích từ độc lập
Tiểu luận: Điều Khiển Số
2. HÀM TRUYỀN VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG
2.1 Thông s ố v à hàm truyền đạt của động cơ:
Từ các phương trình của động cơ :
(1.1)
+ Nếu M
c
= 0 thì
Khi đó phương trình (1.1) viết lại như sau:

Sử dụng phép biến đổi Laplace và ta có tỷ số tốc độ đầu ra với điện áp vào :
Đặt K
d
= 1/KΦ
đm
hệ số khuếch đại động cơ
T
u
= L
u
/R
u
hằng số thời gian điện của động cơ
3

Tiểu luận: Điều Khiển Số
T
c
= R
u
J/( KΦ
đm
)
2
hằng số thời gian cơ của động cơ
Như vậy hàm truyền đạt của động cơ lúc M
c
= 0 là
Với thông số động cơ :

f = 50 [Hz] tần số lưới điện
P
đm
= 1 [kW] công suất định mức
U
uđm
= 220[V] điện áp phần ứng định mức
I
uđm
= 6[A] dòng điện phần ứng định mức
U
ktđm
= 220[V] điện áp kích từ định mức
I
ktđm
= 0.23[A] dòng điện kích từ định mức
n
đm
= 1500 [vòng/phút] tốc độ định mức
N

= 1288 số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ
a

= 1 số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng
Φ

= 3[mWb] từ thông do dòng kích từ sinh ra
p

= 1 số đôi cực của động cơ
ω
đm
= n
đm
*2*pi/60[rad/s]
M
đm
= P
đm
/ ω
đm
[Nm] mômen định mức
R
u
= 3.29[Ω] điện trở phần ứng
L
u
= 0.028[H] điện cảm phần ứng
R
kt
= 785[Ω] điện trở kích từ
L
kt
= 120[H] điện cảm kích từ
J = 0,015[kg.m
2
] mômen quán tính
Ta có : E
udm

= U
udm
– R
u
.I
udm
= 220 – 3,29.6 = 200,26 (V)
ω
đm
= n
đm
.2.pi/60 = 1500.2.pi/60 = 157 (rad/s)

dm
= E
udm
/ ω
đm
= 200.26/157 = 1.28 (Wb)
K
d
= 1/KΦ
đm
= 1/1,28 = 0,84
T
u
= L
u
/R
u

= 0,028/3,29 = 0,0085 (s)
T
c
= R
u
J/( KΦ
đm
)
2
= 3,29.0,015/( 1,28)
2
= 0,03 (s)
4

R
uđk Uư
(-)
Uss
U
KP
CL ĐMđl
U*
Tiểu luận: Điều Khiển Số

2.2. Thông số và hàm truyền đạt bộ chỉnh lưu:
Để điều khiển động cơ một chiều sử dụng hệ truyền động T-Đ ta chọn bộ chỉnh lưu cầu ba
pha điều khiển đối xứng với các tham số sau:
U
đk
: là điện áp điều khiển đầu vào

U
d
: là điện áp một chiều đầu ra
Ta thấy rằng U
đk
<< U
d
cả về công suất lẫn độ lớn, nên trước hết nó là bộ khuếch đại với hệ
số khuếch đại K
cl
= U
d
/U
đk
= U
udm
/10.
Đồng thời khi ta thay đổi α tạo ra thời gian trễ τ vì thể ngoài tính chất khuếch đại bộ chỉnh
lưu còn có tính trễ và được tính gần bằng:
τ ≈ 1/2nf = T
trong đó f =50 là tần số lưới
n =6 là số xung đập mạch

Vì T<<1 nên ta có thể tương đương
Vậy hàm truyền đạt của bộ chỉnh lưu có dạng như sau:

Trong đó K
cl
= U
u

/U
đk
= 220/10 =22
T
cl
= 1/2nf =1/2.6.50 = 0.0017
2.3. Sơ đE khối của hệ thống :
5

ADC
Đối tượng điều khiển
Phản hồi
Khâu điều chỉnh R
(PID)
DAC
-
Xd
y(t)
u(t)
Tiểu luận: Điều Khiển Số
Với K
P
= 1
Từ sơ đồ ta có hàm truyền hệ hở khi chưa có bộ điều chỉnh :
Hệ điều khiển số bao gồm hệ thu thập xử lý tín hiệu vi xử lý, vi điều khiển, các hệ thống
lớn có máy tính số Sơ đồ khối của một hệ điều khiển số được chỉ ra trên hình 1,1,
/ 0# 1$%+
- Bộ biến đổi A/D: làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.
- Bộ biến đổi D/A: làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự.
- Bộ điều chỉnh có thể là máy tính, vi xử lý hoặc vi điều khiển.

- Thay bộ biến đổi D/A bằng khâu lấy mẫu.
6


R(p) S(p)
Tiểu luận: Điều Khiển Số
- Bộ biến đổi A/D bằng khâu lấy mẫu nối tiếp khâu lưu giữ bậc không H
0
(P).
3. THIẾT KẾ BỘ DIỀU KHIỂN PID VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1. Nguyên tắc tối ưu Modul:

x(t) e(t) u(t) y(t)
Hàm truyền đạt hệ thống kín :
Yêu cầu : Hệ thống có đầu ra y(t) giống như đầu vào x(t) tại mọi thời điểm tần số hoặc thời
gian quá độ để y(t) bám theo được x(t) càng ngắn càng tốt.
Phải thỏa mãn với R(p) khi đáp ứng được yêu cầu trong một dải tần số rộng lân cận 0.Bộ điều
khiển R(p) thỏa mãn 1 trong dải tần số thấp có độ rộng lớn được gọi là bộ điều khiển
tối ưu modul
Tối ưu : Dải tần số thỏa mãn điều khiển càng lớn càng tốt
3.2. Thiết kế bộ điều khiển PID :
Ta có hàm truyền động cơ :
Hay :
7

Tiểu luận: Điều Khiển Số
Trong đó: K
dc
= 1.5679; T
1

= 0.0089; T
2
= 0.1124; T
cl
= 1/2nf =1/2.6.50 = 0.0017
ta thấy T
1
, T
2
> T
cl
Lúc này hàm truyền của đối tượng S(p) được viết :
*&23 K = K
dc
.K
cl
= 1,5679.22 = 34,49
Và T
Σ

= T
cl
= 0,0017
Chọn bộ điều chỉnh có cấu trúc PID, theo nguyên tắc tối ưu modul thì hàm truyền thì sẽ có
dạng :

*&23
T
I
= T

1
+ T
2
= 0,0089 + 0,1124 = 0,1213 (s)
(s)
Nên hàm truyền bộ PID: R
ω
(p) được viết lại:

K
p
= 1.0341


8

Tiểu luận: Điều Khiển Số
3.3. Mô phỏng hệ thống bằng Simulink - Matlab:
 Sơ đồ mô phỏng:
 Kết quả mô phỏng:
9
