tổng hợp mạch vòng dòng điện,mạch vòng tốc độ,mạch vòng vị trí

TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN
I.Tổng hợp mạch vòng dòng điện
Hì
nh 1: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Trong đó:
T
u
=: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng.
R
u
= R
b
+ R
k
+ R
ud
+ R
s
L
u
= L
b
+ L
k
+ L
ud
K
i
= R
s
: Điện trở của sensor.

T
i
= R
s
.C: Hằng số thời gian của sensor dòng điện.
Viết gọn lại ta có sơ đồ như trên hình 2 ta có hàm truyền của đối tượng mạch
vòng điều khiển của mạch vòng điều chỉnh dòng điện:
Hình 2: Sơ đồ thu gọn mạch vòng dòng điện
1
Từ sơ đồ hình 1 và hình 2 ta có hàm truyền của đối tượng điều khiển của mạch
vòng dòng điều chỉnh dòng điện:
S
oi
(p) = = (1)
Trong đó:
T
đk
100µs, T
v2.5
2,5 ms, T
ư
100ms.
Thay T
si
= T
i
+ T
v
+ T
dk

<<T
u
, bỏ qua các hệ số bậc cao ta có:
S
oi
(p)= (2)
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta tìm được hàm truyền của hệ thống kín:
F
oMi
= (3)
Mặt khác trên hình 2 ta có:
F
oMi
(p) =
->R
i
(p)=
R
i
(p) =
Chọn= min(T
si
,T
u
) =T
si
Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:
R
i
(p)= = (4)

R
i
(p) là khâu tích phân tỷ lệ (PI).
Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
F
Omi
(p) = = (5)
II.Tính toán các thông số của hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc
lập và tiến hành mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab
Các thông số cho trước
2
P
đm
: Công suất định mức của động cơ = 1.0KW
U
đm
: Điện áp định mức phần ứng = 110V
n
đm
: Tốc độ quay định mức = 1500v/p
ƞ
đm
: Hiệu suất danh định của động cơ = 90%
L: Điện cảm phần ứng = 0,0348H
T
i
: Hằng số thời gian máy biến dòng = 0,002s
T
v
: Hằng số thời gian bộ chỉnh lưu = 0,0025s

T
đk
: Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lưu = 0,0001s
T
ω
: Hằng số thời gian máy phát tốc = 0,001s
Các phương trình phản ứng phần ứng trong động cơ điện một chiều:
U
ư
=E
ư
+(R
ư
+R
f
).I
ư
U
ư
: Điện áp phần ứng
E
ư
: Suất điện động phần ứng
R
ư
: Điện trở mạch phần ứng = 0.960 Ω
R
f
: Điện trở phụ mạch phần ứng
I

ư
: Dòng diện mạch phần ứng
R
ư
= r
ư
+r
cf
+r
b
+r
ct
r
ư
: Điện trở cuộn dây phần ứng
r
cf
: Điện trở cực từ phụ
r
b
: Điện trở cuộn bù
r
ct
: Điện trở tiếp xúc chổi điện
3
E
ư
= K.ω = (pNΦ.ω)/2πa
p: Số đôi cực từ chính
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

Φ: Từ thông kích từ dưới một cực từ
: Tốc độ góc
K = : Hệ số cấu tạo của động cơ
E
ư
= K
e
. Φ.n
n: tốc độ roto
= = (6)
= = 157rad/s (7)
K
e
= = 0,105K (8)
Phương tình đặc tính cơ điện:
= - .I
u
Phương trình đặc tính cơ:
= - .M (9)
Trong đó: I
u
= ; M
dt
= M
cơ
= M
Tính momen định mức:
P
dm
= M

dm
.
M
dm
= = = 6,37 Nm
I
dm
= 12 A (10)
= = = 0,53 (11)
4
Tính gần đúng R
u
theo công thức:
R
u
= 0,960
L
u
= 0,0348 H
T
u
= : Hằng số thời gian phần ứng
T
u
= = 0,03625s (12)
Từ sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tốc độ ta có:
U
u
= K
cl

.U
dk
Chọn U
dk
= 10V ta có: K
cl
= = =11
Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:
R
i
= .(1+) (14)
T
si
= T
i
+ T
v
+ T
dk
= 2ms + 2,5ms + 0,1ms = 4,6.10
-3
s
T
u
= 0,03625s
R
u
= 0,960
= 11
Chọn U

id
= 7V
K
i
= = = 0,58 (15)

R
i
= .(1 + )
R
i
= 0,59.(1 + ) (đặt K=0,59) (16)
T
c
= = = 0,19s (17)
= = 9,53 (18)
Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện có thể dùng như sau:
5
Hình 3: Sơ đồ mô phỏng mạch vòng dòng điện
III.Kết quả mô phỏng
Hình 4: Kết quả mô phỏng mạch vòng dòng điện
6
7
TỔNG HỢP MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ
Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
F
Omi
(p)= = (19)
Vậy sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ còn lại như trên hình 3, trong đó ta
lấy hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất, bỏ qua

các bậc cao.
Hình 3. Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tốc độ
I.Tổng hợp mạch vòng tốc độ:
Viết gọn sơ đồ hình 3 ta có sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độ nhơ trên hình 4:
= (20)
Với = 2T
si
+ rất nhỏ

Hình 4: Sơ đồ tối ưu
Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu:
= (21)
8
=
(p) =
(p) =
Chọn =
Ta có: (p) = (22)
Vậy khâu là khâu tỷ lệ (P)
Tiêu chuẩn này được sử dụng khi hệ thống khởi động đã mang tải, lúc đó ta
không I
c
là nhiễu nữa.
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng modul:
= (23)
=
(p) =
Chọn = . Ta có:
(p) = (24)
Vậy là khâu tỷ lệ, tích phân (PI)

Đó là khâu vô sai cấp hai đối với đại lượng đặt và vô sai cấp một đối với đại
lượng nhiễu I
c
.
9
Hình 5. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T – Đ
Sau khi tổng hợp ra các bộ điều chỉnh, ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều
khiển tốc độ động cơ một chiều như hình 5.
II. Tính toán các thông số của hệ thống truyền động động cơ một chiều kích
từ độc lập và tiến hành mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab.
Cũng trên hình 3 ta có:
=. Chọn =10V
= = 0,064 (25)
Trong công thức (22) ta có:
= +
Với = 1ms; = 4,6.10
-3
s
T
c
= =9,53s (26)
= 0,001s
Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối ưu ta có:
(p) = = = 5182 (27)
= = 0,012
Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối xứng ta có:
10
(p) = (Khâu PI)
Với = 0,001s; = 0,0348; = 0,064; = 0,58; =0,53; = 9,53s
(p) = = = + 657669,3

Mô phỏng hệ điều khiển tốc độ khi dùng Simulink
a) Bộ điều chỉnh tốc độ tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng (PI)
Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển tốc độ khi tổng hợp theo phương pháp modul tối
ưu:
Hình 6. Sơ đồ mô phỏng mạch vòng tốc độ
11
Hình 7 : Kết quả mô phỏng tốc độ
Hình 8 : Kết quả dòng điện
12
13
TỔNG HỢP MẠCH VÒNG VỊ TRÍ
I. Tổng hợp mạch vòng vị trí:
Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển vị trí
: Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu
chuẩn môdul tối ưu.
: Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu
chuẩn môdul đối xứng.
Ta có sơ đồ cấu trúc như sau:
Trong đó : Hệ số khuếch đại của bộ truyền lực.
=
Tổng hợp mạch vòng vị trí cũng như tương tự như tổng hợp mạch vòng tốc độ,
ta dùndg tiêu chuẩn tối ưu môdul và hàm truyền đạt của mạch vòng tốc độ lấy là
khâu bậc hai bỏ qua các khâu bậc cao. Vậy
: Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn môdul tối ưu.
: Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn môdul đối xứng.
14
1. Nếu tổng hợp mạch vòng tốc độ w dùng tiêu chuẩn môdul tối ưu ta có
hàm truyền của đối tượng

Áp dụng tiêu chuẩn môdul tối ưu

Hình 2 : Sơ đồ rút gọn
Chọn =
= (
Với và K
D
=
là khâu tỷ lệ đạo hàm PD
2. Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ dùng chuẩn tối ưu đối xứng ta có hàm
truyền của đối tượng
áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môdul ta có
Chọn C=
Ta có:
= (. Đây cũng là khâu tỷ lệ đạo hàm
II. Tính toán các thông số của hệ truyền động động cơ một chiều kích từ
độc lập và tiến hành mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlap
Ta có
l= .r = 2.π.n.r : Chiều dài quãng đường cần di chuyển = 100(m)
15
r: Bán kích trục truyền tải cuối cùng = 0,32(cm)
Hằng số thời gian bộ cảm biến vị trí = 0,3(s)
=> n =
=> = (rad)
Tín hiệu xác định vị trí đặt phải xấp xỉ tín hiệu phản hồi túc là:
= U
φd
=> = = 0,031
K
r
: Hệ số khuếch đại của bộ truyền lực
=> K

r
= =
Bộ điều chỉnh vị trí:
= .(
=
0,064
(1 0,002 ) 3,3167.(1 0,002 )
1.0,032.2.0,3
p p+ = +
(Khi mạch vòng tốc độ tổng hợp
theo môdul tối ưu)
=
0,0637
(1 0,004 ) 3,3167.(1 0,004 )
1.0,032.2.0,3
p p+ = +
(Khi mạch vòng tốc độ tổng hợp
theo môdul đối xứng)
16
Hình 3 : Sơ đồ mô phỏng vị trí theo phương pháp modul tối ưu
Hình 4 : Kết quả mô phỏng vị trí
17
Hình 4 : Tốc độ
Hình 5 :Dòng điện
18