KHẢO sát ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG và KIỂM NGHIỆM hệ điều KHIỂN VECTOR BIẾN tần ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ

1
Để giải quyết đề tài trong luận văn có những nội dung sau:
1. TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ
ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7-300.
Xây dựng sơ đồ khối hệ truyền động biến tần – động cơ điện
xoay chiều điều khiển bởi module mềm PLC S7-300.
Hình 1.1: Mô hình hệ thống
Trong sơ đồ này động cơ được điều chỉnh tốc độ bằng cách thay
đổi tần số. Biến tần dùng để điều khiển điện áp ra cung cấp cho động
cơ. PID S7-300 là bộ điều khiển số. cóChai mạch vòng phản hồi,
mạch vòng âm dòng điện để ổn định dòng điện được tích hợp trong
biến tần, mạch vòng âm tốc độ để ổn định tốc độ dùng Encoder. S
p
là
tín hiệu điều khiển được lấy từ máy tính. Như vậy đây là hệ thống
truyền động biến tần – động cơ điện xoay chiều điều khiển số.
2
2. PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ
TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB BA PHA
Trong bản luận văn đã đưa ra hai phương án điều khiển đó là
phương án điều khiển vector và điều khiển trực tiếp momen.
3
 !"#$
%&'()(*+,#-.
/0 -12()(*+,#-.
31.!,!
Qua phân tích đã chọn phương án điều khiển vector, đồng thời
tiến hành xây dựng sơ đồ hệ điều khiển vector biến tần – động cơ điện
không đồng bộ.
3. KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ KIỂM NGHIỆM
HỆ ĐIỀU KHIỂN VECTOR BIẾN TẦN- ĐỘNG CƠ KHÔNG

ĐỒNG BỘ
- Xây dựng sơ đồ khối hệ điều khiển số biến tần - động cơ điện
xoay chiều.
Sơ đồ khối hệ điều khiển số được xây dựng dựa trên:
* Cơ sở hệ điều khiển vector.
4
Từ sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ KĐB (hình 2.9) và sơ
đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần
(hình 2.11), thành lập được sơ đồ hình3.1.
4/0'5.6'7'0'-6
5
/0'#89: '6'7'
0'-6-;'1--1
</01 '=(($%&'-1
>6'7'0'-6
6
Sau khi biến đổi sơ đồ, giả thiết từ thông là không đổi dẫn tới chỉ
còn một mạch vòng i
1q
. Như vậy sơ đồ hình 3.2b là sơ đồ mà chúng ta
đưa hệ điều khiển biến tần – động cơ điện xoay chiều về hệ truyền
động động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
Với sơ đồ này thay bộ điều chỉnh dòng điện R
i
và bộ điều chỉnh
tốc độ R ω bằng bộ điều khiển số ta được sơ đồ khối hệ điều khiển số
như sau:
* Cơ sở 2 là dựa vào bộ điều khiển số.
- Khảo sát ổn định và khảo sát chất lượng
7

Khảo sát ổn định:
+ Mạch vòng dòng điện : Từ sơ đồ khối hệ điều khiển số, sau khi
biến đổi ta được hàm truyền hệ kín:
( )
01
2
2
3
3
01
2
2
3
3
?@?@?@?
A@A@A@A
@B
)C
+++
+++
=
Phương trình đặc tính là :
01
2
2
3
3
?@?@?@? +++
= 0
Từ phương trình này ta khảo sát ổn định bằng phương pháp đại

số (dựa vào bảng Routh).
Với các số liệu tính toán như sau: T = 0,00165; K
p
= 0,25 ; K
i
= 42 sau khi thay số, tính toán, biến đổi Z =(V+ 1)/(V-1 ) ta được
phương trình sau:
Ta có:
0
2
2
1
3
0
=+++ DEDEDED

02122,344635,76383,00421,0
23
=+++ EEE
Xét ổn định :
Lập bảng Routh:
G
0
= 0,042; G
1
= 0,6383;
2073,5
0
=F
;

0
2
=F
;
2122,34
0
0
130
1
=
−
=
F
DDF
F
Ta thấy các hệ số G
0
, G
1
, N
0
, N
1
của bảng Routh đều lớn hơn
không, thỏa mãn điều kiện ổn định mạch vòng dòng điện.
+ Đối với mạch vòng tốc độ, ta khảo sát tương tự như mạch vòng
dòng điện
Hàm số truyền của mạch vòng tốc độ:
( )
@G

@
H@H@H@H@H
@A)@A)@A)@A)
@B
)
ω
ω
)(
)(
01
2
2
3
3
4
4
00
2
10
3
20
4
30
=
++++
+++
=⇒
8
Phương trình đặc tính:
01

2
2
3
3
4
4
H@H@H@H@H ++++
= 0
Đổi biến: Z =
1
1
−
+
E
E
ta được: Phương trình :
0
01
2
2
3
3
4
4
=++++ IEIEIEIEI
Ta xét ổn định cho mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn Routh.
Lập bảng Routh:
Với các số liệu tính toán như sau:
T = 0,00165; K
p

= 0,25; K
i
= 42;
0006,0
=
ω
)
Ta có:
0
01
2
2
3
3
4
4
=++++ IEIEIEIEI
, thay số và tính toán
00,00940,21302,674122,726674,9460
234
=++++⇒
EEEE
Xét ổn định :
Lập bảng Routh:
Q
0
= 74,946; Q
1
= 22,7266
6743,1

0
=
J
;
9460,74
0
4
1
041
2
==
−
=
I
I
III
J
1900,13
6743,1
2130,0.9460,746741,2.6743,1
0
1230
1
=
−
=
−
=
J
IJIJ

J
1922,13
6743,1
2130,0.9460,747266,22.6743,1
0
1230
0
=
−
=
−
=
J
IJIJ
/
9
2714,73
1900,13
1922,13.6743,19460,74.1900,13
1
0021
1
=
−
=
−
=
J
/JJJ
/

Ta thấy các hệ số Q
0
, Q
1
, R
0
, R
1
, S
0
, S
1
của bảng Routh đều lớn
hơn không, thỏa mãn điều kiện ổn định của mạch vòng tốc độ.
Khảo sát chất lượng:
Dùng phần mềm Pascal để mô phỏng
+ )K,"9L5'!MN'%N'
Sau khi biến đổi ta có phương trình sai phân:
( ) ( ) ( ) ( )( )
3
0123012
121
?
AAAA)O?)O?)O?)O ++++−+−+−=+
(3-6)
Từ phương trình sai phân trên lập trình theo ngôn ngữ Pascal ta sẽ
vẽ được đường cong dòng điện trong 2 trường hợp sau:
• Trường hợp 1: T = 0,5T
u
= 0,00165(s); K

p
= 0.25; K
i
=42
• Trường hợp 2: T = 0,61T
u
= 0,002(s); K
p
= 0.25; K
i
=50
Kết quả mô phỏng hai trường hợp được thể hiện trên 2 hình vẽ sau:
10
11
12
+ Trường hợp 1: Độ quá điều chỉnh: = %22,096
Thời gian quá độ: < 0,1655
Số lần dao động : = 1,5
+ Trường hợp 2: Độ quá điều chỉnh: = %25.750
Thời gian quá độ: < 0,1655
Số lần dao động : = 1,5
+ )K,"9L5'!MN' 6
Phương trình sai phân
Y[K+4] = (-F
3
Y[K+3] - F
2
Y[K+2] - F
1
Y[K+1] - F

0
Y[K] +
+ K
0
D
3
+ K
0
D
2
+ K
0
D
1
+ K
0
D
0
)/F
4
Từ phương trình sai phân này lập trình theo ngôn ngữ Pascal ta
được đường cong n(t) ứng với các giá trị K
ω
cho 2 trường hợp:
• Trường hợp 1: T = 0,5T
u
= 0,00165 (s) ; K
P

= 0,25; K
i
=
42 ; K
ω

= 0,0006
• Trường hợp 2: . T = 0,61T
u
= 0,002 (s) ; K
P


= 0,25; K
i
=
50 ; K
ω

= 0,00058
Kết quả mô phỏng hai trường hợp được thể hiện trên 2 hình vẽ sau:
13
14
Từ kết quả vẽ đường cong tốc độ theo thời gian n(t) trong 2
trường hợp các chỉ tiêu đạt được là:
15
+ Trường hợp 1:Độ quá điều chỉnh: = %22,613
Thời gian quá độ: < 0,1655
Số lần dao động : n = 2
+ Trường hợp 2: Độ quá điều chỉnh: = %19,907

Thời gian quá độ: < 0,1655
Số lần dao động : n= 2
P QLR'5.. T = 0,5T
u
; K
P


= 0,25 ; K
i
= 50
Để kiểm chứng với tính toán lý thuyết thì bản luận văn đã tiến
hành thí nghiệm ở phòng thí nghiệm của nhà trường :
<S73'!
16
<)1TKU'!VW
<<)1TKU'!VWC
* Kết quả thí nghiệm: - Độ quá điều chỉnh
%
δ
< 20%
- Thời gian quá độ t
qđ
<0,5 s
* Kết quả tính toán: : - Độ quá điều chỉnh
%
δ
< 22,613%
- Thời gian quá độ t
qđ

<0,1655 s
17
Như vậy, qua quá trình thí nghiệm, so sánh với lý thuyết thì ta
thấy hệ thống đảm bảo chất lượng
4. ỨNG DỤNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ
ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐIỀU KHIỂN BỞI PLC S7-300 CHO BÀN
MÁY GIA CÔNG TIA LỬA
Ứng dụng hệ truyền động để điều khiển chuyển động bàn máy
gia công tia lửa điện.
Hình 4.13 Sơ đồ khối hệ truyền động biến tần – động cơ điện xoay
chiều cho máy gia công tia lửa điện
Trong sơ đồ này có 3 chuyển động x,y,z với yêu cầu chuyển
động bàn máy có thể xây dựng hệ điều khiển hở hoặc kín. Với hệ điều
khiển kín:
18
X/0 'N'U%Y'=,!Z
J,9
X/0N'U%Y'=,!Z?,%
Với sơ đồ này, trục động cơ được nối cứng với bàn máy nên
không có sai số. Mạch vòng trong là hệ thống đã khảo sát ở trên, mạch
vòng ngoài lấy tín hiệu vị trí so sánh với tín hiệu từ máy tính. Tín hiệu
ra là tín hiệu vị trí đồng thời là tín hiệu vào của tốc độ.
Kết luận
- Xây dựng được sơ đồ khối hệ truyền động
Tín hiệu
yêu cầu
R
T
R
ω

+ _
Động
cơ
Bàn máy
U
YC
U
VT
U
TĐ
Phản hồi vị trí
Phản hồi tốc độ
Vít me đai ốc
Tachometer
Resolver
+ _
19
- Chọn phương án điều khiển truyền động vector, đưa hệ truyền
động này.
- Khảo sát ổn định, chất lượng hệ thống, thí nghiệm hệ truyền
động, so sánh với kết quả tính toán.
- Đề xuất ứng dụng hệ truyền động để điều khiển chuyển động
bàn máy gia công tia lửa điện.
20
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Tên đề tài:
“ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ TÍNH TOÁN HỆ TRUYỀN
ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỂ ỨNG
DỤNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG BÀN MÁY GIA CÔNG
TIA LỬA ĐIỆN”

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
GVHD: PGS.TS. Võ Quang Lạp
Học viên: Trần Thị Sự