ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN MẠNH NGÀ
NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG
BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU Ở
PHỊNG THÍ NGHIỆM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ
THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN ĐỂ
ỨNG DỤNG VÀO SẢN XUẤT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
MÃ SỐ: 60520216
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN – NĂM 2014
Luận văn được hoàn thành tại:
Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Võ Quang Lạp
Phản biện 1:…………………………….
Phản biện 2:…………………………….
Luận văn sẽ được bảo vệ tại hội đồng chấm luận văn họp tại
Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái nguyên
Vào ngày…. Tháng….. năm…..
1
MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của luận văn
Hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều ba pha hiện đang
được sử dụng phổ biến, song hệ biến tần này được điều khiển bằng máy
tính hoặc PLC là một hệ thống truyền động mới thơng minh và hiện đại.
Ở phịng thí nghiệm của Nhà trường có bộ biến tần động cơ điện
xoay chiều này, được điều khiển bằng PLC S7 -300. Để nắm được nguyên
lý hoạt động của hệ truyền động, đồng thời nghiên cứu ứng dụng vào
truyền động trong máy sản xuất nên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khảo sát
hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều ở phịng thí nghiệm
Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Nguyên để ứng dụng vào
sản xuất ”
Kết quả đề tài sẽ làm tài liệu quý giúp cho nghiên cứu học tập
đồng thời có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để vận hành, sửa chữa những
thiết bị ngoài thực tế.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tính tốn khảo sát hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay
chiều được điều khiển bằng PID S7-300 đây là một hệ thống điều khiển số.
Việc tính tốn khảo sát dựa trên kết quả mô phỏng giúp chúng ta kiểm
nghiệm so sánh với kết quả thí nghiệm.
- Tiến hành thí nghiệm và kiểm nghiệm các chế độ làm việc của hệ
truyền động biến tần động cơ xoay chiều được điều khiển bởi bộ PID S7300 cụ thể là: Xác định được chất lượng của hệ thống với các bộ điều khiển
được ứng dụng là khâu P và khâu PI trong mạch vòng tốc độ để so sánh
với lý thuyết tính tốn, đồng thời thơng qua thí nghiệm giúp cho việc nắm
sâu sắc hơn về nguyên lý làm việc của hệ thống này và hiểu được quá trình
vận hành điều khiển hệ thống.
- Từ kết quả lý thuyết và thực nghiệm chúng ta khẳng định ứng
dụng của hệ truyền động này là khả thi, từ đó đề xuất ứng dụng cho một số
máy trong cơng nghiệp.
3. Nội dung luận văn
Nội dung luận văn gồm 3 chương:
Chương I: Giới thiệu sơ đồ khối hệ truyền động phịng thí nghiệm.
Chương II: Khảo sát tính tốn hệ truyền động phịng thí nghiệm.
Chương III: Thí nghiệm.
2
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ KHỐI HỆ TRUYỀN ĐỘNG
PHÒNG THÍ NGHIỆM
1. Sơ đồ khối
Kp
e
Sp
PID
U
Ki
Biến tần V
(M420)
(S7-300)
Pv
Kd
W
Đ ộng cơ 3 pha
Encoder
Tín hiệu xung Encoder chuyển
đổi sang tốc độ động cơ
Hình 1-1: Sơ đồ khối truyền động hệ thống
Các thiết bị trong sơ đồ và thông số kỹ thuật:
1 - Động cơ: 2,2 Kw; U = 380VAC; Iđm = 5A
2 - Biến tần Micromaster M420
3 - Bộ điều khiển trung tâm PLC S7-300
4 – Encoder
2. Chức năng và nhiệm vụ các thiết bị trong sơ đồ
2.1. Động cơ điện xoay chiều khơng đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc
Ngày nay, các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi
trong các thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông
vận tải, trong các thiết bị điện dân dụng,... Ước tính có khoảng 50% điện
năng sản xuất ra được tiêu thụ bởi các hệ thống truyền động điện. Hệ
truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc với tốc độ
thay đổi được. Hiện nay khoảng 75 - 80% các hệ truyền động là loại hoạt
động với tốc độ không đổi. Với các hệ thống này, tốc độ của động cơ hầu
như không cần điều khiển trừ các quá trình khởi động và hãm.
2.2. Giới thiệu biến tần
– Biến tần M 420 (hình 1-2)
Hình 1-2: Hình dáng của Biến tần M420
2.2.1. Thơng số kỹ thuật
- Nguồn cấp: 3 pha 200 – 240V, 380 – 480V, 50/60Hz
- Dải tần số ra: 0 - 650 Hz.
- Khả năng quá tải 150% trong 60 giây
3
-
Hiệu suất chuyển đổi đến 97%.
Dải điều khiển từ: 0 - 10V, 4 - 20 mA.
Tần số sóng mang lên tới 16 KHz.
Dải công suất: 0.37 – 11 KW.
Chế độ điều khiển động cơ: Tuyến tính U/f, bình phương U/f...
2.3. Giới thiệu PLC
PLC là từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh "Programmabe Logic
Controller": Bộ điều khiển logic có thể lập trình (khả trình) cho phép thực
hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập
trình. Thực tế trong sản xuất PLC là một máy tính cơng nghiệp được gắn
tại chỗ với dây chuyền cơng nghệ.
1.3.1. Cấu tạo
- PLC thực chất cũng là một hệ vi sử lý, tuy nhiên nó có những ưu
điểm nổi bật mà các hệ vi sử lý khác khơng có. Những ưu điểm này ta sẽ
xét sau, trước tiên ta xem xét cấu trúc của nó, PLC gồm các bộ phận sau:
+ Hệ điều hành: Chương trình điều hành. Khối này dưới chương
trình điều khiển hệ thống và chia các bộ nhớ với các địa chỉ cố định đặt
trước tạo nên các vùng nhớ cụ thể như:
- Vùng nhớ chương trình điều khiển;
- Vùng nhớ biến trung gian;
- Vùng nhớ cho tín hiệu vào và tín hiệu ra cũng như các chương
trình giám sát kiểm tra hệ thống. Khối này thường sử dụng bộ nhớ ROM.
- Bus địa chỉ: Tín hiệu chỉ truyền thao một chiều từ CPU tới (hoặc
thiết bị điều khiển trực tiếp - DMAC), bộ nhớ hoặc của vào ra.
- Bus số hiệu: Tín hiệu trên đó truyền theo hai chiều
- Bus các tín hiệu điều khiển: Gồm một số là tín hiệu gửi từ CPU
ra cịn một số lại là tín hiệu từ ngồi vào CPU.
2.3.2. Nguyên lý hoạt động
PLC làm việc theo nguyên tắc các kỳ lặp tự động, mỗi kỳ lặp được
gọi là một vịng qt. Mỗi vịng qt có một lần nhận dữ liệu vào và đưa
kết quả ra bên ngoài, khi hết vịng qt thứ nhất thì tự động chuyển sang
vịng qt thứ hai và cứ tiếp tục như vậy. Trong môt vòng quét thực hiện
bốn bước:
Bước 1: Nhận dữ liệu đầu vào và ghi lại bảng ảnh vào.
Bước 2: Đọc chương trình điều khiển trên cơ sở dữ liệu vào đã có
(cố định) xử lý chương trình được kết quả ghi lại bảng ảnh ra.
Bước 3: Thực hiện truyền thông trong PLC hoặc các PLC với nhau
cùng như thông tin qua lại với máy tính, từ đó kiểm nghiệm lại kết quả.
Bước 4: Gửi kết quả từ bảng ảnh ra đến thiết bị chấp hành bên
ngoài.
4
2.3.4. Giới thiệu tự động hóa với SIMANTIC S7 – 300
- Module mở rộng: Các module mở rộng được chia thành 5 loại
chính:
+ PS (Power Supply): Module nguồn ni, PS có ba loại: 2A, 5A, 10A.
+ SM (Signal Module): Module mở rộng tín hiệu vào/ra bao gồm:
* DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số
* DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số
* DI/DO (Digital Input/Digital Output): Module mở rộng các cổng
vào/ra số.
* AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.
* AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự
chúng chính là những bộ chuyển đổi số tương tự.
* AI/AO (Analog Input/Analog Output):): Module mở rộng các
cổng vào/ra tương tự.
+ IM (Intuface Module): Module ghép nối.
+ FM (Function Module):Module có chức năng điều khiển riêng.
+ CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông tin
trên mạng giữa các PLC với nhau hoặc PLC với máy tính.
2.4. Các mạch vịng phản hồi
2.4.1. Mạch vòng phản hồi tốc độ (encoder)
Trong truyền động điện, để đo tốc độ rotor ta có thể sử dụng các
phương pháp sau:
+ Sử dụng máy phát tốc;
+ Sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ là một đĩa tròn đục lỗ, cho
ánh sáng đi xuyên qua, gắn vào trục của motor;
+ Sử dụng máy đo góc tuyệt đối;
+ Xác định tốc độ gián tiếp qua cho phép do dòng điện và điện áp
stator mà không cần bộ cảm biến;
2.4.2. Mạch vòng âm dòng điện
Với thiết bị hợp bộ (Động cơ – Biến tần do nhà sản xuất) ghép nối
trong đó có khâu tổng hợp dịng điện.
Với sơ đồ cấu trúc của hệ trong đó thí nghiệm và ngun lý làm
việc của các khâu trong sơ đồ được trình bày ở Chương I, để làm cơ sở cho
việc khảo sát tính tốn hệ truyền động phịng thí nghiệm, từ đó kiểm tra
nghiệm với kết quả thí nghiệm.
5
CHƯƠNG II
KHẢO SÁT TÍNH TỐN HỆ TRUYỀN ĐỘNG PHỊNG THÍ
NGHIỆM
1. Xây dựng sơ đồ vector hệ truyền động biến tần – động cơ không
đồng bộ ba pha.
1.1. Phép biến đổi tọa độ UA, UB, UC thành Uα, Uβ
Phép biến đổi này đã được thực hiện ở phần [phụ lục I]
1.2. Cơ sở định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d, q)
Sau khi chuyển đổi các đại lượng điện áp hai trục α và β về d và q,
tựa theo từ thông rotor ta nhận được hai phương trình điện áp trong rotor
của động cơ không đồng bộ ba pha rotor ngắn mạch như sau:
(1 + T2 p)ψ 2q − T2 ω s ψ 2q − L m i1d = 0
T2 ω s .ψ 2d + (1 + T2 p)ψ 2q − L m i1q = 0
Nếu ta giữ cho biên độ từ thông rotor ψ2 không đổi và vector
không gian ψ2 trùng với trục d thì ta có:
ψ2q = 0; ψ2d = ψ2 = const
M= kr.ψ2d.i1q = kr.T2.ωs.Lm. i1d.i1q
(vì ψ2d = Lm. i1d)
β
q
i1β
i1
i1d
Ψ2
i1q
d
i2α
α
0
i2
Hình 2-1: Định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d, q)
Hệ điều khiển vector được thể hiện như (hình 2.2). Trong sơ đồ
phần lực gồm có động cơ khơng đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc và bộ biến
tần. Phần điều khiển gồm các khối chủ yếu: Các sensor đo dòng 2 pha động
cơ isa và isb, máy đo tốc độ quay của động cơ; khâu chuyển đổi dòng 3 pha
thành 2 pha tương đương isα, isβ; khâu biến đổi tọa độ α - β → d - q đối với
dòng điện (DTĐi) và khâu biến đổi tọa độ d - q → α - β đối với điện áp
(CTĐu); khâu MHD dùng điều để tính góc lệch giữa vector từ thơng rotor
với trục chuẩn (góc θe); khâu điều chỉnh dịng (ĐCD) dùng để tính các
thành phần theo trục d và q của điện áp cần đối với cho động cơ (usd và usq);
khâu điều chế vector khơng gian dùng để tính thời gian làm việc của các
khóa IGBT của khối nghịch lưu (ta, tb, tc); ω* là giá trị đặt của tốc độ góc; i*
sd là giá trị đặt thành phần theo trục d của dòng điện, đây là thành phần tạo
6
ra từ thông rotor và ở đây được chọn bằng hằng số. Từ sơ đồ (d, q) ta xây
dựng đồ thị vector từ thông rotor như sau:
i Sd
u Sd
uSα
u Sq
eϑs uSβ
3
ϑS
a
i Sd
iSq
ω
i Sα
eϑs i Sβ
c
b
iS a
3
2
iSc
U*sq
U cđ
ω
Hình 2-2: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển vector
Từ sơ đồ cấu trúc vector (hình 2-2) ta có thể biến đổi đưa về dạng
sơ đồ (hình 2-3)
i* id
ω
*
i*lq
Rω
ω
α,β
d,q
α,β
a,b,c
3
a
i
θs
id
α,β
θ1
i lq
θ
a,b,c
α,β
d,q
b
c
ia
ib
ic
Hình 2-3: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển vector
Từ sơ đồ cấu trúc điều khiển vector (hình 2-3) ta biến đổi sơ đồ
cấu trúc điều khiển vector (hình 2-4)
E
i*ld
ω*
Us
Rl
t
C
o
i*lq
ω
R
T(p)
Co
Ri
ω
W i (p)
Is
i ld
Co
i lq
ωs
1
p
WL (p)
t
Co
θ
1
Jp
M
M
kr
ψ2
7
Hình 2-4: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển vector
Với giả thiết trong q trình làm việc giữ từ thơng rotor khơng đổi
ψ2d=const có nghĩa là giữ ngun dịng điện I1d = const, lúc này ta điều
chỉnh dòng điện I1d để tiến hành điều chỉnh momen (cách điều chỉnh này
giống như điều chỉnh động cơ điện một chiều).
Với hai mạch vịng, để điều chỉnh I1q thì sẽ điều chỉnh lượng vào
của mạch vòng tốc độ, lượng ra của bộ điều chỉnh tốc độ là trị số điều
chỉnh momen của động cơ. Như vậy khi thay đổi lượng vào tốc độ tức là
thay đổi tần số của bộ biến tần để thay đổi tốc độ của động cơ.
Trong sơ đồ (hình 2.4) thì Hàm truyền của khâu lấy tín hiệu phản
hồi dịng điện có dạng:
WL (p) =
T(p) =
1
(1+ Tn p)
Ku
Tu P + 1
Wi (P) =
: Hàm số truyền của bộ biến tần biến tần
1
: Hàm số truyền khâu điện từ của động cơ xoay chiều
Ta P + 1
Ma trận C0 là ma trận quy đổi từ hệ tọa độ vector không gian (a, b,
c) về hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q)
sin θ1 2 3
cos θ1 0
cos θ1
C 0 = C 3 .C1 =
− sin θ 1
−
1
1
6
2
1
6
1
2
−
−
Ngược lại C0 =
là ma trận quy đổi từ hệ tọa độ tựa theo từ
thông rotor (d,q) về hệ tọa độ vector không gian (a, b, c).
Các ma trận quy đổi C0 và C0t có các phần tử thay đổi theo góc
quay θ1 của từ trường quay. Ta nhận thấy: C0.C0t = I0 (với I0 là ma trận đơn
vị). Vì vậy ta có thể đơn giản hóa sơ đồ cấu chi tiết của hệ thống truyền
động điện sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ thành sơ đồ như
(hình 2-5) dưới đây.
t
C1t.C3t
Et
i*ld
ω
R I (p)
*
T(p)
i*lq
Us
R I (p)
Rω(p)
W i ( p)
ω
i 1d
W L (p)
i1q
W L (p)
1
Jp
M
kr
i1q
Mc
ψ
2
Hình 2-5: Sơ đồ cấu trúc đơn giản hóa của hệ thống truyền động điện
sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ
8
Qua sự phân tích trên ta thấy q trình biến đổi từ thông ψ2d là
không đổi, i1d = const, cho lên động cơ không đồng bộ giống như động cơ
một chiều kích từ độc lập, do đó ta chỉ cần khảo sát mạch thay đổi với hai
tham số momen và tần số. Vì vậy sơ đồ cấu trúc rút gọn như (hình 2-6)
E
ω
t
Us
*
T(p)
*
lq
i
R ω (p)
ω
R I (p)
R I (p)
W i( p)
i lq
W L (p)
Kw
i 1d
M
1
Jp
M
kr
c
i 1q
ψ 2 .k r
Hình 2-6: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điện sử dụng biến tần
và động cơ không đồng bộ
Từ sơ đồ cấu trúc trên ta rút gọn hệ truyền động sử dụng biến tần
và động cơ không đồng bộ như sau:
WD (p)
U*ω
Rω(p)
T(p)
Ri (p)
ω (p)
W2
W1 (p)
WL (p)
kω
Hình 2-7: Sơ đồ cấu trúc rút gọn của hệ thống điện sử dụng biến tần
và động cơ không đồng bộ
1.3. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển số biến tần – động cơ
không đồng bộ
Từ sơ đồ cấu trúc (hình 2-7) ta thấy các khâu Rω(p), Ri (p) là bộ
điều khiển số được lấy từ CPU của S7-300 trên (hình 1-1)
R ω (p) = R ω (Z)
R i (p) = R i (Z)
Ta nhận được sơ đồ cấu trúc điều khiển số như sau:
U *ω
U*i
Rω(p)
T
Ri (p)
H(p)
T(p)
WD (p)
W (p)
E
n(p)
T1
WL (p)
kω
Hình 2-8: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển số biến tần
và động cơ không đồng bộ
9
Trong đó:
Uω : Tín hiệu số điện áp chủ đạo đặt tốc độ từ máy tính
T1, T: Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử)
kω: Hệ số phản hồi âm tốc độ được lấy từ Encoder ; k ω = f.2π ; (f là
ω
tần số xung)
WL(P) : Hệ số khâu lấy tín hiệu dịng điện
T(p): Hệ số truyền của biến tần
H(p): Khâu lưu trữ 0
2. Tổng hợp hệ thống
2.1. Hàm số truyền của các khâu
- Cách xác định tần số cắt mẫu.
Tần số cắt mẫu được xác định như sau:
+ Thỏa mãn định lý Shanon: k c = 1 ≥ 2f max
T
Với f max: Là tần số điều khiển lớn nhất trong hệ truyền động
+ Trong hệ thống nhiều mạch phản hồi thì tần số cắt mẫu trong
cùng một hệ là lớn nhất T1 >T
Trong thực tế việc chọn tần số cắt mẫu của các mạch vòng khác
nhau dẫn đến việc tính tốn gặp rất nhiều khó khăn, cho nên ở luận văn này
chỉ chọn tần số cắt mẫu T=T1
* Hàm số truyền của khâu PID số S7-300 mà đặc trưng là khâu lưu giữ.
H(p) =
1 - e -T(p)
P
* Hàm số truyền của bộ biến tần
T(p) =
Ku
Tu P + 1
Trong đó: Ku : Hệ số khuếch đại của bộ biến tần
Tu: Hệ số thời gian của biến tần;
* Hàm số truyền của động cơ điện xoay chiều
Trong đó:
WL(P) =
1
: Hàm số truyền điện từ của động cơ xoay chiều
Ta P + 1
1/K e
: Hàm truyền điện cơ của động cơ xoay chiều
Tc P
WL(P) : Hàm truyền khâu lấy tín hiệu dịng điện
Kω: Hệ số của khâu lấy tín hiệu tốc độ
2.2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện
Từ sơ đồ cấu trúc của hệ thống ta có sơ đồ mạch vòng dòng điện dưới đây:
10
K
c
-E
T
Uω
H(p)
R i (z)
Ku
Tu P + 1
R i (p)
1
Tu P + 1
u
n(p)
1/K c
Tc P
T
WL (p)
Áp dụng các định luật biến đổi về hàm số truyền đạt cho các khối ta có:
S(p)
T
Uω(z)
H(p)
Ri (z)
Tc
1+ Tc P + Ta Tc P2
Ku
Tu P +1
RI(p)
T
Tc
1 + Tc P + Ta Tc P 2
Tu P + 1
Trong đó: S(p) = K u
(2-1)
Nên ta vẽ lại sơ đồ khối như sau:
U1 = 1(t )
G(p)
T
R i (z)
H(p)
S (p)
RI(p)
T
Trong đó: G(p) = H(p).S(p)
Biến đổi Z cho G(p) ta có:
Ku
Tc
S(p)
−1
G(z) = (1 - Z -1 ).Z
.
(1 − Z ).Z
2
P
Tu P + 1 1 + Tc P + Ta Tc P
Ku
Tc
.
⇒ G(z) = (1 - Z -1 ).Z
Tu .P + 1 1 + Tc P + Ta Tc P 2
K u Tc
Đặt F (s) =
(1 + Tu P) (1 + Tc P + Ta Tc P 2 )
(2-2)
(2-3)
Từ công thức (2.2) thay số các hệ Ku ,Tc, Ta,Tu theo động cơ, bộ
biến tần chọn sau đó biến đổi F(p) tra bảng quan hệ giữa F(p) và F(z) lúc này
ta được công thức sau:
K1
K2
K3
(2-4)
⇒F =
+
+
(z)
Z + A1
Z + A2
Z + A3
Với K1, K2, K3, A1, A2, A3 theo [phụ lục II]
Vậy ta có:
G(Z) = (1 − Z −1 ) F(z) =
G(Z) = (1 − Z ) =
Z -1 K 1
K2
K3
+
+
Z Z + A1 Z + A 2 Z + A 3
Z - 1 K1
K2
K3
+
+
Z Z + A1 Z + A 2 Z + A 3
(2-5)
Bộ điều khiển RI ta chọn điều khiển PI số
G I (Z) = K p +
K I .T(Z + 1) P0 + P.Z
=
2(Z − 1)
Z −1
(2-6)
11
Trong đó:
P0 =
K I .T - 2K p
2
U1 (Z )
;
P1 =
K I .T - 2K p
P 0 + P1 .Z
Z −1
;
2
R i (Z ) =
P0 . + P1Z
Z -1
RI(Z)
G(z)
Từ sơ đồ trên hình trên ta có hàm truyền hở sau:
K1
P0 + P1.Z
P + P1.Z
K2
K3
.G ( Z ) = 0
.( Z − 1)
+
+
Z -1
Z -1
Z + A1 Z + A2 Z + A3
K1
K2
K3
W0 ( Z ) = ( P0 + P1.Z ).
+
+
Z + A1 Z + A2 Z + A3
W0 ( Z ) =
B2 .Z 2 + B1.Z + B0
⇒ W0 ( Z ) = ( P0 + P1 .Z ).
2
3
C 2 .Z + C1.Z + C 0 + Z
(2-7)
Trong đó:
B0 = K1.A2.A3 + K2.A1.A3 + K3.A2.A1
B1 = K1.(A2+A3) + K2.(A1+A3) + K3.(A2+A1)
B2 = K1 + K2 + K3
C0 = A1. A2.A3
(2-8)
C1= (A1+ A2).A3 + A1.A2
C2= A1+ A2 + A3
⇒ W=
0
D3.Z3 + D2Z2 + D0
C2.Z2 + C1Z + C0 + Z3
Với: D0 = P0.B0;
D1=P0.B1+P0.B1 ;
D3=P1.B2
Vậy hàm truyền hệ kín của mạch vịng dịng điện là:
WKI (Z)=
WKI (Z)=
D2=P0.B2+P0.B1;
W0 (Z)
D3Z3 + D2 Z2 + D1Z + D0
=
1+ W (Z) (1+ D3 ).Z3 + (C2 + D2 )Z2 + (C1 + D1)Z + C0 + D0
0
RI(Z) D3Z3 + D2Z2 + D1Z + D0
=
U1(Z) E3Z3 + E2Z2 + E1Z + E0
(2-9)
Với : E0 = C0+ D0 ;
E1 = C1+ D1; E2 = C2+ D2; E3 = 1+ D3
2.3. Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Sau khi tổng hợp mạch vòng dòng điện ta tổng hợp mạch vòng tốc
độ theo sơ đồ khối sau:
WKI (Z) là hàm số truyền kín của mạch vịng dịng điện (2-9)
12
T
WKI (Z)
Rω (Z)
Uω(Z)
WB (Z)
n(Z)
Kω
WKI (Z) =
RI(Z) D3Z + D2 Z + D1Z + D0
=
U1 (Z) E3 .Z3 + E2 .Z2 + E1.Z + E0
3
2
WB (Z) = WC(Z).Wω(Z)
Và ở đây ta chọn bộ điều khiển số tốc độ là khâu tỷ lệ:
Rω (Z) = Kω và ta có: WB (P) = 1
(2-10)
K ω TC P
Trong đó Rω, TC được chọn theo động cơ và thay thế (xem tại phụ
lục), sau khi đó biến đổi WB(P) về WB(Z) ta có hàm số truyền hệ hở của
mạch vòng tốc độ là:
W0ω(Z) = Rω(Z).WKI(Z).WB(Z)
K0.Z D3Z3 + D2 Z2 + D1Z + D0
(2-11)
W (Z)= K
.
0ω
ω
(Z −1) E3.Z3 + E2.Z2 + E1.Z + E0
Do vậy:
W0ω (Z) =
K0D3Z4 + K0D3Z3 + K0D2Z2 + K0D1Z + K0D0
E3.Z4 + (E2 − E3 )Z2 + (E1 − E2 ).Z2 + (E0 − E1)Z − E
(2-12)
Hàm truyền hệ kín của mạch vòng tốc độ:
W0ω (Z) =
W (Z) =
Kω
1+ W0ω (Z)
K0D3Z4 + K0D2Z3 + K0D1Z2 + K0D0Z
(K0D3 + E3)Z + (K0D2 + E2 - E3)Z3 + (K0D1 + E1 - E2 )Z2 + (K0D0 + E0 - E1)Z − E
4
K0D3Z4 + K0D2Z3 + K0D1Z2 + K0D0Z n(Z)
=
F4Z4 + F3Z3 + F2Z2 + F Z + F0
Uω (Z)
1
WKω (Z)=
(2-13)
Trong đó: F0= - E0 ; F1 = K0D0 + E0 – E1; F2 = K0D1 + E1 – E2 ;
F3 = K0D2 + E2 – E3;
F4 = K0D3 + E3
3. Xác định tính ổn định hệ thống
3.1. Xác định ổn định của mạch vòng dịng điện
Từ hàm số truyền đạt hệ kín của mạch vòng dòng điện (2-9)
WKi (Z)=
D3Z3 + D2Z2 + D1Z + D0
E3.Z3 + E2Z2 + E1Z + E0
Ta có phương trình đặc tính:
E3Z3 + E2Z2 + E1Z + E0 = 0
V +1
Đổi biến Z =
ta có:
V −1
V +1
V +1
V +1
E3
+ E2
+ E1
+ E0
V−1
V −1
V−1
3
2
(2-14)
13
⇔ E 3 (V + 1) + E 2 (V + 1) (V − 1) + E 1 (V + 1)(V − 1) 2 + E 0 (V − 1) 3 = 0
3
2
⇔ (E3 + E2 + E1 + E0 )V3 + (3E3 + E2 − E1 − 3E0 )V2
+ (3E3 − E2 − E1 + 3E0 )V + E3 − E2 − E1 − E0 )V = 0
(2-15)
Đặt:
G0 = E3 + E2 + E1 + E0;
G1 = 3E3 + E2 - E1 - 3E0
G2 = 3E3 - E2 - E1 + 3E0;
G3 = E3 - E2 + E1 -E0
Ta có: G0V3 + G1V2 + G2V3 + G3 = 0
(2-16)
Ta xét ổn định cho mạch vòng dòng điện theo tiêu chuẩn ổn định
Routh và lập bảng Routh:
G0 G2
G1
G3
N0
N2
N1
Trong đó:
N2 =
G0 0
G1 0
G1
N0 =
=
G0 G2
G1 G3
G1
=
G1G2 − G0G3
=0
G1
G1G2 − G0G3
=0
G1
(2-17)
(2-18)
G0 G3
G0 G2 N0G3 − G10 N0G3
(2-19)
=
=
= G3
N0
N0
N0
Theo tiêu chuẩn ổn định Routh, để cho mạch vịng dịng điện ổn
định thì điều kiện cần và đủ là:
G0 > 0 ;
G1 > 0 ;
N0 > 0 ;
N1 > 0
Vậy khi ta chọn các hệ số Kp và Ki cho bộ điều khiển dòng điện số
và thời gian lượng từ T ta phải đảm bảo điều kiện trên. Để kiểm tra Kp và
Ki có thỏa mãn điều kiện ổn định khơng ta tính tốn cụ thể.
3.2. Xác định ổn định của mạch vòng tốc độ
Từ hàm truyền đạt kín của mạch vịng tốc độ (2-9)
N1 =
WKω (Z)=
K0D3 Z4 + K0 D2 Z3 + K0D1Z2 + K0D0 Z n(Z)
=
F4 Z4 + F3Z3 + F2 Z2 + F Z + F0
Uω (Z)
1
Ta có phương trinh đặc tính:
F4Z4 + F3Z3+ F2Z2 + F1Z + F0 = 0
Đổi biến Z = V +1 ta có:
V -1
(2-20)
14
V +1
V+1
V +1
V+1
F4
+ E0
+F
+ F2
+ F3
1
V −1
V −1
V −1
V−1
4
3
2
⇔(F4 + F3 + F2 + F0 )V4 + (4F4 + 2F3 − 2F − 4F0 )V3 + (6F4 − 2F2 + 6F )V2
1
0
(2-21)
+ (4F4 − 2F3 + 2F + 4F0 )V + F4 − F3 + F2 − F + F0 = 0
1
1
Đặt: Q0 = F4 + F3 + F2 + F1 + F1;
Q1 =4F4 + 2F3 - 2F1 - 4F1
Q3 = 6F4 - 2F2 + 6F0;
Q3 = 4F4 - 2F3 + 2F1 - 4F0
Q4 = F4 - F3 + F2 – F1 + F0
Suy ra:
Q4Z4 + Q3Z3 + Q2Z2 + Q1Z + Q0 = 0
(2-22)
Ta xét ổn định cho mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn ổn định
Routh, ta lập bảng Routh như sau:
Q0
Q2
Q4
Q1
Q3
R0
R2
R1
S0
Trong
Q0 Q2
đó: R = Q1 Q3 = Q1Q2 − Q0Q3 = 0
0
Q1
Q1
Q1 Q3
−
R0 R2 R0Q3 − R2Q1
R1 =
=
=0
R0
R0
−
−
R2 =
Q0 Q4
Q1 Q5
Q1
=
Q1Q4 −Q0Q5 Q1Q4
=
= Q4
Q1
Q1
R0 R2
R R R R − R R R1R2 − R0 0
S0 = 1 3 = 1 2 0 4 =
= R2
R1
R1
R1
(2-23)
(2-24)
(2-25)
−
(2-26)
Theo tiêu chuẩn Routh, để mạch vịng tốc độ ổn định thì điều kiện
cần và đủ là:
Q0 > 0 ;
Q1 > 0 ; R0 > 0 ; R1 > 0 ; S0 > 0
Vậy khi chọn các hệ số Kω cho bộ điều khiển tốc độ số và thời gian
lượng tử T ta phải đảm bảo các điều kiện trên.
Các hệ số Ki và Kp của bộ điều khiển dòng điện số ta đã chọn ở
phần ổn định mạch vòng dòng điện. Để kiểm tra Kω và T có thỏa mãn điều
kiện ổn định khơng, ta tính tốn và kiểm tra cụ thể phần [phụ lục II]
15
4. Tính tốn và khảo sát cho hệ truyền động biến tần – động cơ không
đồng bộ ba pha.
Thông số của động cơ bộ biến tần – động cơ không đồng bộ ba
pha, Encoder và các khâu khác trong hệ thể hiện trong [phụ lục II]
4.1. Xét ổn định mạch vịng dịng điện.
* Tính tốn thơng số G(z)
Từ thơng số Ku, Tc, Tu [phụ lục II] và ta thay các giá trị vào công thức (2-3)
F (s) =
K u Tc
(1 + Tu ) (1 + Tc P + Ta Tc P 2 )
Biến đổi F(s) về dạng có thể tìm được F(z) và tra bảng biến đổi Z và
tính tốn được các thông số K1, K2, K3, A1, A2, A3 đã đặt kèm theo [phụ lục II ]
nên:
G(z) = (1 - Z -1 ).F (z) =
Z − 1 K 1.Z
K 2 .Z
K 3 .Z
−
+
Z Z + A 1 Z + A2 Z + A3
K .Z
K 2 .Z
K 3 .Z
G(z) = (1 - Z) 1
−
+
Z + A 1 Z + A 2 Z + A3
* Tính thơng số bội Ri (Z)
Ta chọn luật điều khiển PI
R 1( z) = K p +
K i .T(Z + 1) P0 + P1 Z
=
2(Z − 1)
Z −1
Thay số vào các phương trình để tìm P0, P1 ;
P0 =
K i .T - 2K p
P1 =
2
2K p + K i .T
2
Các thông số K1, T, Kp [phụ lục II] ta tìm được P0 , P1 thay vào
cơng thức tìm được Ri(z) kết quả trong [phụ lục II]
Từ đó xây dựng sơ đồ khối toàn khối của hệ thống như sau:
U1 (Z )
P 0 + P1 .Z
Z −1
RI(Z)
G(z)
* Tính thơng số hàm W0(Z)
Từ sơ đồ khối trên ta có hàm số truyền hệ hở sau:
W0 ( z ) = ( P0 + P1Z )
B 2 .Z 2 + B1.Z + B 0
Z 3 + C 2 Z 2 + C1.Z + C 0
Để tìm B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2 ta thay số hệ như K1 ; K2; K3; A1; A2;
A3; đã tính tốn ở [phụ lục II] vào được kết quả B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2 [phụ
lục II];
W0 ( z ) =
D 2 .Z 3 + D1 .Z 2 + D 0
Z 3 + C 2 Z 2 + C1.Z + C 0
Suy ra từ hàm số truyền
Trong đó: D0 = P0.B0; D1 = P0 .B1 + P1 .B1; D2 = P0B2 + P2B2; D3 = P1B2
16
Tiếp tục thay B0, B1, B2, B3, C0, C1, C2 kết quả tìm được D0, D1,
D2, D3 theo [phụ lục II].
* Tính thơng số hàm truyền đạt kín WKI(Z)
Từ hàm số truyền hệ kín mạch vịng dịng điện (2-9) cách tính:
E0 = C0 + D0; E1 = C1 + D1; E2 = C2 + D2 ; E3 = 1 + D3
Ta thay số C0, C1, C2, D0, D1, D2, D3 theo [phụ lục II] vào và tìm
được các thơng số E0, E1, E2, E3 kết quả [phụ lục II]:
Qua biến đổi Z ta có phương trình dưới.
(E3 + E2 + E1+ E0)V3 + (3E3 + E2 - E1-3E0)V2 + (3E3 - E2 - E1+
3E0)V + E3 - E2 + E1- E0 = 0
Đặt:
G0 = E3 + E2 + E1 + E0 ;
G1 = 3E3 + E2 - E1 - 3E0
G2 = 3E3 - E2 - E1 + 3E0;
G3 = E3 - E2 + E1 -E0
Thay số và tính tốn được các kết quả G0, G1, G2, G3 [phụ lục II]
và thay hệ số G vào công thức: G0V3 + G1V2 + G2V3 + G3 = 0để xét ổn
định mạch vòng dòng điện.
* Xét ổn định mạch vòng dòng điện
Trên cơ sở các thông số G0 , G1, G2, G3 ta xét ổn định cho mạch
vòng dòng điện theo tiêu chuẩn ổn định Routh và lập bảng Routh tính ra
N0, N2, N1;
G0 G2
G1 G3
N0 N2
N1
Cách tính giá trị N0, N2, N1 [phụ lục II] :
G0 G2
G G G G −G G
N0 = 1 3 = 1 2 0 3 > 0
G1
G1
G G
0
3
G0 0
; N = G1 0 = G1G2 − G0G3 > 0 ; N = G0 G2 =N0G3 −G10=N0G3 =G >0
2
1
3
G1
G1
N
0
N
0
N
0
Theo tiêu chuẩn ổn định Routh, để cho mạch vòng dịng điện ổn
định thì điều kiện cần và đủ là: G0 > 0 ; G1 > 0 ; N0 > 0 ; N1 > 0 ;
Từ kết quả G0, G1, N0, N1 [phụ lục II] đối chiếu các tiêu chuẩn
Routh ta thấy thỏa mãn điều kiện. Do vậy khi ta chọn các hệ số Kp và Ki
cho bộ điều khiển dòng điện số và thời gian lượng tử T ta phải đảm bảo
điều kiện trên.
4.2. Xét ổn định mạch vòng tốc độ
* Tính thơng số hàm WKω(Z)
Từ các số liệu tính tốn chọn: T= 0,00165; Kp= 0,25; Ki= 42;
Kω = 0,0006; Tc =0,02(s)
Ta tổng hợp mạch vòng tốc độ theo sơ đồ khối:
17
T
W (z)
ω
Uω (Z)
WKI(z)
WB (z)
n(Z)
WKI(Z) là hàm số truyền kín của mạch vòng dòng điện
RI(Z) D3Z3 + D2 Z2 + D1Z + D0 ; WB (Z) = WC(Z).Wω(Z)
W (Z) =
=
KI
U1 (Z) E3 .Z3 + E2 .Z2 + E1.Z + E0
Và ở đây ta chọn bộ điều khiển số tốc độ là khâu tỷ lệ:
Rω (Z) = Kω và ta có: WB (P) = 1
K ω Tc P
Trong đó Rω, TC đã được chọn;
WB (P) =
1
384,62
=
Kω Tc P
P
Qua phép biến đổi Z ta có WB (Z) = 384,62Z
Z -1
Vậy hàm truyền hở của mạch vòng tốc độ là:
W0ω(Z) = Rω(Z).WKI(Z).WB(Z)
W0ω (Z) = Kω
384,62.Z D3Z3 + D2Z2 + D1Z + D0
.
(Z −1) E3.Z3 + E2.Z2 + E1.Z + E0
Đặt K0 = 383,62.Kω ;
W0ω (Z) =
K0D3Z4 + K0D2Z3 + K0D1Z2 + K0D0Z
E3.Z + (E2 - E3 )Z3 + (E1 - E2 ).Z2 + (E0 - E1 )Z- E0
4
Hàm truyền hệ kín của mạch vịng tốc độ
WKω (Z)=
W0ω (Z)
=
1+ W0ω (Z)
K0D3Z4 + K0D2Z3 + K0D1Z2 + K0D0Z
(K0D3 + E3 ).Z + (K0D2 + E2 - E3 )Z3 + (K0D1 + E1 - E2 ).Z2 + (K0D0 + E0 - E1)Z- E0
4
WKω =
K0D3Z4 + K0D2Z3 + K0D1Z2 + K0D0Z n(Z)
=
F.Z4 + F3Z3 + F2.Z2 + F1.Z - E0
Uω (Z)
Trong đó
F0 = -E0; F1 = K0D0 +E0 – E1; F2 = K0D1 +E1 – E2
F3 = K0D2 +E2 – E3 ;
F4 = K0D3 +E3 – E3
Thay thế kết quả E0, E1, E2, E3, vào công thức ta được kết quả F0,
F1, F2, F3, F4 [phụ lục II]
* Tính tốn thơng số truyền đạt hệ kín của mạch vịng tốc độ
Từ hàm số truyền đạt kín mạch vịng tốc độ (2-20) có phương trình đặc
tính: F4Z4 + F3Z3 + F2Z2 + F1Z + F0 = 0
Thay số F1, F2, F3, F4 tính tốn được [phụ lục II] thay vào cơng
thức và cho bằng khơng, sau đó
4
3
2
Đổi biến Z= V -1 ta có: F V -1 + F V -1 + F V -1 + F V -1 + F = 0
V -1
4
V -1
4
3
V -1
2
V -1
1
V -1
3
0
Suy ra: (F4+F3+F2+F1+F0)V + (4F4 +2F3- 2F1- 4F0)V +
(6F4 - 2F2+6F0)V2 + (4F4 -2F3+2F1- 4F0)V+F4 - F3+ F2- F1 + F0 = 0
18
Đặt:
Q0 = F4 + F3+F2+F1+F0;
Q2 = 6F4 - 2F2+6F0 ;
Q4 = F4 - F3+ F2- F1 + F0
Q1 = 4F4 +2F3- 2F1- 4F0
Q3= 4F4 -2F3+2F1- 4F0
Thay số theo phụ lục ta tính được kết quả Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 [phụ lục II]
* Xét ổn định mạch vòng tốc độ
Để xét ổn định cho mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn ổn định
Routh, lập bảng Routh như sau:
Q0
Q2
Q4
Q1
Q3
R0
R2
R1
S0
Thay số Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 [phụ lục II] vào tìm được các giá trị R0,
R2, R1, S0 [phụ lục II]:
Q0 Q2
Q Q Q Q −Q Q
R0 = 1 3 = 1 2 0 3 > 0
Q1
Q1
−
−
−
R2 =
Q0 Q4
Q1 Q5
Q1
R1 =
Q1 Q3
R0 R 2 R0Q3 − R 2Q1
=
>0
R0
R0
R0 R2
R1 R3 R1R2 − R0R4 R1R2 − R0 0
Q Q −Q Q Q Q
=
=
= R2 > 0
= 1 4 0 5 = 1 4 = Q4 > 0 S0 =
R1
R1
R1
Q1
Q1
−
Theo tiêu chuẩn Routh, để mạch vịng tốc độ ổn định thì điều kiện
cần và đủ là:
Q0 > 0 ; Q1 > 0 ; R0 > 0 ; R1 > 0 ; S0 > 0
Từ kết quả tính tốn Q0, Q1, R0, S0 [phụ lục II] đối chiếu các tiêu
chuẩn Routh ta thấy thỏa mãn điều kiện. Do vậy khi chọn các hệ số Kω cho
bộ điều khiến tốc độ số và thời gian lượng tử T ta phải đảm bảo các điều
kiện trên.
5. Khảo sát chất lượng hệ thống bằng phần mềm Matlab Sumulink
5.1. Khảo sát chất lượng mạch vòng dòng điện
5.1.1. Chuyển đổi hàm số truyền mạch vòng dòng điện sang hàm số
truyền theo Z
Từ sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện bỏ qua ảnh hưởng của sức
điện động. Hàm số truyền đạt của đối tượng điều khiển mạch vòng dòng
điện.
G i (P) =
K t Bi
(1 + Ta P)(1 + TΣi P).R a
19
Đặt :
K t Bi
A
= A; TΣi .Ta = B; TΣi + Ta = C ; G i (P) =
2
Ra
BP + C.P + 1
Sau khi tính tốn từ các thơng số của động cơ chọn trong [phụ lục
II]. Dùng lệnh sysc = tf để có hàm truyền theo P, sau đó dùng lệnh sysc =
c2d để tìm hàm gián đoạn với chu kỳ trích mẫu = 0.0002 (s) như sau:
>> sysc = tf([0.874],[1.28*10^-4 0.0383 1])
- Khai báo thông số G(p)
a
- Hàm truyền theo p
Transfer function:
∧2
α P + ρ .p + 1
>> sysc = c2d(sysc,0.0002)
- Gián đoạn bằng H(s)
Transfer function:
a'z + b
z ∧ 2 - c ' .z + d
Sampling time: 0.0002
- Chu kỳ trích mẫu
Hàm truyền của bộ điều chỉnh theo luật PI
R i (Z) = K p +
K i .(Z + 1)
Z -1
Hàm truyền của hệ hở mạch vòng dòng điện theo Z
W Hi (Z) = R i (Z).
(a" Z + b' )
(Z ∧ 2 − c' + d' )
5.1.2. Sử dụng phần mềm Matlab Sumulink mô phỏng hệ thống
Sơ đồ mơ phỏng mạch vịng dịng điện theo Matlab Sumulink như
(hình 2-9), hàm WHi (Z) và hàm Ri(Z) theo [phụ lục II]
In 1
Puls e
Gen erator
i
W H i (Z)
Out
In 2
dongdien
Discrete
Bo D /Cso
do ngd ien
R i (Z)
Transter F on
Scope
Hình 2-9: Sơ đồ mơ phỏng mạch vịng dịng điện theo Matlab Sumulink
Sau khi thay đổi các thơng số đã tính tốn tiến hành sử dụng phần
mềm Matlab Sumulink mô phỏng hệ thống ta được kết quả mơ phỏng ở
(hình 2-10a và hình 2-10b)
20
Hình 2-10a : Đáp ứng dịng điện với kp = 0,25; ki = 50; T= 0,5Tu =
0,002
Hình 2-10b : Đáp ứng dòng điện với kp = 0,25; ki = 42; T= 0,5 Tu =
0,00165
Kết quả mơ phỏng mạch vịng dịng điện cho thấy đáp ứng dòng
điện đạt các yêu cầu của hệ thống:
+ Độ quá điều chỉnh δ% >20%
+ tqd = 0,025 s
+ Sai lệch tĩnh = 4%
5.2. Khảo sát chất lượng mạch vòng tốc độ
5.2.1. Từ sơ đồ khối của mạch vòng tốc độ.
Sau khi tổng hợp mạch vòng dòng điện, đối tượng điều khiển của
mạch vòng tốc độ có hàm truyền:
G n (P) = WKI .
Đặt:
R a Bn
Tc K e B i P
R aBn
E
E
= E ; G n (P) =
=
Tc K e B i P
(1 + TΣn .P).P P + TΣn .P).P 2
Theo các thông số của động cơ [phụ lục II]. Dùng lệnh sysc=tf để
có hàm theo P, sau đó dùng lệnh sysc=c2d để tìm được hàm gián đoạn với
chu kỳ trích mẫu = 0.004(s) như sau:
>> sysc = tf([14.23],[0.0174 1])
a
Transfer function:
∧2
cp + p
>> sysc = c2d(sysc,0.004)
a' z + b
Transfer function: ∧2 '
z - c .z + d
Sampling time: 0.004
Hàm truyền của bộ điều chỉnh theo luật PI
R n (Z) = K pn +
K n .(Z + 1)
Z -1
Hàm truyền của hệ hở mạch vòng dòng điện theo Z
21
WHn (Z) = K pn (Z).
(a" Z + b' )
(Z ∧ 2 − c' + d' )
5.2.2. Sử dụng phần mềm Matlab Sumulink mô phỏng hệ thống
Sơ đồ mô phỏng mạch vịng tốc độ theo Matlab Sumulink (hình 211), hàm WHn(Z) và Ri(Z) theo [phụ lục II]
In 1
WHn (Z)
Out1
n
Discrete
Step
tocdo
In 2
Bo D/Cso
tocdo
Transter F on
Rn(Z)
Scope
Hình 2-11: Sơ đồ mơ phỏng mạch vịng tốc độ theo Matlab Sumulink
Sau khi thay đổi các thông số đã tính tốn tiến hành sử dụng phần
mềm Matlab Sumulink mô phỏng hệ thống ta được kết quả mô phỏng ở
(hình 2-12a và hình 2-12b)
Hình 2-12a: Đáp ứng được tốc độ với kp= 0,25; ki = 42; kω= 0,0006;
T=0,5Tu=0,00165
Hình 2-12b: Đáp ứng được tốc độ với kp= 0,25; ki = 50; kω= 0,00058;
T=0,5Tu= 0,002
Kết quả mơ phỏng mạch vịng tốc độ cho thấy đáp ứng dòng điện
đạt các yêu cầu của hệ thống:
+ Độ quá điều chỉnh δ% >26%
+ tqd = 0,6 s
+ Sai lệch tĩnh = 0
22
CHƯƠNG III. THÍ NGHIỆM
Nội dung chương này trình bày hệ thống truyền động thí nghiệm,
nghiên cứu nguyên lý làm việc và tiến hành thí nghiệm các chế độ làm việc
khác nhau.
1. Giới thiệu thiết bị thí nghiệm
Trong chương I, đã giới thiệu sơ đồ cấu trúc hệ truyền động (hình
1-1) bao gồm: Động cơ không đồng bộ ba pha; Biến tần M420; bộ điều
khiển PID dùng PLC S7-300; mạch vòng phản hồi tốc độ dùng Encoder.
Để thí nghiệm thì việc điều khiển giám sát hệ truyền động này phải
dùng máy tính.
Hình 3-1: Sơ đồ khối hệ truyền động
Và sơ đồ lắp ráp thiết bị xây dựng mơ hình thực nghiệm (hình 3-2)
Hình 3-2: Các thiết bị mơ hình thực nghiệm
2. Nguyên lý làm việc
Với sơ đồ khối (hình 3-1) thì q trình thí nghiệm được thực
nghiệm như sau:
- Để thí nghiệm ta thay PID số trong S7-300 với bộ điều khiển P
hoặc PI và để đặt đầu vào phải lập chương trình điều khiển và cài đặt trên
máy tính.
- Tín hiệu ra máy tính sẽ là tín hiệu điều khiển hệ thống truyền
động này. Vậy khi thay đổi lượng đặt đưa vào máy tính thì lượng ra tốc độ
động cơ sẽ thay đổi.
- Kết quả thể hiện trên màn hình của máy tính.
3.Thí nghiệm
23
Trong phần thí nghiệm này được tiến hành với hai bài thí nghiệm:
- Bài thí nghiệm thứ 1: khâu P
- Bài thí nghiệm thứ 2: khâu PI
3.1. Bài thí nghiệm 1 (khâu P)
- Kết quả thí nghiệm trên (hình 3-3)
Hình 3-3. Kết quả thí nghiệm khâu P
- Đường màu xanh: Tín hiệu điều khiển biến tần
- Đường màu đỏ: Đường tốc độ động cơ
- Đường màu đen: Đường tốc độ đặt
3.2. Bài thí nghiệm 2 (khâu PI)
Thay bộ P số bằng PI số, kết quả thí nghiệm trên (hình 3-4)
Thời gian quá độ đánh giá kết quả:
Hình 3-4: Kết quả thí nghiệm khâu PI
- Đường màu xanh: Tín hiệu điều khiển biến tần
- Đường màu đỏ: Đường tốc độ động cơ
