CHƯƠNG 2 điều KHIỂN vị TRÍ ĐỘNG cơ DC

CHƯƠNG II
ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ DC
I. Khái niệm
Điều khiển vò trí động cơ DC là một hệ thống điều khiển được sử dụng rộng
rãi hiện nay như điều khiển robot tay máy, cơ cấu ăn giao máy cắt gọt kim loại, kính
viễn vọng…công suất có thể từ hàng chục watt đến hàng trăm kw.
Chỉ tiêu chất lượng được quan tâm nhiều nhất trong cơ cấu này là độ tác động
nhanh, nó phản ánh qua giãn đồ tối ưu về tốc độ w(t), gia tốc a(t), vò trí ϕ(t).
Có thể điều khiển vò trí bằng các phuong pháp: dùng khâu hiệu chỉnh PID,
dùng logic mờ hay dùng các vòng phản hồi tốc độ.

II. Điều khiển vò trí dùng PID
Phương pháp này rất hay được dùng trong công nghiệp vì nó lấy ưu điểm của
từng khâu P, PI, PD.

1. Dạng liên tục của khâu PID
Cấu trúc của khâu PID gồm có:
Thành phần UP (t) là tỷ lệ giữa sai số đầu ra của hệ thống thực với giá trò đặt.
Thành phần UI (t) là tích phân theo thời gian của sai số.
Thành phần UD (t) là đạo hàm theo thời gian của sai số.
Hàm điều khiển:

Ut (t) = U0 + k [e (t) +

1
de
e(t ' )d (t ' ) + Td . ]
∫
Ti
dt '

= U0 + UP (t)+ UI(t)+ UD(t)
Trong đó:
K là độ lợi của hàm điều khiển
Ti là tích phân theo thời gian
Td là đạo hàm theo thời gian
t’ là biến tích phân


Hàm điều khiển còn có thể biểu diễn dưới dạng biến đổi Laplace như sau:
U(s) -Uo (s) =δ.U(s)= UP(s)+ UI(s)+UD(s)
=

K.[1+1/Ti.s+Td.s] . E(s)

= K.[1+Tis + Ti.Td.s″]E(s)/Tis
2 Khâu PID viết ở dạng rời rạc:
Ta cho hệ số lấy mẫu ngắn bên trong thời gian vi phân có thể được xác lập bởi
một sai phân có giới hạn ;Và tích phân qua việc lấy tổng.Chúng ta quan tâm mỗi dạng
ở một thời điểm khác nhau,với sai số được tính toán ở mỗi khoảng lấy mẫu:
e(kh)=uc (kh) - y(kh)
Với h là chu kỳ lấy mẫu.

2. Chức năng cụ thể các thành phần trong PID
Khâu tỉ lệ (P) : Khâu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ được đưa vào hệ thống nhằm
làm giảm sai số xác lập. Nhưng với đầu vào thay đổi theo hàm nấc sẽ gây vọt lố và
có thể không chấp nhận được với mạch động lực.
Khâu vi phân tỉ lệ (PD) : đưa vào hệ thống làm giảm độ vọt lố,đáp ứng ra bớt
nhấp nhô và hệ thống có thời gian đáp ứng nhanh hơn.Hệ có sai số xác lập bằng 0
với đầu vào hàm nấc và là hằng đối với đầu vào hàm dốc.
Khâu tích phân tỉ lệ (PI) : có mặt trong hệ thống làm triệt tiêu sai lệch chuẩn.

Khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ(PID) : kết hợp những ưu điểm của khâu PI và
PD ,có khả năng tăng độ dự trữ pha ở tần số cắt,khử chậm pha.Sự có mặt của khâu
PID ở vòng hồi tiếp có thể dẫn tới sự dao động trong hệ do đáp ứng quá độ bò vọt lố
bởi hàm dirac δ(t).

3. Cách tính KI, KP, KD
Theo nguyên tắc hiệu chỉnh Ziegler_Nichols: các hệ số K I,KP,KD được xác đònh
từ L và T với L và T được xác đònh từ tiếp tuyến cuả quỹ đạo quá độ của đầu vào như
hình vẽ:

y(t)
K

L

T
t


Kp = 1,2.T/L
Ki

= Kp/(2L)

Kd = 0,5T.Kp
Gc(s)= Kp(1+1/Tis+Tds)
= Kp+Ki/s+Kds

III. ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ DÙNG LOGIC MỜ
Để xử lý thêm các tín hiệu đo và tăng thêm khả năng chuẩn đoán cho hệ

thống, cần thay thế ở bước đầu tiên bộ hiệu chỉnh kinh điển bằng các bộ hiệu chỉnh
mờ và phát triển thêm hệ điều khiển dựa trên cơ sở của bộ điều khiển mờ này để có
được các tính chất mong muốn.

IV. ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ DÙNG VÒNG PHẢN HỒI
Phương pháp này gồm ba vòng phản hồi: vòng vò trí ở ngoài cùng và tạo tín
hiệu đặt cho vòng tốc độ, ngõ ra của vòng tốc độ lại là tín hiệu đặt cho vòng dòng
điện.
Tín hiệu vò trí được xác đònh từ bộ giải mã vò trí là tín hiệu hồi tiếp cho vòng vò
trí. Sai lệch vò trí được xác đònh rồi làm giá trò đặt cho vòng tốc độ.
Tín hiệu sai lệch tốc độ được khuếch đại bởi bộ khuếch đại có giới hạn(II) rồi
trở thành giá trò đặt cho vòng dòng điện.
Tín hiệu sai lệch dòng điện (dưới dạng áp đặt) được khuếch đại bởi bộ khuếch
ϕm
e
V1
V2
V3
V4
I o điều khiển bộ biếnIIđổi tạo điện áp phầnIIIứngV5
đại (III) và đưa và
thích hợ
Biếpn. Việ
đổi c đưa
thêm vòng dò
ng điệ
dụncó
g trá
ng cđiệ
n iquá mức khi khởi

Khuế
ch nđạvà
i o có tácKĐ
giớni hhạsự
n tăng giảm dò
Khuế
h đạ
động và khi sai lệch vận tốc lớn.

Vòng dòng điện
Điện áp tỉ lệ dòng điện
ωm
Vòng tốc độ
Máy phát tốc

Vòng vò trí

Giải mã vò trí

Động cơ