Đánh giá chất lượng và hiệu chỉnh hệ thống hệ truyền động hệ T-Đ

Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá có liên
quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hóa.Việc tăng năng suất lao động và giảm giá
thành thiết bị điện là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện. Một bên
đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị
chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện
và tự động hoá thích hợp cho máy sản xuất là một bài toán khó.
Sau thời gian học tập tại trường ĐHSPKT Vinh, em đã nhận đồ án tốt nghiệp Trang
bị điện với đề tài:
Đánh giá chất lượng và hiệu chỉnh hệ thống hệ truyền động hệ T-Đ
Sau 2 tháng làm đồ án với sự nổ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của Thầy
giáo Nguyễn Anh Tuấn và các thầy cô trong khoa, nay đồ án tốt nghiệp của em đã được
hoàn thành.
Đồ án của em bao gồm năm chương chính sau:
Chương I: Tổng quan về hệ truyền động T-Đ.
Chương II: Mô hình hoá hệ truyền động T-Đ.
Chương III: Ứng dụng Matlap và Simulink để đánh giá chất lượng hệ truyền
động T-Đ.
Chương IV: Các phương pháp hiệu chỉnh hệ truyền động T-Đ.
Chương V: Hiệu chỉnh hệ thống hệ truyền động T-Đ.
Đồ án của em đã hoàn thành, song do kiến thức cũng như tài liệu còn nhiều hạn chế
nên không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em kính mong sự đóng góp ý kiến của các
thầy cô để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn và bản thân em có kinh nghiệm
bổ sung kiến thức được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Lê Duy Hoàng
-6-
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ
Khi thiết kế phương án truyền động cho một hệ thống thì ta có thể có nhiều phương
án. Tuy nhiên một phương án thì có một ưu nhược điểm nhất định. Vấn đề đặt ra là phải
lựa chọn phương án nào để phù hợp với yêu cầu công nghệ đề ra người thiết kế phải
đưa ra được phương án nào tối ưu nhất phù hợp nhất về các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật.
Đối với các hệ thống mà không có yêu cầu cao thì có thể dùng động cơ điện xoay
chiều với hệ thống điều khiển đơn giản, còn đối với những hệ thống có yêu cầu cao về
chất lượng thì nên dùng động cơ điện một chiều và các hệ thống điều khiển có khả năng
tự động hoá cao. Đối với hệ thống này thì bộ bién đổi ở trong mạch điều khiển có vai
trò rất quan trọng nó quyết định cho chất lượng của hệ thống. Bộ biến đổi ở đây có thể
là Thyristo hoặc là máy phát điện một chiều.
Việc so sánh và chọn lựa phương án truyền động hợp lý nhất có ý nghĩa rất quan
trọng nó được thể hiện qua các mặt sau :
- Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản xuất đề ra .
- Đảm bảo độ làm việc lâu dài và tin cậy.
- Giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động.
- Khi xảy ra hỏng hóc có thể sữa chữa và thay thế dễ dàng.
I. KHÁI NIỆM CHUNG
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các máy sản xuất ngày một đa
dạng, đa năng hơn dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp, đòi hỏi độ chính
xác cao và tin cậy
Một hệ thống truyền động điện không những phải đảm bảo yêu cầu công nghệ mà
còn phải đảm bảo có một chế độ đặt trước ổn định như về thời gian quá độ, dải điều
chỉnh, ổn định tốc độ…Tuỳ theo các loại máy công tác mà có nhũng yêu cầu khác nhau
cần thiết cho việc ổn định tốc độ, mômen với độ chính xác cao nào đó trước sự biến đổi
của tải và các thông số nguồn…Do đó bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành
một chiều đã và đang được sử dụng rộng rãi.
-7-
Đồ án tốt nghiệp
Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau chế tạo ra như hệ thống

máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van chúng được điều khiển theo những nguyên tắc
khác nhau với những ưu, nhược điểm khác nhau.
Khi có một yêu cầu kỹ thuật sẽ có nhiều phương án lựa chọn, giải quyết song mỗi
phương án lại có một số ưu, nhược điểm khác nhau về ứng dụng của chúng trong từng
hoàn cảnh cụ thể cho phù hợp yêu cầu. Để đáp ứng các yếu tố có sử dụng hài hoà giữa
các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật.
Với những hệ thống truyền động đơn giản, không có yêu cầu cao về chất lượng và
truyền động thì ta nên dùng động cơ xoay chiều đơn giản song với những hệ thống có
yêu cầu cao về chất lượng và truyền động, về thay đổi tốc độ, độ chính xác thì người ta
thường chọn động cơ một chiều có dải điều chỉnh phù hợp.
Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quan trọng. Nó
quyết định đến chất lượng của hệ thống do vậy việc lựa chọn phương án và lựa chọn bộ
biến đổi thông qua việc xét các hệ thống.
Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính:
- Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy
điện khuếch đại (KĐM).
- Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT).
- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: chỉnh lưu tiristo.
- Bộ biến đổi xung điện áp một chiều: tiristo hoặc tranzito.
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như sau:
- Hệ truyền động máy phát-động cơ (F-Đ)
- Hệ truyền động máy điện khuếch đại-động cơ (MĐKĐ-Đ).
- Hệ truyền động khuếch đại từ-động cơ (KĐT-Đ).
- Hệ truyền động chỉnh lưu tiristo-động cơ (T-Đ).
- Hệ truyền động xung áp-động cơ (XA-Đ).
-8-
Đồ án tốt nghiệp
II. HỆ TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT-ĐỘNG CƠ
2.1. Hệ thống máy phát – động cơ đơn giản
Là bộ dùng một máy phát điện để cấp cho động cơ có thể là máy phát xoay chiều,

một chiều, thay đổi mạch phần ứng…

• AK động cơ xoay chiều KĐB ( hệ thống công suất lớn sử dụng động cơ đồng bộ)
kéo các máy F, K quay với tốc độ không đổi.
• Máy phát kích thích K cung cấp kích thích cho động cơ một chiều và máy phát F.
• Máy phát F cung cấp cho mạch phần ứng của động cơ Đ kéo máy sản xuất.
 Nguyên lý làm việc của hệ thống:
Động cơ xoay chiều AK kéo các máy phát K, F quay với tốc độ không đổi. Máy
phát K là máy phát tự kích phát ra điện áp cung cấp kích thích cho máy phát F và động
cơ Đ.
Nhờ có kích thích, máy phát F phát ra điện áp cung cấp cho động cơ Đ. Động cơ Đ
quay kéo theo máy công tác quay. Trong quá trình làm việc từ thông động cơ giữ
nguyên.
Để điều chỉnh tốc độ tiến hành thay đổi kích thích máy phát ( nhờ biến trở ).
Để đảo chiều quay đảo chiều dòng kích từ máy phát nhờ cầu dao đảo chiều.
-9-
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống F – Đ đơn giản
Đồ án tốt nghiệp
 Phương tình đặc tính:
deĐ
uFuĐF
.φC
)rI(rE
n
+−
=
=
deĐ
uFuĐFFEF
.φC

)rI(r.φ.nC
+−
(1.1)
 Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản:
- Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên
- Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn định tốc
độ. Đưa các khâu phản hồi để ổn định tốc độ động cơ.
2.2. Hệ thống máy phát động cơ với các phản hồi
2.2.1. Hệ thông F-Đ với phản hồi dương dòng điện phần ứng
Trong quá trình làm việc khi có sự biến động của phụ tải làm tốc độ của động cơ
cũng thay đổi theo. Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ. Đưa
phản hồi dương dòng điện vào, tốc độ của hệ thống được duy trì không đổi. Sơ đồ
nguyên lý của hệ thống F - Đ với phản hồi dương dòng điện phần ứng như hình 1.2.
Thay vì sử dụng máy phát kích thích K, người ta đưa vào hệ thống máy điện
khuyếch đại từ trường ngang. Đó là máy điện một chiều đặc biệt có 2 cặp chổi than,
trong đó có một cặp ngang trục được nối ngắn mạch. Nhờ vậy dòng điện chạy trong dây
quấn ngang trục khá lớn tạo ra từ trường của máy lớn nên hệ số khuyếch đại của máy
rất lớn. Trên máy có nhiều cuộn kích thích, trong đó có một cuộn chủ đạo được cung
cấp từ nguồn một chiều độc lập có thể thay đổi được trị số. Các cuộn còn lại được nối
với các khâu phản hồi. Từ trường do các cuộn phản hồi cùng chiều hoặc ngược chiều
với từ trường chính là do tính chất của phản hồi.

- Phản hồi dòng điện lấy trên điện trở R
s
, tạo ra s.t.đ F
2
cùng chiều F
1
s.t.đ kích thích của
máy khuyếch đại:

-10-
Hình 1.2. Hệ thống F - Đ với phản hồi dương dòng điện phần ứng
Đồ án tốt nghiệp
F = F
1
+ F
2
(1.2)
 Điều chỉnh tốc độ:
• Bằng thay đổi s.t.đ chủ đạo F
1
( nhờ biến trở )
• Từ thông động cơ giữ nguyên.
• Quá trình ổn định tốc độ trên đồ thị
• Tác động của khâu phản hồi khi khởi động: Cưỡng bức khởi động
Khắc phục: đưa khâu phản hồi âm áp kết hợp.
2.2.2.Hệ thống F-Đ với phản hồi âm áp - dương dòng kết hợp


Phản hồi âm điện áp phần ứng lấy trên điện trở R
s
. Dòng điện chạy qua cuộn W
3
tạo
ra sức từ động F
3
ngược chiều F
1
.
Phương trình cân bằng sức từ động: F = F

1
+ F
2
- F
3
(1.3)
Khi đưa khâu phản hồi áp kết hợp, quá trình ổn định tốc độ diễn ra nhanh hơn, đồng
thời khắc phục được hiện tượng cưỡng bức khởi động. Có thể điều chỉnh được gia tốc
khởi động thông qua kết hợp điều chỉnh các hệ số phản hồi.
 Ưu điểm:
- Sử dụng thiết bị tĩnh, đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt và hiệu chỉnh.
 Nhược điểm:
- Gây tổn thất trong mạch. Đặc tính cơ mềm.
-11-
Hình 1.3. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm áp - dương dòng kết hợp.
Đồ án tốt nghiệp
- Vùng tốc độ thấp bị hạn chế nên phạm vi điều chỉnh tốc độ nhỏ.
2.2.3. Hệ thống F-Đ với phản hồi âm tốc độ

Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc. Rotor của FT được nối đồng trục với
rotor động cơ. Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của ĐC.
Phương trình cân bằng sức từ động:
41
FFF
−=
. (1.4)
Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điều
chỉnh gia tốc của hệ khi khởi động.
Có thể tiến hành điều chỉnh ở vùng tốc độ rất thấp do đó mở rộng được phạm vi
điều chỉnh. Chất lượng điều chỉnh cũng như ổn định tốc độ rất tốt. Phản hồi này được

sử dụng rất rộng rãi.
2.2.4. Hệ thống F-Đ với phản hồi có ngắt
a. Phản hồi âm dòng có ngắt
Khi thực hiện các phản hồi trong hệ, tốc độ động cơ được duy trì không đổi theo tốc
độ đặt cho trước. Khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy. Việc sử dụng các thiết bị
bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành. Do đó người ta đưa vào hệ thống
khâu phản hồi âm dòng có ngắt.
Phản hồi bao gồm một khâu phản hồi âm dòng điện phần ứng và một khâu so sánh
như hình 1.5. Khi dòng điện phần ứng chưa vượt khỏi trị số cho phép, van D không dẫn
dòng, s.t.đ F
4
= 0. Khi dòng điện vượt quá trị số chỉnh định, van D mở, F
4
≠ 0 làm giảm
-12-
Hình 1.4. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ
Đồ án tốt nghiệp
s.t.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động cơ giảm tốc độ, đường đặc
tính dốc đến n = 0.
• Sơ đồ:

b. Phản hồi âm áp có ngắt
Khi chỉ sử dụng phản hồi âm điện áp để ổn định tốc độ động cơ làm giảm tổn thất
trong quá trình điều chỉnh tốc độ, tuy nhiên, trong quá trình khởi động, phản hồi sẽ làm
chậm gia tốc của hệ. Khâu ngắt nhằm không cho phản hồi tham gia vào quá trình khởi
động của hệ. Khi quá trình khởi động kết thúc, phản hồi được đưa vào để ổn định tốc
độ động cơ.
Để thực hiện ngắt, người ta cũng dùng khâu so sánh như hình 1.6. Khi khởi động,
van D khoá, phản hồi không tham gia. Kết thúc khởi động, D mở qua cuộn W
5

có dòng
điện tạo ra s.t.đ F
5
ngược chiều F
1
để ổn định tốc độ động cơ.
• Sơ đồ:
-13-

Hình 1.5. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm dòng có ngắt

Hình 1.6. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm áp có ngắt
Đồ án tốt nghiệp
III. HỆ TRUYỀN ĐỘNG TIRISTOR -ĐỘNG CƠ (T-Đ)
Hệ truyền động T - Đ có nhiệm vụ trực tiếp biến đổi dòng xoay chiều thành một
chiều cấp cho động cơ mà không qua một khâu trung gian nào. Bên cạnh đó việc biến
đổi năng lượng nó còn có khả năng điều chỉnh suất từ động đầu ra của bộ biến đổi.
•Sơ đồ nguyên lý:
Trong đó :
Đ: là động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
U
ph
: Điện áp phản hồi.
U
cđ
: Điện áp chủ đạo.
U
d
: Điện áp 1 chiều sau chỉnh lưu đặt vào phần ứng động cơ.
Bộ chỉnh lưu : Biến điện áp xoay chiều thành một chiều.

Hệ T-Đ là hệ TĐ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ
bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần cảm
của động cơ thông qua các bộ BĐ chỉnh lưu dùng Thyristor.
• Sơ đồ khối :
I
kt
: dòng điện kích từ.
Ct
1
, Ct
2,
CL
3
: Bộ chỉnh lưu (được nối theo sơ đồ hình tia, hình cầu)
-14-
BĐK
BCL
Đ
U
p
h
U
c
đ
CKĐ
Đồ án tốt nghiệp
- Đặc tính cơ của hệ truyền động T-Đ.
+ Chế độ dòng điện liên tục.
Dòng điện chỉnh lưu chính là dòng điện phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế viết được phương trình đặc tính.

.φC
.IXR
φC
cosαU
n
e
K
e.
d0
+
−=

.M
.φ.CC
XR
φC
cosαU
n
2
Me
K
e.
d0
+
−=
Với :
cosαUU
d0dα
=
X

k
: đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.
Họ đặc tính song song và mềm hơn đặc tính tự nhiên. Do tính chất dẫn dòng 1 chiều
của van các đặc tính nằm bên phải mặt phẳng toạ độ.
Từ phương trình đặc tính:
- Khi => U
d
= U
do
- U
do

- Khi
2
π
α0
≤≤
. Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu:
Động cơ làm việc ở chế độ động cơ khi E > 0
Động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược khi E đổi chiều.
- Khi . BBĐ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc:
Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
k
d
XR
UE
I
+
−

=
Phương trình đặc tính tốc độ:
.I
.θC
XR
.θC
a)cos(πU
n
e
K
e
do
+
−
−
=

-15-
Đồ án tốt nghiệp
+ Chế độ dòng điện gián đoạn:
Trong tính toán người ta quan tâm đến biên giới của chế độ dòng liên tục và dòng
gián đoạn. Đường biên liên tục là một đường elíp. Để giảm độ lớn của trục nhỏ elíp,
tăng số pha của chỉnh lưu.Tuy nhiên khi tăng số pha chỉnh lưu, sơ đồ điều khiển sẽ
phức tạp.
3.1. Sơ đồ nối dây hình tia

•Đặc điểm của sơ đồ nối dây hình tia:
- Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn cung cấp.
- Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay
chiều. Nếu điện cực nối chung là katôt, ta có sơ đồ katôt chung, nếu điện cực nối

chung là anôt, ta có sơ đồ nối anôt chung.
- Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính. Trung tính
nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu.
3.2. Sơ đồ hình cầu
Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu:
- Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có m van có
katôt nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực dương của điện áp nguồn; m van có anôt
chung ( 2, 4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lưu.
-16-
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ
hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế
Đồ án tốt nghiệp
- Mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm anôt chung, 1 ở nhóm katôt
chung.


3.3. Nhận xét chung
 Ưu Điểm:
Hệ T-Đ có độ tác động nhanh cao, không gây ồn ào và dễ tự động hóa do các van
bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập
các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và
các đặc tính động của hệ thống.
 Nhược điểm:
- Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn
thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống
- Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính trong mặt phẳng toạ độ.
- Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cosφ thấp.
- Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn đối
với các hệ thống đảo chiều.
- Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp với những truyền

động có tải nhỏ.
-17-
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL – Đ
hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II
MÔ HÌNH HOÁ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ
I. MÔ TẢ TOÁN HỌC TRẠNG THÁI CỦA HỆ ĐIỀU TỐC
 Xét cho hệ điều tốc với mạch vòng phản hồi âm tốc độ.
Các bước để mô tả:
Bước 1: Dựa vào quy luật vật lý của các phần tử để viết ra phương trình vi phân mô tả
trạng thái động.
Bước 2: Xây dựng cấu trúc, trạng thái động của từng phần tử và cùa hệ điều tốc.
Bước 3: Tìm hàm truyền của hệ
→
xét đến điều kiện ổn định.
1.1. Động cơ một chiều kích từ độc lập
U
d
= I
d
.R
d
+ L
d
.
dt
dI
d
+ E

Đ
(1)
M
d
– M
c
=
375
GD
2
.
t
n
d
d
(2)
E
Đ
= C
e
.n
M
d
= C
m
.I
d
; M
c
= C

m
.I
c
C
m
=
π
30
.C
e
Trong đó: T
e
=
d
d
R
L
: Hằng số quán tính điện từ.
T
m
=
375
GD
2
.
em
d
.CC
R
: Hằng số quán tính cơ học.

( Hoặc: T
m
=
2
d
) (kφ
J.R
)
Từ (1):
⇔
U
d
- E
Đ
= R
d
(I
d
+ T
e
.
dt
dI
d
)

 →
L
U
d

(p) - E
Đ
(p) = R
d
(T
e
.P +1)I
d
(p)

⇒
1pT
R
1
(p)E(p)U
(p)I
e
d
Đd
d
+
=
−
(1
'
)
-18-
Đồ án tốt nghiệp
Từ (2):
⇔

I
d
– I
c
=
375
GD
2
.
t
n
d
d
=
em
2
.C375.C
GD
.
t
Đ
d
dE
=
d
m
R
T
.
t

Đ
d
dE


 →
L
I
d
(p) – I
c
(p) =
d
m
R
PT
.E
Đ
(p)

⇔
(p)I(p)I
(p)E
cd
Đ
−
=
pT
R
m

d
(2
'
)
Mô tả dưới dạng sơ đồ cấu trúc:

(1’)
⇒

(2’)
⇒




⇒

⇔
-19-
U
d
(p)
E
Đ
(p)
I
d
(p)
1pT
1/R

e
d
+
(-)
E
Đ
(p)
I
d
(p)
dT
R
m
d
(-)
I
c
(p)
e
C
1
E
Đ
(p)
n(p)
n(p)
U
d
(p)
I

d
(p)
1pT
1/R
e
d
+
(-)
E
Đ
(p)
dT
R
m
d
I
c
(p)
e
C
1
(-)
n(p)
U
d
(p)
1pT
1/R
e
d

+
(-)
E
Đ
(p)
dT
R
m
d
I
c
(p)
e
C
1
(-)
R
d
(T
e.
p+1)
Đồ án tốt nghiệp
⇔

1.2. Bộ chỉnh lưu xoay chiều một chiều

τ
: thời gian trễ.
- Tia 1 pha:
τ

=10 (ms).
- Tia 2 pha, cầu 1 pha:
τ
= 5(ms).
- Tia 3 pha:
τ
= 3.33(ms).
- Tia 6 pha, cầu 3 pha:
τ
= 1.67(ms).
U
d
= U
đk
.k
b
.(t -
τ
)
→
U
d
(p)= U
đk
(p).
1pT
.ek
BĐ
τp
b

+
−

 →
L
U
d
(p)= U
đk
(p).k
b
.e
τp
−
( Coi T
BĐ
≈
0)
⇒
n!
pτ
.......
2!
pτ
1!
τp
1
k
e
k

.ek
(p)U
(p)U
nn22
b
τp
b
τp
b
đk
d
++++
===
−
Trong đó:
0
n!
pτ
......
2!
pτ
nn22
=++

⇒
1τp
k
(p)U
(p)U
b

đk
d
+
=
Sơ đồ cấu trúc:
1.3. Bộ khuyếch đại tỷ lệ và máy phát tốc
•Bộ khuyếch đại tỷ lệ.
Wp(p)=
p
k
ΔUv(p)
Udk(p)
=
•Máy phát tốc.
W
FT
(p)=
γ
n(p)
(p)U
FT
=
-20-
Rd(T
e
p+1)
1pTpTT
1/C
m
2

em
e
++
Ic(p)
(-)
U
d
(p)
n(p)
U
đk
(p)
1τ.p
k
b
+
U
d
(p)
Đồ án tốt nghiệp
1.4. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều tốc mạch vòng kín phản hồi âm
tốc độ
Giả thiết Ic(p)= 0:
F(p)=
1)p
m
T
2
p
e

T
m
1)(T.p(
Đ
k
b
k
p
γk
1
1)p
m
T
2
p
e
T
m
(T
Đ
k
.
1τp
b
k
.
p
k
cdmax
U

n(p)
+++
+
++
+
=
τ
Đ
k
b
k
p
γk1)p
m
T(τ
2
τ)p
e
(T
m
T
3
τp
e
T
m
T
Đ
k
b

k
p
k
F(p)
++++++
=⇒
Trong đó: 1+
Đbp
kkγk
= k
ht
=k

M(p)
N(p)
1.p
1k
m
Tτ
2
.p
1k
τ)
e
(T
m
T
3
.p
1k

τ
e
T
m
T
1k
Đ
.k
b
.k
p
k
F(p)
=
+
+
+
+
+
+
+
+
+
=⇒
Phương trình đặc trưng M(p)= 0 là:
01.p
1k
m
Tτ
2

.p
1k
τ)
e
(T
m
T
3
.p
1k
τ
e
T
m
T
=+
+
+
+
+
+
+
+
⇔
Điều kiện ổn định: Theo tiêu chuẩn Hunrwitz
0
1k
.Te.τ
m
T

1k
m
Tτ
.
1k
τ)
e
(T
m
T
>
+
−
+
+
+
+

⇒
k <
.τ
e
T
e
T
m
T.τ
m
T
2

τ
++
.
II. THÍ DỤ MINH HỌA
Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có các thông số như sau:
-21-
Ic(P)
Ucđ(p)
(-)
1τP
Kp
+
Ud(p)
Kp
1pTpTT
1/C
m
2
em
e
++
R
d
(T
e
p+1)
Uđk(p)
γ
n(p)
Đồ án tốt nghiệp

P
đm
= 0,75 kW; U
đm
= 220V; R
ư
= 4,11
Ω
; n
đm
= 2500 (V/ph); I
đm
= 4,01(A)
85%η
đm
=
; D = 30/1; S
t

≤
5%; GD
2
=10(N.m
2
).
Bộ biến đổi: cầu 3 pha, tổng trở mạch
11,4R
d
=
(

Ω
); L
d
= 0,12 (H).
1) Đánh giá chất lượng hệ thống hở:
đm
I
đm
kφ
u
R
đm
kφ
dm
U
đm
ω
−=
⇒
k
đm
φ
=
0,777.9,55
đm
n
đm
I
u
R

đm
U
=
−
Mặt khác:
0,0814
9,55
0,777
9,55
dm
kφ
Ce
===
) 204(v/p
Ce
d
.R
đm
I
n
Δ
=
=
Sai lệch tĩnh lớn nhất:
7,54%1.100
2042500
204
.100
Δn
đm

n
Δn
t
S
=
+
=
+
=
Hệ số khuếch đại của động cơ:
12,285
0,0814
1
Ce
1
K
Đ
===

Hằng số quán tính điện từ của động cơ:
( )
s0,03
4,11
0,12
R
L
T
d
d
e

===
Hằng số quán tính cơ học:
( )
s1,74.π
.30375.0,0814
10.4,11
C375C
RGD
T
2
me
d
2
m
===
Hệ số khuếch đại bộ khuếch đại của bộ biến đổi:
55
ΔU
ΔU
K
dk
d
b
==
Hằng số thời gian của bộ biến đổi:
0,00167(s)1,67(ms)τ
==
Hệ số phản hồi âm dòng có ngắt
β
:

0,1918
4,01.1,3
1
I
U
β
ng
ng
===
(
)1,3II
đmng
=
 Sơ đồ cấu trúc hệ thống hở và bộ chỉnh lưu của động cơ như sau:(giả thiết I
c
(p) =0)
a. Sơ đồ cấu trúc hệ thống hở: b. Sơ đồ cấu trúc bộ chỉnh lưu:

CHƯƠNG III
ỨNG DỤNG MATLAB VÀ SIMULINK ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT
LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ
-22-
11,74p0,052p
12.285
2
++
U
d
(p)
n(p)

U
d
(p)
U
đk
(p)
100167.0
55
+p
Đồ án tốt nghiệp
I. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAP VÀ SIMULINK
MATLAB – phần mềm nổi tiếng của công ty MathWorks, là một ngôn ngữ hiệu
năng cao cho tính toán kỹ thuật như được viết trong logo của phần mềm này. Nó tích
hợp tính toán, hiện thị và lập trình trong một môi trường dễ sử dụng. Các ứng dụng tiêu
biểu của MATLAB bao gồm:
− Khả năng tính toán mạnh.
− Phát triển thuật toán.
− Chứa Simulink là môi trường mạnh để mô phỏng các hệ thống động học tuyến
tính và phi tuyến.
− Đồ họa khoa học và kỹ thuật.
− Phát triển ứng dụng với các giao diện đồ họa.
− Có kiến trúc mở, ủng hộ việc xây dựng thêm các module tính toán kỹ thuật theo
chuẩn công nghiệp.
Tên của phần mềm MATLAB bắt nguồn từ thuật ngữ “Matrix Laboratory”. Đầu tiên
nó được viết bằng FORTRAN để cung cấp truy nhập dễ dàng tới phần mềm ma trận
được phát triển bởi các dự án LINPACK và EISPACK. Sau đó nó được viết bằng ngôn
ngữ C trên cơ sở các thư viện nêu trên và phát triển thêm nhiều lĩnh vực của tính toán
khoa học và các ứng dụng kỹ thuật.
Ngoài MATLAB cơ bản với các khả năng rất phong phú sẽ được đề cập sau, phần
mềm MATLAB còn được trang bị thêm các ToolBox – các gói chương trình (thư viện)

cho các lĩnh vực ứng dụng rất đa dạng như xử lý tín hiệu, nhận dạng hệ thống, xử lý
ảnh, mạng nơ ron, logic mờ, tối ưu hóa, phương trình đạo hàm riêng, sinh tin học,... Đây
là các tập hợp mã nguồn viết bằng chính MATLAB dựa theo các thuật toán mới, hữu
hiệu mà người dùng có thể chỉnh sửa hoặc bổ sung thêm các hàm mới.
Simulink là phần mềm mô phỏng các hệ thống động học trong môi trường Matlab.
Đặc điểm của Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc của hệ thống. Nghĩa là, để mô
phỏng một hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phương trình trạng
thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc thì chúng ta cần chuyển sang chương trình
Simulink dưới dạng các khối cơ bản khác nhau theo cấu trúc cần khảo sát. Với cách lập
trình như vậy người nghiên cứu hệ thống sẽ thấy trực quan và dễ hiểu.
-23-
Đồ án tốt nghiệp
Trong môi trường Simulink có thể tận dụng được các khả năng tính toán, phân tích
dữ liệu, đồ hoạ của Matlab và sử dụng các khả năng của toolbox khác như toolbox xử lý
tín hiệu số, logic mờ và điều khiển mờ, nhận dạng, điều khiển thích nghi, điều khiển tối
ưu …v v. Việc Simulink kết hợp được với các toolbox đã tạo ra công cụ rất mạnh để
khảo sát động học các hệ tuyến tính và phi tuyến trong một môi trường thống nhất.
II. THƯ VIỆN KHỐI CHUẨN CỦA SIMULINK
Môi trường lập trình Simulink được tạo nên từ các khối chuẩn trong các thư viên của
Simulink. Các thư viện Simulink bao gồm các khối sau:

Hình 3.1.Thư viện khối chuẩn của Simulink.
Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiệu cụ thể tác dụng và cách làm việc của các khối hay
dùng trong các thư viện .
2.1. Thư viện các khối Sources (Khối phát tín hiệu)
Thư viện này gồm các khối tạo nguồn tín hiệu khác nhau. Trong thư viện Sources
có các khối như trong bảng dưới đây:
Tên khối Chức năng
Band-LimitedWhite Noise Đưa nhiễu trắng vào hệ
Chirp- Signal Tạo sóng sin tần số bất kỳ

Clock Cấp thời gian thực
-24-
Đồ án tốt nghiệp
Constant Tạo đại lượng không đổi, tín hiệu đầu vào không đổi
Digital Clock Cấp thời gian, với thời gian lấy mẫu
DiscretePulse Generator Khối phát tín hiệu dao động rời rạc
From Workspace Đọc dữ liệu trong vùng nhớ đệm
From file Đọc dữ liệu từ một file
Pule Generator Tạo các xung với các chu kỳ khác nhau
Ramp Phát tín hiệu đường y= ax +b
Random Number Tạo các số ngẫu nhiên phân bố chuẩn
Repeating Sequence Tạo tín hiệu tuỳ ý lặp lại theo chu kỳ
Signal Generator Tạo các dạng tín hiệu khác nhau
Sine Wave Tạo tín hiệu hình sin
Step Tạo tín hiệu dạng hàm bậc thang đơn vị
UniformRandom Number Tạo các số ngẫu nhiên phân bố đều
• Constant:
Khối tạo nên hắng số. Hằng số đó có thể là véctơ hay ma trận, hay tín hiệu đơn tùy
ta khai báo ở constant. Muốn vậy nháy đúp vào khối ta sẽ mở ra cửa sổ Block
Parameters và có thể nhập các tham số sau đó ấn OK.
Ở ô interpret vecto parameters nếu chọn ta có thể khai báo tham số là véctơ hàng hay
véctơ cột, nếu không chọn véctơ hàng hay cột mà ta khai báo chỉ có thể dùng như véctơ
với chiều dài n.
• Step và Ram:
Dùng để tạo tín hiệu bậc thang hay tín hiệu dốc dốc tuyến tính. Chúng ta có thể khai
báo giá trị đầu/ giá trị cuối và cả thời điểm bắt đầu của bước nhẩy.
Trong hộp parameter ta nhập Step time: nhập thời gian bắt đầu của bước nhẩy. Initial
value: Nhập giá trị ban đầu trước khi có bước nhẩy. Final value: giá trị cuối của bước
nhẩy. Sample time: 0 khi mô phỏng cho hệ liên tục; 1 khi mô phỏng cho hệ gián đoạn.
• Signal Generator và Pulse Generator:

Signal Generator tạo các tín hiệu kích thích khác nhau ví dụ như sin, răng cưa còn
Pulse Generator tạo xung chữ nhật với biên độ và tần số độ rộng xung có thể thay đổi.
• SINE WAVE:
Tạo tín hiệu hình sin cho cả hai loại liên tục( sample time = 0) và cho gián đoạn với
( sample time = 1). cơ sở quan hệ y=Amplitude.sin(Fequency.time+phase).
• Repeating Sequency: tạo tín hiệu tuần hoàn tuỳ ý.
-25-
Đồ án tốt nghiệp
2.2. Thư viện các khối Sinks
Ở đây gồm các khối dùng để hiển thị hoặc ghi lại kết quả mô phỏng ở đầu ra một
khối trong hệ thống được khảo sát. Trong thư viện Sinks có các khối sau:
Tên khối Chức năng
Display Hiển thị tín hiệu dưới dạng chữ số
Scope Khối quan sát
Stop simulation Ngừng quá trình mô phỏng khi lượng vào khác không
To File Ghi dữ liệu vào File
To Workspace Ghi dữ liệu vào vùng làm việc
XY graph Hiển thị đồ thị XY của tín hiệu trên cử sổ đồ thị MATLAB
• Scope:
Nhờ scope ta có thể hiển thị các tín hiệu của quá trình mô phỏng.
Khi có đồ thị hiện ra chúng ta có thể zoom để xem tín hiệu theo ý muốn, ngoài ra
khi vào hộp thoại scope chúng ta thấy
Number of axes: tại đây ta nhập số trục toạ độ tương ứng với sô tín hiệu đầu vào.
Tick lables: nhãn cho trục sẽ hiện các giá trị tại các trục hay không
Time range: nếu điền một thời gian cụ thể đồ thị sẽ biểu diễn cho tới thời điểm giá
trị của số xác định, nếu không đặt là auto.
XYGaph: biểu diễn hai tín hiệu vào scalar trên toạ độ XY dưới dạng đồ thị của
matlab ta có thể đặt giới hạn cho trục. Đầu vào thứ nhất tương ứng với trục x đầu vào
thứ hai tương ứng với trục y.
.

2.3. Thư viện các khối Continuous
-26-
Đồ án tốt nghiệp
Trong thư viện này có các khối của hệ thống liên tục tuyến tính, các khối biểu diễn
các hàm tuyến tính chuẩn. Thư viện Linear gồm các khối sau:
Tên khối Chức năng
Derivative Tính vi phân theo thời gian của lượng vào ( d/dt)
Integrator Tích phân tín hiệu
Memory Bộ nhớ ghi lại dữ liệu
State- Space Biểu diễn hệ thống trong không gian trạng thái tuyến tính
Transfer Fcn Hàm truyền đạt tuyến tính của các khâu hoặc hệ thống
Transport Delay Giữ chậm lượng vào theo giá trị thời gian cho trước.
VariableTransport Delay Giữ chậm lượng vào với khoảng thời gian biến đổi
Zero- pole Hàm truyền theo Pole(điểm cực) và Zero(điểm không)
• Derivative:
Phép tính đạo hàm tín hiệu đầu vào được thực hiện nhờ khối derivative. Tín hiệu ở
đầu ra có dạng ∆u/∆t. Trong đó ∆ là biến thiên của đại lượng cần tính kể từ bước tính
liền trước đó.
• Integrator:
Khối Integrator lấy tích phân tín hiệu đầu vào của khối. Giá trị ban đầu khai báo tại
hộp thoại cảu khối tại onInitial condition. NếuInitial condition được chọn là exterrnal thì
trên biểu tượng của khối xuất hiện một đầu vào thứ hai giành cho giá trị ban đầu lấy
nguồn ngoài của khối. Đầu ra của khối Integrator tại ô external reset có thể chọn một
trong các giá trị rising, falling, erithr hay leve, khối này sẽ tự động giành thêm một đầu
giành cho giá trị reset.
• State- Space:
-27-
Đồ án tốt nghiệp
Là mô hình trạng thái của hệ tuyến tính.. (xem control systerm toolbox).
• Transfer Fcn:

Là mô hình hoá hàm truyền đại tương đương với lệnh tf(num,den) của control
systerm toolbox.
2.4. Thư viện các khối Dicrete (tín hiệu rời rạc hay tín hiệu số Z)
Thư viện này có các khối cơ bản của hệ thống rời rạc, các khối tính toán trong miền
thời gian rời rạc. Cụ thể bao gồm các khối như trong bảng sau:
Tên khối Chức năng
DiscreteTransferEcn Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc
Discrete Zero- pole
Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc thông qua Pole- Zero
Discrete –Filter Biểu diễn các bộ lọc HR và FIR
DiscreteState- Space Biểu diễn hệ thống trong không gian trạng thái rời rạc
Discrete-Time Integrator Biểu diễn tích phân tín hiệu rời rạc theo thời gian
Fist Order Hold Khâu tạo dạng bậc nhất
Unit Display Hiển thị tín hiệu trong một chu kỳ rời rạc
Zero order Hold Khâu tạo dạng bậc thang không
2.5. Thư viện các khối Nonlinear (các khâu phi tuyến)
Thư viện Nonlinear có các khối biểu diễn các hàm phi tuyến điển hình các khối
trong hệ thống phi tuyến. Cụ thể bao gồm các khối sau:
Dead Zone Mô tả vùng không nhạy (vùng chết).
Quantizer Lượng tử hoá tìn hiệu vào trong các khoảng xác định.
Rate Limiter Hạn chế phạm vi thay đổi của tín hiệu
Relay Khâu rơle.
Saturation Khâu bão hoà tín hiệu (khâu hạn chế).
Switch Chuyển mạch giữa hai lượng vào.
2.6. Thư viên khối Signal & System
-28-
Đồ án tốt nghiệp
Thư viện Signal & System có các khối biểu diễn tín hiệu và hệ thống. Cụ thể bao
gồm các khối chính như sau:
Tên khối Chức năng

Sub&Systems Xây dựng hệ thống con bên trong hệ thống lớn
In1 Tạo cổng vào cho một hệ thống
Demux (phân kênh) Tách tín hiệu véctơ thành các tín hiệu vô hướng
Mux (Dồn kênh) Gộp các tín hiệu thành một véctơ
Out1 Tạo cổng ra cho một hệ thống
2.7. Thư viện chứa các khối toán học Math.
Thư viện Math có các khối biểu diễn hàm toán học. Cụ thể bao gồm các khối sau:
Tên khối Chức năng
Abs Biểu diễn giá trị tuyệt đối của lượng vào
Combuanatoril logic Biểu diễn bảng chân lý.
Dot product Nhân giữ hai véctở
Product Thực hiện nhân các lượng vào
Gain Bộ (khâu) khuyếch đại
Matrix gain BKĐ có hệ số khuyếch đại là một Ma trận
Math function Các hàm toán học
MinMax Tìn giá trị min, max
Relational Toán tử quan hệ
Sum Tính tổng của các lượng vào
Trigonometric Function Hàm lượng giác
Các khối trong thư viện này có chức năng ghép toán học các tín hiệu khác nhau. Sau
đây sẽ mô tả một số khối hay dùng.
• Sum:
Đầu ra của khối sum là tổng các tín hiệu vào. Với khối sum ta có thể cộng hoặc trừ
nhiều
-29-
Đồ án tốt nghiệp
tín hiệu bằng cách khai báo vào Lits of signs.
• Khối Product và Dot Product:
Khối dot product cho ta tích vô hướng của các véc tơ đầu vào. Khối product thực
hiện phép nhân từng phần tử hay từng ma trận, cũng như phép chia tín hiệu đầu vào Tại

Number of inputs: ta nhập số đầu vào. Tại Multiplication: Chọn element-wise khi cần
nhân hoặc chia của từng phần tử hoặc tín hiệu, chọn Matrix nếu muốn nhân hoặc chia
tín hiệu dạng matrận.
• Khối Gain, Matrix Gain, Slider Gain:
Khối gain có tác dụng khuyếch đại tín hiệu đầu vào Bằng biểu thức khai báo ở ô
Gain khi ta nháy đúp vào khối này. Khối Slider Gain Cho phép người sử dụng thay đổi
giá trị khuyếch đại trong quá trình mô phỏng. Khi nhấy kép chuột trái vào khối, cửa sổ
khối ta nhập vào giá trị bế nhất, và lớn nhất, ta có thể thay đổi giá trị khuyếch đại trong
khoảng này bằng thanh trượt. Matrix Gian cũng giống như gian nhưng khác ở chỗ
chúng ta phẩi khai báo tham số thích hợp để thực hiện phép nhân giữa ma trận Gain với
đầu vào.
2.8. Thư viện chứa các khối Function & Tables
Tên khối Chức năng
Fcn Ứng dụng biểu thức toán nhất định cho lượng vào.
Matlab Fcn Ứng dụng hàm Matlab cho lượng vào.
look- Up Table 2-D Biểu diễn tuyến tính từng đoạn của hai lượng vào.
S -Function Đưa một S-Function vào trong một khối.
2.9. Thư viện các khối mở rộng của Simulink
Additional Discrete: Khối mở rộng khối tín hiệu rời rạc.
Additional linear: Khối mở rộng khối tín hiệu tuyến tính
Additional Sinks: Khối mở rộng khối quan sát.
Filp Flops: Khối mở rộng chứa khối Trigơ.
Linearization: Khối mở rộng tuyến tính hoá.
Transformations: Khối mở rộng các khối biến đổi toán học.
-30-