xây dựng bộ điều khiển vị trí cho động cơ một chiều sử dụng điều khiển vị trí tuyến tính

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ
ĐỀ 26
Tên đề tài : xây dựng bộ điều khiển vị trí cho động cơ một chiều sử dụng điều
khiển vị trí tuyến tính
Sinh viên thực hiện: Đoàn Nhật Nam

Lớp: DTD53-DH2

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài

2.

Mục đích của đề tài

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.

Phương pháp nghiên cứu khoa học

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Chương 1. Giới thiệu về động cơ một chiều
1.1 Tổng quan động cơ điện một chiều

1.2.Điều khiển động cơ môt chiều
Chương 2. Xây dựng mô hình động cơ môt chiều kích từ độc lập
2.1.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
2.2.Mô hình điều khiển vị trí cho tuyến tính cho động cơ điện một chiều
Chương 3. Tổng hợp các bộ điều khiển và kết quả mô phỏng
3.1.Tổng hợp các bộ điều khiển
3.2.Kết quả mô phỏng
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Hải Phòng, Ngày 10 Tháng 5 Năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
Phạm Tâm Thành

1

Sinh viên thực hiện
Đoàn Nhật Nam


2


LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây những tiến bộ trong khoa học kỹ thuật đã đưa
lại những ứng dụng lớn lao vào trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hoá
của mỗi đất nước. Bên cạnh những thành tựu về mặt thực tiễn thì những ly
thuyết về điều khiển cũng lần lượt ra đời góp phần không nhỏ trong việc xây
dựng các nguyên ly điều khiển tối ưu các hệ thống truyền động trong công
nghiệp. Là một nước đang trong quá trình xây dựng nền kinh tế công nghiệp

hiện đại với nhiệm vụ hiện nay là thực hiện thành công quá trình công nghiệp
hoá hiện đại hoá, đất nước ta đang ngày càng đòi hỏi rất nhiều những ứng dụng
mạnh mẽ các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất để đưa lại
năng suất lao động cao hơn, cạnh tranh được với các nước trong khu vực và thế
giới. .Tự động hoá trong sản xuất với việc áp dụng những thành tựu công nghệ
mới nhằm nâng cao năng xuất, hạ giá thành sản phẩm không những là yêu cầu
bắt buộc mà hơn nữa còn được xem như một chiến lược đối với các nhà máy, xí
nghiệp cũng như toàn bộ nền sản xuất công nghiệp của mỗi quốc gia.
Từ yêu cầu thực tiễn đó thì em đã thực hiện một đồ án môn học môn tổng hợp
hệ điện cơ với đề tài là: “xây dựng bộ điều khiển vị trí cho động cơ một chiều
sử dụng điều khiển vị trí tuyến tính”.
Trong một thời gian ngắn do vậy đồ án này chắc chắn không khỏi những
thiếu sót, với sự nỗ lực của bản thân , em rất mong nhận được y kiến đóng góp
của các thầy cô giáo cùng toàn thể các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn !
Em xin chân thành cảm ơn!


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Hiện nay động cơ điện một chiều vẫn được dùng rất phổ biến trong các
hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ điện một chiều
từ vài W đến hàng MW. Đây là loại động cơ đa dạng và linh hoạt, có thể đáp
ứng yêu cầu momen, tăng tốc và hãm với tải trọng nặng. Động cơ điện một
chiều cũng dễ dàng đáp ứng các truyền động trong khoảng điều khiển tốc độ
rộng và đảo chiều nhanh với nhiều đặc tuyến quan hệ momen- tốc độ.
Trong động cơ điện một chiều, bộ biến đổi điện chính là các mạch chỉnh
lưu điều khiển. Chỉnh lưu được dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng.
Chỉnh lưu ở đây sử dụng chỉnh lưu cầu ba pha.
1.1.1.Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có stator, rotor, cổ góp và chổi điện.

Hình 1: Mặt cắt ngang động cơ điện một chiều
•

Stator : còn gọi là phần cảm, gồm dây quấn kích thích được quấn tậptrung
trên các cực từ stator. Các cực từ stator được ghép cách điện từ các lá thép kỹ
thuật điện được dập định hình sẵn có bề dày 0,5-1mm và được gắn trên gông từ
bằng thép đúc, cũng chính là vỏ máy.

•

Rotor : còn được gọi là phần ứng, gồm lõi thép phần ứng và dây quấn
phần ứng. Lõi thép phần ứng có hình trụ, được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện


ghép cách điện với nhau. Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, được đặt vào
các rãnh trên lõi thép rotor. Các phần tử dây quấn rotor được nối tiếp nhau
thông qua các lá góp trên cổ góp. Lõi thép phần ứng và cổ góp được cố định
trên trục rotor.
•

Cổ góp và chổi điện : làm nhiệm vụ đảo chiều dòng điện trong dây quấn
phần ứng.
1.1.2.Phân loại động cơ điện một chiều
Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành
các loại sau:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Dòng điện kích từ được lấy từ
nguồn riêng biệt so với phần ứng. Trường hợp đặc biệt, khi từ thông kích từ
được tạo ra bằng nam châm vĩnh cửu, người ta gọi là động cơ điện một chiều
kích từ vĩnh cửu.

Động cơ điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ được nối
song song với mạch phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ được mắc nối
tiếp với mạch phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Dây quấn kích từ có hai cuộn,
dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp. Trong đó, cuộn kích từ
song song thường là cuộn chủ đạo.


Hình 2: Các loại động cơ điện một chiều
a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
b) Động cơ điện một chiều kích từ song song
c)

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

d)

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

1.2.Điều khiển động cơ điện một chiều
Ưu điểm cơ bản của động cơ điện một chiều so với các loại động cơ điện
khác là khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, các bộ điều chỉnh tốc độ đơn giản,
dễ chế tạo. Do đó, trong điều kiện bình thường, đối với các cơ cấu có yêu cầu
chất lượng điều chỉnh tốc độ cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, người ta
thường sử dụng động cơ điện một chiều.
Đối với các hệ thống truyền động điện có yêu cầu điều chỉnh tốc độ
thường sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ
ĐỘC LẬP
2.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hay được sử dụng vì nó có nhiều
ưu điểm. Sơ đồ thay thế động cơ một chiều kích từ độc lập như sau:

Hình 15: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập
ĐC: Động cơ điện một chiều
Uư: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ
Iư: Dòng điện phần ứng
Ikt: Dòng điện kích từ

φkt

: Từ thông kích từ

CF: Cuộn dây cực từ phụ
CB: Cuộn dây bù
Me: Momen điện từ
Mc: Momen cản

ω

: Tốc độ góc của động cơ

 Mô hình toán ở chế độ xác lập của động cơ một chiều kích từ độc lập


+ Phương trình cân bằng điện áp phần ứng:
Uư = E + Iư.Rư

+ Phương trình sức điện động động cơ:

E = K .φ .ω
+ Phương trình momen điện từ:

M e = K .φ .I u
+ Phương trình đặc tính cơ:

ω=

U u − I u .Ru
Kφ

 Mô hình toán ở chế độ quá độ của động cơ một chiều kích từ độc lập

Hệ phương trình được viết cho động cơ dưới dạng toán tử Laplace:
+ Với mạch kích từ: UKT(p) = RKT.IKT + NKT.pφ(p)
+ Với mạch phần ứng: Uu(p) = Ru.Iu(p) + Lu.p.Iu(p) ± NN.pφ(p) + E(p)
Trong biểu thức trên (-) khi khử từ, dấu (+) khi tham gia từ hóa.
+ Phương trình cân bằng momen:

M e ( p ) − M c ( p) = Jpω ( p )

Từ phương trình phần ứng ta có:

1/ Ru
I u ( p) =
[ U ( p) mN N pφ ( p) − E ( p )]
1 + Tu p

Tu =
với

Lu
Ru

Trên cơ sở đó ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều
tổng quát:


Hình 16: Sơ đồ cấu trúc tổng quát động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khối (1) biểu diễn cho phản ứng phần ứng, từ đó thấy tính phi tuyến của sơ
đồ là rất cao. Như vậy có thể tuyến tính hóa lân cận điểm làm việc và các
phương trình tuyến tính hóa được viết như sau:
- Mạch phần ứng:
U0 + ∆U(p) = Rư [.I0+∆I(p) ] +pL[I0 + ∆I(p)] + K[φ0 + ∆φ(p)][ωB +∆ω(p)]
- Mạch kích từ:
Uk0 + ∆Uk(p) = Rk.[Ik0+∆Ik(p)] +pLk[Ik0 + ∆Ik(p)]
Một cách gần đúng ta có phương trình gia số:
∆U(p) - [k. ωB . ∆φ(p) +k.φ0. ∆ω(p)] = Rư. ∆I(p)(1+ Tư .p)
∆Uk(p) = Rk. ∆Ik(p)(1+ Tk.p)
K.I0. ∆φ(p) + K.φ0. ∆I(p) - ∆M0(p) = Jp.∆ω(p)


Từ hệ phương trình trên ta xác định được sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa như
sau:

Hình 17: Sơ đồ tuyến tính hóa của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.


Trường hợp động cơ kích từ độc lập có từ thông không đổi

Khi xét tới động cơ một chiều kích từ độc lập và không điều khiển từ thông
thì có thể xem từ thông là một hằng số. Khi đó, ta không còn mạch kích từ mà
chỉ còn phương trình cân bằng mạch phần ứng. Vì vậy, ta có thể bỏ các chỉ số
để chỉ mạch kích từ và mạch phần ứng. Trong trường hợp này mô hình toán của
động cơ chỉ có hai phương trình là phương trình cân bằng điện áp mạch phần
ứng và chuyển động cơ học:
o

Phương trình cân bằng mạch phần ứng:
U u ( p ) = Ru .I u ( p).(1 + Tu p ) + E ( p )

Với

E ( p ) = Kφ .ω ( p )


Tu =
o

Phương trình chuyển động cơ học:
M e ( p) − M c ( p ) = Jpω ( p )
Với

Do

Lu
Ru

M e ( p ) = K φ .I u ( p )

φ = Const

, đặt

Kφ = Cu = Const

ta có:

M e ( p) = Cu .I ( p )
E ( p ) = Cu .ω ( p )
Từ các phương trình này ta xây dựng được mô hình của động cơ một chiều
kích từ độc lập từ thông không đổi như sau:

1

Iu ( p) =

Ru
.(U − Cu .ω ( p ))
1 + Tu p

ω ( p) =

1
.(Cu .I − M c )
Jp

Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thông không đổi:

Hình 18: Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều kích từ độc lập có từ thông không
đổi
2.1.1. Thiết bị đo lường
a) Hàm truyền của máy phát tốc
Trong mạch vòng tốc độ, người ta phải tạo ra một tín hiệu điện áp tỉ lệ với
tốc độ động cơ. Để làm được điều đó người ta thường dùng máy phát tốc, nó
được nối cứng trục với động cơ.
Hàm truyền của máy phát tốc :
WFT ( p) =

Trong đó :

Tω

Kω
1 + Tω p

- hằng số thời gian của máy phát tốc

Kω

- hệ số phản hồi của máy phát tốc

b) Hàm truyền của thiết bị đo dòng điện
Cũng như mạch vòng tốc độ để lấy tín hiệu dòng điện quay trở lại đầu vào
khống chế hệ thống người ta tạo một tín hiệu điện áp tỉ lệ với tín hiệu dòng
điện.
Có nhiều cách để lấy tín hiệu dòng điện nhưng đơn giản nhất có thể dùng là

máy biến dòng.
Hàm truyền của khâu lấy tín hiệu dòng điện:
KI
WI ( p ) =
1 + TI p
Trong đó: TI – hằng số thời gian của máy biến dòng
KI - hệ số phản hồi dòng điện
c)Hàm truyền của khâu đo vị trí
Hàm truyền của khâu lấy tín hiệu vị trí:

Wϕ ( p) =

Kϕ
1 + Tϕ . p


Trong đó:

Tϕ

- hằng số thời gian của cảm biến đo vị trí

Kϕ

- hệ số phản hồi vị trí

2.2. Mô hình điều chỉnh vị trí tuyến tính
Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính mà ta nghiên cứu ở đây có bộ điều chỉnh vị trí
Rφ là tuyến tính: giả sử các mạch vòng trong đã được tổng hợp theo phương
pháp modul tối ưu dạng chuẩn, hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ là:

Fkw(p)=
Hàm truyền của xenxo vị trí là khâu tích phân

Tiến trình tông hợp tham số bộ điều chỉnh vị trí R cũng tương tự như các
mạch vòng khá. Tất nhiên ở đây với cấu trúc trên thì hàm truyền bộ điều chỉnh
vị trí sẽ không có thành phần tích phân tức là chỉ có P hoặc PD.


Bộ điều chỉnh vị trí ở đây được tính chonhj theo ddieuf kiện với gia tôc hãm
cực đại εhmax đỗi với quãng đường hãm cực đại Δφh max sao cho thời gian hãm
không vượt quá thời gian tmax . Tại thời điểm hãm, tương ứng với ddieuf kiện là
tín hiệu sai lệch tốc độ Δω ở đầu vào bộ điều chỉnh tốc độ bằng không. Ta cá
biểu thức gắn đúng là
Δφh.FRφ = ωh

CHƯƠNG 3. TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT QUẢ
MÔ PHỎNG
3.1.TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN
RI , Rω , Rϕ
Việc tổng hợp các bộ điều khiển
đều được tiến hành theo
phương pháp tiêu chuẩn module tối ưu hoặc tiêu chuẩn module tối ưu đối xứng.
Nguyên tắc chung để thiết kế hệ thống điều khiển ba mạch vòng kín là: Bắt
đầu từ vòng trong , từng vòng từng vòng một mở rộng ra ngoài. Nghĩa là trước
tiên ta phải thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện, tiếp đến coi cả mạch vòng dòng
điện là một khâu trong hệ thống điều chỉnh tốc độ quay để thiết kế bộ điều
chỉnh tốc độ quay, tiếp tục coi cả mạch vòng tốc độ là một khâu trong hệ điều
chỉnh vị trí để thiết kế bộ điều chỉnh vị trí.
3.1.1. Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện
Mạch vòng điều khiển dòng điện có nhiệm vụ tăng đáp ứng của dòng điện

khi điều khiển động cơ điện một chiều, nó cũng làm hạn chế dòng của động cơ
không vượt quá ngưỡng cho phép. Mặt khác, nhiệm vụ của bộ điều khiển là
thiết lập dòng phần ứng bằng giá trị đặt trước sự tác động của nhiễu.


Hình 19: Cấu trúc mạch vòng dòng điện
Đối với động cơ một chiều, bộ điều khiển dòng có thể tổng hợp theo 2
cách:
-

Tổng hợp bộ điều khiển dòng khi bỏ qua suất điện động phần ứng.

-

Tổng hợp bộ điều khiển dòng khi tính đến suất điện động phần ứng.

Trong những trường hợp quán tính cơ của động cơ lớn hơn nhiều so với
quán tính điện, nghĩa là tại một thời điểm có thể xem sự thay đổi về dòng điện
lớn hơn nhiều lần so với sự thay đổi của tốc độ và tại những điểm đó xem như
tốc độ không đổi. Khi cần chính xác ta phải tính đến suất điện động của động
cơ.
Ta tổng hợp bộ điều khiển dòng RI khi bỏ qua suất điện động phần ứng:

Hình 20: Mô hình bộ điều khiển dòng khi bỏ qua suất điện động phần
ứng
Khi đó đối tượng điều khiển dòng SI được tính như sau:


1
Ru

K BD
KI
SI =
.
.
(1 + TV . p )(1 + TBD . p ) 1 + TI . p 1 + Tu . p

Áp dụng tiêu chuẩn module tối ưu ta có:
R=

1
S .2.τ . p.(1 + τ . p)

Trong mô hình đối tượng SI có các hằng số thời gian T BD, TV, TI là những
hằng số thời gian nhỏ, chỉ có Tu là hằng số thời gian lớn nên trước hết ta đơn
giản mô hình đối tượng SI về dạng:
SI ≈

với

K I .K BD
1
.
Ru
(1 + Tu . p)(1 + TSI . p )

TSI = TBD + TV + TI

Thay giá trị của SI ta được:
RI =

Chọn

(1 + Tu . p)(1 + TSI . p)
K I .K BD
.2.τ . p.(1 + τ . p)
Ru

τ = TSI

⇒ RI =

⇒ RI =

⇒ RI =

(1 + Tu . p )(1 + TS I . p)
K I .K BD
.2.TSI . p.(1 + TSI . p)
Ru

1 + Tu . p
K I .K BD
.2.TSI . p
Ru

 1

Ru .Tu
.

+ 1÷
2.K I .K BD .TSI  Tu . p 


Vậy bộ điều khiển dòng tổng hợp theo tiêu chuẩn module tối ưu là bộ điều
khiển PI.
Theo tiêu chuẩn này thì hàm truyền kín của mạch vòng dòng có dạng:

F=

I ph I u .K I
1
=
=
1 + 2τ p + 2τ 2 p 2 I sp
I sp

1
Iu
KI
⇒
=
I sp 1 + 2TSI . p + 2TS2I . p 2
3.1.2.Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ
Mô hình hệ thống điều khiển tốc độ động cơ

Rω

:

Hình 21:Cấu trúc điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập
Ta đã có hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện theo tiêu chuẩn module
tối ưu:

1
Iu
KI
=
= FI ( p )
I sp 1 + 2TSI . p + 2TS2I . p 2


Do

TSI

là giá trị nhỏ nên có thể nên có thể xấp xỉ hàm truyền kín của mạch

vòng dòng:
1

FI ≈

KI
1 + 2TSI . p

Khi đó sơ đồ điều khiển cho mạch vòng tốc độ có thể rút gọn lại:

Hình 22: Cấu trúc điều khiển mạch vòng tốc độ rút gọn

Hàm truyền của khâu đo tốc độ có dạng:

Kω
1 + Tω . p

Vậy đối tượng của bộ điều khiển tốc độ tính được là:

1

Sω =

Kω
KI
1
.Cu .
.
1 + 2TSI . p
1 + Tω . p J . p

⇒ Sω =

Kω .Cu
1
.
K I .J p(1 + 2TSω . p )

với

2TSω = 2TSI + Tω

Áp dụng tiêu chuẩn module tối ưu ta có:
Rω =

1
S .2.τ . p (1 + τ p )


⇒ Rω =

Chọn

1
Kω .Cu
1
.
.2τ . p.(1 + τ p)
K I .J p (1 + 2TSω . p )

τ = 2TSω

⇒ Rω =

⇒ Rω =

1
Kω .Cu
1
.
.4.TSω . p.(1 + 2TSω . p )
K I .J p (1 + 2TSω . p )

K I .J
4.Kω .Cu .TSω

Vậy bộ điều khiển tốc độ theo tiêu chuẩn module tối ưu là bộ điều khiển P.
Theo tiêu chuẩn này, hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ có dạng:
1

Fω ( p) =

Kω
1 + 2τ . p + 2τ 2 . p 2

1

1
Kω
Kω
⇒ Fω ( p ) =
≈
1 + 4TSω . p + 8TS2ω . p 2 1 + 4TSω . p

3.1.3.Tổng hợp bộ điều khiển vị trí
Ta đã có hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ như sau:
1

Fω ( p ) ≈

Kω
1 + 4TSω . p

k
p
Khâu truyền lực:
Đối tượng điều khiển cho mạch vòng dịch chuyển vị trí:


1

Sϕ =

Kϕ
Kω
k
.
.
1 + 4TSω . p 1 + Tϕ . p p

Áp dụng tiêu chuẩn module tối ưu ta có:
Rϕ =

1
S .2.τ . p.(1 + τ p)
1

⇒ Rϕ =

1

Kω
1

k
.
. .2.τ . p.(1 + τ p)
1 + 4TSω . p 1 + Tϕ . p p

Chọn

τ = Tϕ

⇒ Rϕ =

1
1

Kϕ
Kω
k
.
. .2.Tϕ . p.(1 + Tϕ . p )
1 + 4TSω . p 1 + Tϕ . p p

⇒ Rϕ =

Kω
. 1 + 4.TSω . p
2.k .Kϕ .Tϕ

(

)

Vậy bộ điều khiển vị trí theo tiêu chuẩn module tối ưu là bộ điều khiển PD.
Sau khi tổng hợp các bộ điều khiển, ta có sơ đồ cấu trúc điều khiển vị trí
động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:


Hình 23: Sơ đồ cấu trúc điều khiển vị trí động cơ điện một chiều kích
từ độc lập.
3.2.KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
3.2.1.Tính toán thông số
 Thông số cho trước:
Pdm = 25 KW
Udm = 220 V
Idm = 132 A
ndm = 1500 v/p
Ru = 0,0966

Ω

Lu = 0,0063 H
kg .m 2

J = 1,2
Tỉ số truyền: i = 10
Đường kính bánh xe: D = 700 mm = 0,7 m
Chọn:
TI = 0,002 s

Tω

= 0,001 s


Tbd = 0,0015 s
Tv = 0,003 s

Tϕ

= 0,3 s

 Tính toán thông số:

ω=
-

Tốc độ góc:

2π .n 2π .1500
=
= 157,1( rad / s)
60
60

Kφ = Cu =
-

-

Từ thông:

Momen định mức:

U dm − I dm .Ru 220 − 132.0, 0966
=
= 1,3
ω
157,1

M dm = Kφ .I dm = 1,3.132 = 172( N .m)

Tu =
-

Hằng số thời gian phần ứng:

Lu 0, 0063
=
= 0, 066( s )
Ru 0, 0966

1

1
Ru
10,35
0, 0966
WD ( p) =
=
=
1 + Tu . p 1 + 0, 066 p 1 + 0, 066 p

-

Hàm truyền động cơ:

-

Hàm truyền của bộ biến đổi:
Chọn Udat = 10 (V)
kbd =

U dm 220
=
= 22
U dat
10

WBBD ( p ) =
-

kbd
22
=
(1 + TV . p )(1 + Tbd . p ) (1 + 0, 003 p)(1 + 0, 0015 p )

Bộ điều khiển dòng:
TSI = TBD + TV + TI = 0, 0015 + 0, 003 + 0, 002 = 0, 0065( s )


KI =

U dat 10
=
= 0, 076
I dm 132

RI =

Ru .Tu
2.K I .K BD .TS I


1 
0, 0966.0, 066 
1 
. 1 +
. 1 +
÷=
÷
 Tu . p  2.0, 076.22.0, 0065  0, 066 p 

⇒ RI = 0, 293 + 4, 444.
-

Bộ điều khiển tốc độ:
TSω =

Kω =

2TSI + Tω

2

=

2.0, 0065 + 0, 001
= 0, 007( s )
2

U dat
10
=
= 0, 064
ω
157,1

⇒ Rω =
-

1
p

K I .J
0, 076.1, 2
=
= 39,148
4.Kω .Cu .TSω 4.0, 064.1,3.0, 007

Bộ điều khiển vị trí:
Chọn: L = 35 (m)
D = 0,7 (m)

ϕ=

→

R = 0,35 (m)

L
35
=
= 100(rad )
R 0,35

Kϕ =

U dat 10
=
= 0,1
ϕ
100

Hệ số khuếch đại của bộ truyền lực:

1 1
k= =
i 10


⇒ Rϕ =

Kω
0, 064
. 1 + 4TSω . p =
. ( 1 + 4.0, 007. p )
1
2.k .Kϕ .Tϕ
2. .0,1.0,3
10

(

)

⇒ Rϕ = 10, 67 + 0, 299 p
WI ( p ) =
-

Khâu đo dòng:

KI
0,076
=
1 + TI . p 1 + 0,002 p

WFT ( p ) =
-

Khâu đo tốc độ:

Wϕ ( p ) =

-

Khâu đo vị trí:

Kω
0, 064
=
1 + Tω . p 1 + 0, 001 p

Kϕ
1 + Tϕ . p

=

0,1
1 + 0,3 p


3.2.2. Kết quả mô phỏng
Từ các thông số đã tính toán được, ta có sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí và kết quả mô phỏng với các nhiễu tải khác
nhau trên Simulink:

10
Dat

PD(s)
BDK vi tri

P(s)
BDK toc do

PI(s)
Saturation1

BDK dong

22

1

10.35

0.003s+1

0.0015s+1

0.066s+1

Transfer Fcn

Transfer Fcn1

Saturation

Transfer Fcn2

1.3
Cu

0

4.444

Mc

s
Transfer Fcn4

1.3
Cu

0.076
0.002s+1
Do dong

Scope1
0.064
0.001s+1
Do toc do
Scope2
0.1
0.3s+1
Do vi tri

Scope3

1

1

1.2s

10s

Transfer Fcn3

Khuech dai TD

Scope