THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

BÀI 1: Hệ thống chỉnh lưu cầu ba pha – động cơ một chiều kích từ độc lập
a. Động cơ: Pđm=14,5KW, Uđm=220V, Iđm=79A,
Lư=10mF, J=0.12Kg.m2

đm

=112(rad/s), Rư= 0.32 ,

b. Chỉnh lưu: Edmax=230V, Iđm=100A, Rb=0.23, Lb=7mH, Kb=35, sóng năng của
cosin U2(t)=Urmcos
c. Đo lường: Ki=0.05, Ti=0.3x10^-3(s), K = 0.04 (v/rad), = 0.3x10^-3
d. HCD: Imax= 2.Iđm
Yêu cầu:
- Tổng hợp mạch vòng dòng điện trong chế độ dòng điện liên tục
- Tổng hợp mạch vòng tốc độ:
• Tối ưu module
• Tối ưu đối xứng
- Mô phỏng bằng Matlab Simulink, nhận xét về đặc tính động của U cho 2 trường
hợp trên khi Mc=0 và Mc0.
Thực hiện:
1.1.

Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Mô hình đối tượng của mạch vòng dòng điện khi bỏ qua nhiễu E
Hàm truyền đối tượng:
Soi =
Trong đó: Tsi = Tb + Ti; Ksi =;

Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện Ri(s) theo chuẩn tối ưu module:

2


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Ri(s) = = =
Chọn = Tsi ta có: Ri(s) =

Mạch vòng điều khiển dòng điện
Tính toán:
R = Rư + Rb = 0,32 + 0,23 = 0,55 (
L = Lư + Lb = 10 + 7 = 17 (mH)
T = = 0,031 (s)
Tb = = 0,0304 (s)
Tsi = Tb + Ti = 0,0304+0.3*10-3=0,0307 (s)
Ksi = = = 3,182
Hàm truyền động cơ:
Gđc = = =
Hàm truyền bộ chỉnh lưu:
Gcl = = =
Hàm truyền bộ đo dòng:
Gdd = =
Hàm truyền bộ điều khiển dòng điện:
Ri(s) = = =

1.2.

Tổng hợp mạch vòng tốc độ

3


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Mô hình đối tượng của mạch vòng tốc độ
Khi Mc = 0 ta có hàm truyền của đối tượng:
=
Trong đó: = 2 + ; = ;
Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ theo chuẩn tối ưu module:

= =
Chọn suy ra :

Mạch vòng điều khiển tốc độ tổng hợp theo chuẩn tối ưu module
Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ theo chuẩn tối ưu đối xứng:

=

Mạch vòng điều khiển tốc độ tổng hợp theo chuẩn tối ưu đối xứng
4


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Chọn ta có:

=
Tính toán:

= 2 += 2*0,0307+0,3*10-3 =0,0617 (s)
=( Udm – Idm*Rư)/=(220 – 79*0,32)/112= 1,7386;
= 1,7386*0,04/0,05 = 1,391
Ta có:

= = 0,699
= = =

5


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện
1.3.

Mô phỏng trong matlab Simulink

Ta tạo 1 file .m để thực hiện nhập và tính toán các thông số cần thiết:

clc
Pdm=14.5e3;
Udm=220;
Idm=79;
Wdm=112;
Ru=0.32;
Lu=10e-3;
J=0.12;
Edmax=230;
Icl=100;
Rb=0.23;
Lb=7e-3;

Kb=35;
Ki=0.05;
Ti=0.3e-3;
Kw=0.04;
Tw=0.3e-3;
%----------------------------------------------------------------------L=Lu+Lb;
R=Ru+Rb;
T=L/R;

6


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Tb=Lb/Rb;
Tsi=Tb+Ti;
Ksi=Kb*Ki/R;
Tsw=2*Tsi+Tw;
Kphi=(Udm-Idm*Ru)/Wdm;
Mdm=Kphi*Idm; Tu=Lu/Ru; Mc= Mdm;
Ksw=Kphi*Kw/(Ki*J);
ndm=9.55*Wdm;
Rwmd=(J*Ki)/(Kphi*Kw*2*Tsw)
Rwdx=tf([4*Tsw 1],[Ksw*8*Tsw*Tsw 0])
%J*Ki/(Kphi*Kw*2*Tsw)

 Mạch vòng dòng điện:
Mô hình:

Mạch vòng điều khiển dòng điện

7


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Đồ thị đáp ứng
80
70
60
50
40
30
20
10
0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

 Mạch vòng tốc độ
Mô hìnhtối ưu đối xứng

Mạch vòng điều khiển tốc độ tổng hợp theo chuẩn tối ưu đối xứng

8


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Đồ thị đáp ứng
120

100

80

60

40

20

0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Hình 1.9.Đồ thị đáp ứng của ứng với Mc=0
120

100

80

60

40

20

0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Hình 1.10.Đồ thị đáp ứng của ứng với Mc=Mdm

9


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Mô hình theo chuẩn tối ưu module

Mạch vòng điều khiển tốc độ tổng hợp theo chuẩn tối ưu module

Đồ thị đáp ứng
120

100

80

60

40

20

0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Hình 1.12.Đồ thị đáp ứng của ứng với Mc=0

10


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

120

100

80

60

40

20

0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Hình 1.13.Đồ thị đáp ứng của ứng với Mc=Mdm

Nhận xét:
• Với chuẩn tối ưu đối xứng: Bộ điều khiển đáp ứng được yêu cầu điều khiển
ổn định. Khi có nhiễu Mc=Mdm giá trị tốc độ chỉ bị giao động nhẹ rồi trở về
giá trị xác lập, sai leenchj tĩnh bằng 0.
• Với chuẩn tối ưu Module: Khi bỏ qua Mc, bộ điều khiển hoạt động tốt, đưa
giá trị tốc độ đạt giá trị đặt, tuy nhiên khi có Mc=M đm thì xuất hiện sai lệch
tĩnh. Vì vậy bộ điều khiển tối ưu module không phù hợp.

11


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

BÀI 2: Động cơ không đồng bộ 3pha.
2.1.

Lập mô hình của động cơ gần đúng trong hệ dq:

Hình 2.1.1: Hệ tọa độ quay dq
Xét định nghĩa hệ tọa độ dq
(dq) = .(); = cos + j sin
=> = . cos+ j . sin=> =
= . cos+ j . sin=> =
=> = . ; = . ; =.

Từ mô hình thay thế của động cơ:
Rriαr + - ωψβr
0 = Rr iβr + - ωψαr
Usd = Rsisd + - ωsψsq
Usq = Rsisq + - ωsψsd
12


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

ψsd = Lsisd - LMird = Lrsiad + LMimd; Imd = isd – ird
ψsq =Ls isq – LMirq = Lrsisq + LMimq; imq = isq – Irq
ψrd = -ird.Lr + LMisd = -Lδrird + LMimd
ψrq = - irqLr +LMisq =-Lσrirq + LMimd
Ta có: M= . LM (idr . iqs – iqr .ids) = . (. iqs - . ids)

2.2.

Thiết kế bộ điều khiển dòng điện Ridq.

Soid(p) = ; Ts >> Ti
Theo tiêu chuẩn TWMD, chọn = Tita được:
Rid(p) =
Soiq(p) = ; Tnm>> Ti
Chọn = Ti
Riq =

2.3.

Tính toán các thông số:

 Các tham số động cơ:
Kphi=(Udm-Idm*Ru)/wdm;
Mdm=kphi*Idm; Tu=Lu/Ru; Mc= Mdm;

Ts=Ls/Rs; Tr=Lr/Rr;
 Tính toán hàm điều khiển:
Tsi=Tb+Ti;
Ksi=Kb*Ki/Ru;

13


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Ksw=Kw*kphi/(Ki*J);
Tsw=Tw+2*Tsi;

2.4.

Tiến hành mô phỏng trên matlab.

Ta tạo 1 file .m để thực hiện nhập và tính toán các thông số cần thiết.
clc
Pdm=90e3; Udm=380; Idm=158; fdm=50; ndm=1483;
p=2;
J=150; Mdm=580; Xidm=0.98;
Rs=0.02; Rr=0.016; Ls=16.36e-3; Lr=16.36e-3;
Lm=16e-3;
Lnm=Ls+Lr;Rnm=Rs+Rr;Tnm=Lnm/Rnm;

Knl=1; Tnl=1e-3;
Ki=1; Ti=0.1e-3;
Kw=0.5; Tw=0.001;
Ws=49;
Wsl=1;
%-----------------------------------------------------------------Ts=Ls/Rs;
Tr=Lr/Rr;
Tsi=Tnl+Ti
 Mô hình mạch vòng điều khiển:

14


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

 Kết quả chạy mô phỏng:
Dòng điện Isd với giá trị đặt là 10:

Dòng điện Isq với giá trị đặt là 22:

15


BTL Điều Khiển Truyền Động Điện

Nhận xét:
Ta thấy giá trị Isd và Isq đã đạt được giá trị đặt, bộ điều khiển hoạt động tốt với thời
gian quá độ ngắn chỉ khoảng 0.01s.

16