Nghiên cứu xây đựng, tính toán, mô phỏng khảo sát hệ thống điều khiển tự động ổn định tốc độ dùng hệ truyền động một chiều máy phát động cơ

D

NN

D N

N

N

n ềt i
C ư

I:

1 1 Về nhiệm v

n

nh t

ộ trong s n xu t v

1 2 Hệ truyền ộng iện T
13
M

sở h n ph

14

t nh

16

II:

21

u

22

ộ khuế h

n

ng

h tl

ộng t

ộ ộng

ộ ộng

iều h nh t

ng hệ th ng

ộ

ộ

T t

iện một hiều

M
ộ ộng

t
i iện t

2 3 M y ph t iện 2
24

nh gi

ng nghệ

ng ể iều h nh t

ng hệ th ng iều khiển

h ti u

nh t

iều h nh t

m y ph t- ộng

ux y

C ư

n

ng ph p iều khiển v

hệ T

1 5 Nghi n

v hệ T

qu tr nh

p khuế h

i m y iện

iện một hiều

2 5 M y ph t t
25

m iến m -men.

25

m h4

C ư

III :

3 1 Th nh l p s
32

th

ộng

ng hi u h nh

hệ th ng

T

kh i hệ th ng

h n t nh to n

u tr

ộng h

ph n t trong hệ th ng

3 3 Th nh l p s

u tr

hệ th ng

T

3 3

nh v

h o s t t nh n

nh gi

h tl

n

T

u

ng hệ th ng

n

u

M


C ư

IV :
-ga.

4 1 h i qu t về
t nh t n s l -ga.
4 2 T ng h p

u hiệu h nh

H

H n i tiếp ho hệ th ng

v t ng h p

H

T

ộ ộng

n

nh t

ng ph

ng ph p


Trang Bìa


Trang Thông Tin Cá Nhân


L i Cam Đoan

m xin cam oan : Khoá lu n t t nghiệp với ề tài “Nghiên c u xây ng,
tính toán, mô ph ng kh o sát hệ th ng iều khiển t ộng n nh t c ộ
dùng hệ truyền ộng một chiều máy phát- ộng c ” là công trình nghiên c u
c a cá nhân em, không sao chép c a b t c ai.
m xin ch u m i trách nhiệm về công trình nghiên c u c a riêng mình
Hà Nội, ngày …tháng… năm…….
Ng ời cam oan


Lời Cảm Ơn

Để đ án t t nghiệp này đ t kết qu t t đ p, em đã nh n đư c s hỗ tr ,
giúp đ c a nhiều cơ quan, t ch c, cá nhân. Với tình c m sâu sắc, chân
thành, cho phép em đư c bày t lòng biết ơn sâu sắc đến t t c các cá nhân
và cơ quan đã t o điều kiện giúp đ trong quá trình h c t p và nghiên c u
đề tài.

Trước hết em xin g i tới các th y cô khoa Điện-Điện T trường Đ i h c
Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội lời chào trân tr ng, lời chúc s c kh e và
lời c m ơn sâu sắc. Với s quan tâm, d y dỗ, ch b o t n tình chu đáo c a
th y cô, đến nay em đã có thể hoàn thành đ án t t nghiệp.
Đ c biệt em xin g i lời c m ơn chân thành nh t tới th y giáo– TS.
Nguyễn Ng c Bích đã quan tâm giúp đ , hướng dẫn em hoàn thành t t
đ án t t nghiệp này trong thời gian qua.
Em xin bày t lòng biết ơn đến lãnh đ o Trường Đ i h c Kinh Danh Và
Công Nghệ Hà Nội, Khoa Điện - Điện T đã tr c tiếp và gián tiếp giúp đ em
trong su t quá trình h c t p và nghiên c u đề tài.
Trong thời gian làm đ án t t nghiệp, em đã nh n đư c nhiều s giúp đ ,
đóng góp ý kiến và ch b o nhiệt tình c a th y cô.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn h n chế c a một h c
viên, đ án t t nghiệp này không thể tránh đư c những thiếu sót. Em r t
mong nh n đư c s ch b o, đóng góp ý kiến c a các th y cô để em có điều
kiện b sung, nâng cao ý th c c a mình, ph c v t t hơn công tác th c tế sau
này.
Em xin chân thành c m ơn!
. . ....... , ngày....tháng....năm....
Sinh viên


Mục Lục
Contents
Trang Bìa ............................................................................................................................. 3
Trang Thông Tin Cá Nhân................................................................................................... 4
Tr ng
Lời

m ết .................................................................................................................... 5

m Ơn ......................................................................................................................... 6

M

L

............................................................................................................................... 7

MỞ ẦU ............................................................................................................................. 9
HƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ỘNG Ơ IỆN 1 HIỀU VÀ Á PHƯƠNG PHÁP
IỀU HIỂN ỘNG Ơ IỆN 1 HIỀU ..................................................................... 11
I. Khái quát ................................................................................................................. 11
h

ng II THIẾT Ế Ộ IỀU HIỂN ỘNG PID ................................................. 16

h ng III Th nh l p s
kh i v s
u tr v kh o s t n u hệ th ng
T
n nh t
ộ
M ...................................................................................................... 27
I. L p s
kh i ph n t h h năng
ph n t l p s
h năng v thuyết
minh nguy n lý l m việ
hệ th ng ......................................................................... 27
1.

Ph n t h s

nguy n lý:................................................................................ 27

2.

Ph n t h h

năng

3.

Nguy n lý l m việ

II.
hở

Ph n t h
28

kh u: ......................................................................... 27
hệ th ng: .................................................................... 27

u trúc – l p s

u tr

v l p h m s truyền

hệ th ng m h

1.

Ph n t h

u tr

2.

L ps

u tr : ........................................................................................... 29
ng h m s truyền

3.
III.

h o s t t nh n

HƯƠNG IV T nh to n
I. X y

ng

hệ th ng: ............................................................. 29

nh

hệ th ng m h hở

u tr

v th ng s

T ........................................... 29
u hiệu h nh n i tiếp ................ 31

t nh t n s Log Lbd w v ph t n s Log

T nh to n v x y

II.

hệ th ng: ............................................................................. 28

ng

t nh t n s

n

u ȹbd(w)..... 31

i n ộ Log mong mu n Lmm(w).......... 32

1.

V ng t n s th p: .............................................................................................. 33

2.

V ng trung t n .................................................................................................. 33

3.

V ng t n s

o ................................................................................................ 34


V ng t n s li n h p: ........................................................................................ 34

4.
III.

T nh to n

IV.

Tính toán và ph n t h hệ th ng s u khi ã hiệu h nh ....................................... 37

1 S

u tr

2 X y
3

ng

ng

v th ng s ............................................................................. 36
hệ th ng s u khi hiệu h nh: ................................................... 37

t nh ᵩ w

nh gi t nh n

4 X y
V.

u tr

hệ th ng s u khi hiệu h nh ...................................... 38

nh

hệ th ng v x

ờng ong qu

nh ộ

trữ n

nh theo i n ộ . 38

ộ h t :........................................................................ 39

ết lu n: ............................................................................................................... 40

h ng V: M ph ng kh o s t nh gi h t l ng hệ th ng s u khi hiệu h nh ng
ph n mềm MATLA ......................................................................................................... 41
I.
II.

ết qu m ph ng s
ết qu m ph ng s

ng m tl
ng m tl

mfile ............................................................... 41
simulink ....................................................... 44

Tài liệu th m kh o ............................................................................................................. 45
Ph L

o e .................................................................................................................... 46


MỞ ẦU
ỹ thu t iều khiển t ộng h
v i trò r t qu n tr ng trong ph t triển kỹ thu t
ng nghệ hiện i Hiểu v nắm ắt
kiến th
sở x y ng n n hệ th ng
iều khiển t ộng l y u u n thiết v kh ng thể thiếu trong h ng tr nh h t p
sinh vi n

tr ờng i h kỹ thu t n i hung v tr ờng
n i ri ng
Tiến h nh i t p lớn “ Lý thuyết iều khiển t ộng tuyến t nh li n t ” s u khi
h xong ph n lý thuyết
m n h “Lý thuyết iều khiển hệ th ng” nh m m
h
h nh l nắm
ph ng ph p thiết kế v iều khiển hệ th ng t ộng
Với hệ li n t tuyến t nh ể nắm vũng nguy n lý x y ng
hệ th ng iều
h nh t ộng h năng
ph n t tong hệ th ng S
ng ph ng ph p ph n t h
u tr hệ th ng
ph ng kh o s t t nh n nh v h t l ng
hệ th ng
T
việ

ề i: T nh o n hệ th ng tuyến t nh li n t
ho tr ớ

theo y u

Ph n t h v kh o s t hệ th ng: iều khiển t
năng n thiết
tr n s
nguy n lý ho ới

h

ệ thống iều chỉnh C

I.

H
T

tốc ộ ộng cơ

1 S

u ch

:

A: hiết p
T: huế h

tt

ộ

ộng

i thu t to n

MF: Máy phát
: ộng
MP T: M y ph t o t

ộ

ộng

.

ộ ộng
y

u h ti u h t l
og m

ng l m
ph n t


ng s liệu
Tên
ph n t
Ký
hiệu
các
thông
s v
th
nguyên

i toán

MFT

Kmftd
[mv x
ph/vòng]

T

CA

Kca
[v/m
v]

Kkd/ t
[ma/v]

MF

Tk

/ t

Kmf

Kdc
Tmf

[sec]

[v/m
a]

[sec]

[vòn
g/ phút
xv]

Tdc
[sec]

Giá
tr

1

1.5

25

0.00
4

3.5

0.01
4

2

1.15

Ký
hiệu

K1

K2

K3

T1

K5

T2

K6

T3


C ƢƠN . ỔNG QUAN VỀ
N
ƢƠN
ỀU KHIỂN
I.

CƠ ỆN 1 CHIỀU VÀ CÁC

N CƠ ỆN 1 CHIỀU.

Khái quát

hi tiến h nh thiết kế 1 ộ iều khiển n i hung việ
u ti n t ph i hiểu iết về
t nh
i t ng từ
x y ng m h nh to n h
ho i t ng
ng việ n y
ung p ho t hững hiểu iết về i t ng gi p t th nh ng trong việ t ng h p ộ
iều khiển
u t o ph n lo i v nguy n lý ho t ộng

ộng

iện 1 hiều:

Cấu tạo

ết u
(roto)

ộng

iện 1 hiều g m 2 ph n h nh l ph n tĩnh st tor v ph n ộng

Nguy n lý hoạt ộng
hi t lên dây qu n kích từ một iện áp kích từ Uk n o

th trong y qu n
kích từ sẽ xu t hiện dòng kích từ ikt làm xu t hiện từ thông . Tiếp
t một giá tr
iện áp U lên m ch ph n ng thì trong dây qu n ph n ng sẽ
1 òng iện i ch y qua.
T ng t giữ òng iện ph n ng và từ thông kích thích t o th nh m men iện từ.
Ph n lo i:
ăn

v o ph

ng ph p k h từ ng ời t

hi

ộng

1 hiều th nh

lo i nh s u:


ộng

iện 1 hiều k h từ

ng n m h m vĩnh

u

ộng
iện 1 hiều k h từ ộ l p nghĩ l ph n ng v ph n k h từ
iện ởi 2 ngu n ri ng lẽ
ộng
với ph n ng

iện 1 hiều k h th h n i tiếp: uộn

ộng
iện 1 hiều k h th h song song: uộn
song với ph n ng

y k h th h
y k h th h

ộng
iện 1 hiều k h th h hỗn h p: g m
2 uộn
n i tiếp với ph n ng 1 uộn mắ song song với ph n ng
M t to n h

ộng

iện 1 hiều:

T n hiệu v o u
T n hiệu r n t
T

ph

ng tr nh:

(*)
thời gi n qu n t nh iện hay h ng s thời gi n iện từ
:

Mô hình trạng thái tuyến tính:

p

mắ n i tiếp
mắ song

y k h từ 1 uộn mắ


t x1=n(t),

, y(t)=x1
̇
̇
[ ]
̇

̇

[

][ ]

[
Mô t

ộng

ph
t

]. [ ]

ở miền t n s :

ng ph p iều khiển t

D v o
ộ s u:

[ ]

t nh

ộ ộng

iện 1 hiều:

ộng

iện 1 hiều t

ph

ng ph p iều khiển

iều khiển t

ộ

ng

h th y

i từ th ng

iều khiển t

ộ

ng

h th y

i iện trở phu Rf tr n m h ph n ng

iều khiển t

ộ

ng

h th y

i iện p ph n ng

D ới u h ng em h ề p ến ph ng ph p iều khiển t
ộ ộng
iện 1
hiều ng
h th y i iện p ph n ng Ph ng ph p n y s
ng h yếu ể iều
khiển t
ộ ộng
iện 1 hiều k h từ ộ l p
iều khiển t

ộ ộng

iện 1 hiều kh ng

o hiều qu y

ng tr nzitor


S

Ph

nguyên lý:

ng ph p iều khiển có

o hiều quay dùng tranzitor.

S

nguyên lý dùng Tranzitor:

S

nguyên lý dùng Tranzitor và khuế h

i thu t toán:


iều khiển t c ộ ộng
D ng ể iều khiển ộng
S

nguyên lý:

iện 1 chiều dùng Thyristor.
ng su t lớn v

iện áp ph n ng cao.


Chƣơng II. THI T K B

ỀU KHIỂN

NG (PID)

Tr n th tế
r t nhiều ph ng ph p ể thiết kế ộ iều khiển ho ộng
1
hiều nh thiết kế ộ iều khiển theo lu t kinh iển tỷ lệ tỷ lệ - t h ph n tỷ lệ - vi
ph n tỷ lệ - vi t h ph n theo lu t iểu khiển hiện i g n iểm
ph n h i tr ng
th i qu n s t tr ng th i theo lu t iều khiển phi tuyến SM g in s he uling). Tuy
nhi n trong i t p lớn n y h ng em s
ng ph ng ph p thiết kế ộ iều khiển theo
lu t PID
t nh mềm ẻo ph h p ho h u hết
i t ng ng nghiệp
S

h

năng:

M y ph t t FT o v n t x
ộng
t n hiệu r l iện p –uFT với t nh
hiệu t r t v
ộ s i lệ h e t tới ộ iều khiển ộ iều khiển
v o ộ s i lệ h
e t ể p iện p iều khiển u t tới
thiết
h p h nh ể tăng h y gi m iện p u

t ph n ng
ộng
S

kh i:

M y ph t t FT nhiệm v o t
ộx
ộng
n
gi ng nh một m y ph t iện mini
k h từ
nh ộ huyển
kh u khuế h i hệ s khuế h i f với uFT = fx
ộng

iện 1 hiều iến

i t n hiệu iện th nh t n hiệu

u t o v ho t ộng
i n y oi nh một
theo ph

Thiết
h p h nh huyển t n hiệu iều khiển u t t
ộng v o
h nh Tr nzitor Thyisror … ể iều h nh iện p p v o ph n ng ộng

ng tr nh:

u h p
:


Thiết

h p h nh l kh u qu n t nh

nh t

Bộ iều khiển th c hiện theo lu t PID c n

h m truyền:

x

nh thông s và c u trúc:

(
S

)

u tr :
B

Ề

ỂN

D

M h nh t ng qu t:

D v o m h nh i t
theo lu t PID – ADD.
t

ng ta thiết kế bộ iều khiển theo ph
T=

H k kf T1 = TCH, -1/T2, -1/T3
=0

Ta có:

ng ph p t i u m

un




i to n thiết kế: L
h n
th m s
ộ iều khiển ể iều khiển i t ng
m h nh h m truyền G T s nh tr n ể t o r 1 hệ th ng n nh v
t ti u

huẩn h t l ng

ể p ng
huẩn iều khiển:

Với
T nh n

ph

∑

ng ph p t i u m

nguy n lý

ể tăng ộ tin y
ph n h năng:

i to n về

∑

ng m h nh h m

là h ng s thời gian t ng.

th m s t i u

lu t iều khiển PID – ADD:

,
S

un t

,

hệ th ng iều khiển:
ộ iều khiển tr n th

tế ng ời t

hi

ộ PID r từng th nh


;

nh gi t nh n
h n ộng

1 hiều

M y ph t t
Thiết

nh v

t nh ộng h

I*

ng

hệ th ng iều khiển

T = 1 T = 4 k = 15

f = 0 012.

h p h nh

I* H m qu

h tl

;

T H = 2, KCH = 20
hệ th ng:

ộ xung:

t nh t n s nyquist


I*

t nh t n s l g


h o s t t nh n

nh

hệ th ng

Ta có:
Ở

y t s d ng tiêu chuẩn Routh ể xét tính n
th

tr ng

nh c a hệt th ng:

a hệ th ng kín:

Ta có b ng Routh:

=5.339

hệ th ng

il

ng Routh ều

= 48

ng n n hệ n

nh


h os t h tl

ng

Với t n hiệu v o l xung

hệ th ng s
th ng:

ng M tl

– Simulink:


Với t n hiệu v o l xung nh n:


T n hiệu v o l s ng h nh sin:

n

Nh n xét: m

m o Nh v y
nh h t l ng
Hiệu h nh

t n hiệu v o kh nh u nh ng h t l ng
hệ lu n lu n
u tr
hệ iều khiển l ho n to n m o y u u về t nh

th ng s

th ng s
ộ
nh tr n m o hệ th ng
th ng t th y thời gi n qu
th ng ể hệ th ng thể t

hệ iều khiển:

iều khiển PID
ã ho l m việ n
ộ l qu
i 35 se
ộng nh nh h n:

T sẽ hiệu h nh th ng s
kh u iều khiển:

h n theo ph ng ph p t i u m un
nh Từ

th
t nh qu ộ
hệ
o
n gi m thời gi n qu ộ
hệ

ộ iều khiển PID

v o

t nh s u


hiệu

h u tỷ lệ
t nh t
ộng nh nh khi u v o
u r Tuy nhi n kh u n y lu n t n t i s i lệ h
h u t h ph n lo i

s i lệ h

h u vi ph n l kh u t

s i lệ h th t

hệ th ng nh ng l kh u t

ộng ng y t n
ộng h m

ộng nh nh

u ti n t gi m thời gi n qu ộ ng
h tăng hệ s
P: h n
KP2=5, KP3=10 ng với
m h nh h m truyền hệ k n gk1 gk2 gk3 t
t nh qu ộ xung:

P1=0.93,
th

T th y khi P tăng th Tq gi m nh ng ộ qu iều h nh tăng s i lệ h tĩnh tăng
ể
i thiện
t nh n y t tăng
th m s TI TD ng với
gi tr
P lớn nh t
(KP3).
h n TL1=4 TL2=6 TL3=10 t

ng ng với gk1 gk2, gk3: