Thiết kế khâu điều chỉnh kiểu DeadBeat cho mạch vòng dòng điện, tối ưu modul số cho mạch vòng tốc độ động cơ DCServo

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây công nghệ thông tin có những bước nhảy vọt,
đặc biệt là sự ra đời của máy tính đã tạo cho xã hội một bước phát triển mới, nó
ảnh hưởng đến hầu hết các vấn đề của xã hội và trong công nghiệp cũng vậy.
Hòa cùng sự phát triển đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất đã ứng dụng các họ vi
xử lý mạnh vào trong công nghiệp, trong việc điều khiển và xử lý dữ liệu.
Những hạn chế của kỹ thuật tương tự như sự trôi thông số, sự làm việc cố định
dài hạn, những khó khăn của việc thực hiện chức năng điều khiển phức tạp đã
thúc đẩy việc chuyển nhanh công nghệ số. Ngoài ra điều khiển số cho phép tiết
kiện linh kiện phần cứng, cho phép tiêu chuẩn hóa. Với cùng một bộ vi xử lý,
một cấu trúc phần cứng có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên
kỹ thuật số cũng có những nhược điểm như xử lý các tín hiệu rời rạc…, đồng
thời tín hiệu tương tự có những ưu điểm mà kỹ thuật số không có như tác động
nhanh và liên tục. Vì vậy xu hướng điều khiển hiện nay là phối hợp cả điều
khiển số và điều khiển tương tự.
Để nắm vững những kiến thức đã học thì việc nghiên cứu là cần thiết đối
với sinh viên. Bài tập lớn Môn “Điều khiển số” đã giúp em biết thêm được rất
nhiều về cả kiến thức lẫn kinh nghiệm. Dưới sự hướng dẫn của thầy PHẠM
VĂN TOÀN em đã thực hiện xong bài tập Đề 35: “Thiết kế khâu điều chỉnh
kiểu DeadBeat cho mạch vòng dòng điện, tối ưu modul số cho mạch vòng
tốc độ động cơ DCServo Harmonic RHS 32-3018”.

1


CHƯƠNG 1. ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1.1. Các thông số của động cơ RHS32-3018

Hình 1.1. Bảng thông số động cơ RHS 32- 3018
Ua= 75 (V)
Ia= 4,1 (A)

Ra= 0,6 (Ω)
2


La= 0,92 (mH)= 0,92.10-3(H)
Kb= 2,35 (V/rpm)= 2,35.9,55= 22,44 (V/rad/s)
Kt= 22,9 (N.m/A)
J= 5,8 (kgm2)
Bf=5,6.10-1 (N.m/rpm)= 0,56.9,55= 5,348 (N.m /rad/s)
1.2. Ta có phương trình

Thực hiện biến đổi Laplace ta có:

Trong đó :
Ua: là điện áp phần ứng (V)
Ia: là dòng điện phần ứng (A)
Ra: là điện trở phần ứng (Ω)
La: là điện cảm phần ứng (H)
E: là sức điện động (V)

3


Kb: là hằng số điện áp phần ứng (V/rpm)
M: là mômen quay trên trục động cơ (N.m)
Kt: là hằng số mômen (N.m/A)
Mc: là mômen cản trên trục động cơ (N.m)
J: là mômen quán tính (kgm2)
ω: là tốc độ quay trên trục động cơ (rad/s)
Bf: là hệ số ma sát ổ trục (N.m/rpm)

Từ (1),(2),(3),(4) ta có mô hình động cơ 1 chiều kích từ độc lập trên
miền Laplace như sau:

Hình 1.2. Mô hình động cơ 1 chiều trên miền Laplace
1.3. Mô phỏng động cơ 1 chiều

4


yHình 1.3. Mô hình mô phỏng động cơ 1 chiều trên miền Laplace

Hình 1.4. Đáp ứng dòng của động cơ 1 chiều

5


Hình 1.5. Đáp ứng tốc độ của động cơ 1 chiều khi nhân với hằng số hộp số
- Nhận xét :
+ Dòng điện có độ quá điều chỉnh lớn
+ Tốc độ tăng lớn hơn định mức

6


CHƯƠNG 2. MÔ PHỎNG MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN Ở
MIỀN GIÁN ĐOẠN THEO KHÂU ĐIỀU CHỈNH DEAD-BEAT
1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện theo khâu điều chỉnh DEAD-BEAT

Hình 2.1. Mô hình mạch vòng dòng điện động cơ 1 chiều
Tbđ=0,0001s

Từ mô hình ta có đối tượng của hàm truyền hở như sau:

Đồng nhất phương trình (*) và (**) ta có hệ phương trình 3 ẩn như sau:

Thực hiện biến đổi Z biểu thức trên ta có:

7


Chọn Ti=0,0001(s)

Biểu diễn Gsω(z) dưới dạng z-1

Ta tổng hợp bộ điều khiển Rω theo kiểu Dead-Beat nên ta có hàm truyền của bộ
điều chỉnh có dạng như sau:

Chọn đa thức L(z-1) có dạng: L(z-1)=l0+l1.z-1+l2.z-2
U(z) = L(z-1).A(z-1).W(z-1)
=> Uz = (l0 + l1z-1 + l2z-2)( a0 + a1z-1 + a2z-2)W(z)
=> Uk = a0l0wk+(l0a1 + a0l1)wk-1+(l0a2 + l1a1 +a0l2)wk-2+(l1a2 + a1l2)wk-3 + a2l2wk-4
Ta có:

u0 = u1
u0 = u2
=> l0 = 0,72583, l1 = 0,75124, l2 = 0,52733
⇒ L(z-1)= 0,72583+0,75124.z-1+0,52733.z-2

8

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ Ở MIỀN GIÁN ĐOẠN
THEO KHÂU ĐIỀU CHỈNH TỐI ƯU THAM SỐ
1. Sơ đồ mạch vòng tốc độ

Hình 3.1. Mô hình mạch vòng tốc độ động cơ 1 chiều
Từ mô hình ta có đối tượng của hàm truyền hở như sau:

Với Tω=10.Ti=10.0,0001=0,001 (s)

Chọn bộ điều khiển có dạng (PI) như sau:

Với d1=a1= -0,9939 và Vs=9,9696. Với đối tượng và cách chọn bộ điều khiển
như trên ta có:

2. Mô phỏng bộ điều khiển tốc độ

9


Hình 3.2. Mô hình mô phỏng mạch vòng tốc độ động cơ 1 chiều

Hình 3.3. Giá trị tốc độ đặt

10


Hình 3.4. Đáp ứng tốc động cơ 1 chiều khi có bộ điều khiển tốc độ và chưa
nhân với hằng số hộp số

-Nhận xét :

+ Đáp ứng tốc độ sau 1 thời gian bám theo tín hiệu đặt
+ Thời gian đạt xác lập nhanh khoảng 0,01(s)

11