Bài giảng Điều khiển máy điện: Máy điện một chiều và điều khiển máy điện một chiều - Nguyễn Ngọc Tú

Điều khiển máy điện
Máy điện một chiều

Điều khiển máy điện
một chiều

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Điều khiển máy điện một chiều
• DC Motor – Mơ hình và điều khiển
• Thiết lập bộ điều khiển PID

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Mơ hình động cơ DC
Phương trình mơ hình động cơ DC:

Khi xác lập (d/dt  0, và
bỏ qua Ra

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện

Mơ hình động cơ DC
Nếu từ thơng Фf là hàm phi tuyến theo if:

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Mơ hình động cơ DC
Nếu từ thơng Фf là hàm phi tuyến theo if:

Nếu if=const, bằng định mức

Vùng làm việc là vùng moment hằng số
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Mơ hình động cơ DC
Nếu từ thơng Фf là hàm phi tuyến theo if:

Nếu if thay đổi, Va bằng định mức

Vùng làm việc là vùng công suất hằng số
(vùng suy giảm từ trường)
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện

Mơ hình động cơ DC
Sai số tốc độ:

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Mơ hình đơn giản có xét qn
tính và ma xát
J – moment quán tính
D – Hệ số ma xát
TL – moment tải, bỏ qua nếu không tải

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Mơ hình đơn giản có xét qn
tính và ma xát
Nếu bỏ qua D và Ra, tần số cộng hưởng của hệ
thống fr có dạng:

Có sự dao động xuất
hiện ở đáp ứng ngõ ra.
Và đây cũng là đặc tính
của mọi máy điện quay
(do đều có điện cảm L

và qn tính)
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Điều khiển vịng kín
- Dịng phần ứng rất dễ tăng quá giá trị định mức
- Cần bộ hiệu chỉnh để khử tần số cộng hưởng để
cải thiện đáp ứng khi thay đổi tốc độ lệnh

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Hàm truyền động cơ DC
Phương trình mơ hình động cơ DC:
PT điện:
PT cơ:
Biến đổi qua miền s (biến đổi Laplace):

Hay
Suy ra
Nếu bỏ qua moment tải
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện

Hệ thống điều khiển động cơ DC

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Hệ thống điều khiển động cơ DC

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Mơ hình phần cơng suất

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Mơ hình phần cơng suất

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


δ = kPWM
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Thiết kế bộ điều khiển

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Vòng điều khiển moment

Bỏ qua TL

Giả sử J đủ
lớn
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Vịng điều khiển tốc độ và vị trí
Để thiết kế ta giả sử rằng vòng điều khiển dòng điện (vòng
tốc độ khi điều khiển vị trí) là lý tưởng (hàm truyền = 1)

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Bộ điều khiển PID
• Bộ điều khiển truyền thống đơn
giản
• Bộ đkhiển PD có thể cải thiện
đáp ứng quá độ trong khi vẫn
giữ được sự ổn định.

de
u  K pe  Kd
 K i  (e)dt
dt

• Bộ điều khiển PI có thể cải
thiện sai số xác lập của hệ
thống mà không làm giảm sự
ổn định.
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Bộ điều khiển PID
I=điều khiển tích phân



Ki*[ (e)dt]

Giá trị
đặt

e=sai số

+

P=tỉ lệ
Kpe

sum

u

Đối tượng điều
khiển

-

D=điều khiển vi phân
Kd*[d(e)/dt]

Tín hiệu hồi tiếp

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện

Đầu ra


Phương trình bộ PID liên tục và rời rạc

-Lúc ban đầu, set giá trị Kp, giá trị Ki = 0

-Tăng dần Kp cho tới khi đáp ứng đạt tới giá trị đặt (khơng có
vọt lố q lớn và dao động)
-Sau đó Ki được tăng chậm để sai số về 0
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện


Tính chất của các hệ số P, I, và D
Chú ý rằng quan hệ ở dưới có thể khơng chính xác, vì Kp, Ki, và Kd phụ thuộc lẫn nhau. Bảng dưới chỉ
được dùng để tham khảo khi chọn các giá trị Ki, Kp và Kd.

Thông số

Thời gian lên

Vọt lố

Thời gian
xác lập

Sai số xác lập

KP

Giảm

Tăng

Thay đổi ít

Giảm

KI

Giảm

Tăng

Tăng

Triệt tiêu

KD

Thay đổi ít

Giảm

Giảm

Thay đổi ít

Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ mơn Thiết bị điện


Bộ điều khiển PID
Quá vọt lố

Tốc độ động cơ (w)

Yêu cầu

Chất lượng tốt

Đáp ứng quá chậm

Thời gian
Điều khiển máy điện – N N Tú

Bộ môn Thiết bị điện