1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu

37 3 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Mô Hình Hóa Và Mô Phỏng Hệ Động Cơ Điện 1 Chiều Nam Châm Vĩnh Cửu
Tác giả Phạm Minh Nhật, Nguyễn Anh Quân, Trần Đình Phong
Người hướng dẫn TS. Phan Đình Hiếu
Trường học Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành Mô Hình Hóa Và Mô Phỏng
Thể loại Bài Tập Lớn
Năm xuất bản 2021
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 37
Dung lượng 1,35 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (9)
    • 1.1 Đ ỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (9)
      • 1.1.1 Động cơ 1 chiều nam châm vĩnh cửu là gì? (9)
      • 1.1.2 Cấu tạo và phân loại động cơ điện 1 chiều (9)
      • 1.1.3 Nguyên lí hoạt động của động cơ điện 1 chiều (13)
      • 1.1.4 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện 1 chiều (14)
      • 1.1.5 Các ứng dụng của động cơ điện một chiều (14)
    • 1.2 H Ệ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (16)
      • 1.2.1 Chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ (16)
      • 1.2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều (18)
  • CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẬT LÍ (19)
    • 2.1 P HÂN TÍCH MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (19)
  • CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH (22)
    • 3.1 C ÁC BƯỚC ĐỂ XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH CHO HỆ ĐIỆN (22)
    • 3.2 C ÁC BƯỚC ĐỂ XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH CHO HỆ CƠ KHÍ (22)
    • 3.3 C ÁC BƯỚC XÂY DỤNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH CHO HỆ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (22)
    • 3.4 T HIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU (28)
  • CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN 20 SIM (29)
    • 4.1 T HIẾT KẾ BIỂU ĐỒ BOND GRAPH TRÊN 20 SIM (29)
    • 4.2 H Ệ THỐNG VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID (31)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (40)

Nội dung

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG Giáo viên hướng dẫn TS Phan Đình Hiếu Lớp ME6057 3 Sinh viên thực hiện Phạm Minh Nhật 2019602278 Nguyễn Anh Quân 2019603384 Trần Đình Phong 2019603194 Hà Nội 2021 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Giáo viên chấm phản biện MỤC LỤC MỤC LỤC 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH 5 LỜI MỞ ĐẦU 7 CH.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Đ ỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1.1 Động cơ 1 chiều nam châm vĩnh cửu là gì? Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của Direct Current) là động cơ được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều. Động cơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu là động cơ điện 1 chiều được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.

1.1.2 Cấu tạo và phân loại động cơ điện 1 chiều

Hình 1.1: Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều Cấu tạo của động cơ điện một chiều có thể phân thành 2 phần chính:

 Phần tĩnh (stator) hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường nó gồm có:

- Dây quấn kích thích: Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ

Nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện, mạch từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ như thép đúc hoặc thép đặc Dây quấn kích thích, còn được gọi là dây quấn, đóng vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động của động cơ.

Hình 1.2: Cấu tạo stator động cơ điện một chiều

Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ bên ngoài Lõi sắt được làm từ các lá thép kỹ thuật điện hoặc thép cacbon dày từ 0,5 đến 1mm, được ép lại và tán chặt Trong các động cơ điện nhỏ, có thể sử dụng thép khối Cực từ được gắn chắc chắn vào vỏ máy bằng bulông Dây quấn kích từ được làm từ dây đồng bọc cách điện, mỗi cuộn dây được bọc cách điện kỹ lưỡng và tẩm sơn cách điện trước khi lắp đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ này được nối tiếp với nhau để hoạt động hiệu quả.

Cực từ phụ là thành phần được lắp đặt trên các cực từ chính, thường được chế tạo từ thép khối Trên thân của cực từ phụ có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Để gắn kết với vỏ máy, cực từ phụ sử dụng bulông.

Gông từ là bộ phận quan trọng trong động cơ điện, có chức năng kết nối các cực từ và làm vỏ máy Đối với động cơ điện nhỏ và vừa, thường sử dụng thép dày được uốn và hàn, trong khi đó, động cơ điện lớn thường sử dụng thép đúc Đôi khi, gang cũng được sử dụng để làm vỏ máy cho động cơ điện nhỏ.

Nắp máy có vai trò bảo vệ máy khỏi các vật rơi vào, ngăn chặn hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng Đối với máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò làm giá đỡ ổ bi, thường được làm bằng gang Cơ cấu chổi than giúp truyền dòng điện từ phần quay ra ngoài, bao gồm chổi than được đặt trong hộp chổi than với lò xo giữ chặt lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than, cách điện với giá, trong khi giá chổi than có thể điều chỉnh để định vị chổi than chính xác, sau đó được cố định bằng vít.

 Phần động ( rotor): Bao gồm những bộ phận chính sau.

Phần sinh ra sức điện động bao gồm mạch từ làm bằng vật liệu sắt từ, thường là lá thép kỹ thuật, được xếp chồng lên nhau Mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng, trong đó cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một quy luật nhất định Mỗi bối dây chứa nhiều vòng dây, và các đầu dây được kết nối với các phiến đồng, gọi là phiến góp, được cách điện với nhau và với trục, tạo thành cổ góp hay vành góp Trên cổ góp, cặp chổi than bằng than graphit được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo.

Hình 1.4: Cấu tạo rotor động cơ điện một chiều

Lõi sắt phần ứng được sử dụng để dẫn từ, thường là các tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm với lớp cách điện mỏng ở hai mặt, được ép chặt nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy Các lá thép có hình dạng rãnh để đặt dây quấn sau khi ép Đối với động cơ trung bình trở lên, còn có các lỗ thông gió được dập trên lõi sắt để tạo ra lỗ thông gió dọc trục, giúp làm mát dây quấn và lõi sắt khi máy hoạt động Trong động cơ điện lớn, lõi sắt thường được chia thành các đoạn nhỏ với khe hở thông gió giữa chúng Ở động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục, trong khi ở động cơ lớn, giá rôto được sử dụng để tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm trọng lượng rôto.

Hình 1.5: Lõi sắt phần ứng

Dây quấn phần ứng là bộ phận tạo ra suất điện động và cho phép dòng điện chạy qua, thường được làm từ dây đồng có lớp cách điện Trong các máy điện nhỏ dưới vài kW, dây quấn có tiết diện tròn, trong khi máy điện vừa và lớn thường sử dụng dây có tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép để đảm bảo an toàn Để ngăn chặn việc dây quấn bị văng ra do lực ly tâm khi quay, nêm được sử dụng để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn, với chất liệu có thể là tre, gỗ hoặc bakelit.

Cổ góp được cấu tạo từ nhiều phiến đồng cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm, tạo thành một trục tròn Hai đầu trục được giữ chặt bởi hai hình ốp chữ V, trong khi giữa vành ốp và trụ tròn cũng được cách điện bằng mica Đuôi vành góp được thiết kế cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp.

1.1.3 Nguyên lí hoạt động của động cơ điện 1 chiều

Khi cấp điện áp một chiều Uư vào mạch phần ứng, dòng điện Iư sẽ được sinh ra trong dây quấn phần ứng Các thanh dẫn mang dòng điện này sẽ chịu lực Lorentz F trong từ trường Φ do stator tạo ra, khiến rotor quay Chiều của lực tác dụng được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

Hình 1.6: Nguyên lý hoạt động

Khi cuộn dây phần ứng quay nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ, giữ nguyên chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng nhờ có phiếu góp, dẫn đến chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư, xác định theo quy tắc bàn tay phải Trong động cơ, chiều suất điện động Eư ngược chiều dòng điện Iư, do đó Eư được gọi là sức phản điện động.

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được sẽ tính bằng:

1.1.4 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện 1 chiều

- Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều

 Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có moment mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động.

 Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.

 Bền bỉ, tuổi thọ lớn.

- Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều

Bộ phận cổ góp có cấu trúc phức tạp và giá thành cao, nhưng thường xuyên gặp hư hỏng trong quá trình hoạt động Do đó, việc bảo dưỡng và sửa chữa cổ góp cần được thực hiện cẩn thận và định kỳ để đảm bảo hiệu suất làm việc.

 Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ.

 Giá thành đắt mà công suất không cao.

1.1.5 Các ứng dụng của động cơ điện một chiều

Động cơ điện đang ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhờ vào khả năng lắp đặt và vận hành máy móc một cách nhanh chóng, hiệu quả và tiết kiệm chi phí Loại động cơ này không chỉ hoạt động bền bỉ và linh hoạt mà còn tiết kiệm năng lượng tiêu thụ, dẫn đến sự đa dạng trong ứng dụng Đặc biệt, động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị như tivi, máy công nghiệp, đài FM, ổ đĩa DC, máy in-photo, và trong ngành giao thông vận tải, cũng như trong công nghệ thông tin với sự hiện diện trong các ổ cứng và ổ quang của máy vi tính.

Hình 1.8: Xe điều khiển từ xa Hình 1.9: Quạt mini cầm tay

H Ệ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.2.1 Chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu sau: a, Sai số tốc độ

Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt và được đánh giá thông qua: s% = ω d -ω ω d 100%

Mong muốn: sai số ω d=ω s% càng nhỏ càng tốt.

Tính liên tục (độ trơn của dải điều chỉnh) γ = ω i+1 ω i ω i +1 ≈ ω i : hệ thống điều khiển liên tục ω i +1 ≠ ω i : hệ thống điều khiển nhảy cấp

Mong muốn → 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trong suốt dải điều chỉnh. b, Dải điều khiển tốc độ

Dải điều khiển tốc độ (D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:

Mong muốn: D càng lớn càng tốt

Ngoài ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước…

1.2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều

Động cơ một chiều nổi bật với nhiều ưu điểm trong việc điều chỉnh tốc độ, bao gồm khả năng điều chỉnh dễ dàng và chất lượng điều chỉnh cao trong một dải rộng.

Xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều: ω = U

Ta thấy rằng việc điều chỉnh động cơ điện một chiều có thể thực hiện được bằng cách thay đổi các đại lượng: Rư, , Uư

Có ba phương pháp chính để điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều: Thứ nhất, thay đổi điện trở phần ứng; thứ hai, điều chỉnh từ thông; và thứ ba, thay đổi điện áp để kiểm soát tốc độ.

XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẬT LÍ

P HÂN TÍCH MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Hình 2.10: Mô hình hệ thống động cơ điện một chiều

- Mô Men quán tính khối của rotor: J = 0.1 Nms 2 /rad

- Hệ số cản b = 6.610 -3 Nms/rad

- Tín hiệu vào là điện áp: V

- Tín hiệu ra là tốc độ: θ ´ ( ω )

Mô hình hóa hệ thống động cơ điện một chiều bằng phương pháp vật lý:

Phương trình điện áp của mạch phần ứng (phần điện):

Biến đổi Laplace ta có:

V(s) = E(s) + R.I(s) + L.s.I(s) (1.2) Suất điện động cảm ứng trong rotor:

Với E: suất điện động cảm ứng trong rotor ω (θ)´: tốc độ động cơ

Biến đổi Laplace ta có:

Thay phương trình (1.4) vào (1.2) và rút ra:

Phương trình momen điện từ:

Với M: momen điện từ i: cường độ dòng điện

Biến đổi Laplace ta có:

Phương trình mô tả quan hệ điện-cơ:

Với M: momen điện từ của động cơ

Mc: = b.ω momen cản của động cơ

J: momen quán tính của rotor

Biến đổi Laplace, ta có:

Thay phương trình (1.7) vào (1.9) và rút ra: ω(s)=K.ϕ.I(s) J.s + b (2.1)

Từ 2 phương trình (1.5) và (2.1), ta có phương trình hàm truyền của hệ thống:

- Mô Men quán tính khối của rotor: J = 0.1 Nms 2 /rad

- Hệ số cản b = 6.610 -3 Nms/rad

Tín hiệu vào là điện áp: V

Tín hiệu ra là tốc độ: ω

XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH

C ÁC BƯỚC ĐỂ XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH CHO HỆ ĐIỆN

Trong mạch điện, mỗi vị trí có hiệu điện thế khác nhau, vì vậy ta cần xác định một Jounction 0 cho từng vị trí Sau đó, để kết nối các phần tử, ta sẽ chèn một cổng cho mỗi phần tử, kết nối chúng với Jounction 1 qua các đường liên kết, đồng thời chèn vào giữa các Jounction 0 liên quan.

Bước 3: Gán chiều công suất tới tất cả các đường liên kết trong sơ đồ.

Bước 4: Nếu các vị trí có thế đất đã được xác định thì xóa bỏ các Jounction 0 nối với nó và các liên kết nối với nó.

Bước 5: Tối giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc.

C ÁC BƯỚC ĐỂ XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH CHO HỆ CƠ KHÍ

Để thiết lập mạch điện, bước đầu tiên là xác định các vị trí có hiệu điện thế khác nhau và đánh dấu chúng bằng Junction 1 Tiếp theo, cần chèn mỗi phần tử vào mạch thông qua việc kết nối chúng với Junction 0 bằng các đường liên kết, đồng thời chèn các Junction 1 liên quan vào giữa các kết nối này.

Bước 3: Gán chiều công suất tới tất cả các đường liên kết trong sơ đồ.

Bước 4: Nếu các vị trí có thế đất đã được xác định thì xóa bỏ các Jounction 0 nối với nó và các liên kết nối với nó.

Bước 5: Tối giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc.

C ÁC BƯỚC XÂY DỤNG BIỂU ĐỒ BOND GRAPH CHO HỆ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

Động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính: phần điện (gồm phần ứng và stato) và phần cơ (gồm động cơ và roto) Biểu đồ Bond Graph được chia thành hai phía, một bên thể hiện các yếu tố điện như điện áp, điện trở phần ứng và điện cảm phần ứng, trong khi bên còn lại chứa các thành phần quán tính và ma sát quay.

Xây dựng biểu đồ bond graph cho phần điện:

Bước 1: Mỗi vị trí trong mạch có hiệu điện thế khác nhau ta đặt một Junction 0(bài ra có 2 vị trí có hiệu điện thế khác nhau).

Để thực hiện bước 2, bạn cần chèn mỗi phần tử một cổng bằng cách kết nối với Junction 1 qua các đường liên kết, đồng thời chèn các Junction 0 có liên quan ở giữa, đảm bảo có nguồn điện áp (V) phù hợp.

Se, điện trở phần ứng ( R): R, điện cảm phần ứng (L): I).

Hình 3.12: Chèn các phần tử Bước 3: Gán chiều công suất tới tất cả các đường liên kết trong sơ đồ.

Hình 3.13: Gán chiều công suấtBước 4: Tối giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc

Hình 3.14: Tối giản hóa sơ đồ Xây dựng biểu đồ bond graph cho phần cơ:

Bước 1: Mỗi vị trí trong mạch có hiệu điện thế khác nhau ta đặt một Junction 1

Để thực hiện bước 2, hãy chèn mỗi phần tử 1 cổng bằng cách kết nối với Junction 0 thông qua các đường liên kết và thêm các Junction 1 liên quan vào giữa, bao gồm quán tính (J) được biểu diễn bằng I và lực cản (b) được biểu diễn bằng R.

Hình 3.16: Chèn các phần tử Bước 3: Gán chiều công suất tới tất cả các đường liên kết trong sơ đồ.

Hình 3.17: Gán chiều công suất Phần tử GY (Gyrator Element) được sử dụng là một liên kết giữa phần tử điện và phần tử cơ.

Biểu đồ bond graph của cả hệ động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu:

Hình 3.18: Biểu đồ bond graph của hệ ĐC một chiều nam châm vĩnh cửu

Rút gọn, tối giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc:

Hình 3.19: Biểu đồ hoàn chỉnh sau khi tối giản hóa Trong đó:

- I (L): Phần tử cảm kháng của phần ứng

- R (R): Phần tử trở kháng của phần ứng

- GY: Con quay hồi chuyển

- I (J): Phần tử cảm kháng của momen quán tính

- R (b): Phần tử trở kháng (ma sát) của động cơ

Chiều của effort và flow:

Hình 3.20: Quan hệ nhân quả biểu đồ Bond Graph

- f1 Dòng điện cảm ứng của động cơ

- e2: Điện áp trên cuộn cảm

- e3: Điện áp trên điện trở

- e4: Suất điện động trong động cơ

- f5: Tốc độ góc của động cơ

- e5: Momen quay của trục động cơ

T HIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU

Hình 3.21: Bộ điều khiển hệ thống động cơ điện 1 chiều

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN 20 SIM

T HIẾT KẾ BIỂU ĐỒ BOND GRAPH TRÊN 20 SIM

Hình 4.22: Biểu đồ Bond Graph Các thông số:

 Hệ số cản b = 6.6 10−3Nms/rad

 Hệ số momen K= 0.3 Đặt các thông số và chạy chương trình:

Hình 4.23: Các thông số nhập vào 20 sim

Hình 4.24: Đồ thị vận tốc theo các thông số trên

H Ệ THỐNG VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

Hình 4.25: Bộ điều khiển PID trên 20 sim

Hình 4.26: Đồ thị vận tốc với Kp=1, TauD=1, TauI=1

*Nhận xét: Sai số xác lập thấp, thời gian xác lập lớn.

Với giá trị đặt C0, Kp=5, TauD=1, TauI=1, beta=0.1s ta có:

Hình 4.27: Đồ thị vận tốc với Kp=5, TauD=1, TauI=1

* Nhận xét: Sai số xác lập tăng, thời gian xác lập giảm, hệ thống lên nhanh.

Với giá trị đặt C0, Kp, TauD=1, TauI=1,beta=0.1s ta có:

Hình 4.28: Đồ thị vận tốc với Kp, TauD=1, TauI=1

* Nhận xét: Hệ thống xuất hiện độ vọt lố, sai số xác lập tăng, thời gian xác lập giảm.

Với giá trị đặt C0, Kp , TauD=1, TauI=1, beta=0.1s ta có:

Hình 4.29: Đồ thị vận tốc với Kp , TauD=1, TauI=1

* Nhận xét: Độ vọt lố tăng, sai số xác lập giảm, thời gian xác lập giảm.

Khi giá trị Kp tăng, hệ thống phản hồi nhanh hơn và thời gian xác lập giảm Tuy nhiên, khi Kp đạt đến một mức nhất định, hiện tượng vọt lố sẽ xuất hiện, làm giảm giá trị xác lập Tiếp tục tăng Kp sẽ dẫn đến độ vọt lố gia tăng, thời gian xác lập ngắn lại và giá trị xác lập gần hơn với giá trị đặt Với các thông số đã đặt: giá trị đặt C0, Kp=9, TauD=1, TauI=1, beta=0.1s, ta có thể quan sát những thay đổi này.

Hình 4.30: Đồ thị vận tốc với Kp=9, TauD=1, TauI=1

Hệ thống có khả năng ổn định nhanh với độ vọt lố thấp và thời gian xác lập ngắn, tuy nhiên, sai số xác lập lại cao Khi đặt các giá trị với C0, Kp=9, TauD=5, TauI=1 và beta=0.1s, chúng ta có thể tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

Hình 4.31: Đồ thị vận tốc với Kp=9, TauD=5, TauI=1

Hệ thống có khả năng ổn định nhanh với độ vọt lố thấp, thời gian xác lập ngắn và sai số xác lập được giảm thiểu Khi đặt các giá trị C0, Kp=9, TauD, TauI=1 và beta=0.1s, hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.

Hình 4.32: Đồ thị vận tốc với Kp=9, TauD, TauI=1

*Nhận xét: Hệ thống ổn định nhanh, độ vọt lố thấp, thời gian xác lập thấp, sai số xác

*Đánh giá: Khi TauD tăng, sai số xác lập giảm, hệ thống dần ổn định đến giá trị đặt.

Có thể lấy giá trị TauD =5. Đặt các giá trị: giá trị đặt C0, Kp =9, TauD=5, TauI=5, beta=0.1s ta có:

Hình 4.33: Đồ thị vận tốc với Kp=9, TauD=5, TauI=5

Hệ thống ổn định với độ vọt lố giảm và sai số xác lập thấp, thời gian xác lập cũng được rút ngắn Khi đặt các giá trị C0, Kp = 9, TauD = 5, TauI và beta = 0.1s, hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.

Hình 4.34: Đồ thị vận tốc với Kp=9, TauD=5, TauI

* Nhận xét: Hệ thống ổn định nhanh, độ vọt lố giảm, sai số xác lập tăng, thời gian xác lập giảm.

*Đánh giá: Khi giá trị TauI tăng, độ vọt lố giảm, sai số xác lập tăng, thời gian xác lập giảm Có thể lấy giá trị TauI =3.

Kết luận, việc áp dụng bộ điều khiển PID cho hệ thống động cơ điện một chiều đã giúp khắc phục các yếu tố gây mất ổn định Động cơ ban đầu quay với tốc độ không đạt yêu cầu, nhưng sau khi tích hợp bộ điều khiển PID, tốc độ quay đã được kiểm soát trong phạm vi mong muốn Qua việc điều chỉnh các hệ số Kp, Kd, Ki, hệ thống đã đạt được phản hồi nhanh chóng và chính xác, với kết quả khảo sát cho Kp=9, TauD=5 và TauI=3.

Hình 4.35: Đồ thị vận tốc với Kp=9; TauD=5; TauI=3 Các giá trị:

- Độ vọt lố: nhỏ, xấp xỉ 0.451.

Qua quá trình nghiên cứu, chúng em đã hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nam châm vĩnh cửu, cùng với các thông số kỹ thuật liên quan Chúng em cũng đã xây dựng biểu đồ Bond Graph để mô tả động cơ điện một chiều và hệ thống điều khiển của nó.

Phần mềm 20-Sim được sử dụng để mô phỏng và đánh giá các đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều, cũng như hệ thống điều khiển của nó.

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã nỗ lực hết mình dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Phan Đình Hiếu cùng với sự hỗ trợ từ các thầy cô trong khoa và bạn bè Chúng em đã trình bày phương pháp và nội dung theo yêu cầu đề bài, nhưng vẫn nhận thấy một số thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo từ các thầy cô để hoàn thiện hơn, từ đó tự tin hơn trong quá trình học tập và làm việc sau này.

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn TS Phan Đình Hiếu vì sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy trong suốt thời gian qua, giúp em hoàn thành bài tập lớn này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Ngày đăng: 13/06/2022, 22:09

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1.1: Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều Cấu tạo của động cơ điện một chiều có thể phân thành 2 phần chính: - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều Cấu tạo của động cơ điện một chiều có thể phân thành 2 phần chính: (Trang 9)
Hình 1.2: Cấu tạo stator động cơ điện một chiều - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 1.2 Cấu tạo stator động cơ điện một chiều (Trang 10)
Hình 1.4: Cấu tạo rotor động cơ điện một chiều - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 1.4 Cấu tạo rotor động cơ điện một chiều (Trang 12)
Hình 1.5: Lõi sắt phần ứng - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 1.5 Lõi sắt phần ứng (Trang 12)
Hình 1.6: Nguyên lý hoạt động - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động (Trang 13)
Hình 1.7: Máy bơm nước - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 1.7 Máy bơm nước (Trang 15)
Hình 2.10: Mô hình hệ thống động cơ điện một chiều - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 2.10 Mô hình hệ thống động cơ điện một chiều (Trang 19)
Hình 3.12: Chèn các phần tử Bước 3: Gán chiều công suất tới tất cả các đường liên kết trong sơ đồ. - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 3.12 Chèn các phần tử Bước 3: Gán chiều công suất tới tất cả các đường liên kết trong sơ đồ (Trang 23)
Hình 3.13: Gán chiều công suất Bước 4: Tối giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 3.13 Gán chiều công suất Bước 4: Tối giản hóa sơ đồ theo nguyên tắc (Trang 23)
Hình 3.14: Tối giản hóa sơ đồ Xây dựng biểu đồ bond graph cho phần cơ: - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 3.14 Tối giản hóa sơ đồ Xây dựng biểu đồ bond graph cho phần cơ: (Trang 24)
Hình 3.16: Chèn các phần tử  Bước 3: Gán chiều công suất tới tất cả các đường liên kết trong sơ đồ. - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 3.16 Chèn các phần tử Bước 3: Gán chiều công suất tới tất cả các đường liên kết trong sơ đồ (Trang 24)
Hình 3.18: Biểu đồ bond graph của hệ ĐC một chiều nam châm vĩnh cửu - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 3.18 Biểu đồ bond graph của hệ ĐC một chiều nam châm vĩnh cửu (Trang 25)
Hình 3.17: Gán chiều công suất Phần tử GY (Gyrator Element) được sử dụng là một liên kết giữa phần tử điện - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 3.17 Gán chiều công suất Phần tử GY (Gyrator Element) được sử dụng là một liên kết giữa phần tử điện (Trang 25)
Hình 3.19: Biểu đồ hoàn chỉnh sau khi tối giản hóa Trong đó: - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 3.19 Biểu đồ hoàn chỉnh sau khi tối giản hóa Trong đó: (Trang 26)
Hình 3.20: Quan hệ nhân quả biểu đồ Bond Graph - Mô hình hóa và mô phỏng ht động cơ điện 1 chiều nam châm vĩnh cửu
Hình 3.20 Quan hệ nhân quả biểu đồ Bond Graph (Trang 27)

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w