BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG II Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Phan Xuân Minh Sinh viên thực hiện : Mai Đức Chính Nguyễn Khả Hoan Phạm Trung Thành Lớp : ĐKTĐ1 – K50 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU I. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU Khi tiến hành thiết kế 1 bộ điều khiển nói chung, việc đầu tiên ta phải hiểu biết về đặc tính của đối tượng từ đó xây dựng mô hình toán học cho đối tượng. Công việc này cung cấp cho ta những hiểu biết về đối tượng , giúp ta thành công trong việc tổng hợp bộ điều khiển. 1. Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của động cơ điện 1 chiều. a. Cấu tạo : Kết cấu của động cơ điện 1 chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh (stator) và phần động (rotor) b. Nguyên lý hoạt động : Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp kích từ Uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ xuất hiện dòng kích từ ikt làm xuất hiện từ thông Ф. Tiếp đó đặt một giá trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có 1 dòng điện i chạy qua. Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành mômen điện từ. c. Phân loại : Căn cứ vào phương pháp kích từ người ta chia động cơ 1 chiều thành các loại như sau : - Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu - Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập nghĩa là phần ứng và phần kích từ được cấp điện bởi 2 nguồn riêng rẽ. - Động cơ điện 1 chiều kích thích nối tiếp : cuộn dây kích thích được mắc nối tiếp với phần ứng. - Động cơ điện 1 chiều kích thích song song : cuộn dây kích thích được mắc song với phần ứng. - Động cơ điện 1 chiều kích thích hỗn hợp : gồm có 2 cuộn dây kích từ , 1 cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn mắc song song với phần ứng. 2. Mô tả toán học động cơ điện 1 chiều - Tín hiệu vào ud - Tín hiệu ra n(t) Ta có phương trình ud = i. rư + Lư. + kl. n(t) dt di (*) Tư = Lư/rư Thời gian quán tính điện hay hằng số thời gian điện từ Thời gian quán tính cơ hay hằng số thời gian điện cơ. kd : hằng số khuếch đại của động cơ. Phương trình (*) là phương trình mô tả toán học của động cơ điện 1 chiều. Đặt a2 = Tư. Tc , a1 = Tc , ao = 1 , bo = kd, ta có : [...]... tính tần số nyquist N yquist D iagram 1 0.8 4 dB 2 dB 0 dB -2 dB -4 dB -6 dB 0.6 6 dB Imaginary Axis 0.4 10 dB 0.2 -10 dB 20 dB -20 dB 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 R eal Axis 0.2 0.4 0.6 0.8 1 /* Đặc tính tần số lôga Bode D iagram Magnitude (dB) 0 -20 -40 -60 Phase (deg) -80 0 -45 -90 -13 5 -18 0 -3 10 -2 10 -1 10 Frequency (rad/sec) 0 10 1 10 c.Khảo sát chất lượng của hệ thống sử... điều khiển - Chọn động cơ 1 chiều có Tư = 1 , Tc = 4 , kd = 15 - Máy phát tốc có Kf =0. 012 - Thiết bị chấp hành có TCH = 2, KCH = 20 - Chọn động cơ 1 chiều có Tư = 1 , Tc = 4 , kd = 15 - Máy phát tốc có Kf =0. 012 - Thiết bị chấp hành có TCH = 2, KCH = 20 a.Đặc tính động học của hệ thống : /* Hàm quá độ xung : Impulse Response 0.06 0.05 Amplitude 0.04 0.03 0.02 0. 01 0 -0. 01 0 5 10 15 20 25 Time (sec) 30... bậc nhất có hàm truyền : K CH GCH = 1+ TCH s Bộ điều khiển thực hiện theo luật PID cần được xác định thông số và cấu trúc G ĐK 1 = K P (1 + + TD s ) TI s => Sơ đồ cấu trúc : 3 Thiết kế bộ điều khiển PID - Mô hình tổng quát : - Dựa vào mô hình đối tượng ta thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp tối ưu mô đun theo luật PID - ADD -Đặt KĐT = KCH.kd.Kf, T1 = TCH, -1/ T2 , -1/ T3 là nghiệm của phương trình =>... tốc FT có nhiệm vụ đo tốc độ x của động cơ, nó có cấu tạo và hoạt động giống như 1 máy phát điện mini có kích từ cố định, bộ chuyển đổi này coi như 1 khâu khuếch đại có hệ số khuếch đại Kf với uFT = Kf.x - Động cơ điện 1 chiều biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu cơ theo phương trình : kd GĐC ( s ) = 2 Tu Tc s + Tc s + 1 - Thiết bị chấp hành chuyển tín hiệu điều khiển u(t) tác động vào các cơ cấu chấp...Mô hình trạng thái tuyến tính: dn Đặt x1 = n(t), x2 = , y(t) = x1 dt Mô tả động cơ ở miền tần số 3 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều Dựa vào đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều ta có các phương pháp điều khiển tốc độ sau : Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Ф Điều khiển tốc độ bằng... tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Dưới đây chúng em chỉ đề cập đến phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Phương pháp này được sử dụng chủ yếu để điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập a Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều không đảo chiều quay dùng Tranzito - Sơ đồ nguyên lý : b Phương án điều khiển có đảo chiều quay dùng Tranzito... : - Sơ đồ nguyên lý dùng Tranzitor và khuếch đại thuật toán : Điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng Thyristor Dùng để điều khiển động cơ có công suất lớn và điện áp phần ứng cao - Sơ đồ nguyên lý : II THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG (PID) Trên thực tế có rất nhiều phương pháp để thiết kế bộ điều khiển cho động cơ 1 chiều như thiết kế bộ điều khiển theo luật kinh điển ( tỷ lệ, tỷ lệ tích phân, tỷ lệ -... phi tuyến(SMC, Gain scheduling) Tuy nhiên trong bài tập lớn này chúng em sử dụng phương pháp thiết kế bộ điều khiển theo luật PID để điều khiển động cơ 1 chiều vì bộ điều khiển PID có đặc tính mềm dẻo phù hợp cho hầu hết các đối tượng công nghiệp 1 Sơ đồ chức năng: Máy phát tốc FT đo vận tốc x của động cơ đưa tin hiệu ra là điện áp –uFT đến khối cộng Khối cộng có chức năng so sánh tín hiệu uFT với... KĐT = KCH.kd.Kf, T1 = TCH, -1/ T2 , -1/ T3 là nghiệm của phương trình => Bài toán thiết kế : Lựa chọn các tham số của bộ điều khiển để điều khiển đối tượng có mô hình hàm truyền GĐT(s) như trên để tạo ra 1 hệ thống ổn định và đạt tiêu chuẩn chất lượng - Để áp dụng được phương pháp tối ưu môđun ta đưa bài toán về mô hình dạng chuẩn điều khiển: Với là hằng số thời gian tổng Ta nhận được các tham số tối . động cơ điện 1 chiều. Đặt a2 = Tư. Tc , a1 = Tc , ao = 1 , bo = kd, ta có : Mô hình trạng thái tuyến tính: Đặt x1 = n(t), x2 = , y(t) = x1 dt dn Mô tả. ĐKT 1 – K50 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU I. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU