Đang tải... (xem toàn văn)
Phần I : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ VẬT LÝ VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC I. Cơ sở lý thuyết : 1. Cấu tạo và thông số kỹ thuật của động cơ : Cấu tạo : Gồm 3 phần chính: phần cảm, phần ứng và bộ cổ góp ngoài ra còn có các chi tiết phụ như vỏ, tản nhiệt, bi… + Phần cảm là bộ phận tạo ra từ tường có thể là nam chân điện vĩnh cửu và cũng có thể là cuộn dây quấn quanh lõi thép. Cuộn dây này có thể được cấp dòng điện rẽ từ dòng phần ứng gọi là kích từ song song, cuộn dây được nối tiếp với cuộn phần ứng gọi là kích từ nối tiếp, cũng có thể kết hợp vừa nối tiếp vừa song song. Ngoài ra thì người ta có thể nuôi nguồn cho cuộn kích từ bằng nguồn điện riêng gọi là kích từ độc lập. + Phần ứng bao gồm khung dây và lõi thép phần này nhận dòng điện từ cổ góp đã được nghịch lưu, nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ lực điện từ tác động lên khung dây là quay roto. + Cổ góp là những phiến đồng cách nhau gắn lên trục của động cơ và các chổi than quét lên chúng. Cổ góp có chức năng chuyển đổi dòng điện một chiều thành xoay chiều cấp cho phần ứng. Thông số của động cơ : p là số đôi cực của động cơ N là số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ a là số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng I là dòng điện phần ứng A Φ là từ thông do dòng kích từ sinh ra Wb ω là tốc độ của động cơ rads Rư là điện trở phần ứng Ω Lư là điện cảm phần ứng H Rk là điện trở phần cảm Ω Lk là điện cảm phần cảm H Phương trình của động cơ : Cung cấp điện áp một chiều vào mạch kích từ và mạch phần ứng, ở chế độ xác lập ta có các quan hệ sau: Mômen điện từ sinh ra : M = k.Φ.Iư Nm trong đó k = p.N(2πa) là hệ số kết cấu của máy Sức điện động phần ứng : Eư = k.Φ.ω V Dòng điện phần ứng : Iư = (Uư – Eư)Rư 2. Hệ truyền động van – động cơ (TĐ) :
Tiểu luận Điều Khiển Số TS Nguyễn Hoàng Mai Phần I : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ VẬT LÝ VÀ MÔ HÌNH TỐN HỌC I Cơ sở lý thuyết : Cấu tạo thông số kỹ thuật động : - Cấu tạo : Gồm phần chính: phần cảm, phần ứng cổ góp ngồi cịn có chi tiết phụ vỏ, tản nhiệt, bi… Cổ góp Phần ứng Uư Phần cảm Iư E, p, N, a, Lư, Rư Ikt Φ, Rk,Lk Ukt t Cấu tạo mơ hình động chiều kích từ độc lập + Phần cảm phận tạo từ tường nam chân điện vĩnh cửu cuộn dây quấn quanh lõi thép Cuộn dây cấp dịng điện rẽ từ dịng phần ứng gọi kích từ song song, cuộn dây nối tiếp với cuộn phần ứng gọi kích từ nối tiếp, kết hợp vừa nối tiếp vừa song song Ngồi người ta ni nguồn cho cuộn kích từ nguồn điện riêng gọi kích từ độc lập + Phần ứng bao gồm khung dây lõi thép phần nhận dịng điện từ cổ góp nghịch lưu, nhờ tượng cảm ứng điện từ lực điện từ tác động lên khung dây quay roto + Cổ góp phiến đồng cách gắn lên trục động chổi than quét lên chúng Cổ góp có chức chuyển đổi dịng điện chiều thành xoay chiều cấp cho phần ứng Học viên : Dương Tấn Quốc Trang Tiểu luận Điều Khiển Số TS Nguyễn Hồng Mai - Thơng số động : p số đôi cực động N số dẫn phần ứng cực từ a số mạch nhánh song song dây quấn phần ứng I dòng điện phần ứng [A] Φ từ thơng dịng kích từ sinh [Wb] ω tốc độ động [rad/s] Rư điện trở phần ứng [Ω] Lư điện cảm phần ứng [H] Rk điện trở phần cảm [Ω] Lk điện cảm phần cảm [H] - Phương trình động : Cung cấp điện áp chiều vào mạch kích từ mạch phần ứng, chế độ xác lập ta có quan hệ sau: - Mômen điện từ sinh : M = k.Φ.Iư [Nm] k = p.N/(2πa) hệ số kết cấu máy - Sức điện động phần ứng : Eư = k.Φ.ω [V] - Dòng điện phần ứng : Iư = (Uư – Eư)/Rư Hệ truyền động van – động (T-Đ) : Là hệ truyền động mà biến đổi mạch chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng dịng kích từ động Tùy theo yêu cầu cụ thể mà sơ đồ chỉnh lưu thích hợp để phân biệt chúng Học viên : Dương Tấn Quốc Trang Tiểu luận Điều Khiển Số TS Nguyễn Hoàng Mai Hệ truyền động Chỉnh lưu – Động (T-Đ) Chế độ làm việc chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển vào tính chất tải, truyền động điện tải chỉnh lưu thường cuộn kích từ (R-L) mạch phần ứng động (R-L-E) Bộ BĐ Bộ tạo xung ω ωss * Rω α uđk (-) - + ĐC ω Bộ biến đổi là hệ thống chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn dùng Thyristor Các điều khiển PID : 3.1 Bộ điều khiển tỉ lệ - P (Propotional) : x(t) X(t) Học viên : Dương Tấn Quốc y(t) Wp (p) Y(P) Trang Tiểu luận Điều Khiển Số TS Nguyễn Hoàng Mai y (t ) = K p x(t ) W p ( p) = Y ( p) = Kp X ( p) Kp : Hằng số tỉ lệ 3.2 Bộ điều khiển tích phân - I (Integral) : y (t ) = K I ∫ x (t )dt WI ( p ) = Y ( p) K I = X ( p) p KI : Hằng số tích phân 3.3 Bộ điều khiển vi phân - D (Derivative) : y (t ) = K D WD ( p ) = dx(t ) dt Y ( p) = K D P X ( p) KD : Hằng số vi phân 3.4 Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân – PI : Gồm hai điều khiển P I mắc song song WPI ( p ) = Y ( p) K = K P + I = K P 1 + T p X ( p) p I 3.5 Bộ điều khiển tỉ lệ - vi phân – PD : Gồm hai điều khiển P D mắc song song WPD ( p) = Y ( p) = K P + K D p = K P (1 + TD P ) X ( p) 3.6 Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân - vi phân – PID : Gồm ba điều khiển P,I D mắc song song Học viên : Dương Tấn Quốc Trang Tiểu luận Điều Khiển Số WPID ( p) = TS Nguyễn Hoàng Mai Y ( p) K = K P + I + K D p = K P 1 + + TD p T p X ( p) p I II XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN Hàm truyền đạt động Từ phương trình động : U u = Eu + Ru I u + Lu diu dt (1.1) M = KΦ I u M − Mc = J dω dt + Nếu Mc = KΦI u = J dω dt Khi phương trình (1.1) viết lại sau: J d 2ω J dω U u = Lu + Ru + KΦ ω KΦ dt KΦ dt 1/ Ru Tu s + Uu - Iu KΦ M MC Eu Js ω KΦ Sơ đồ khối động chiều kích từ độc lập Sử dụng phép biến đổi Laplace ta có tỷ số tốc độ đầu với điện áp vào : U u ( p) = Lu J J p 2ω ( p) + Ru p.ω ( p) + KΦω ( p) KΦ KΦ Học viên : Dương Tấn Quốc Trang Tiểu luận Điều Khiển Số TS Nguyễn Hoàng Mai ω ( p) = U u ( p ) L J p + R J p + KΦ u u KΦ KΦ Đặt Kd = 1/KΦđm hệ số khuếch đại động Tu = Lu/Ru số thời gian điện động Tc = RuJ/( KΦđm)2 số thời gian động Như hàm truyền đạt động lúc Mc = Wdc (p) = Kd Tu Tc p + Tc p + 2 Thông số hàm truyền đạt chỉnh lưu : Để điều khiển động chiều sử dụng hệ truyền động T-Đ ta chọn chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng với tham số sau: Uđk điện áp điều khiển đầu vào Ud điện áp chiều đầu Ta thấy Uđk