Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần công nghệ thông tin có bước phát triển nhảy vọt, đặc biệt đời máy tính tạo cho xã hội bước phát triển Nó ảnh hưởng hầu hết đến vấn đề xã hội công nghệ Hòa với phát triển đó, nhiều nhà sản xuất ứng dụng họ vi xử lí có tính mạnh vào công nghiệp việc điều khiển xử lí liệu Những hạn chế kĩ thuật tương tự trội thông số, làm việc cố định dài hạn, khó khăn việc thực chức điều khiển phức tạp thúc đẩy chuyển nhanh công nghệ số Ngoài điều khiển số cho phép tiếc kiệm linh kiện phần cứng , cho phép tiêu chuẩn hóa Với vi xử lý, cấu trúc phần cứng dung cho ứng dụng, cần thay nội dung ô nhớ Tuy nhiên kĩ thuật số có nhược điểm xử lí tín hiệu rời rạc, … Đồng thời kĩ thuật tương tự có ưu điểm mà kĩ thật số tác động nhanh liên tục Vì ngày xu hướng điều khiển phối hợp điều khiển số điều khiển tương tự Để nắm vứng kiến thức học việc nghiên cứu cần thiết sinh viên Bài tập lớn điều khiển số giúp em biết them nhiều kiến thức lẫn kinh nghiệm Nhân em xin cảm ơn nhiều đến thầy giáo Phạm Tuấn Anh hướng dẫn em tận tình để em hoàn thành tập lớn Sinh viên Nguyễn Ngọc Sơn Đề 22: - Tham số động cơ: R a = 550mΩ, La = 8,4mH, J = 0,0122kgm2, kM = 38, ke = 236, TTB = 1ms - - Phương pháp điều khiển: + Bộ điều khiển dòng điện: Xấp xỉ liên tục + Bộ điều khiển tốc độ: Gán điểm cực Yêu cầu: Vẽ sơ đồ khối động chiều, sau vẽ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh động Thiết kế khâu điều chỉnh dòng điện phần ứng với chu kỳ trích mẫu chọn TI = TTB/5 chuyển luật điều khiển sang dạng lập trình Thiết kế khâu điều chỉnh tốc độ quay động chiều với chu kỳ trích mẫu chọn Tw = 10TI chuyển luật điều khiển sang dạng lập trình Vẽ lưu đồ thuật toán tổng thể hệ thống Mô với Matlab - Simulink – Simpowersystem Phần 1: Sơ đồ khối động chiều cấu trúc mạch vòng điều chỉnh động 1.1 Sơ đồ khối động chiều Hình Sơ đồ động chiều kích từ độc lập 1.2 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh động Hình Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ TĐĐ động chiều kích từ độc lập Trong đó: - Rω: điều khiển tốc độ RI: điều khiển dòng điện BBĐ: biến đổi công suất M: động chiều kích từ độc lập Hình Mô hình động chiều kích từ độc lập Phần 2: Thiết kế khâu điều chỉnh dòng điện phần ứng 2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện theo phương pháp xấp xỉ liên tục với TTB 10−3 TI = = = 0,0002(s) 5 a chu kỳ trích mẫu Tìm hàm truyền đối tượng miền gián đoạn Hình Mô hình tính điều khiển dòng điện Ta đưa dạng hàm chuẩn để tổng hợp điều khiển: Hình Sơ đồ rút gọn Trong đó: GI: hàm truyền đối tượng điều khiển RI: điều khiển dòng điện k1 Ra kI GI = k M Ψ .k e Ψ + TTB s + Ta s + TI s Bf + J.s Với Ta = La/Ra = 0,015(s) Bf = [Nm/(rad/s)] Chọn: Ua = 24V => Ia = Ua/Ra = 24/0,55 = 43,63(A) Ua* = 10V => k1 = Ua/Ua* = 24/10 = 2,4 Chọn: Ia* = 5A => kI = Ia/Ia* = 43,63/5 = 8,726 2, 0,55 8,726 => G I = 38.0,04 .236.0,04 + 0,001.s + 0,015.s + 0,0002.s + 0,0122.s Vì TTB, Ta, TI số thời gian nhỏ nên ta gần đúng: TΣ = TTB + Ta + TI = 0,001 + 0,015 + 0,0002 = 0,0162(s) 546,36 546,36 => G I (s) = = + 0,0162.s 1,5 + 0,0122.s (1 + 0,0162s).(1 + 0,0122s) Ta có: 546,36 A B C H I (s) = G I (s) = = + + s s.(1 + 0,0162s).(1 + 0,0122s) s + 0,0162s + 0,0122s A = s.H I (s) s =0 = 546,36 B = (1 + 0,0162s).H I (s) s =−62,11 = −36,31 C = (1 + 0,0122s).H I (s) s =−89,96 = 13,28 => H I (s) = 546,36 36,31 13,28 − + s + 0,0162s + 0,0122s => H(z) = 546,36 z z z − 2241,35 + 1088,52 −61,73.T z −1 z−e z − e −81,96.T => G I (z) = (1 − z −1 ).H(z) => G I (z) = 546,36 − 2241,35.(z − 1) 1088,52.(z − 1) + z − e −61,73.T z − e −81,96.T Với chu kì trích mẫu T = 0,0002, ta có: 0,0001z −1 − 0, 0001z −2 G I (z) = − 1, 9973 z −1 + 0,9973 z −2 b - Thiết kế điều khiển dòng điện Ta có đối tượng điều khiển miền gián đoạn : 0,0001z −1 − 0, 0001z −2 G I (z) = − 1, 9973 z −1 + 0,9973 z −2 - Chọn dạng điều khiển: r0 + r1z −1 R I (z) = + p1z −1 - Chọn p1 = -1 ta có : R I (z) = r0 + r1z −1 − z −1 => Đối tượng trễ: r0 = U     r1 ≤ − r0 ( − r0b1 )  - Chọn Umax=20 =>r0=Umax=20 =>r119.96 - Ta có phương trình sai phân: - Với: k=0 => e0=w0=1 k=1 => e1=0,998 => = 0,996 k=2 => e2= 0,9645 - 0.0001r1 => = -1,989.r1+0,9893 k=3 => e3=-2.9871-2,9933.r1 => =8,9598.-17,8825.r1 + 8,9227 - Ta có : IQ==9,9598-19,8715r1+11,908 I’Q=19,919.r1-19,8715=0 r1= 9977,9105 (thỏa mãn) 20 − 9977,9105 z −1 => R I (z) = − z −1 Phần 3: Thiết kế khâu điều chỉnh tốc độ quay động 3.1 Tổng hợp mạch vòng tốc độ theo phương pháp gán điểm cực với chu a kỳ trích mẫu Tw = 10.TI = 10.0,0002 = 0,002(s) Tìm hàm truyền đối tượng miền gián đoạn Hình Mô hình điều khiển tốc độ động Ta đưa dạng hàm chuẩn để tổng hợp điều khiển: Hình Sơ đồ rút gọn điều khiển tốc độ Ta có hàm truyền : k 546,36 0,8 G w (s) = G I (s) w = + Tw s (1 + 0,0162s).(1 + 0,0122s) + 0,002s 1 546,36 0,8 H w ( s ) = G w (s) = s s (1 + 0,0162s).(1 + 0,0122s) + 0,002s 10 Hw ( s) = A B C D + + + s + 0,0162s + 0,0122s + 0,002s A = s.H w ( s ) s=0 = 437,088 B = (1 + 0,0162s).H w ( s ) s=−62,73 = −32,72 C = (1 + 0,0122s).H w ( s ) s=−81,96 = 19, 46 D = (1 + 0,002s).H w ( s ) s=−500 = −0,024 Hw ( s) = 437,088 32,72 19,46 0,024 − + − s + 0,0162s + 0,0122s + 0,002s H w (z) = 437,088 z z z z − 2019,75 + 1595,08 − 12 z −1 z − e −61,73.T z − e −81,96.T z − e −500.T G w (z) = (1 − z −1 ).H w (z) = 437,088 − 2019,75 z −1 z −1 z −1 + 1595,08 − 12 z − e −61,73.T z − e −81,96.T z − e −500.T Với chu kỳ trích mẫu T=0,02 ta có: G w (z) = b −0,00005z −1 + 0,00005z −2 − 1,9973z −1 + 0,9973z −2 Thiết kế điều khiển tốc độ theo phương pháp gán điểm cực Chọn khâu DC PI : Chọn p1 = -1 ta có : Ta có phương trình : r0 + r1z −1 R w (z) = + p1z −1 r0 + r1z −1 R w (z) = − z −1 N(z) = (z - ) (z - ) (z - ) 11 Chọn = 0,55 + 0,4j = 0,55 – 0,4j =>N(z) = (z – 0,55 – 0,4j) ( z- 0,55 + 0,4j) (z - ) = – ( 1,1 + ) + (0,4625 + 1,1).z – 0,4625) Hệ phương trình : = Thay số ta : = Từ ta tính giá trị : = 1; = 10,696 ; = -17,946 −17,496 + 10,696.z −1 => R w (z ) = − z −1 12 Phần 4: Lưu đồ thuật toán hệ thống Trong đó: + + + Rω: điều khiển tốc độ RI: điều kiển dòng điện BBĐ: biến đổi công suất 13 + M: động chiều kích từ độc lập 14 Phần 5: Mô Matlab - Simulink Mạch vòng dòng điện 5.1 Sơ đồ khối : Kết mô : Nhận xét: + 5.2 Sau khoảng thời gian t=9s xuất đáp ứng với giá trị đặt Mạch vòng tốc độ : Sơ đồ khối : Kết mô phỏng: Đường nét đứt là: tốc độ Đường nét liền : dòng điện Nhận xét: + Độ điều chỉnh tương đối lớn, ảnh hưởng không tốt đến hệ thống + Tần số dao động trươc hệ đạt trạng thái ổn định nhiều + Sai lệch tĩnh e = => Đây hệ thống tốt KẾT LUẬN Sau trình học tập nghiên cứu, với hướng dẫn thầy Phạm Tuấn Anh Em hoàn thành nhiệm vụ giao tập lớn Các nhiệm vụ là: • Vẽ sơ đồ khối động chiều, sau vẽ cấu trúc mạch vòng điều • chỉnh động Thiết kế khâu điều chỉnh dòng điện phần ứng với chu kỳ trích mẫu chọn • TI = TTB/5 chuyển luật điều khiển sang dạng lập trình Thiết kế khâu điều chỉnh tốc độ quay động chiều với chu kỳ trích • • mẫu chọn Tw = 10TI chuyển luật điều khiển sang dạng lập trình Vẽ lưu đồ thuật toán tổng thể hệ thống Mô với Matlab - Simulink – Simpowersystem Trong trình thực hiện, làm em có nhiều thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn Một lần em xin trân thành cảm ơn thầy giúp em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO Anh, P T (2015) GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ HẢI PHÒNG: ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM  ... pháp điều khiển: + Bộ điều khiển dòng điện: Xấp xỉ liên tục + Bộ điều khiển tốc độ: Gán điểm cực Yêu cầu: Vẽ sơ đồ khối động chiều, sau vẽ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh động Thiết kế khâu điều. .. thuật số có nhược điểm xử lí tín hiệu rời rạc, … Đồng thời kĩ thuật tương tự có ưu điểm mà kĩ thật số tác động nhanh liên tục Vì ngày xu hướng điều khiển phối hợp điều khiển số điều khiển tương tự... đoạn Hình Mô hình tính điều khiển dòng điện Ta đưa dạng hàm chuẩn để tổng hợp điều khiển: Hình Sơ đồ rút gọn Trong đó: GI: hàm truyền đối tượng điều khiển RI: điều khiển dòng điện k1 Ra kI GI