ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển lên khoa học kỹ thuật, đòi hỏi công nghệ luôn phải vận động để phù hợp với trình phát triển Vì vậy, kiến thức để tính tốn phân tích cấu trúc hệ thống truyền động cần thiết Để phục vụ cho trình học tập sinh viên, học phần Điều khiển truyền động điện, bao gồm tích hợp nội dung kiến thức lý thuyết Điều khiển truyền động điện vơ bổ ích Song bên cạnh đó, học phần Đồ án môn học Tổng hợp hệ thông truyền động điện đóng vai trò kiểm tra khảo sát kiến thức môn học điều kiện để sinh viên ngành Tự động hóa tự tìm hiểu nghiên cứu kiến thức mơn học ngành nghề theo học Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Tiến Dũng nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành đồ án mơn học SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu cơng nghệ / tốn Thiết kế hệ thống truyền động điện sử dụng động điện xoay chiều pha đồng có thơng số kỹ thuật sau: Nguồn điện xoay chiều pha 220V/380V Tải hệ thống truyền cho hình vẽ: r1/r2 = 5; TL = 25Nm; JL = 0.2kg.m2 Sơ đồ công nghệ: Tem r1 Motor JM TL r2 Load JL Đồ thị tốc độ mong muốn tải: 100 t (s) -110 SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HOÀNG ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.2 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Phân tích yêu cầu cơng nghệ, đặc tính có tải Hệ truyền động điện thiết kế để đáp ứng yêu cầu tải: - Động sử dụng động điện xoay chiều pha đồng Động phải chạy cho đáp ứng theo đồ thị tải Nguồn điện sử dụng 220V/380V Hệ chạy ổn định, sai số cho phép 1.2.1 Sơ đồ tốc độ mong muốn động Đối với hệ truyền động có sử dụng hộp số: Ta có công thức quy đổi: 𝑟1 𝜔𝐿 = 𝑟2 𝜔𝑀 → 𝜔𝑀 = 𝑟1 𝜔 𝑟2 𝐿 Vì chiều quay motor ngược chiều quay tải nên phương trình phương trình tốc độ tải động trái dấu Ta có phương trình tốc độ motor giai đoạn sau:  Giai đoạn 1(0s -1s):      𝜔𝑀1 = −20𝑡 (rad/s) Giai đoạn (1s - 3s): 𝜔𝑀2 = −20 (rad/s) Giai đoạn (3s - 4s): 𝜔𝑀3 = 20𝑡 − 80 (rad/s) Giai đoạn (4s – 4.2s): Giai đoạn giai đoạn trễ tốc độ đột ngột giảm rad/s Chọn thời gian trễ 0,2s 𝜔𝑀4 = 55𝑡 − 220 (rad/s) Giai đoạn (4.2s – 6s): 𝜔𝑀5 = 22 (rad/s) Giai đoạn (6-7s) : 𝜔𝑀6 = −22𝑡 + 154 (rad/s) SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HOÀNG ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Suy sơ đồ tốc độ mong muốn động cơ: 22 t (s) -20 1.2.2 Sơ đồ Momen quay động Ta có : 𝑑𝜔𝑀 𝜔𝑀 𝑑𝜔𝐿 = − (𝑇𝐿 + 𝐽𝐿 (𝑇𝑒𝑚 − 𝐽𝑀 ) ) ⏟ ⏟ 𝑑𝑡 𝜔𝐿 𝑑𝑡 𝑇1 𝑇2 𝑑𝜔𝑀 𝑑𝜔𝐿 𝜔𝐿 (𝑇𝑒𝑚 − 𝐽𝑀 ) = − (𝑇𝐿 + 𝐽𝐿 ) ⏟ ⏟ 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝜔𝑀 𝑇1 𝑇2 Ta xem JM = (kg.m ) 𝑑𝜔𝐿 𝜔𝐿 (𝑇 ) ⏟ 𝑒𝑚 ) = − (𝑇 𝐿 + 𝐽𝐿 ⏟ 𝑑𝑡 𝜔𝑀 𝑇1 𝑇2 Khi t = 0s → 1s: động tăng tốc ( trạng thái động cơ) Tem = - (25+0,2 100−0 ).5= - 225 (Nm) Khi 𝑡 = 1𝑠 → 3𝑠: động giữ nguyên tốc độ, chạy ổn định ( trạng thái động cơ) Tem= - (25+0,2 ).5= -125 (Nm) Khi 𝑡 = 3𝑠 → 4𝑠 : động giảm tốc ( trạng thái hãm) Tem = - (25+0,2 0−100 ).5= -25 (Nm) Khi 𝑡 = 4𝑠 → 6𝑠 𝑡 = 4𝑠 → 4,2𝑠 : động đảo chiều, tăng tốc ( trạng thái động cơ) SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Tem = - (25+0,2 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG −110−0 0,2 ).5= 425 (Nm) 𝑡 = 4,2𝑠 → 6𝑠 : động giữ nguyên tốc độ ( trạng thái động cơ) −110−(−110) TM/4,2s-6s = -(25+0,2 ).5= -125 (Nm) 1,8 Khi 𝑡 = 6𝑠 → 7𝑠 : động giảm tốc ( trạng thái hãm) Tem = - (25+0,2 0−(−110) ).5= -235 (Nm) Vậy, ta có sơ đồ momen quay động cơ: T( N.m) 425 t(s) -25 -125 -225 -235 1.2.3 Đồ thị công suất động Cơng suất động tính theo cơng thức: P= T.𝜔 (W)  Giai đoạn (0s -1s): 𝑃1 = 𝑇𝑒𝑚1 𝜔𝑀1 = 8500𝑡  Giai đoạn (1s -3s): 𝑃2 = 𝑇𝑒𝑚2 𝜔𝑀2 = 2500  Giai đoạn (3s - 4s): 𝑃3 = 𝑇𝑒𝑚3 𝜔𝑀3 = −500𝑡 + 2000  Giai đoạn (4s - 4.4s): SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG (W) (W) (W) ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 𝑃4 = 𝑇𝑒𝑚4 𝜔𝑀4 = 46750𝑡 − 187000  Giai đoạn (4.4s - 6s): 𝑃5 = 𝑇𝑒𝑚5 𝜔𝑀5 = −2750  Giai đoạn (6s - 7s): 𝑃6 = 𝑇𝑒𝑚6 𝜔𝑀6 = 5170𝑡 − 36190 (W) (W) (W) Vậy, ta có đồ thị công suất động cơ: P(W) 9350 4500 2500 500 t(s) -2750 -5170 Tính chọn cơng suất động 1.3 Từ đồ thị công suất động đề cập phần 2, ta dễ dàng tìm cơng suất đẳng trị, cơng suất đỉnh momen đẳng trị động theo công thức: ∑ 𝑃𝑖 𝑡𝑖 Pđt = √ ∑ 𝑡𝑖 𝑃12 𝑡1 +𝑃22 𝑡2 +𝑃32 𝑡3 +𝑃42 𝑡4 +𝑃52 𝑡5 +𝑃62 𝑡6 =√ = 2332(W) Chọn hệ số dự trữ Kdt = 1,5 → P = 2332x1,5=3500(W) Pđỉnh = 9350(W) ∑ 𝑀𝑖 𝑡𝑖 Mđt =√ ∑ 𝑡𝑖 (−225)2 1+(−125)2 2+(−25)2 1+4252 0,2+(−125)2 1,8+(−235)2 =√ SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HOÀNG =169,8 (N.m) ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Chọn động ATO180ST-M48015, với tham số: Công suất định mức: 7,5 kW Điện áp định mức: 380 VAC Số pha: Tốc độ tối đa: 1500 vòng / phút Dòng điện định mức: 50A Momen xoắn định mức: 48 Nm Momen xoắn cực đại: 96 N.m Hằng số momen: 2,4 N.m/A Số cặp cực: Điện trở Stator: 0,273 Ω Điện cảm Stator: 2,14 mH - Kiểm tra tốc độ động Tốc độ tối đa động n = 1500 vòng/phút Trong tốc độ u cầu động nc = 210,08 vòng/phút Sử dụng Gear box có tỉ số: n= 1500 210,08 = 7,14 Chọn Gearbox GBX080008K hãng Schneider Có thơng số sau: Thông số Giá trị Tỷ số 7/1 Momen đầu trục 50 Momen lớn 80 Kiểm nghiệm lại sau lắp hộp số: SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG Đơn vị N.m N.m ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN - GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Đồ thị tốc độ: 22 t (s) -20 - Đồ thị momen: T( N.m) Tmax 672 Tđm 425 336 t(s) -25 -125 -225 -235 336 -672 -Tđm -Tmax Momen định mức động cơ: Tđm = 48x7 = 336 (N.m) Động làm việc tải khoảng thời gian t = 4→4,2s Tuy nhiên khoảng thời gian tải bé nên động hoạt động tốt Momen cực đại: Tmax = = 96x7 = 672 (N.m) SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Momen lớn tải Ttải = 425 < Tmax = 672 => Thỏa mãn yêu cầu tải 1.4 Sơ đồ khối cấu trúc hệ truyền động điện Sơ đồ khối hệ điều khiển tốc độ động đồng ba pha: - Sơ đồ cấu trúc bao gồm: Bộ chỉnh lưu : có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp xoay chiều pha sang điện áp chiều Nguồn điện cung cấp nguồn pha 220V/380V Bộ chuyển đổi Inventor : có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ controller để xuất xung điều khiển cho van công suất Động xoay chiều pha đồng sử dụng hệ thống Encoder thiết bị đo vận tốc động cơ, sau phản hồi cho controller Controller vi mạch có vi xử lí lập trình được, chứa tồn chương trình thuật tốn điều khiển cho hệ thống SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 1.5 Tính tốn chọn thiết bị, phần tử hệ thống 1.5.1 Chọn động (Động chọn 1.3) 1.5.2 Bộ biến đổi Đồ thị đặc tính động đồng pha: Tốc độ quay động tính biểu thức: 2𝜋𝑓𝑠 𝜔𝑠 = 𝑃𝑝 Trong đó, 𝑓𝑠 tần số nguồn cung cấp 𝑃𝑝 số đôi cực từ Vậy, để điều khiển tốc độ động cơ, ta điều chỉnh tần số nguồn cấp Do vậy, sử dụng biến đổi tần số cấu trúc hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động đồng Sơ đồ biến tần gián tiếp xây dựng là: Xác định thơng số biến tần - Tính chọn IGBT Cấu trúc nghịch lưu pha: SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 10 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2.1 Xây dựng mơ hình toán học khâu hệ thống DC- link Isd*=0 usd* PI usq* _ usα* dq isq* w* PI SV PWM inverter ϑ PI _ usβ* αβ _ isq w isα αβ dq isd isβ αβ ʃdt a,b,c n s encoder Trong chức khối sau: - - Khối Inverter (khối nghịch lưu): Chuyển đại lượng xoay chiều trung gian qua lọc thành hệ thống điện áp xoay chiều pha Mạch nghịch lưu hệ thống van bán dẫn đóng cắt theo tín hiệu điều khiển Khâu điều chế vector SV PWM : Chuyển điện áp usα 𝑢 𝑠𝛽 sang thời gian đóng cắt Khâu chuyển hệ tọa độ: Chuyển đổi hệ tọa độ: abc, dq, α𝛽 Các PI: Điều khiển mạch vòng tốc độ momen dòng điện 2.2 Mơ hình tốn học biến đổi 2.2.1 Mơ hình tốn học biến đổi từ uvw sang dq Dùng công thức Clarke để chuyển đổi 𝐮𝐯𝐰 sang 𝛂𝛃 : 𝑖𝑠𝛼 = 𝑖𝑠𝑢 ; 𝑖𝑠𝛽 = (𝑖𝑠𝑢 +2𝑖𝑠𝑣 ) √3 Dùng công thức Park để chuyển đổi 𝛂𝛃 sang dq : { 𝑖𝑠𝑑 = 𝑖𝑠𝛼 cos 𝜗𝑠 + 𝑖𝑠𝛽 sin 𝜗𝑠 𝑖𝑠𝑞 = −𝑖𝑠𝛼 sin 𝜗𝑠 + 𝑖𝑠𝛽 cos 𝜗𝑠 Điều kiện chuyển đổi (Park): phải biết góc pha vector từ thơng 𝑟 : 𝜗𝑠 SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 15 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 𝜗𝑠 = 𝜗𝑠 (0) + ∫ 𝜔𝑠 𝑑𝑡 = ∫(𝜔 + 𝜔𝑟 )𝑑𝑡 = ∫ (𝜔 + 𝑖𝑠𝑞 ) 𝑑𝑡 𝑇𝑟 𝜓𝑟𝑑 Mơ hình tốn học biến đổi từ 𝒖∗𝒔𝒅 ; 𝒖∗𝒔𝒒 sang 𝒖𝒔𝜶 ; 𝒖𝒔𝜷 : Theo cơng thức Clarke cơng thức Park : Ta có : 𝑢𝑎 = 𝑢𝑑 cos 𝜃 - 𝑢𝑞 sin 𝜃 𝑢𝑏 = √3 2 ( 𝑢𝑑 sin 𝜃 + 𝑢𝑞 cos 𝜃) - (𝑢𝑑 cos 𝜃 - 𝑢𝑞 sin 𝜃) 𝑢𝑐 = - 𝑢𝑎 - 𝑢𝑏 Suy : 𝑢𝛼 = 𝑢𝑎 - 0.5𝑢𝑏 -0.5𝑢𝑐 𝑢𝛽 = √3 𝑢𝑏 - √3 𝑢𝑐 Khâu nghịch lưu: Lý tưởng hàm truyền 𝐺𝑛𝑙 (s) = Khâu chỉnh lưu: Điện áp đầu chỉnh lưu có điều khiển: Vdc = Vd0.cosα Chọn nguyên tắc điều khiển arcos: α = arccos(Vđk/Vm) Điện áp đầu chỉnh lưu: Vdc = Vd0 (Vđk/Vm) = Kr Vd0 Hàm truyền đạt chỉnh lưu: Gr (s)  Kr Tr s  Trong đó: -Kr = Vđk/Vm hệ số khuếch đại chỉnh lưu - Tr = 𝛼/2 360 thời gian trễ đáp ứng thyristor 2.2.2 Mơ hình tốn học cảm biến Phản hồi dòng điện: Sử dụng cảm biến đo dòng điện để đo dòng điện đáp ứng đầu nghịch lưu để tính tốn phản hồi điều khiển Mơ hình tốn học phản hồi dòng điện biểu diễn hệ số khuếch đại H Trong số trường hợp có sử dụng lọc thơng thấp Khi số thời gian lọc thường nhỏ 1ms Ta chọn: H=1 Phản hồi tốc độ: SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 16 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Sử dụng cảm biến tốc độ để đo tốc độ đáp ứng động tính tốn phản hồi cho điều khiển Hàm truyền đạt khâu phản hồi tốc độ: 𝐺𝜔 = 𝐾𝜔 𝑇𝜔 𝑆+1 Trong đó: K𝜔 hệ số khuếch đại cảm biến T𝜔 số thời gian lọc Ta chọn hệ số khuếch đại: 𝐾𝜔 =1 Bỏ qua số thời gian lọc: 𝑇𝜔 = => Có nghĩa ta lý tưởng khâu phản hồi tốc độ 𝐺𝜔 = 2.2.3 Mơ hình tốn học điều khiển PID Thuật toán điều khiển PID: C(t) = 𝐾𝑝 [e(t) + 𝜏𝐼 𝑡 ∫0 𝑒(𝑡)dt + 𝜏𝐷 𝑑𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 ] Hàm truyền đạt điều khiển PID: 𝐺𝑐 (s) = 𝐶(𝑠) 𝐸(𝑠) = 𝐾𝑝 [ + 𝜏𝐼 𝑠 +𝜏𝐷 s] Trong : • e(t) - Sai số giá trị thực giá trị dặt • 𝐾𝑝 - Hệ số tỷ lệ (khuếch đại) điều khiển, tham số chỉnh định • I – Hằng số thời gian tích phân, tham số chỉnh định điều khiển đặc trưng cho thành phần tích phân • D – Hằng số thời gian vi phân, tham số chỉnh định diều khiển đặc trưng cho thành phần tích phân Bộ điều khiển cần dùng hệ thống PI: - Hàm truyền điều khiển PI: 𝐾𝑝 𝐾𝑝 𝐺𝑐 (𝑠) = 𝐾𝑝 + = 𝐾𝑝 + 𝐾𝐼 với : 𝐾𝐼 = 𝑠𝜏𝐼 𝑠 𝜏𝐼 - Gồm PI để điều khiển hệ thống : 𝑅𝜔 ; 𝑅𝐼𝑑 ; 𝑅𝐼𝑞 𝑅𝜔 : Bộ PI điều khiển tốc độ động 𝑅𝐼𝑑 : Bộ PI điều khiển dòng điện 𝑅𝐼𝑞 : Bộ PI điều khiển dòng điện 2.3 Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 17 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG DC- link Isd*=0 usd*=( usd* )∆isd usq* usα* dq _ αβ isq* w* isq*=( )∆w _ w usq*=( usβ* SV PWM = ~ ϑ )∆isq _ isq isα αβ dq isd isβ αβ ʃdt a,b,c n s encoder SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 18 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Sơ đồ mạch vòng hệ thống điều khiển truyền động điện 3.1.1 Mạch vòng điều khiển tốc độ 3.1 DC- link usα* isq* w* isq*=( )∆w usq*=( )∆isq dq usq* = SV PWM usβ* αβ ~ _ ϑ _ w isq isα αβ dq isβ αβ a,b,c ʃdt n s encoder 3.1.2 Mạch vòng điều khiển dòng điện DC- link Isd*=0 usd*=( )∆isd usd* usq* usα* dq _ isq* usq*=( usβ* αβ SV PWM = ~ ϑ )∆isq _ isq isα αβ dq isd αβ isβ a,b,c n s 3.1.3 Phương pháp tổng hợp mạch vòng điều khiển Dựa hiểu biết hệ thống, mạch vòng điều khiển Và dựa hiểu biết điều khiển PID cho hệ thống Cụ thể sau: Về hệ thống truyền động, với việc mơ hình hóa động thành phần dòng điện, điện áp chất động điện chiều Với việc giúp hiểu sâu bên đối tượng, mà đối tượng động xoay chiều pha đồng rotor SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 19 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG nam châm vĩnh cữu Giúp cho q trình tổng hợp mạch vòng, đưa cấu trúc điều khiển dễ dàng gần giống động điện chiều Về điều khiển PID, giải thuật tính tốn điều khiển PID bao gồm thông số riêng biệt, giá trị tỉ lệ, tích phân đạo hàm Giá trị tỉ lệ xác định tác động sai số tại, giá trị tích phân xác định tác động tổng sai số khứ, giá trị vi phân xác định tác động tốc độ biến đổi sai số  Khâu tỉ lệ (P): làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số Đáp ứng tỉ lệ điều chỉnh cách nhân sai số với số Kp  Khâu tích phân (I): tỉ lệ thuận với biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy sai số Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) tăng tốc chuyển động trình tới điểm đặt khử số dư sai số ổn định với tỉ lệ phụ thuộc vào điều khiển Tuy nhiên, khâu tích phân đáp ứng sai số tích lũy q khứ, khiến giá trị vọt lố qua giá trị đặt Tác động việc tăng thông số độc lập 𝐾𝑝 𝐾𝑖 Thời gian khởi động Giảm Giảm 𝐾𝑑 Giảm Thơng số Q độ Tăng Tăng Giảm Thời gian xác Sai số ổn lập định Thay đổi nhỏ Giảm Tăng Giảm đáng kể Giảm Khơng tác động Độ ổn định Giảm cấp Giảm cấp Cải thiện 𝐾𝑑 nhỏ Qua đó, hiểu biết điều khiển PID chất hệ thống, chất động Em dựa hiệu chỉnh thông số PID tay mô Matlab-Simulink đưa tổng hợp mạch vòng 3.2 Tổng hợp mạch vòng điều khiển dòng điện Các bước tổng hợp mạch vòng điều khiển dòng điện thực sau: Ta tăng giá trị Kp cho mạch vòng điều khiển cho đạt đến giá trị thích hợp cho động hoạt động theo dõi giá trị phản hồi có trị số gần giá trị đặt cách sử dụng Scope đo có sẵn simulink , cụ thể 𝑖𝑠𝑑 𝑖𝑠𝑞 động ∗ ∗ gần với giá trị đặt 𝑖𝑠𝑑 𝑖𝑠𝑞 Sau tăng dần hệ số Ki, để điều khiển khử sai số xác lập SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 20 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.3 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ Tương tự cách tổng hợp mạch vòng dòng điện trên, ta có hệ số Kp cho mạch vòng điều khiển đến giá trị thích hợp, theo dõi giá trị vận tốc phản hồi động gần với giá trị vận tốc đặt Sau tăng dần hệ số Ki, để điều khiển vận tốc khử sai số xác lập SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 21 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 4.1 Mô hệ thống phần mềm Matlab – Simulink 4.1.1 Sơ đồ hệ thống mô phần mềm Matlab – Simulink Mạch động lực hệ thống: SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 22 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Tốc độ đặt vào hệ thống có đồ thị sau: 4.1.2 Kết mô hệ thống  Kết mơ mạch vòng điều khiển - Đối với mạch vòng tổng hợp dòng điện 𝑖𝑠𝑞 sau ta đặt Kp=6, Ki=1,2 ta đáp ứng dòng 𝑖𝑠𝑑 sau: SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 23 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG - Đối với mạch vòng tổng hợp dòng điện 𝑖𝑠𝑑 sau ta đặt Kp=6; Ki=1,2 ta đáp ứng dòng 𝑖𝑠𝑑 sau: - Sau ta đặt Kp=20, Ki=4 ta đáp ứng tốc độ ω sau: SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 24 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN -  Các giá trị đáp ứng động Moment - Dòng điện SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 25 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN - GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Tốc độ động 4.2 Phân tích kết mơ - Về kết mô tổng hợp mạch vòng điều khiển, ta thấy, với giá trị điều khiển PI, đáp ứng đầu bám sát với giá trị yêu cầu, nhiên có dao động chênh lệch nhỏ - Về kết mô ta thấy thành phần đáp ứng động sau: Về đáp ứng moment, đầu dao động quanh giá trị moment mong muốn giai đoạn chuyển giao thời điểm xác lập moment động bám sát với moment mong muốn Về dòng điện động dòng đầu chuẩn sin pha, dòng qua động ổn định Dòng ban đầu động lớn, động có làm việc tải thời gian ngắn (4s-4,2s) nên đảm bảo động hoạt động tốt chưa kịp phát nóng, chấp nhận Còn khoảng thời gian lại, dòng điện ln nằm dòng định mức động Về tốc độ tốc độ đầu ổn định, giá trị bám sát với tốc độ yêu cầu Tuy nhiên, khoảng thời gian động tăng tốc giảm tốc, tốc độ có lệch so với tốc độ yêu cầu, điểm nút chuyển dao giai đoạn tốc độ dao động SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HOÀNG 26 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4.3 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Đánh giá chất lượng hệ truyền động Với kết mô phân tích tốn hệ truyền động giải với kết tốt Thứ nhất, moment động số thời điểm giao động lớn việc tổng hợp mạch vòng chưa chọn thơng số điều khiển PID tốt Và thêm điểm khoảng thời gian ban đầu động tăng tốc từ rad/s lên tốc độ ổn định khoảng thời gian từ 4s-4,2s động làm việc tải với dòng điện gần lớn gấp lần so với dòng định mức động cơ, nhiên chấp nhận thời gian tải nhỏ so với q trình làm việc đơng nên khơng gây phát nóng Tốc độ động đáp ứng tốt nút dao q trình tốc độ có dao động nhỏ tốc độ động số thời điểm chưa hoàn toàn bám sát với tốc độ mong muốn SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 27 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu cơng nghệ / tốn 1.2 Phân tích u cầu cơng nghệ, đặc tính có tải 1.2.1 Sơ đồ tốc độ mong muốn động 1.2.2 Sơ đồ Momen quay động 1.2.3 Đồ thị công suất động .5 1.3 Tính chọn cơng suất động 1.4 Sơ đồ khối cấu trúc hệ truyền động điện 1.5 Tính tốn chọn thiết bị, phần tử hệ thống 10 1.5.1 Chọn động (Động chọn 1.3) 10 1.5.2 Bộ biến đổi 10 1.5.3 Cảm biến .13 1.6 Xác định tham số hệ thống 13 1.6.1 Động .13 1.6.2 Diode .13 1.6.3 IGBT .13 1.6.4 Gearbox 14 1.6.5 Cảm biến dòng 14 1.6.6 Encoder 14 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 15 2.1 Xây dựng mơ hình toán học khâu hệ thống 15 2.2 Mơ hình tốn học biến đổi 15 2.2.1 Mơ hình tốn học biến đổi từ uvw sang dq 15 2.2.2 Mơ hình tốn học cảm biến .16 2.2.3 Mơ hình tốn học điều khiển PID 17 2.3 Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống 17 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 19 SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 28 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.1 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Sơ đồ mạch vòng hệ thống điều khiển truyền động điện 19 3.1.1 Mạch vòng điều khiển tốc độ 19 3.1.2 Mạch vòng điều khiển dòng điện 19 3.1.3 Phương pháp tổng hợp mạch vòng điều khiển 19 3.2 Tổng hợp mạch vòng điều khiển dòng điện 20 3.3 Tổng hợp mạch vòng điều khiển tốc độ 21 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 22 4.1 Mô hệ thống phần mềm Matlab – Simulink 22 4.1.1 Sơ đồ hệ thống mô phần mềm Matlab – Simulink .22 4.1.2 Kết mô hệ thống 23 4.2 Phân tích kết mơ 26 4.3 Đánh giá chất lượng hệ truyền động 27 SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 29 ... NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 18 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Sơ đồ mạch vòng hệ thống điều khiển truyền động điện 3.1.1 Mạch... học hệ thống 17 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 19 SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HỒNG 28 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.1 GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Sơ đồ mạch vòng hệ thống. ..ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Giới thiệu cơng nghệ / tốn Thiết kế hệ thống truyền động