đặt vấn đề và giả thiết trên, đồng thời dựa vào sơ đồ Hình 1.4 ta xây dựng được sơ đồ khối hệ điều khiển chuyển động ổn định vị trí điều khiển van dầu như sau: Hình 2. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh vị trí 2. Khảo sát và tính toán hệ truyền động ổn định tốc độ 2. Giới thiệu sơ đồ 19 Hình 2.
Sơ đồ tổng hợp hệ truyền động PWM-Đ Trong đó: Đ - Động cơ điện 1 chiều MTX - Mạch tạo xung điều khiển PWM - Bộ xung điện áp T - Bộ chỉnh lưu cung cấp điện áp 1 chiều cho PWM thông qua mạch giữa C Sơ đồ có hai mạch vòng phản hồi: mạch vòng phản hồi âm dòng điện để ổn định dòng điện với bộ điều chỉnh dòng điện Ri, mạch vòng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ với bộ điều chỉnh tốc độ R. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM Từ sơ đồ khối hệ thống truyền động xung điện áp- động cơ một chiều như đã giới thiệu ở phần trên, ta có sơ đồ cấu trúc hệ thống như sau: Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM - D 20 Ở hệ điều chỉnh tự động, cấu trúc mạch điều khiển và thông số của bộ điều khiển có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hệ thống điều tốc. Vì vậy khi thiết lập ta phải thực hiện các thuật toán nhằm đáp ứng các yêu cầu đặt ra.
Một số tiêu chuẩn thiết kế hay được sử dụng là tiêu chuẩn modul tối ưu, tiêu chuẩn modul đối xứng. Tùy theo các yếu tố cụ thể của hệ điều khiển vị trí tương đối thường đòi hỏi các chỉ tiêu chất lượng cao như thời gian quá độ ngắn, độ chính xác cao, độ bền tốt. với momen và tốc độ nằm trong giá trị cho phép. Hàm truyền của các khâu trong hệ truyền động PWM U đ - Điện áp ra của bộ biến đổi PWM.
U đk - Điện áp điều khiển của bộ điều chế độ xung. T - Thời gian chu kỳ điện áp ra. c, Hàm truyền của máy phát tốc một chiều Trong mạch vòng tốc độ người ta phải tạo ra một tín hiệu điên áp tỷ lệ với tốc độ động cơ. Để làm được điều đó thông thường ta dùng máy phát tốc và được nối cứng với động cơ.
Hàm truyền máy phát tốc: K W FT ( p ) = (2.1) T p 1 Trong đó: T - Hằng số thời gian của máy phát tốc. K - Hệ số phản hồi của máy phát tốc. d, Hàm truyền của thiết bị lấy tín hiệu dòng điện Cũng như mạch vòng tốc độ để lấy tín hiệu dòng điện quay trở lại ban đầu vào khống chế hệ thống người ta tạo ra một tín hiệu điện áp tỷ lệ với tín hiệu dòng điện. Có nhiều cách để lấy tín hiệu dòng điện nhưng cách đơn giản nhất có thể dùng máy biến dòng.
Hàm truyền của khâu lấy tín hiệu dòng điện: K BI WBI ( p ) = (2.2) 1 TBI p 21 Trong đó: TBI - Hằng số thời gian máy biến dòng. K BI - Hệ số phản hồi dòng điện. e, Hàm truyền cảm biến vị trí Cảm biến vị trí dùng kiểu chiết áp, có hàm truyền như sau: K WCP ( p ) = (2.3) 1 T p Trong đó: T - Hằng số thời gian của khâu cảm biến vị trí K - Hệ số phản hồi vị trí 2. Tổng hợp hệ truyền động a.
Tổng hợp bộ điều khiển PI Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện như sau: - Hình 2.Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện L Trong đó: Tu = - Hằng số thời gian điện từ của động cơ. R R - Điện trả mạch phần ứng. L - Điện cảm mạch phần ứng.C - Hằng số thời gian của cảm biến (sensor) dòng điện. Bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động, ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn như sau: 22 Hình 2.
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện Từ sơ đồ Hình 2.5 ta có hàm truyền của đối tượng điều khiển mạch vòng điều chỉnh dòng điện: I ( p) 1 S 0i ( p ) = = K PWM .(1 Tu ) Trong đó: Tsi = Ti + Tv + Tđk <<Tư, bỏ qua các hệ số bậc cao ta có: K PWM .6) 1 2p 2p 2 Mặt khác theo Hình 2.8) 2K PWM K BI Tsi p 2 K PWM K BI Tsi Tu p Như vậy bộ điều chỉnh dòng điện Ri(p) có dạng là một khâu PI (tỷ lệ-tích phân). Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện kín bằng tiêu chuẩn modul tối ưu ta có : 23 U i( p) 1 1 FOMi( p ) = = (2.9) U id ( p ) 2 2 1 2Tsi p 2Tsi p 1 2Tsi p b. Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ R Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ như sau: Hình 2. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 1 1 1 K 1 1 R K Trong đó : S 0 =.
K i (1 Tsi p) jp (1 T p) (1 Tsi p) K i K TC p (1 T p) Đặt: TS 2Tsi T TS rất nhỏ.Ts Vậy hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ R ( p ) là một khâu P (tỷ lệ). Tiêu chuẩn này được sử dụng khi hệ thống khởi động đã mang tải, lúc đó ta không coi IC là nhiễu nữa. 24 Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu đối xứng: 1 4 p FOM ( p ) = (2. p K i K T R ( p ) là khâu tích phân- tỷ lệ (PI) Với kết quả tổng hợp ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM-Đ: Hình 2.
Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động xung điện áp động cơ Kết quả khi tổng hợp mạch vòng kín tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có: ( p ) 1 1 1 1 = .20) d ( p ) 1 4Ts p 8Ts p 8Ts p K 1 4Ts p K 2 2 3 3 25 2. Mô phỏng hệ Sơ đồ mô phỏng - Tính toán các thông số của mạch (xem phụ lục). Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bằng bộ điều khiển PID trên Matlap Simulink: Hình 2. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động điện Kết quả mô phỏng - Kết quả mô phỏng trên Matlab như sau: + Tốc độ: 26 + Dòng điện Nhận xét - Thời gian quá độ: tqd 0.4s - Độ quá điều chỉnh: 9% - Độ dao động: n=2 - Đánh giá chất lượng hệ thống: Hệ thống ổn định, ứng dụng được cho hệ truyền động 2.
Khảo sát và tính toán hệ truyền động ổn định vị trí với bộ điều khiển PID tuyến tính Để xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí ta dựa vào sơ đồ khối hệ điều chỉnh vị trí (Hình 2. Trong sơ đồ này, hệ truyền động ổn định tốc độ trong chương 2 ta đã khảo sát và tổng hợp là hệ PWM – Động cơ điện 1 chiều. Quá trình tổng hợp ta được 2 bộ điều chỉnh khác nhau, đó là khâu P và khâu PI. Từ đó ta xây dựng được 2 hệ ổn định tốc độ tương ứng, đó là (2.
Sau khi tính được khâu chuyển đổi từ tốc độ góc sang tốc độ dài và cảm biến tốc độ, bản luận văn thể hiện sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí như Hình vẽ 2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh vị trí Hình 2. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí 2. Tổng hợp điều khiển vị trí.
Tổng hợp mạnh vòng vị trí cũng tương tự như tổng hợp mạnh vòng tố độ, ta dùng tiêu chuẩn module tối ưu và tối ưu đối xứng. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí như Hình 2.10 Trong đó: 1 Kr : Hệ số khuếch đại của bộ truyền lực (2.22) Tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu module: 1 FOMT ( p) (2. 2 p 2 Từ sơ đồ cấu trúc hình vẽ 2.SOT ( p) Thay biểu thức (2.24) vào ta được: 1 R ( p) K r. p ; K p ; K D s K r K T K r K T RT ( p) là khâu tỷ lệ - đạo hàm (PD) Tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng: 1 4 . 2 p 8 3 p Khi tổng hợp mạch vòng vị trí theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thì ta có hàm truyền đối tượng: K r K S OT ( p) (2.28) K r K 2T RT ( p) cũng là khâu tỷ lệ - đạo hàm (PD) Sau khi tổng hợp các bộ điều khiển vị trí ứng với 2 bộ điều chỉnh tốc độ đều cho kết quả là khâu PD tuyến tính, từ đó ta có sơ đồ cấu trúc điều khiển vị trí động cơ điện 1 chiều như Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 2.
Mô phỏng - Tính toán các thông số hệ điều chỉnh vị trí đối với động cơ 1 chiều kích từ độc lập. Các thông số tính toán (xem phụ lục). - Mô phỏng hệ điều khiển vị trí với bộ điều khiển PID tuyến tính. Sử dụng công cụ Simulink của Matlab, xây dựng mô hình mô phỏng mạch vòng điều chỉnh vị trí và mạch vòng điều chỉnh tốc độ (trong đó bao gồm cả mạch vòng điều chỉnh dòng điện) của hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần và động cơ không đồng bộ.
Đồng thời, để đơn giản cho quá trình mô phỏng ta chọn các khâu phản hồi tốc độ có =1, phản hồi vị trí có = 1 như Hình 2. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí bằng bộ điều khiển PID 30 Nhận xét, đánh giá kết quả mô phỏng: - Thời gian khởi động 4s, tương đối lớn - Độ quá điều chỉnh = 0 - Độ dao động = 0 Kết luận chương 2: Mặc dù độ quá điều chỉnh bằng 0, độ dao động bằng 0, nhưng thời gian khởi động lớn. Để khắc phục nhược điểm này, luận văn dùng bộ điều khiển mờ để nâng cao chất lượng hệ thống. 31 CHƯƠNG 3: NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN DIEZEL BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 3.
Tính phi tuyến của bộ điều khiển vị trí. Bộ điều khiển vị trí nhằm đảm bảo thời gian quá độ ngắn, đồng thời độ chính xác tĩnh nằm trong giới hạn cho phép. Ta xét quá trình bắt đầu hãm, lúc đó tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi xấp xỉ nhau nghĩa là: (φ1 - φ1).Rφ = ωh (3-1) ∆φh = (φ1 - φ1): quãng thời gian hãm.
