Điều chỉnh dòng điện và tốc độ trong hệ truyền động Thiristor-động cơ

Nguyễn Thị Thu Hiền<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 86(10): 33 - 37<br /> <br /> ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ<br /> TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG THIRISTOR-ĐỘNG CƠ<br /> Nguyễn Thị Thu Hiền*<br /> Trường ĐH CNTT&TT - Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Hiện nay các hệ thống truyền động một chiều kiểu Thiristor-Động cơ (T-Đ) đang được ứng dụng<br /> rộng rãi do chúng đảm bảo các chỉ tiêu tĩnh và động của hệ thống và dễ dàng thực hiện các truyền<br /> động có công suất lớn đồng thời có tính bền vững cao. Bài báo này trình bày cách phân tích tổng<br /> hợp hệ truyền động T-Đ với hai mạch vòng điều khiển dùng bộ điều khiển PID. Kết quả của việc<br /> khảo sát và đánh giá thiết kế qua mô phỏng dùng Matlab -Simulink cho thấy được chất lượng thực<br /> trạng của hệ thống và hướng nâng cao chất lượng của hệ bằng cách đưa thêm vào bộ điều khiển<br /> mờ để điều khiển mạch kích từ của động cơ.<br /> Từ khóa: Hệ thống truyền động một chiều kiểu T-Đ, tổng hợp hệ, mô phỏng, điều khiển mờ, mạch<br /> vòng phản hồi.<br /> <br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Ngày nay trong các hệ thống điều khiển đặc<br /> biệt là các hệ điều khiển Rôbốt công suất lớn,<br /> thì hệ truyền động một chiều kiểu T-Đ đang<br /> ngày càng được ứng dụng rộng rãi vì chúng<br /> đảm bảo tốt các chỉ tiêu tĩnh và động của hệ<br /> thống, dễ dàng thực hiện các truyền động có<br /> công suất lớn và tính bền vững cao. Việc<br /> phân tích và tổng hợp thành công các hệ<br /> thống này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn<br /> lớn vì đây là hệ thống cơ bản trên nhiều dây<br /> truyền sản xuất cụ thể. Trên cơ sở của việc<br /> tổng hợp và mô phỏng với bộ điều khiển PID<br /> kinh điển, việc phát triển phối hợp điều khiển<br /> mờ để tạo ra bộ mờ lai (Hybrid Fuzzy) nhằm<br /> nâng cao chất lượng hệ truyền động sẵn có là<br /> hướng phát triển có nhiều tiềm năng.<br /> PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP TRUYỀN<br /> ĐỘNG.[1], [2], [3]<br /> Đối với hệ truyền động T – Đ việc điều chỉnh<br /> các thông số đầu vào hệ được thực hiện để thu<br /> được các đặc tính đầu ra sao cho phù hợp với<br /> yêu cầu của công nghệ. Để điều chỉnh được<br /> các thông số vào hệ thống thì động cơ thường<br /> được thiết kế với hai mạch vòng phản hồi<br /> trong nhằm để ổn định dòng điện kích từ,<br /> mạch vòng phản hồi ngoài là mạch vòng phản<br /> <br /> <br /> Tel: 0972208032, Email: nthienedu@gmail.com<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ. Ví dụ trong<br /> trường hợp trục cán làm việc ở chế độ cán có<br /> phụ tải nặng, mômen cản biến thiên liên tục,<br /> cần phải đảm bảo cho mômen động cơ đủ lớn<br /> thắng được mômen cản, hay nói cách khác<br /> với truyền động này cần ưu tiên đến mômen<br /> động cơ. Khi tải biến thiên, hệ truyền động<br /> cần đưa thêm mạch vòng phản hồi dòng điện<br /> - mạch vòng này gọi là mạch vòng bù dòng<br /> điện phần ứng. Ở đây ta xét sơ đồ cấu trúc<br /> chung của hệ điều khiển gồm có hai mạch<br /> vòng như trong hình 1.<br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ hàm truyền đạt của hệ T - Đ một<br /> chiều với hai mạch vòng điều khiển<br /> <br /> Trong đó:<br /> - Tω, Ti là hệ số dòng điện và hệ số tốc độ động cơ;<br /> - Ta: hằng số thời gian điện từ;<br /> - Tc: hằng số thời gian cơ học.<br /> <br /> Trong sơ đồ này hệ truyền động T-Đ với hai<br /> mạch vòng âm tốc độ và âm dòng điện là<br /> hai mạch vòng quen biết. Quá trình tổng<br /> hợp hệ thống được thực hiện từ mạch vòng<br /> trong ra đến mạch vòng ngoài. Kết quả tổng<br /> 33<br /> <br /> http://www.lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Thu Hiền<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> hợp mỗi mạch vòng sẽ chọn được bộ điều<br /> chỉnh thích hợp.<br /> Tổng hợp mạch vòng dòng điện<br /> Sơ đồ cấu trúc thu gọn của mạch sức điện<br /> động như hình 3.<br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ thu gọn mạch vòng dòng điện<br /> Trong bài báo này tiến hành tổng hợp mạch<br /> vòng dòng điện theo tiêu chuẩn tối ưu modul<br /> để tìm hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện<br /> Ta có:<br /> U<br /> (<br /> P<br /> )<br /> K<br /> .<br /> K<br /> /<br /> R<br /> i<br /> cl<br /> i<br /> S<br /> <br /> <br /> (1)<br /> Oi<br /> U<br /> (<br /> P<br /> )<br /> (<br /> 1<br /> <br /> T<br /> .<br /> P<br /> ).(<br /> 1<br /> <br /> T<br /> .<br /> P<br /> ).(<br /> 1<br /> <br /> T<br /> .<br /> P<br /> ).(<br /> 1<br /> <br /> T<br /> .<br /> P<br /> )<br /> dk<br /> dk<br /> V<br /> U<br /> i<br /> <br /> 86(10): 33 - 37<br /> <br /> 1<br /> k<br /> .<br /> k<br /> R<br /> (7)<br /> cl<br /> i/<br /> .<br /> 2<br /> .<br /> τ<br /> p<br /> .(<br /> 1<br /> <br /> τ<br /> .<br /> p<br /> )<br /> σ<br /> σ<br /> (<br /> 1<br /> <br /> pT<br /> )(<br /> 1<br /> <br /> p<br /> .<br /> T<br /> )<br /> si<br /> 11<br /> u<br /> <br /> R<br /> P<br /> )<br /> <br /> i(<br /> <br /> Chọn    min (Tư ,Tsi ) = Tsi<br /> Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng<br /> điện Ri(p) tính được như sau:<br /> 1<br /> <br /> P<br /> .<br /> T<br /> R<br /> .<br /> T<br /> 1<br /> u<br /> R<br /> (<br /> P<br /> )<br /> <br />  u .(<br /> 1<br /> )<br /> i<br /> T<br /> 2<br /> .<br /> T<br /> .<br /> K<br /> .<br /> K<br /> P<br /> .<br /> T<br /> i<br /> si<br /> cl<br /> i<br /> u<br /> 2<br /> .<br /> P<br /> .<br /> K<br /> .<br /> K<br /> .s<br /> cl<br /> i<br /> R<br /> <br /> (8)<br /> Ri(P) là khâu tỷ lệ – tích phân (PI).<br /> Tổng hợp mạch vòng tốc độ<br /> Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ như<br /> hình vẽ 4.<br /> <br /> Trong đó: Tđk: là hằng số thời gian của mạch<br /> điều khiển<br /> Ti : là hệ số thời gian của sensơ dòng điện<br /> Tư : là hệ số thời gian điện từ của mạch phần ứng<br /> Tv : là hệ số thời gian của động cơ điều khiển<br /> Ki: điện trở của sensơ<br /> <br /> Thay: Ti = Tđk +Tv +Ti