Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Thiết kế bộ điều khiển Pid thích nghi điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có Momen quán tính thay đổi

Chia sẻ: Orchid_1 Orchid_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

547
lượt xem 200
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Thiết kế bộ điều khiển Pid thích nghi điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có Momen quán tính thay đổi trình bày tổng quan động cơ điện 1 chiều, tổng hợp bộ điều khiển cơ điện một chiều dùng Pid, điều khiển thích nghi, thiết kế bộ điều khiển Pid thích nghi cho động cơ điện một chiều có mômen quán tính thay đổi, kết quả mô phỏng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Thiết kế bộ điều khiển Pid thích nghi điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có Momen quán tính thay đổi

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N TH M DUNG THI T K B ĐI U KHI N PID THÍCH NGHI ĐI U KHI N T C Đ Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U CÓ MÔMEN QUÁN TÍNH THAY Đ I LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng – Năm 2011
2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N TH M DUNG THI T K B ĐI U KHI N PID THÍCH NGHI ĐI U KHI N T C Đ Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U CÓ MÔMEN QUÁN TÍNH THAY Đ I Chuyên ngành : T ñ ng hóa Mã s ngành : 60.52.60 LU N VĂN TH C SĨ K THU T Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. NGUY N HOÀNG MAI Đà N ng – Năm 2011
3 L I CAM ĐOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên c u c a riêng tôi. Các s li u, k t qu nêu trong lu n văn là trung th c và chưa t ng ñư c ai công b trong b t kỳ công trình nào khác. Tác gi lu n văn NGUY N TH M DUNG
4 M CL C Trang Trang ph bìa L i cam ñoan ................................................................................................... i M c l c ............................................................................................................ ii Danh m c các kí hi u ....................................................................................... v Danh m c các b ng .......................................................................................... vi Danh m c các hình v ...................................................................................... vii M Đ U ......................................................................................................... 01 1. Lý do ch n ñ ñ tài ..................................................................................... 01 2. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u................................................................. 03 3. Phương pháp nghiên c u .............................................................................. 03 4. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài ...................................................... 04 5. C u trúc lu n văn ......................................................................................... 04 CHƯƠNG 1 T NG QUAN Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U ..................... 06 1.1. KHÁI QUÁT Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U ........................................... 06 1.1.1. Nguyên lý c u t o ñ ng cơ ñi n m t chi u ............................................. 06 1.1.2. Phân lo i ñ ng cơ ñi n m t chi u ........................................................... 07 1.1.3.Đi u khi n ñ ng cơ ñi n m t chi u ......................................................... 08 1.2. MÔ T TOÁN H C Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U KÍCH T Đ C L P ...........09 1.2.1. Ch ñ xác l p ñ ng cơ ñi n m t chi u .................................................. 09 1.2.2. Ch ñ quá ñ ñ ng cơ ñi n m t chi u ................................................... 10 1.2.2.1. Mô t chung......................................................................................... 10 1.2.2.2. Trư ng h p khi t thông kích t không ñ i ......................................... 12
5 1.3. MÔ T TOÁN H C CH NH LƯU ĐI U KHI N ................................... 14 1.4. MÔ PH NG.............................................................................................. 16 CHƯƠNG 2 T NG H P B ĐI U KHI N Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U DÙNG PID...................................................................................................................................18 2.1. THAM S Đ NG CƠ ............................................................................... 18 2.2.1. Khái quát v b ñi u khi n PID ............................................................................18 2.2.2. Các phương pháp xác ñ nh tham s b ñi u khi n PID............................................20 2.2.2.1. Phương pháp Ziegler-Nichols .............................................................. 20 2.2.2.2. Phương pháp Chien-Hrones -Reswick ................................................. 22 2.2.2.3.Phương pháp t i ưu modul.................................................................... 24 2.2.2.4. Phương pháp t i ưu ñ i x ng............................................................... 28 2.2. T NG H P H TH NG ĐI U KHI N Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U......... 29 2.2.1. T ng h p m ch vòng ñi u ch nh dòng ñi n ............................................ 29 2.2.2. T ng h p m ch vòng ñi u ch nh t c ñ .................................................. 32 2.3. MÔ PH NG H TH NG ĐI U CH NH T C Đ Đ NG CƠ ............... 37 CHƯƠNG 3 ĐI U KHI N THÍCH NGHI............................................... 42 3.1. GI I THI U CHUNG .............................................................................. 42 3.2. H TH NG THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH M U (MRAS)................. 42 3.3. LU T THÍCH NGHI ................................................................................ 45 3.3.1.Phương pháp ñ nh y (MIT ) .................................................................. 46 3.3.2.Gradient và phương pháp bình phương bé nh t d a trên tiêu chí ñánh giá hàm chi phí sai s . ............................................................................................ 47 3.3.3. Hàm Lyapunov....................................................................................... 48 CHƯƠNG 4 THI T K B ĐI U KHI N PID THÍCH NGHI CHO Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U CÓ MÔMEN QUÁN TÍNH THAY Đ I....................53
6 4.1. B CH NH LƯU ...................................................................................... 50 4.2. ĐO LƯ NG T C Đ .............................................................................. 51 4.3. BI N DÒNG............................................................................................. 51 4.4. T NG H P M CH VÒNG DÒNG ĐI N ............................................... 52 4.5. T NG H P M CH VÒNG T C Đ ...................................................... 54 4.6. GI I THU T ............................................................................................ 56 4.7. SƠ Đ MÔ PH NG ................................................................................. 58 CHƯƠNG 5 K T QU MÔ PH NG ......................................................... 61 5.1. K T QU MÔ PH NG B ĐI U KHI N THÍCH NGHI ...................... 61 ĐI U KHI N PID V I B ĐI U KHI N THÍCH NGHI 5.2. SO SÁNH B TRONG TRƯ NG H PMÔ MEN QUÁN TÍNH T I J1= 0.01 kg.m2.............63 ĐI U KHI N PID V I B ĐI U KHI N THÍCH NGHI 5.3. SO SÁNH B TRONG TRƯ NG H PMÔ MEN QUÁN TÍNH T I J1= 0.05 kg.m2.............64 ĐI U KHI N PID V I B ĐI U KHI N THÍCH NGHI 5.4. SO SÁNH B TRONG TRƯ NG H PMÔ MEN QUÁN TÍNH T I J1= [0:0.5] kg.m2.........64 5.5. K T QU MÔ PH NG B ĐI U KHI N PID KHI T C Đ Đ NG CƠ THAY Đ I..........................................................................................................65 ĐI U KHI N THÍCH NGHI KHI T C Đ 5.5. K T QU MÔ PH NG B Đ NG CƠ THAY Đ I.......................................................................................65 K T LU N VÀ KI N NGH .......................................................................... 67 1. Nh ng ñóng góp c a lu n văn ...................................................................... 67 2. Nh ng ki n ngh v hư ng nghiên c u ti p theo .......................................... 68 DANH M C TÀI LI U THAM KH O .......................................................... 69 QUY T Đ NH GIAO Đ TÀI LU N VĂN PH L C
7 DANH M C CÁC KÝ HI U T n s dòng ñi n f Công su t danh ñ nh Pñm T c ñ ñ nh m c nñm Đi n áp ñ nh m c Uñm Dòng ñi n ñ nh m c Iñm J Mô men quán tính H ng s s c ph n ñi n ñ ng Kb H ng s t thông ñ ng cơ Ka Đi n tr ph n ng Ra Đi n c m ph n ng La Dòng ñi n ph n ng Ia Đi n áp ph n ng Ua S c ph n ñi n ñ n g eb Đi n áp ñi u khi n Vdk Đi n c m cu n kích t Lkt Đi n tr cu n kích t Rkt Đi n áp kích t Ukt Dòng ñi n kích t ikt Mô men quay trên tr c ñ ng cơ M Mc Mô men t i
8 DANH M C CÁC B NG S hi u Tên b ng Trang b ng Các tham s PID theo phương pháp Ziegler-Nichols th nh t 2.1 21 Các tham s PID theo phương pháp Ziegler-Nichols th hai 2.2 22 Các tham s PID theo phương pháp Chien-Hrones-Reswick 1 2.3 23 Các tham s PID theo phương pháp Chien-Hrones-Reswick 2 2.4 23 Các tham s PID theo phương pháp Chien-Hrones-Reswick 3 2.5 24 Các tham s PID theo phương pháp Chien-Hrones-Reswick 4 2.6 24
9 DANH M C CÁC HÌNH V Hình N i dung Trang Các lo i ñ ng cơ ñi n m t chi u 1.1 8 Sơ ñ c u trúc ñ ng cơ ñi n m t chi u 1.2 11 Sơ ñ c u trúc tuy n tính hoá ñ ng cơ ñi n m t chi u 1.3 12 Sơ ñ c u trúc khi t thông không ñ i 1.4 13 Các sơ ñ c u trúc g n 1.5 13 M ch thay th ch nh lưu 1.6 15 Hàm truy n c a ch nh lưu tiristo 1.7 16 C u trúc b ñi u khi n PID 2.1 18 Đi u khi n h i ti p v i b ñi u khi n PID 2.2 19 Đáp ng n c c a h h có d ng S 2.3 20 Xác ñ nh h ng s khu ch ñ i t i h n 2.4 21 Đáp ng n c c a h kín khi k = kth 2.5 22 Đáp ng n c c a h thích h p c ho phương pháp Chien- 2.6 23 Hrones-Reswick Sơ ñ kh i h th ng ñi u khi n kín. 2.7 25 C u trúc m ch vòng ñi u ch nh dòng ñi n. 2.8 31 Sơ ñ kh i c a m ch vòng dòng ñi n. 2.9 31 S ơ ñ kh i 2.10 33 S ơ ñ kh i c a h ñi u c h n h t c ñ 2.11 34 Quá trình dòng ñi n và t c ñ khi có nhi u t i 2.12 35 Mô hình mô ph ng h th ng v i hai vòng ñi u ch nh 2.13 37
10 Sơ ñ kh i c a h th ng thích nghi theo mô hình m u 3.1 43 Sơ ñ kh i c a b ñi u khi n thích nghi theo mô hình m u tr c ti p 3.2 44 Sơ ñ kh i c a b ñi u khi n thích nghi theo mô hình m u gián ti p 3.3 45 3.4 Mô hình sai s 46 3.5 Các tr ng thái cân b ng 48 C u trúc m ch vòng ñi u ch nh dòng ñi n ĐMñl 4.1 52 C u trúc m ch vòng ñi u ch nh t c ñ có m ch vòng ñi u 4.2 54 ch nh dòng ñi n ĐMñl C u trúc thu g n m ch vòng ñi u ch nh t c ñ có m ch vòng 4.3 54 ñi u ch nh dòng ñi n ĐMñl
1 ĐU M 1. Lý do ch n ñ tài Cho ñ n nay ñ ng cơ ñi n m t chi u ñóng m t vai trò quan tr ng trong nghành công nghi p cũng như trong cu c s ng c a chúng ta. Đ ng cơ ñi n m t chi u ñư c ng d ng r t ph bi n trong các nghành công nghi p cơ khí, các nhà máy cán thép,nhà máy xi măng, tàu ñi n ng m và các cánh tay Robot. Đ th c hi n các nhi m v trong công nghi p ñi n t v i ñ chính xác cao, l p ráp trong các dây chuy n s n xu t, yêu c u có b ñi u khi n t c ñ . Đ i v i các phương pháp ñi u khi n kinh ñi n, do c u trúc ñơn gi n và b n v ng nên các b ñi u khi n PID (t l , tích phân, ñ o hàm) ñư c dùng ph bi n trong các h ñi u khi n công nghi p. Ch t lư ng c a h th ng ph thu c vào các tham s KP, TI, TD c a b ñi u khi n PID. Nhưng vì các h s c a b ñi u khi n PID ch ñư c tính toán cho m t ch ñ làm vi c c th c a h th ng, do v y trong quá trình v n hành luôn ph i ch nh ñ nh các h s này cho phù h p v i th c t ñ phát huy t t hi u qu c a b ñi u khi n. thì ta ph i bi t chính xác các thông s và ki u c a ñ i tư ng c n ñi u khi n. Hơn n a, b ñi u khi n này ch chính xác trong giai ño n tuy n tính còn trong giai ño n phi tuy n thì các phương pháp ñi u khi n kinh ñi n không th c hi n ñư c. M c tiêu c a ñi u khi n là nâng cao ch t lư ng các h th ng ñi u khi n t ñ ng. Tuy nhiên, trên th c t có r t nhi u ñ i tư ng ñi u khi n khác nhau, v i các yêu c u và ñ c tính ph c t p khác nhau. Do ñó c n ph i ti n hành nghiên c u, tìm ra các phương pháp ñi u khi n c th cho t ng ñ i tư ng. M c ñích cu i cùng là tìm ki m các b ñi u khi n cho các h truy n ñ ng ñi n ngày càng ñ t ñư c ch t lư ng ñi u ch nh cao, m c chi phí th p, và hi u qu ñ t ñư c là
2 cao nh t, ñáp ng các yêu c u t ñ ng hoá truy n ñ ng ñi n và trong các dây chuy n s n xu t. Nh ng năm g n ñây, khoa h c k thu t phát tri n r t m nh m , nh t là ngành ñi n t h c ñi u khi n, công ngh vi x lý v a t o ñi u ki n thu n l i, v a ñ t ra v n ñ ñòi h i là ph i nghiên c u hoàn thi n các h ñi u khi n, ñáp ng yêu c u ngày càng cao c a th c t cu c s ng và phù h p v i xu th phát tri n khoa h c công ngh . Vi c nghiên c u xây d ng b ñi u khi n t c ñ cho ñ ng cơ ñi n m t chi u d a trên các lý thuy t ñi u khi n hi n ñ i là m t v n ñ r t c n thi t, trong vi c g n li n gi a nhi m v nghiên c u và th c ti n cu c s ng. Đ ph c v cho công tác nghiên c u, m t phương pháp ñư c nhi u nhà khoa h c trong và ngoài nư c s d ng r t nhi u ñó là phương pháp ñi u khi n thích nghi.Trong lu n văn tác gi s d ng phuơng pháp ñi u khi n thích nghi và ph n m m Matlab Simulink, xây d ng mô hình hoá và mô ph ng h th ng ñi u khi n, ñây là công c khá ñ c l c tr giúp trong vi c nghiên, có kh năng ng d ng vào vi c nghiên c u mô ph ng h truy n ñ ng ñ ng cơ m t chi u. Đ ng cơ ñi n m t chi u thư ng dùng trong các h th ng truy n ñ ng ñi n ñòi h i ch t lư ng cao. Chính vì v y mà h th ng ñi u khi n cho các h truy n ñ ng này cũng ph i ñáp ng nhi u ch tiêu r t ch t ch . Và nói chung, ph n l n các h th ng truy n ñ ng trong th c t ñ u có c u trúc và tham s không c ñ nh ho c không th bi t trư c. Đ i v i ñ ng cơ ñi n m t chi u, các thông s thư ng b thay ñ i làm nh hư ng ch t lư ng ñi u ch nh c th là: Khi m ch t c a máy ñi n b bão hòa làm ñi n c m m ch ph n ng Lu c a ñ ng cơ suy gi m. Đi n tr m ch ph n ng Ru c a máy ñi n thay ñ i theo nhi t ñ làm vi c, do ñó h ng s th i gian m ch ph n ng Tu = Lu/Ru cũng s thay ñ i trong quá trình làm vi c. V i m ch kích t , t
3 thông Φ có th b thay ñ i d n ñ n h ng s th i gian cơ h c Tc cũng thay ñ i. Khi xét ñ n t i c a các h truy n ñ ng thì mô men quán tính c a t i thư ng b thay ñ i, làm cho mômen quán tính c a h qui ñ i v tr c c a ñ ng cơ thay ñ i. N u b ng các phương pháp ñi u khi n kinh ñi n thì chúng ta g p r t nhi u khó khăn trong vi c tính toán, thi t k b ñi u khi n ñ t ñư c ch t lư ng cao. Do v y vi c nghiên c u và ng d ng phương pháp ñi u khi n thích nghi ñ ñi u khi n t c ñ ñ ng cơ ñi n m t chi u ñang là hư ng nghiên c u ñư c r t nhi u ngư i quan tâm và là hư ng nghiên c u có nhi u tri n v ng, cũng như có nhi u giá tr ng d ng trong th c ti n. V i các lý do trên, tác gi ñã l a ch n vi c nghiên c u mô hình và thi t k ñi u khi n thích nghi cho ñ ng cơ ñi n m t chi u có mômen quán tính thay b ñ i làm ñ tài nghiên c u v i mong mu n ñ t ñư c ñáp ng ngõ ra và các ñ c tính c a h th ng ñi u khi n th a mãn các yêu c u ñã ñ ra. 2. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u Đ i tư ng nghiên c u là ñ ng cơ ñi n m t chi u có mômen quán tính thay ñ i. Ph m vi nghiên c u c a ñ tài là nghiên c u phương pháp ñi u khi n thích nghi ñ ñi u khi n t c ñ ñ ng cơ ñi n m t chi u. 3. Phương pháp nghiên c u Đ th c hi n nghiên c u ñ tài khoa h c này, thì c n ph i k t h p 2 phương pháp sau: - Phương pháp nghiên c u lý thuy t: Nghiên c u các v n ñ v ng d ng ñi u khi n thích nghi, các mô hình ñ ng cơ ñi n m t chi u, các hàm t i ưu trong Matlab và các tính toán h tr các hàm t i ưu. - Phương pháp mô ph ng: S d ng công c tính toán tìm t i ưu trong ph n m m Matlab, t o d li u mô ph ng, mô ph ng ki m
4 4. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài K t qu nghiên c u c a ñ tài s góp ph n hoàn thi n m t phương pháp ñi u khi n m i kh c ph c ñư c m t s như c ñi m c a các phương pháp ĐK kinh ñi n, t ñó m ra m t ti m năng áp d ng cài ñ t vào các thi t b ñi u khi n trong công nghi p làm nâng cao hơn n a ch t lư ng ñi u khi n cho ñ ng cơ ñi n m t chi u. 5. C u trúc lu n văn Ngoài chương m ñ u, trong lu n văn còn có các ph n và chương k ti p như sau: M ñu Chương 1. T ng quan v ñ ng cơ ñi n m t chi u Mô t toán h c ñ ng cơ ñi n m t chi u Mô t toán h c m ch ñ ng l c. Chương 2.T ng h p b ñi u khi n ñ ng cơ di n m t chi u. Các phương pháp xác ñ nh b ñi u khi n PID C u trúc ñi u khi n ñ ng cơ ñi n m t chi u Chương 3. Đi u khi n thích nghi. Gi i thi u t ng quan v lý thuy t ñi u khi n thích nghi. Các phương pháp thi t k lu t thích nghi. Chương 4. T ng h p b ñi u khi n PID thích nghi . Thi t k b ñi u khi n thích nghi cho ñ ng c ñi n m t chi u v i tham s mômen quán tính không xác ñ nh. L a ch n hàm Lyapunov d ki n, xác ñ nh thu t toán ñi u khi n, xây d ng lu t thích nghi ñ ch nh ñ nh tham s b ñi u khi n và phân tích s n ñ nh c a h th ng ñi u khi n.
5 D a vào k t qu thi t k b ñi u khi n chương 4, áp d ng ñ mô ph ng h th ng ñi u khi n thích nghi cho ñ ng cơ ñi n m t chi u trên ph n m m Matlab. So sánh và bàn lu n v các ñ c tính c a 2 b ñi u khi n: PID kinh ñi n và thích nghi. Chương 5. K t qu mô ph ng K t lu n và ki n ngh
6 CHƯƠNG 1 T NG QUAN Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U 1.1. KHÁI QUÁT V Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U Hi n nay ñ ng cơ ñi n m t chi u v n ñư c dùng r t ph bi n trong các h th ng truy n ñ ng ñi n ch t lư ng cao, d i công su t ñ ng cơ m t chi u t vài W ñ n hàng MW. Đây là lo i ñ ng cơ ña d ng và linh ho t, có th ñáp ng yêu c u mômen, tăng t c, và hãm v i t i tr ng n ng. Đ ng cơ ñi n m t chi u cũng d dàng ñáp ng v i các truy n ñ ng trong kho ng ñi u khi n t c ñ r ng và ñ o chi u nhanh v i nhi u ñ c tuy n quan h mômen – t c ñ . Trong Đ ng cơ ñi n m t chi u, b bi n ñ i ñi n chính là các m ch ch nh lưu ñi u khi n. Ch nh lưu ñư c dùng làm ngu n ñi u ch nh ñi n áp ph n ng ñ ng cơ. Ch nh lưu ñây s d ng ch nh lưu c u 3 pha. 1.1.1. Nguyên lý c u t o ñ ng cơ ñi n m t chi u Gi ng như các lo i ñ ng cơ ñi n khác, ñ ng cơ ñi n m t chi u cũng g m có stator và rotor….Đ ng cơ ñi n m t chi u g m có stator, rotor, c góp và ch i ñi n. M t c t ngang tr c máy ñi n m t chi u Stator: còn g i là ph n c m, g m dây qu n kích thích ñư c qu n t p trung trên các c c t stator. Các c c t stator ñư c ghép cách ñi n t các lá thép k
7 thu t ñi n ñư c d p ñ nh hình s n có b dày 0,5-1mm, và ñư c g n trên gông t b ng thép ñúc, cũng chính là v máy. Rotor: còn ñư c g i là ph n ng, g m lõi thép ph n ng và dây qu n ph n ng. lõi thép ph n ng có hình tr , ñư c ghép t các lá thép k thu t ñi n ghép cách ñi n v i nhau. Dây qu n ph n ng g m nhi u ph n t , ñư c ñ t vào các rãnh trên lõi thép rotor. Các ph n t dây qu n rotor ñư c n i ti p nhau thông qua các lá góp trên c góp. Lõi thép ph n ng và c góp ñư c c ñ nh trên tr c rotor. C góp và ch i ñi n: làm nhi m v ñ o chi u dòng ñi n trong dây qu n ph n ng. 1.1.2. Phân lo i ñ ng cơ ñi n m t chi u D a vào hình th c kích t , ngư i ta chia ñ ng cơ ñi n m t chi u thành các lo i sau: Đ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p: Dòng ñi n kích t ñư c l y t ngu n riêng bi t so v i ph n ng. Trư ng h p ñ c bi t, khi t thông kích t ñư c t o ra b ng nam châm vĩnh c u, ngư i ta g i là ñ ng cơ ñi n m t chi u kích thích vĩnh c u. Đ ng cơ ñi n m t chi u kích t song song: Dây qu n kích t ñư c n i song song v i m ch ph n ng. Đ ng cơ ñi n m t chi u kích t n i ti p: Dây qu n kích t ñư c m c n i ti p v i m ch ph n ng. Đ ng cơ ñi n m t chi u kích t h n h p: Dây qu n kích t có hai cu n, dây qu n kích t song song và dây qu n kích t n i ti p. Trong ñó, cu n kích t song song thư ng là cu n ch ñ o. Hình 1.1 trình bày các lo i ñ ng cơ ñi n m t chi u.
8 Hình 1.1: Các lo i ñ ng cơ ñi n m t chi u a) Đ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p b) Đ ng cơ ñi n m t chi u kích t song song c) Đ ng cơ ñi n m t chi u kích t n i ti p d) Đ ng cơ ñi n m t chi u kích t h n h p 1.1.3. Đi u ch nh t c ñ ñ ng cơ ñi n m t chi u Ưu ñi m cơ b n c a ñ ng cơ ñi n m t chi u so v i các lo i ñ ng cơ ñi n khác là kh năng ñi u ch nh t c ñ d dàng, các b ñi u ch nh t c ñ ñơn gi n, d ch t o. Do ñó, trong ñi u ki n bình thư ng, ñ i v i các cơ c u có yêu c u ch t lư ng ñi u ch nh t c ñ cao, ph m vi ñi u ch nh t c ñ r ng, ngư i ta thư ng s d ng ñ ng cơ ñi n m t chi u. Đ i v i các h th ng truy n ñ ng ñi n m t chi u có yêu c u ñi u ch nh t c ñ cao thư ng s d ng ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p. Trong ph m vi lu n văn này, xét kh năng ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p.
9 1.2. MÔ T TOÁN H C Đ NG CƠ ĐI N M T CHI U KÍCH T Đ C L P 1.2.1. Ch ñ xác l p ñ ng cơ ñi n m t chi u Khi ñ t lên dây qu n kích t m t ñi n áp uk nào ñó thì trong dây qu n kích t s có dòng ñi n ik và do ñó m ch t c a máy s có t thông Φ. Ti p ñó ñ t m t giá tr ñi n áp U lên m ch ph n ng thì trong dây qu n ph n ng s có dòng ñi n I ch y qua. Tương tác gi a dòng ñi n ph n ng và t thông kích t t o thành mômen ñi n t , giá tr c a mômen ñi n t ñư c tính như sau: p '.N M= .Φ I = kΦ I (1.1) 2π .a Trong ñó: p' - s ñôi c c c a ñ ng cơ. N - s thanh d n ph n ng dư i m t c c t . a - s m ch nhánh song song c a dây qu n ph n ng. k = pN/2π.a - h s k t c u c a máy. Mômen ñi n t kéo cho ph n ng quay quanh tr c, các dây qu n ph n ng quét qua t thông và trong các dây qu n này c m ng s c ñi n ñ ng: p' N Φ.ω = kΦω E= (1.2) 2πa Trong ñó: ω - t c ñ góc c a rôto. Trong ch ñ xác l p, có th tính ñư c t c ñ qua phương trình cân b ng ñi n áp ph n ng: U − Ru I ω= (1.3) kΦ Trong ñó: Ru - ñi n tr m ch ph n ng c a ñ ng cơ.
10 1.2.2. Ch ñ quá ñ c a ñ ng cơ ñi n m t chi u 1.2.2.1. Mô t chung N u các thông s c a ñ ng cơ là không ñ i thì có th vi t ñư c phương trình mô t sơ ñ thay th như sau: M ch kích t có hai bi n dòng ñi n kích t ik và t thông máy Φ là ph thu c phi tuy n b i ñư ng cong t hoá c a lõi s t: Uk(p) = RkIk(p) +Nk.P.Φ(p) (1.4) Trong ñó Nk- s vòng dây cu n kích t ; Rk- ñi n tr cu n dây kích t . M ch ph n ng: U(p)= Ru.I(p)+ Lu p I(p) ± NN p Φ(p) + E(p) (1.5) Ho c d ng dòng ñi n: 1 Ru I ( p) = [U ( p ) ± N N p Φ ( p ) − E ( p )] 1 + pTu Trong ñó Lu - ñi n c m m ch ph n ng; NN - s vòng dây cu n kích t n i ti p; Tu - Lu/Ru - h ng s th i gian m ch ph n ng. Phương trình chuy n ñ ng c a h th ng: M ( p) − M c ( p) = Jpω (1.6) Trong ñó J là mômen quán tính c a các ph n chuy n ñ ng quy ñ i v tr c ñ ng cơ. T các phương trình trên thành l p ñư c sơ ñ c u trúc c a ñ ng cơ m t chi u (hình 1.2). Th y r ng sơ ñ c u trúc này là phi tuy n m nh, trong tính toán ng d ng thư ng dùng mô hình tuy n tính hoá quanh ñi m làm vi c.