zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

Tạp chí khoa học và công nghệ: Ứng dụng thiết bị xử lý tín hiệu số trong điều khiển hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

Chia sẻ: Trinh Nguyễn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

75
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng của kỹ thuật xử lý tín hiệu số trong việc điều khiển tốc độ (có đảo chiều) động cơ 1 chiều. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm rõ nội dung kiến thức cần thiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tạp chí khoa học và công nghệ: Ứng dụng thiết bị xử lý tín hiệu số trong điều khiển hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 ỨNG DỤNG THIẾT BỊ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP APPLICATION OF THE DIGITAL SIGNAL PROCESSOR TO THE CONTROL OF ELECTRIC DRIVE SYSTEM USING SEPARATELY EXCITED DC MOTOR Đoàn Quang Vinh, Diệp Xuân An Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Hiện nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xử lý tín hiệu số (DSP) đã và đang trở thành một công nghệ tiên tiến. Vì vậy, DSP được ứng dụng mạnh mẽ và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng của kỹ thuật xử lý tín hiệu số trong việc điều khiển tốc độ (có đảo chiều) động cơ 1 chiều. Cụ thể là xây dựng bộ điều khiển PID số trên phần mềm Matlab Simulink, kết nối với hệ dSPACE DS1104, tạo giao diện điều khiển bằng phần mềm ControlDesk để xuất tín hiệu điều khiển dưới dạng analog thông qua cổng DAC của hệ dSPACE DS1104. Qua đó điều khiển hệ thống truyền động điện thực sử dụng động cơ 1 chiều kích từ độc lập. ABSTRACT Nowadays, together with the development of science, digital signal processing (DSP) has become an advanced technology. Hence, it has been extensively applied in a wide range of fields. This article deals with some results of research and application of the DSP technology in the DC motor speed control (reversible). The final part of this study is concerned with a design of a digital PID controller on Matlab-Simulink, connecting with dSPACE DS1104, creating the control interface by the ControlDesk software to generate control signal in analog via the DAC connector of dSPACE DS1104. Thereby, we can control a real electric drive system using a separately excited DC motor. 1. Đặt vấn đề Ngày nay, động cơ điện một chiều vẫn được ứng dụng khá phổ biến trong các lĩnh vực kinh tế và khoa học kĩ thuật để thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác cao, yêu cầu có bộ điều khiển tốc độ. Bên cạnh đó, thiết bị xử lý tín hiệu số dSPACE có khả năng xử lý tính toán thời gian thực rất nhanh, nhờ sự tích hợp bộ xử lý tốc độ cao, các giao diện phần cứng phục vụ cho việc giao tiếp giữa hệ thống chương trình điều khiển mềm với đối tượng điều khiển bên ngoài. Hệ dSPACE còn hỗ trợ liên kết lập trình với các ngôn ngữ bậc cao vì vậy người sử dụng có thể dễ dàng lập trình và có thể chỉ tập trung vào phát triển thuật toán điều khiển. Ví dụ như sử dụng Matlab để lập trình thì sẽ có rất nhiều lợi thế bởi lẽ các thư viện của Matlab rất đồ sộ, không mất nhiều thời gian để lập trình cũng bài toán đó so với các hệ vi điều khiển khác. Do vậy việc nghiên cứu và ứng dụng hệ dSPACE nói chung và dSPACE DS1104 nói riêng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều 317
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 đang là hướng nghiên cứu được rất nhiều người quan tâm và là hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng, cũng như có nhiều giá trị ứng dụng trong thực tiễn. 2. Kết quả nghiên cứu và khảo sát 2.1. Thiết kế và chế tạo phần động lực 2.1.1. Cơ sở lý thuyết: Hệ truyền động điện T-Đ (Thyristor-Động cơ) cho phép thực hiện các yêu cầu kỹ thuật của hệ truyền động điện 1 chiều với độ tự động hoá cao nên được sử dụng rộng rãi. Tác giả sử dụng bộ chỉnh lưu 3 pha có đảo chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh. Sơ đồ gồm 2 bộ biến đổi đấu song song ngược với nhau. Xung điều khiển cùng 1 lúc được đưa vào cả 2 bộ, trong đó có 1 bộ được điều khiển với góc α < π/2, làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn bộ thứ 2 được điều khiển với góc α > π/2, ở chế độ chờ. Sự phối hợp giá trị giữa α1 và α2 (góc mở của 2 bộ biến đổi) được thực hiện theo quan hệ α1 + α2 = 180o. Sự phối hợp này gọi là phối hợp tuyến tính Hình 1. Bộ chỉnh lưu đảo chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh 2.1.2. Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển: Từ lý thuyết về bộ chỉnh lưu 3 pha có đảo chiều, tác giả đã thiết kế mạch trên phần mềm Orcad, kết quả thiết kế như sau DIODE 10A a. GND_5 D50 Thy _7 Thy _9 Thy _11 Q51 Q52 Q53 Q71 Q70 Q69 Thy _1 SCR Thy _3 SCR Thy _5 SCR SCR SCR SCR J46 L1 GND_1 L2 GND_2 L3 GND_3 L1 GND_1 L2 GND_2 L3 GND_3 1 2 CON2 Thy _8 Thy _10 Thy _12 Q55 Q56 Q57 Q68 Q67 Q66 Thy _2 Thy _4 SCR Thy _6 SCR SCR SCR SCR SCR D48 GND_4 DIODE 10A +12V_1 +12V_5 +12V +12V R127 R124 R135 R132 10k 10 2W 10k 10 2W J45 Q54 Q59 R46 R131 3 L1 4.7k B772 4.7k B772 4.7k R126 4.7k R134 2 L2 1 L3 1 4 1 4 Thy _1 Thy _7 ISO24 ISO26 AC PWR PC521 1N4007 R125 200 PC521 1N4007 R133 200 2 3 2 3 Out1 GND_1 Out4 GND_5 +12V +12V +12V_4 +12V_2 J47 J48 +12V +12V 4 4 3 Out1 3 Out4 R122 R174 R129 R157 2 Out2 2 Out5 10k 10 2W 10k 10 2W 1 Out3 1 Out6 Q73 Q64 R173 R156 4.7k B772 4.7k B772 CON4 CON4 4.7k R121 4.7k R128 1 4 1 4 Thy _4 Thy _10 ISO34 ISO31 PC521 1N4007 R177 200 PC521 1N4007 R160 200 2 3 2 3 Out1 GND_4 Out4 GND_2 ~ D7 +12V_1 +12V_2 +12V_5 2 +12V +12V 1 - + R143 R147 R137 R139 12VAC 1000uf4 10k 10 2W 10k 10 2W Q61 Q60 ~ R145 R138 DIODE BRIDGE 104pf4 4.7k R141 4.7k B772 4.7k R136 4.7k B772 GND_1 1 4 1 4 Thy _3 Thy _9 ISO28 ISO27 ~ PC521 1N4007 R149 200 PC521 1N4007 R140 200 2 3 2 3 D51 +12V_2 2 Out2 GND_2 Out5 GND_5 1 - + +12V_4 +12V_3 12VAC 1000uf11 +12V +12V ~ R164 R166 R144 R148 DIODE BRIDGE 104pf11 10k 10 2W 10k 10 2W GND_2 Q65 Q62 R165 R146 4.7k B772 4.7k B772 4.7k R163 4.7k R142 1 4 1 4 ~ Thy _6 Thy _12 D37 +12V_3 ISO32 ISO29 2 1 - + PC521 1N4007 R167 200 PC521 1N4007 R150 200 2 3 2 3 Out2 GND_4 Out5 GND_3 12VAC 1000uf1 ~ +12V_3 +12V_5 DIODE BRIDGE 104pf1 +12V +12V GND_3 R169 R171 R152 R154 10k 10 2W 10k 10 2W Q72 Q63 R170 R153 ~ 4.7k B772 4.7k B772 4.7k R168 4.7k R151 D38 +12V_4 2 1 4 1 4 1 - + Thy _5 Thy _11 ISO33 ISO30 12VAC 1000uf2 PC521 1N4007 R172 200 PC521 1N4007 R155 200 2 3 2 3 ~ DIODE BRIDGE 104pf2 Out3 GND_3 Out6 GND_5 GND_4 +12V_4 +12V_1 +12V +12V R176 R179 R159 R162 ~ 10k 10 2W 10k 10 2W D40 +12V_5 2 Q50 Q58 R178 R161 1 - + 4.7k B772 4.7k B772 4.7k R175 4.7k R158 12VAC 1000uf3 1 4 1 4 Thy _2 Thy _8 ~ ISO23 ISO25 DIODE BRIDGE 104pf3 PC521 1N4007 R123 PC521 1N4007 R130 b. 200 200 2 3 2 3 GND_5 Out3 GND_4 Out6 GND_1 318
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 +12V J50 J51 D54 U7 +12V select +12V 2 7805 1 +12V 1 - + 1 IN OUT 3 2 D8 DIODE ~s elect 3 GND CON2 DIODE BRIDGE C2 C3 10k J26 1000u C AP NP C1 C4 22k 22k CON3 J54 1 1000u CAP NP D1 DIODE 2 Udk 2 3 3 2 SW 1 C1 C4 J49 1000u 104 2 1 CON3 CON2 D2 DIODE C2 C5 1000u 104 +12V +12V D7 DIODE 0.47uf5 U8 0.47uf U2 +12V 1 16 1 16 GND Vs GND Vs 2 15 2 15 1N5 Q2 Q2 -12V 1N4007 Q2 Q2 3 14 out4 3 14 out 1 QU Q1 QU Q1 4 13 U1A Q1 L J49 4 4 13 Q1 L Vsy nc1 2.2uf5 U1B R28 10k 5 12 D3 4 2 Vsy nc 1 R20 10k 5 Vsy nc C12 12 2.2uf Vs y nc C 12 2.2k 2 3 1 2.2k ~select R 27 4k7 6 11 Udk +12V J52 + J51 select R22 4k7 6 I V11 11 Udk I V11 U11 1 1 5 + 7 10 1 18VAC 7 QZ C10 10 QZ C 10 out1 1 1B 1C 16 2 J53 R9 2 - 7 1 out2 8 Vref R9 9 out3 2 2B 2C 15 3 10k DIODE R12 6 - 2 8 Vref R9 9 out4 3 4 3B 3C 14 13 4 1 2 input 10k 0.1uf5 22k 4B 4C 11 TC A 785 out5 5 12 3 TCA 785 0.1uf 22k 150pf5 47nf5 out6 6 5B 5C 11 CON4 4 LM324 11 150pf 47nf 7 6B 7B 6C 7C 10 LM324 output 100k5 9 C ON4 D4 100k COM ULN2003A DIODE -12V R10 R11 +12V +12V 10k 10k 0.47uf1 U3 0.47uf6 U9 1 16 1 16 GND Vs GND Vs 2 15 2 15 1N1 Q2 Q2 1N6 Q2 Q2 U1C 3 14 out 2 3 14 out5 4 QU Q1 QU Q1 4 13 4 13 Q1 L Q1 L 10 + 2 Vsy nc 2 R24 10k 5 Vsy nc C12 12 2.2uf1 Vsy nc2 R30 10k 5 Vsy nc C12 12 2.2uf6 8 1 select R23 4k7 6 11 2.2k Udk ~select R29 4k7 6 11 2.2k Udk +12V 9 I V11 I V11 - 18VAC 7 QZ C10 10 7 QZ C10 10 D5 8 9 8 9 LED 11 Vref R9 Vref R9 POT LM324 TCA 785 0.1uf1 22k TCA 785 0.1uf6 22k R15 J50 150pf1 47nf1 150pf6 47nf6 +12V R16 1 100k1 100k6 POT R13 2 -12V 1k 3 +12V +12V U 10.15 U10.16 U1D CON3 4 1 1 12 + 0.47uf3 U4 0.47uf7 U10 14 1 GND Vs 16 1 GND Vs 16 H OLE HOLE 13 - 2 15 2 15 D6 1N3 Q2 Q2 1N7 Q2 Q2 U 10.1 U10. 2 LED 11 3 14 out3 3 14 out6 QU Q1 QU Q1 LM324 4 13 4 13 Q1 L Q1 L 1 1 2 Vsy nc3 R26 10k 5 Vsy nc C12 12 2.2uf3 Vsy nc3 R 33 10k 5 Vsy nc C12 12 2.2uf7 1 select R25 4k7 6 11 2.2k U dk ~select R31 4k7 6 11 2.2k Udk H OLE HOLE I V11 I V11 18VAC 7 10 7 10 R14 QZ C10 QZ C10 8 9 8 9 1k Vref R9 Vref R9 TCA 785 0.1uf3 22k TCA 785 0.1uf7 22k 150pf3 47nf3 150pf7 47nf7 100k3 100k7 Hình 2. Sơ đồ mạch điều khiển a: Mạch SCR; b: Mạch TCA; c: Mạch chỉnh hướng 2.1.3. Board mạch điều khiển thực tế: a. Hình 3. Board mạch thực tế sau khi tiến hành lắp mạch a: Mạch SCR; b: Mạch TCA; c: Mạch chỉnh hướng 2.1.4. Mô hình phần động lực hoàn chỉnh: Tác giả đã sử dụng động cơ 1 chiều cho phần động lực với các thông số kỹ thuật chính như sau : Pđm=750; Công suất định mức của động cơ 1 chiều kích từ độc lập Uưđm=180; Điện áp định mức của động cơ Iưđm=5; Dòng điện định mức của động cơ Uktđm=100; Điện áp kích từ Iktđm=0.3; Dòng kích từ nđm=1800; Tốc độ định mức (vòng/phút) 319
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 Tác giả đã kết nối mạch điều khiển với động cơ, từ đó có được mô hình phần động lực hoàn chỉnh sau đây : Hình 4. Mô hình phần động lực 2.2. Thiết kế bộ điều khiển PID số trên Matlab-Simulink 2.2.1. Cơ sở lý thuyết: Trong phạm vi bài báo, tác giả chỉ sử dụng hệ thống truyền động một vòng kín (mạch vòng tốc độ). Vì Tư
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 Hình 5. Bộ PI số (có đảo chiều) được xây dựng trên Matlab-Simulink 2.3. Thiết kế giao diện bằng ControlDesk Chạy biểu tượng dSPACE ControlDesk trên màn hình của máy tính, tiến hành thiết kế giao diện bằng ControlDesk. Sau khi thiết kế, tác giả có được giao diện điều khiển như sau : Hình 6. Giao diện điều khiển trên ControlDesk 2.4. Kết nối mô hình hệ T-Đ với dSPACE DS1104 Mô hình hệ T-Đ kết nối với card dSPACE DS1104 thông qua Expansion Box (được nối với phần cứng máy tính qua cổng PCI) Hình 7. Expansion Box Tín hiệu số sau khi qua bộ điều khiển sẽ có giá trị từ -1 đến 1, sau khi qua xử lý 321
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 sẽ xuất tín hiệu có giá trị từ -10V đến 10V thông qua cổng DAC1 trên Expansion Box. Từ DAC1, qua dây cáp đồng trục chống nhiễu sẽ đưa thẳng tín hiệu -10V đến 10V (U điều khiển) vào mạch điều khiển. 0V 10V : Động cơ quay thuận -10V → 0V : Động cơ quay ngược Encoder phản hồi về thông qua cổng ENC_POS_C1 Tác giả dùng các chân gồm : Chân 1,9 : VCC (+5V) Chân 2 : signal A, Chân 4 :signal Chân 11 : GND Hình 8. Sơ đồ chân cổng ENC_POS_C1 3. Kết quả và đánh giá Nạp chương trình từ Simulink xuống card DSP bằng cách nhấn Ctrl+B. Sau khi nạp chương trình xong, mở giao diện điều khiển trên ControlDesk, chuyển sang chế độ Animation Mode để điều khiển động cơ. Kết quả điều khiển động cơ cho cả 2 chế độ chạy thuận và chạy ngược như sau : Hình 9. Động cơ ở chế độ chạy thuận Hình 10. Động cơ ở chế độ chạy ngược Kết quả thực nghiệm cho thấy, thông qua bộ PID số, tốc độ động cơ thực tế ở cả 322
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 2 chế độ thuận, ngược đều đạt giá trị sát với tốc độ đặt và động cơ đạt trạng thái ổn định nhanh. 4. Kết luận Dựa vào các kết quả của mô hình thực nghiệm, kết luận được rằng hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập dùng thiết bị xử lý tín hiệu số dSPACE DS1104 có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng, ổn định được tốc độ động cơ, đồng thời thời gian quá độ khi điều chỉnh ngắn, động cơ đạt được trạng thái xác lập rất nhanh. Từ đó cho ta thấy rằng, với sự phát triển của các vi mạch số, các bộ điều khiển số có thể thay thế được các bộ điều khiển tương tự trong các hệ thống truyền động điện. Việc kết nối các hệ thống dùng bộ điều khiển số với máy tính dễ dàng mở rộng khả năng giám sát hệ thống khi làm việc. Ngoài ra, ta cũng thấy rằng việc xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab- Simulink phù hợp cho giai đoạn phân tích đối tượng, phục vụ cho việc thiết kế, giảm chi phí trong quá trình nghiên cứu thiết kế các bộ điều khiển. Việc mô phỏng thời gian thực giúp cho việc kiểm nghiệm các mô hình đã thiết kế làm việc với thời gian thực để chọn ra được các thông số tối ưu cho bộ điều khiển khi sản xuất mạch phần cứng. Mô hình thực nghiệm đã xây dựng cũng tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu thiết kế các bộ điều khiển cho các đối tượng khác nhau. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2006), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [2] PGS-TS Đoàn Quang Vinh, Giáo trình Điều khiển số, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. [3] Nguyến Phùng Quang (2004), Truyền động điện thông minh, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [4] dSPACE Systems, First Work Steps , For Release 6.0(6.1), November 2007. [5] dSPACE Release, Quick Software Installation Guide, For Release 6.1, March 2008. [6] DS1104 R&D Controller Board, Hardware Installation and Configuration, For Release 5.2(6.1), December 2006. 323

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh

81 tài liệu

1641 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.