THIẾT KẾ MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

Chia sẻ: Đinh Văn Mạnh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

197
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điệntừ quay,làmviệc theo nguyên lý điện từ,khi đặt vào trong từ trường mộtvà cho dòng điệnchạy qua dây dẫn thì trường sẽ tác dụng một lựctừ vào dòng điện (vào dây dẫn) vàlàm dây dẫnlàm dây dẫn chuyển động.Động cơ điệnbiến đổi điện năng thành cơ năng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: THIẾT KẾ MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Đề số 49 : Cho hệ truyền động như hình vẽ. Động cơ truyền đ ộng phải nâng vật có tải trọng P theo yêu cầu – gia tốc khi nâng không quá 1.5m/s2. Yêu cầu điều khiển vị trí của vật cần nâng. Động cơ truyền động là động cơ một chiều kích từ hỗn hợp Yêu cầu nội dung Thông số kỹ thuật - Xây dựng mô minh mô hình động cơ một Pđm=50(kW), Tải trọng chiều (1000-1600 kg), v=1.5m/s, - Xây dựng mô hình điều khiển truyền a=1.5m/s2, - Hiệu suất cơ động cho hệ cấu (η) 0,85 - Tính chọn các bộ điều khiển - Tỉ số truyền (i) : 10 - Mô phỏng đáp ứng trên Simulink và đánh - Đường kính puli (tời): giá kết quả 0,7(m) Giáo viên hướng dẫn: TRẦN TIẾN LƯƠNG Sinh viên thực hiện : PHẠM VĂN PHƯƠNG Mã sinh viên : 39201 Nhóm : N03
Đề cương sơ bộ Chương 1. Giới thiệu chung 1.Giới thiệu chung về động cơ truyền động 1.1.Sơ lược về động cơ một chiều 1.2.Giới thiệu chi tiết hơn về động cơ một chiều 1.2.1. Phần tĩnh hay stato. 1.2.2.Phần quay hay roto 1.2.3.Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 1.2.4. Phương pháp kích từ của động cơ điện một chiều 2. Yêu cầu công nghệ 2.1. Cơ cấu nâng vật có tải trọng theo thời gian Chương 2. Giới thiệu về cấu trúc truyền động 2.1.Đề xuất cấu trúc chung của hệ truyền động 2.2.Các thành phần của hệ truyền động và mô hình toán của các thành phần 2.2.1.Bộ điều khiển 2.2.2.Bộ biến đổi 2.2.3.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập 2.2.4.Thiết bị đo lường Chương 3. Tổng hợp các bộ điều khiển và kết quả mô phỏng 3.1.Tổng hợp các bộ điều khiển 3.2. Kết quả mô phỏng CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG 1.1. Sơ lược về động cơ điện một chiều a. Khái niệm Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điệntừ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một và cho dòng điệnchạy qua dây dẫn thì trường sẽ tác dụng một lựctừ vào dòn
g điện (vào dây dẫn) vàlàm dây dẫnlàm dây dẫn chuyển động.Động cơ điệnbi ến đổi điện năng thành cơ năng. b. Cấu Tạo Gồm hai phần: - phần đứng yên stato (gọi là phần tĩnh ) - phần chuyển động roto (gọi là phần quay ) Hình 1.1: Mặt cắt ngang trục máy động cơ điện một chiều 1.2. Giới thiệu chi tiết hơn về động cơ điện một chiều 1.2.1- Phần tĩnh hay stato. Hay còn gọi là phần kích từ động cơ,là bộ phận sinh ra từ trường.Gồm có mạch mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ(nếu động cơ đượckích từ bằng nam châm điện) - mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc,thép đặc ) - Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điệ n từ (êmay).Các cuộn dây điện từ nay được nối tiếp với nhau. a. Cực từ chính Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồn g ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm Ðp lại và tán chặt.Trong động cơ điện nhỏ có thể dù
ng thép khối. Cực từ từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau. b. Cực từ phụ Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chínhvà dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c. Gông từ Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. d. Các bộ phận khác Bao gồm: - Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp má y còncó tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang - Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi Than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnhvị trí chổi than cho đúng chỗ.Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
1.2.2.Phần quay hay rôto. Bao gồm những bộ phận chính sau : Là phần sinh ra suất điện động .Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau .Trên mạch từ có sẻ rãnh đẻ lồng dây quấn phần ứng (làm bằng daay điện từ ). Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bôi dây nối vơi nhau theo mét qui luật nhất định.Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp . Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo. a. Lõi sắt phần ứng Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi Ðp chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi Ðp lại thì dặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi Ðp lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc t rục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn đó có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được Ðp trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. b. Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõithép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặcđai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit. c. Cổ góp Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V Ðp chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử 1.2.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng . - Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ - Nguồn phần ứng đượcđưavào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp c ủa phần ứng.
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôt o quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay .Các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiềucủa suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải ,ở động cơ c hiếu sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iưnên Eưđược gọi là sứ phản điện động. Phương trình cân băng điện áp : U = Eư+ Rư.Iư+Iư. 1.2.4. Phương pháp kích từ của động cơ điện một chiều Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều n gười ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ điện loại: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng :  Động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Dòng điện kích từ được lấy từ nguồn riêng biệt so với phần ứng.  Động cơ điện một chiều kích từ song song : Dây quấn kích từ được nối song song với mạch phần ứng.  Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp : Dây quấn kích từ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng.  Động cơ điện một chiều kích từ hỗn h ợp : Dây qu ấn kích t ừ có hai cuộn dây, dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp.
Hình 1.2 : Các loại động cơ điện một chiều a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập b) Động cơ điện một chiều kích từ song song c) Động cơ điện một chiều nối tiếp d) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp Với mỗi loại động cơ trên Là tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điềukhiển và ứng dụng là t ương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố. Ở đề tài này ta chỉ xét đến động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. 2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 2.1. Cơ cấu nâng vật có tải trọng theo thời gian 2.1.1. Khái niệm cơ cấu nâng Cơ cấu nâng là quá trình thay đổi vị trí các v ật nặng d ạng kh ối ho ặc các vật phẩm rời vụn với khối lượng lớn nhỏ nhờ các thiết bị nâng chuyển như Palang, cần trục, băng tải, xích tải, con lăn, đường ống... 2.1.2. Phân loại cơ cấu nâng chuyển Căn cứ vào chuyển động chính người ta phân cơ cấu nâng làm 2 nhóm. a. Máy vận chuyển theo chu kỳ( máy nâng).  Đặc điểm. - Hoạt động có tính chất chu kỳ( luôn phiên giữa th ời kì làm vi ệc và th ời kỳ nghỉ của cơ cấu máy). - Phần chủ yếu của máy vận chuển theo chu kỳ là máy trục.
- Vận chuyển vật nạng theo hướng thẳng đứng và một số chuyển động khác trong mặt phẳng ngang, trong đó cơ cấu năng là cơ cấu chủ yếu. - Chúng có thể làm việc trong nhà hoặc ngoài trời.  Phân loại. - Theo công dụng phân làm 3 nhóm lớn.  Máy trục đơn giản: Là máy có một chuy ển động ch ủ y ếu là nâng h ạ (kích, tời, palang...).  Máy trục thông dụng: Là các loại máy có từ 2 chuy ển động trở lên (cần trục, cần cẩu...).  Máy trục đặc chủng: Là các laoij máy trục đậc biệt dùng riêng theo yêu cầu nào đó (thang máy, cơ cấu năng...). - Theo đặc tính di chuyển phân thành các loại nh ư: Kích, kích tr ục vít, kích thanh răng, thang máy, cần trục cố định, cần trục di động, c ần tr ục nối... b. Máy vận chuyển liên tục.  Đặc điểm. - Vật phẩm dược di chuyển thành dòng liên tục và ổn định. - Có thể bốc dỡ tải ngay trong quá trình vận chuyển.  Phân loại. - Máy vận chuyển liên tục có bộ phận kéo: Băng tải, xích... - Máy vận chuyển liên tục không có bộ phận kéo: Vít tải, h ệ thống đường lăn, ống dẫn... 2.1.3. Các thông số cơ bản của máy nâng. - Sức nâng kí hiệu là [Q] có đơn vị đo là t ấn, kg, là tr ọng l ượng l ớn nh ất máy có thể nâng được ở trạng thái làm việc nhất định nào đó của máy. - Tầm với R, m là khoảng cách theo phương nhang từ tâm thiết bị mang v ật đến trục quay của máy. Tầm với chỉ có ở các cần trục có tay cầm. - Mômen tải MQ, tm, kNm là tích số giữa sức nâng và t ầm v ới. Mômen t ải có thể không đổi hoặc thay dổi theo tầm với.
- Chiều cao nâng H, m là khoảng cách từ mặt bằng máy đến tâm thiết bị mang vật ở vị trí cao nhất. Với các cần trục có tay cầm thì chi ều cao nâng thay đ ổi phụ thuộc vào tầm với. - Khẩu lộ L, m là khoảng cách theo ph ương ngang gi ữa đ ường tr ục c ủa 2 đường ray mà trên đó máy di chuyển. - Đường đặc tính tải trọng là đồ thị mô tả mối quan hệ giữa sức năng, tầm với và chiều cao năng. - Các thông số động học bao gồm tốc độ của các chuy ển động riêng r ẽ ttreen máy. - Tốc độ chuyển động tịnh tiến lên xuống của vật v n (nâng vật), vn (hạ vật), m/s. - Tốc độ di chuyể của máy trên mặt phẳng ngang vdc, m/s. - Tốc độ quay cảu phần quay trục thẳng đứng của máy, nq, vòng/phút. - Thời gian thay đổi tầm với T(s) là khoảng thời gian đ ể thay đ ổi t ầm v ới t ừ tầm với nhỏ nhất Rmin đến tầm với lớn nhất R max. Đôi khi người ta cho tốc độ thay dổi tầm với trung bình m/s. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 2.1. ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Hình 2.1: Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển hệ truyền động điện Trong đó: R- các bộ điều khiển BBĐ- bộ biến đổi M- động cơ TB Đo- thiết bị đo 2.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ MÔ HÌNH TOÁN CỦA CÁC THÀNH PHẦN. 2.2.1. Bộ Điều Khiển. Trong hệ thống, bộ điều khiển có nhiệm vụ nhận các tín hiệu đo từ động cơ và hộp số để điều khiển hệ thống theo đúng tín hiệu đặt. Tín hiệu từ bộ điều khiển được gửi tới bộ biến đổi công suất. a. Bộ điều khiển P Bộ điều khiển P là dạng đơn giản nhất thuộc họ PID. Thuật toán khuếch đại tỉ lệ đưa ra tín hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với giá trị tức thời của tín hiệu sai lệch điều khiển e(t): u(t)=kP.e(t) với kP - hệ số tỉ lệ Khi xuất hiện tín hiệu sai lệch e(t), thông qua bộ đi ều khi ển tín hi ệu này được khuếch đại lên kP lần. Mục đích của việc khuếch đại tín hiệu đầu vào của bộ điều khiển chính là tạo khả năng bù trừ sai lệch cho tín hiệu ra.
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động sử dụng bộ điều khiển P Nguyên tắc làm việc: Khi tín hiệu sai lệch e(t) lớn, đáp ứng đầu ra y(t) sẽ rất nhỏ so với tín hiệu đặt x(t). Để cho giá trị y(t) ti ến gần giá tr ị xác l ập x(t) bộ điều khiển phải tạo ra khả năng bù trừ sai l ệch b ằng cách khu ếch đ ại tín hiệu điều khiển có giá trị lớn để duy trì sự ổn đ ịnh của h ệ th ống ho ặc ngược lại khi tín hiệu sai lệch e(t) nh ỏ, đại l ượng đ ầu ra y(t) ti ến g ần giá tr ị xác lập thì sự tác động của điều khiển lên đối tượng u(t) s ẽ nh ỏ bớt đi đ ể đảm bảo sự ổn định của hệ thống. Bộ điều khiển P có cấu trúc đơn giản song nó luôn tồn tại sai số ở ch ế độ xác lập. Nếu cấu trúc hàm truyền hệ hở của hệ thống không chứa khâu tích phân thì sai số xác lập sẽ là một hằng số. X0 – biên độ tín hiệu đầu vào k – hệ số khuếch đại của hàm truyền hệ hở khâu tích phân có mặt trong hệ thống sẽ dẫn đến triệt tiêu sai lệch tĩnh Từ công thức rút ra kết luận: Khi hệ điều khiển có hệ số khuếch đại k P nhỏ dẫn tới k nhỏ lúc này sai lệch tĩnh e(t) sẽ giảm, kích thích của hệ thống vẫn không dao động nh ưng đ ể đảm bảo sai số nhỏ thì kP phải có giá trị lớn. Yêu cầu này mâu thuẫn với điều kiện để đạt được chất lượng như mong muốn trong chế độ quá độ. Vì khi tăng hệ số khuếch đại kP đến một giá trị xác định nào đó thì hệ thống bắt đầu
dao động và làm cho nó mất ổn định trước khi đạt được giá trị khuếch đ ại mong muốn. b. Bộ điều khiển tích phân – tỉ lệ (PI) Bộ điều khiển này là dạng điều khiển sử dụng phổ biến trong họ PID. So với bộ điều khiển P, bộ điều khiển PI mở rộng thêm thành ph ần tích phân (còn gọi là tác động tích phân) với mục đích triệt tiêu sai lệch tĩnh, tác đ ộng tích phân đưa ra tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tích lũy c ủa sai l ệch đi ều khi ển quan sát được e(t). Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển PI Hàm truyền của bộ điều khiển PI: Trong thực tế việc chọn thông số điều chỉnh k P,Ti để phù hợp với đối tượng, đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng của quá trình quá độ là vấn đề hết sức quan trọng vì tín hiệu ra của bộ biến đổi ch ậm pha so với tín hi ệu vào một góc chính là phụ thuộc vào tham s ố này. V ề t ốc đ ộ tác đ ộng thì quy luật PI chậm hơn so với quy luật tỉ lệ và nhanh hơn so với quy luật tích phân. Về tính chất của luật điều khiển tỉ lệ thì nó có đáp ứng t ốt xong t ồn t ại sai số tĩnh lớn, khi tăng hệ số kP lên cao thì sai số giảm nhỏ, dao động trong quá trình quá độ lại lớn dẫn đến chất lượng của quá trình quá độ lại xấu đi và khi kP quá lớn thì hệ thống mất tác động.
Khi kP đat giá trị tối ưu thì chất lượng đáp ứng của h ệ th ống ch ỉ ph ụ thuộc vào thời gian tích phân. Khi Ti lớn có nghĩa là tín hiệu U(t) có giá trị nhỏ, ảnh hưởng của khâu tích phân đến đáp ứng quá độ ít vì v ậy mà b ộ đi ều khiển PI hoạt động như bộ điều khiển tỉ lệ. Tức là đáp ứng đầu ra ổn định nhưng sai số vẫn còn lớn so với yêu cầu. Khi Ti giảm nhỏ () thì thành phần tích phân có tác động tích c ực, đáp ứng quá độ chưa có dao động nhưng sai số xác lập lúc này b ằng 0. Khi gi ảm nh ỏ Ti đến một trị số nào đó thì quá trình quá độ không còn đơn đi ệu mà nó tr ở thành quá trình dao động. Như vậy có thể thấy rằng thông số T i ảnh hưởng lớn đến chất lượng của quá trình quá độ. Việc lựa đặt T i làm cho chất lượng quá trình quá độ tốt lên hoặc ngược lại và có thể làm cho hệ thống mất ổn định. Bộ điều khiển PI được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Tuy nhiên do ảnh hưởng của thành phần tích phân nên tốc độ tác động của bộ điều khiển bị chậm đi. Nếu đối tượng có nhiễu tác động liên tục mà đòi hỏi độ chính xác cao thì ở bộ điều khiển này không đáp ứng được. c. Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân – vi phân (PID) Các bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI) hoặc tỉ lệ - vi phân (PD) đã đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng trong quá trình điều khiển. Tuy nhiên chúng còn tồn tại một số nhược điểm cơ bản, ví dụ nh ư ở bộ điều khi ển PD rất nhạy với tín hiệu nhiễu vì bản thân PD là bộ lọc thông cao, với bộ lọc lớn hơn sẽ làm tăng ảnh hưởng của nhiễu. Với bộ điều khiển PI lại là nguyên nhân kéo dài thời gian tăng tốc và thời gian xác l ập. Đ ể th ỏa mãn yêu c ầu v ề chất lượng người ta sử dụng tổ hợp điều khiển tỉ lệ - tích phân – vi phân (PID). Bộ điều khiển PID kết hợp được những điểm mạnh của các bộ điều khiển P, PI, PD, nhằm cải thiện quá trình quá đ ộ, đ ồng th ời tăng đ ộ chích xác cho hệ thống. Hàm truyền đạt của hệ điều khiển PID có dạng: Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID:
Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển PID Trong quá trình hoạt động của bộ điều khiển PID, hi ệu qu ả của đi ều khiển tích phân là loại trừ sự truyền tín hiệu tăng theo tỉ lệ, đặc bi ệt sự truyền tín hiệu tăng theo tỉ lệ nhiễu lớn bằng các hiệu ch ỉnh liên tục, hoặc lặp lại đầu ra thiết bị điều khiển. Tốc độ mà tác động đó lặp l ại nhân đôi hoặc lặp lại tác động tỉ lệ một lần nữa xác định bằng tốc độ lặp lại Ti. Đối với thành phần vi phân trong bộ điều khiển PID, thì tác động đi ều khiển có khuynh hướng dự phòng trước các thay đổi trong tín hiệu sai số do đó làm giảm khuynh hướng dao động. Tác động điều khiển là tác động tốc độ. Trong thực tế, bộ điều khiển PID có thể được hình thành từ việc m ắc nối tiếp hai bộ điều khiển PI và PD. Lúc này hàm truy ền bộ đi ều khi ển có dạng: Để tăng khả năng chống nhiễu người ta có thể sử dụng bộ điều khiển PID có bộ lọc với hàm truyền: với 2.2.2. Bộ biến đổi Bộ biến đổi là mạch chỉnh lưu điều khiển dùng van tiristor. Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên và có điện áp ra là một chi ều là các thi ết bị điện, biến nguồn điện xoay chiều ba pha thành điện áp một chi ều đi ều khiển được.
Hình 2.5: Mạch chỉnh lưu cầu ba pha Sơ đồ mạch điện gồm 6 tiristor công suất. Các điện áp U 2 xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. Các tiristor T1,3,5 và T2,4,6 có nhiệm vụ điều chỉnh dòng điện để cung cấp nguồn điện một chiều cho tải. Các tiristor thay nhau dẫn dòng nhưng lệch pha nhau một góc bằng 1200. Hình 2.6: Hàm truyền của bộ biến đổi Trong đó: Tv : sự không đồng thời của tín hiệu điều khiển với góc mở của tiristor Tbd : hằng số thời gian của mạch chỉnh lưu kbd : hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu 2.2.3. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp là động cơ điện có 2 nguồn kích từ gồm cuộn kích từ nối tiếp và cuộn kích từ song song. Nh ư vậy nếu coi động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp tương đương như động cơ điện 1
chiều kích từ song song hay độc lập nhưng sẽ có các thông s ố c ủa cu ộn kích từ sau khi đã biến đổi bằng tổng của thông số 2 cuộn kích từ song song và nối tiếp trước khi biến đổi. Khi đó ta sẽ được động cơ điện 1 chiều kích t ừ đ ộc lập tương đương. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hay được sử dụng vì nó có nhiều ưu điểm. Sơ đồ thay thế động cơ một chiều kích từ độc lập như sau: Hình 2.7: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập ĐC: Động cơ điện một chiều Uư: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ Iư: Dòng điện phần ứng Ikt: Dòng điện kích từ : Từ thông kích từ CF: Cuộn dây cực từ phụ Me: Momen điện từ Mc: Momen cản : Tốc độ góc của động cơ  Mô hình toán ở chế độ xác lập của động cơ một chiều kích từ độc lập + Phương trình cân bằng điện áp phần ứng: Uư = E + Iư.Rư + Phương trình sức điện động động cơ: + Phương trình momen điện từ:
+ Phương trình đặc tính cơ:  Mô hình toán ở chế độ quá độ của động cơ một chiều kích từ độc lập Hệ phương trình được viết cho động cơ dưới dạng toán tử Laplace: + Với mạch kích từ: UKT(p) = RKT.IKT + NKT.pφ(p) + Với mạch phần ứng: Uu(p) = Ru.Iu(p) + Lu.p.Iu(p) ± NN.pφ(p) + E(p) Trong biểu thức trên (-) khi khử từ, dấu (+) khi tham gia từ hóa. + Phương trình cân bằng momen: Từ phương trình phần ứng ta có: với Trên cơ sở đó ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều tổng quát:
Hình 2.8: Sơ đồ cấu trúc tổng quát động cơ điện một chiều kích từ độc lập Khối (1) biểu diễn cho phản ứng phần ứng, từ đó thấy tính phi tuy ến của sơ đồ là rất cao. Như vậy có thể tuyến tính hóa lân cận điểm làm vi ệc và các phương trình tuyến tính hóa được viết như sau: - Mạch phần ứng: U0 + ∆U(p) = Rư [.I0+∆I(p) ] +pL[I0 + ∆I(p)] + K[φ0 + ∆φ(p)][ωB +∆ω(p)] - Mạch kích từ: Uk0 + ∆Uk(p) = Rk.[Ik0+∆Ik(p)] +pLk[Ik0 + ∆Ik(p)] Một cách gần đúng ta có phương trình gia số: ∆U(p) - [k. ωB . ∆φ(p) +k.φ0. ∆ω(p)] = Rư. ∆I(p)(1+ Tư .p) ∆Uk(p) = Rk. ∆Ik(p)(1+ Tk.p) K.I0. ∆φ(p) + K.φ0. ∆I(p) - ∆M0(p) = Jp.∆ω(p) Từ hệ phương trình trên ta xác định được sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa như sau: Hình 2.9: Sơ đồ tuyến tính hóa của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
 Trường hợp động cơ kích từ độc lập có từ thông không đổi Khi xét tới động cơ một chiều kích từ độc lập và không đi ều khi ển t ừ thông thì có thể xem từ thông là một hằng số. Khi đó, ta không còn m ạch kích từ mà chỉ còn phương trình cân bằng mạch phần ứng. Vì vậy, ta có thể bỏ các chỉ số để chỉ mạch kích từ và mạch phần ứng. Trong trường hợp này mô hình toán của động cơ chỉ có hai phương trình là phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng và chuyển động cơ học:  Phương trình cân bằng mạch phần ứng: Với  Phương trình chuyển động cơ học: Với Do , đặt ta có: Từ các phương trình này ta xây dựng được mô hình của động cơ một chiều kích từ độc lập từ thông không đổi như sau: Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thông không đổi: Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều kích từ độc lập có từ thông không đổi 2.2.4. Thiết bị đo lường