Bài tập lớn môn điều khiển số

lời nói đầu Trong những năm gần đây công nghệ thông tin có những bước phát triển nhảy vọt, đặc biệt là sự ra đời của máy tính đã tạo cho xã hội một bước phát triển mới, nó ảnh hưởng đến hầu hết các vấn đề của xà hội và trong công nghiệp cũng vậy. Hoà cùng với sự phát triển đó, ngày càng nhiều nhà sản xuất đã ứng dụng các các họ vi xử lý có tính năng mạnh vào trong công nghiệp, trong việc điều khiển và xử lý dữ liệu. Những hạn chế của kỹ thuật tương tự như sự trôi thông số, sự làm việc cố định dài hạn, những khó khăn của việc thực hiện chức năng điều khiển phức tạp đã thúc đẩy việc chuyển nhanh công nghệ số. Ngoài ra điều khiển số còn cho phép tiết kiệm linh kiện phần cứng, cho phép têu chuẩn hoá. Với cùng một bộ vi xử lý, một cấu trúc phần cứng có thể dùng cho mọi ứng dụng, chỉ cần thay mội dung ô nhớ. Tuy nhiên kỹ thuật số có những nhược điểm như xử lý các tín hiệu rời rạc ., đồng thời tín hiệu tương tự có ưu điểm mà kỹ thuật số không có được như tác động nhanh và liên tục. Vì vậy ngày nay xu hướng trong điều khiển là phối hợp điều khển số và điều khiển tương tự. Để nắm vững được những kiến thức đã học thì việc nghiên cứu là cần thiết đối với sinh viên. Đồ án môn học Điều khiển số đã giúp cho em biết thêm dược rất nhiều về cả kiến thức lẫn kinh nghiệm. Nhân đây em cũng xin cảm ơn rất nhiều đến thầy giáo Phạm Công Ngô đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em để làm bài này.

doc29 trang | Chia sẻ: tlsuongmuoi | Ngày: 15/07/2013 | Lượt xem: 1294 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Bài tập lớn môn điều khiển số, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
lêi nãi ®Çu Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y c«ng nghÖ th«ng tin cã nh÷ng b­íc ph¸t triÓn nh¶y vät, ®Æc biÖt lµ sù ra ®êi cña m¸y tÝnh ®· t¹o cho x· héi mét b­íc ph¸t triÓn míi, nã ¶nh h­ëng ®Õn hÇu hÕt c¸c vÊn ®Ò cña x· héi vµ trong c«ng nghiÖp còng vËy. Hoµ cïng víi sù ph¸t triÓn ®ã, ngµy cµng nhiÒu nhµ s¶n xuÊt ®· øng dông c¸c c¸c hä vi xö lý cã tÝnh n¨ng m¹nh vµo trong c«ng nghiÖp, trong viÖc ®iÒu khiÓn vµ xö lý d÷ liÖu. Nh÷ng h¹n chÕ cña kü thuËt t­¬ng tù nh­ sù tr«i th«ng sè, sù lµm viÖc cè ®Þnh dµi h¹n, nh÷ng khã kh¨n cña viÖc thùc hiÖn chøc n¨ng ®iÒu khiÓn phøc t¹p ®· thóc ®Èy viÖc chuyÓn nhanh c«ng nghÖ sè. Ngoµi ra ®iÒu khiÓn sè cßn cho phÐp tiÕt kiÖm linh kiÖn phÇn cøng, cho phÐp tªu chuÈn ho¸. Víi cïng mét bé vi xö lý, mét cÊu tróc phÇn cøng cã thÓ dïng cho mäi øng dông, chØ cÇn thay méi dung « nhí. Tuy nhiªn kü thuËt sè cã nh÷ng nh­îc ®iÓm nh­ xö lý c¸c tÝn hiÖu rêi r¹c..., ®ång thêi tÝn hiÖu t­¬ng tù cã ­u ®iÓm mµ kü thuËt sè kh«ng cã ®­îc nh­ t¸c ®éng nhanh vµ liªn tôc. V× vËy ngµy nay xu h­íng trong ®iÒu khiÓn lµ phèi hîp ®iÒu khÓn sè vµ ®iÒu khiÓn t­¬ng tù. §Ó n¾m v÷ng ®­îc nh÷ng kiÕn thøc ®· häc th× viÖc nghiªn cøu lµ cÇn thiÕt ®èi víi sinh viªn. §å ¸n m«n häc §iÒu khiÓn sè ®· gióp cho em biÕt thªm d­îc rÊt nhiÒu vÒ c¶ kiÕn thøc lÉn kinh nghiÖm. Nh©n ®©y em còng xin c¶m ¬n rÊt nhiÒu ®Õn thÇy gi¸o Ph¹m C«ng Ng« ®· tËn t×nh h­íng dÉn vµ chØ b¶o em ®Ó lµm bµi nµy. CH¦¥NG 1. S¥ §å KHèI HÖ THèNG C«ng nghiÖp hãa - HiÖn ®¹i ho¸ lµ môc tiªu sè mét cña ®Êt n­íc ta hiÖn nay trªn con ®­êng ®i lªn mét c­êng quèc cña khu vùc vµ thÕ giíi. Kû nguyªn ®iÖn tö tin häc ®ang ph¸t triªn m¹nh mÏ trªn toµn thÕ giíi, øng dông nh÷ng thµnh tùu ®ã trong lÜnh vùc c«ng nghiÖp vµ ®Æc biÖt lµ trong truyÒn ®éng ®iÖn c«ng nghiÖp lµ hÕt søc quan träng, cÇn thiÕt. Víi khèi l­îng t×nh to¸n nh÷ng bµi to¸n c«ng nghiÖp lµ t­¬ng ®èi lín, ngµy nay ®©y lµ mét c«ng viÖc nÆng nÒ phøc t¹p. Ngµy nay víi nh÷ng bé vi xö lý, vi ®iÒu khiÓn, tèc ®é cao ®· hoµn toµn tho¶ m·n nh÷ng yªu cÇu ®Æt ra víi nh÷ng ®ßi hái trªn. Vµ t¹o ra mét b­íc ®ét ph¸ míi trong lÜnh vùc ®iÒu khiÓn tù ®éng, ®ã chÝnh lµ lÜnh vùc ®iÒu khiÓn sè. M« h×nh c¬ b¶n cña hÖ thèng ®iªï khiÓn sè lµ : §èi t­îng §K D/A Vi xö lÝ DIGITAL A/D Khèi ®o ph¶n håi A/D : (Analog / Digital ) bé biÕn ®æi t­¬ng tù sè D/A : (Digital / Analog) bé biÕn ®æi sè t­¬ng tù TÝn hiÖu vµo ra cña ®èi t­îng ®iÒu khiÓn lµ tÝn hiÖu liªn tôc, cßn tÝn hiÖu vµo ra m¸y tÝnh lµ tÝn hiÖu sè. Trªn c¬ së s¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè ®ã chóng ta sÏ x©y dùng s¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha nh­ sau: §èi t­îng KhuÕch ®¹i nguån Cæng ra PC TiÒn khuÕch ®¹i C¶m biÕn Cæng vµo §©y lµ s¬ ®å khèi c¬ b¶n mµ bÊt kú mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn nµo còng kh«ng thÓ thiÕu ®­îc. Nh­ng ®øng tr­íc nh÷ng ®ßi hái cña hÖ thèng xoay chiÒu ba pha, yªu cÇu chÊt l­îng hÖ thèng mµ c¸c kü s­ cÇn c©n nh¾c c¸c ph­¬ng ¸n ®iÒu khiÓn, vµ t×m ra mét ph­¬ng ¸n tèi ­u, tho¶ m·n bµi to¸n kinh tÕ, víi nh÷ng yªu cÇu mµ hÖ thèng ®ßi hái. Nh­ng trªn tÊt c¶ ng­êi kü s­ cÇn ®Æt tÝnh kü thuËt vµ kinh tÕ lªn hµng ®Çu. Trong lÜnh vùc truyÒn ®éng ®iÖn møc chÝnh x¸c cña tèc ®é ®éng quyÕt ®Þnh tÊt c¶ chÊt l­îng hÖ thèng. ChÝnh v× vËy, x©y dùng c¸c ph­¬ng ¸n ®iÒu khiÓn cho tõng lo¹i ®éng c¬ phï hîp víi hÖ thèng chóng ta cÇn ®Æt lªn hµng ®Çu. Trong hÖ truyÒn ®éng ®iÖn xoay chiÒu ®éng c¬ th­êng ®­îc sö dông gåm hai lo¹i chÝnh lµ : ®éng c¬ ®ång bé vµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, trong ®ã ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®­îc øng dông nhiÒu nhÊt, cßn ®éng c¬ ®ång bé Ýt sö dông,nã chØ th­êng dïng trong mét sè øng dông ®Æc biÖt. Trong ®éng c¬ xoay chiÒu kh«ng ®ång bé cßn chia ra lµm hai lo¹i : ®éng c¬ xoay chiÒu kh«ng ®ång bé roto d©y quÊn vµ ®éng c¬ xoay chiÒu kh«ng ®ång bé roto lång sãc. Tr­íc ®©y trong c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn xoay chiÒu, ng­êi thiÕt kÕ th­êng sö dông ®éng c¬ xoay chiÒu roto d©y quÊn do nh÷ng yªu cÇu v­ît tréi cña nã trong c¸c yªu cÇu vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é.Tuy nhiªn ngµy nay lo¹i roto lång sãc chiÕm ­u thÕ tuyÖt ®èi trªn thÞ tr­êng. V× lý do ®¬n gi¶n dÔ chÕ t¹o, kh«ng cÇn b¶o d­ìng, kÝch th­íc nhá. Vµ sù ph¸t triÓn vò bo· cña kü thuËt vi ®iÖn tö, víi gi¸ thµnh ngµy cµng h¹, ®· cho phÐp thùc hiÖn thµnh c«ng c¸c kü thuËt ®iÒu khiÓn phøc t¹p ®èi víi lo¹i roto lång sãc. C¸c ph­¬ng ¸n x©y dùng s¬ ®å ®iªï khiÓn hÖ thèng : 1.1 §iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®Æt vµo Stato ®éng c¬ : XuÊt ph¸t tõ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ : M = Ta cã : Víi tÇn sè vµ tèc ®é ®éng c¬ kh«ng ®æi th× m« men cña ®éng c¬ kh«ng ®æi th× m« men cña roto tû lÖ víi b×nh ph­¬ng ®iÖn ¸p stato. NÕu ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña phô t¶i cã d¹ng : = = ®iÒu nµy cã nghÜa lµ ®éng c¬ cã ®é tr­ît ®Þnh møc nhá, lóc ®ã tæn thÊt khi ®iÒu chØnh sÏ lµ : Gi¸ trÞ cùc ®¹i cña tæn thÊt c«ng suÊt lµ : Nh­ vËy ta cã : ViÖc ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p stato lµ kh«ng thÓ triÖt ®Ó do mäi ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh ®Òu ®i qua ®iÓm kh«ng t¶i lý t­ëng, tæn thÊt c«ng suÊt tr­ît ®éng c¬ t¨ng lªn nÕu tèc ®é quay cña roto : TruyÒn ®éng kh«ng ®ång bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p stato chØ thÝch hîp nhÊt víi c¸c lo¹i t¶i cã m« men lµ hµm t¨ng cña tèc ®é. 1.2.§iÒu chØnh ®iÖn trë ®Æt vµo roto ®éng c¬ : XuÊt ph¸t tõ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ : Tõ ph­¬ng tr×nh trªn ta thÊy khi gi÷ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p, tÇn sè cña ®éng c¬ kh«ng ®æi nÕu thay ®æi ®iÖn trë m¹ch roto (®iÖn trë )th× ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ còng biÕn ®æi theo. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn trë m¹ch roto, thùc hiÖn c¸c qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh th«ng sè m¹ch ®iÖn roto cña ®éng c¬, gi¸ trÞ cña ®iÖn trë tæng m¹ch roto gåm cã Khi t¨ng gi¸ trÞ cña ®iÖn trë tæng R, hÖ sè tr­ît tíi h¹n t¨ng cßn m« men tíi h¹n cña ®éng c¬ vÉn gi÷ kh«ng ®æi. ViÖc thay ®æi gi¸ trÞ tæng trë cña roto ®­îc thùc hiÖn theo ph­¬ng ph¸p : Sö dông biÕn trë ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n b»ng tay trong m¹ch roto : C¸ch nµy cã ­u ®iÓm viÖc ®iÒu chØnh gi¸ trÞ ®iÖn trë lµ hÕt søc ®¬n gi¶n nh­ng nã l¹i cã nh÷ng nhù¬c ®iÓm rÊt lín : ®é chÝnh x¸c ®iÒu chØnh thÊp vµ g©y ra tæn hao rÊt lín. C¸ch nµy kh«ng ®­îc øng dông trong c¸c hÖ truyÒn ®éng ®ßi hái ®é chÝnh x¸c còng nh­ yªu cÇu kinh tÕ cao. Sö dông m¹ch chØnh l­u - m¹ch xung ®iÖn trë : Trong c¸c nµy thay v× sö dông biÕn trë ®iÒu chØnh b»ng tay nh­ trªn, ng­êi ta sö dông mét m¹ch chØnh l­u víi c¸c xung ®iÖn ¸p cã ®é réng tay ®æi theo thßi gian trong tõng chu kú (m¹ch b¨m xung) ®Ó thùc hiÖn viÖc ®ãng më ®iÖn trë trong m¹ch roto. Khi xung ®iÖn ¸p ®ãng (trong kho¶ng thêi gian t), ®iÖn trë Rp sÏ ®­îc nèi vµo m¹ch roto vµ tæng trë m¹ch roto sÏ lµ : Sau kho¶ng thêi gian t xung ®iÖn ¸p më (trong kho¶ng thêi gian t ), ®iÖn trë ®­îc g¾t ra khái m¹ch roto. §iÖn trë tæng lóc ®ã chÝnh b»ng ®iÖn trë cña m¹ch roto . Nh­ vËy ta cã mét chu kú T=t+t gi¸ trÞ tæng trë trung b×nh cña roto sÏ lµ : Tõ biÓu thøc trªn ta thÊy khi thay ®æi ®é réng xung (thay ®æi t),®iÖn trë cña m¹ch roto sÏ thay ®æi vµ tèc ®é ®éng c¬ còng biÕn ®æi theo. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh trªn ®­îc gäi lµ “ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh xung ®iÖn trë ”.Nã cã ­u ®iÓm lµ ®iÒu chØnh mét c¸ch chÝnh x¸c, dÔ dµng, tæn hao c«ng suÊt Ýt kh¶ n¨ng tù ®éng ho¸ cao.Tuy vËy nã cã mÆt h¹n chÕ lµ s¬ ®å m¹ch chØnh l­u dÔ bÞ ¶nh h­ëng cña hiÔu bªn ngoµi. 1.3.Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh c«ng suÊt tr­ît b»ng hÖ nèi tÇng ®iÖn d­íi ®ång bé : Khi ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng hÖ nèi tÇng th× võa ®iÒu chØnh b»ng ®­îc c«ng suÊt tr­ît võa ®iÒu chØnh ®ù¬c tèc ®é ®éng c¬.Néi dung chÝnh cña ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy dùa trªn nguyªn lý ®iÒu chØnh c«ng suÊt tr­ît cña ®éng c¬. Nguyªn lý nµy th­êng ¸p dông cho c¸c truyÒn ®éng c«ng suÊt lín v× khi ®ã viÖc tiÕt kiÖn n¨ng cã ý nghÜa rÊt lín Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ kh«ng lín vµ m« men ®éng c¬ gi¶m khi tèc ®é thÊp Do cã sö dông nghÞch l­u phô thuéc nªn trong tÝnh to¸n,thiÕt kÕ cÇn ®Ó ý tíi giíi h¹n hai ®Çu cña gãc ®iÒu khiÓn nghÞch l­u vµ . Ngoµi ra, ®èi víi c¸c hÖ thèng c«ng suÊt lín vÊn ®Ò khëi ®éng cña ®éng c¬ rÊt quan träng.Trong thùc tÕ th­êng sö dông ®iÖn trë phô b»ng chÊt láng ®Ó khëi ®éng ®éng c¬ ®Õn vïng tèc ®é lµm viÖc sau ®ã chuyÓn sang chÕ ®é ®iÒu chØnh c«ng suÊt tr­ît.V× vËy nªn ¸p dông hÖ thèng nµy cho c¸c truyÒn ®éng cã sè lÇn khëi ®éng, dõng may vµ ®¶o chiÒu Ýt. 1.4. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè ®éng c¬ : Ngµy nay, víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña khoa häc kü thuËt, c¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu cã yªu cÇu cao vÒ gi¶i ®iÒu chØnh vµ tÝnh chÊt ®éng häc chØ cã thÎ thùc hiÖn ®­îc víi c¸c bé biÕn tÇn. C¸c hÖ nµy sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé chñ yÕu lµ roto lång sãc.Nh­îc ®iÓm lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn phøc t¹p. Tuú theo yªu cÇu kü thuËt kinh tÕ mµ ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc cÊu tróc c¬ b¶n cña hÖ ®iÒu khiÓn biÕn tÇn - ®éng c¬, theo ®ã cã thÓ chia ra thµnh c¸c bé biÕn ®æi sau *BiÕn tÇn trùc tiÕp : Lµ biÕn tÇn cã tÇn sè ®Çu ra lu«n nhá h¬n tÇn sè l­íi f : f=(05) f. Lo¹i nµy th­êng dïng cho truyÒn ®éng cã c«ng suÊt lín. BiÕn tÇn gi¸n tiÕp nguån ¸p : Th­êng dïng cho truyÒn ®éng nhiÒu ®éng c¬.§èi víi biÕn tÇn nguån ¸p yªu cÇu chÊt l­îng ®iÖn ¸p cao th­êng dïng trong c¸c biÕn tÇn cã ®iÒu chÕ ®é réng xung. BiÕn tÇn cã nghÞch l­u ®éc lËp nguån dßng : ThÝch hîp cho truyÒn ®éng ®¶o chiÒu,c«ng suÊt ®éng c¬ truyÒn ®éng lín. §èi víi ®éng c¬ roto lång sãc, ®Ó thùc hiÖn ®iÒu chØnh tèc ®é th­êng dïng ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi tÇn sè kÕt hîp víi viÖc biÕn ®æi ®iÖn ¸p ( sö dông c¸c bé biÕn tÇn ). ChÝnh v× vËy viÖc lùa chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ hÖ ®iÒu chØnh cho ®éng c¬ cÇn ph¶i nghiªn cøu, ph©n tÝch tÝnh to¸n ë ®©y chÝnh lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh hÖ biÕn tÇn - ®éng c¬ roto lång sãc. Sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña khoa häc kü thuËt ®· thóc ®Èy toµn bé nÒn c«ng nghiÖp ph¸t triÓn µ biÕn ®æi s©u s¾c.Nh÷ng mÆt h¹n chÕ tr­íc ®©y ®· ®­îc gi¶i quyÕt vµ hoµn thiÖn mét c¸ch toµn diÖn.Ngµy nay khi nãi tíi x©y dùng mét hÖ thèng kü thuËt, bªn c¹nh c¸c vÊn ®Ò vÒ kinh tÕ, kü thuËt th× vÊn ®Ò tèi ­u ho¸ qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®ãng mét vai trß hªt søc quan träng. Trong nhiÒu n¨m ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt nãi chung vµ nghµnh truyÒn ®éng nãi riªng, nh÷ng thµnh tùu ®¹t ®­îc lµ rÊt lín.Sù kÕt hîp ngµy mét hoµn h¶o, s©u s¾c gi÷a ®iÖn vµ ®iÖn tö ®· t¹o nªn nh÷ng ®ét ph¸ míi vÌ c«ng nghÖ truyÒn ®éng hiÖn ®¹i.Bªn c¹nh sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c hÖ truyÒn ®éng mét chiÒu, sù xuÊt hiÖn c¸c bé biÕn tÇn ®· khiÕn cho c¸c hÖ truyÒn ®éng xoay chiÒu ph¸t triÓn ngµy mét m¹nh vµ chiÕm ­u thÕ hÇu hÕt c¸c hÖ truyÒn ®éng hiÖn ®¹i. HiÖn nay trong c¸c hÖ truyÒn ®éng xoay chiÒu, viÖc øng dông c¸c thiÕt bÞ biÕn tÇn kÕt hîp víi ®éng c¬ roto lång sãc ®· t¹o nªn b­íc ®ét ph¸ cho c¶ hai yÕu tè kü thuËt vµ kinh tÕ.HÇu hÕt c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng xoay chiÒu hiÖn nay ®Òu sö dông ®éng c¬ roto lång sãc ®i liÒn víi c¸c bé biÕn tÇn bëi c¸c ­u thÕ v­ît tréi cña nã so víi c¸c hÖ kh¸c. §èi víi yªu cÇu x©y dùng bé biÕn tÇn cho c¸c hÖ ®iÒu khiÓn truyÒn ®éng ®iÖn, trªn thùc tÕ cã rÊt nhiÒu g¶i ph¸p kh¸c nhau.Nh­ng nh×n chung ta cã thÓ xÕp c¸c bé biªn tÇn vµo hai nhãm chÝnh :nhãm c¸c bé biÕn tÇn ®iÒu khتn b»ng tÝn hiÖu t­¬ng tù (Analog Control) vµ nhãm c¸c bé biÕn tÇn ®iÒu khiÓn b»ng tÝn hiÖu sè (Digital Control). §èi víi nhãm thø nhÊt bé biÕn tÇn ®­îc x©y dùng dùa trªn nÒn t¶ng kü thuËt v÷ng ch¾c s½n cã cña c«ng nghÖ ®iÖn, ®iÖn tö - ®iÖn tö c«ng suÊt vµ c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn t­¬ng tù. Nhãm nµy ®­îc ph¸t triÓn vµ øng dông hÇu hÕt c¸c hÖ truyÒn ®éng tr­íc ®©y vµ mét sè Ýt hiÖn nay.Cßn nhãm thø hai ®©y lµ h­íng ph¸t triÓn míi nh»m khai th¸c c¸c thÕ m¹nh cña c«ng nghÖ vi ®iÖn tö, vµ ®Æt nÒn t¶ng cho h­íng ph¸t triÓn míi. Ngµy nay viÖc x©y dùng vµ ph¸t triÓn c«ng nghÖ th«ng tin vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt lµ mét xu thÕ tÊt yÕu. Nã chÝnh lµ nÒn t¶ng c«ng nghÖ t­¬ng lai cña toµn bé nÒn c«ng nghiÖp nãi chung còng nh­ c¸c nghµnh c«ng nghÖ cao nãi riªng.Sù xuÊt hiÖn ngµy mét nhiÒu c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn c«ng nghiÖp tÝch hîp m¸y tÝnh ®· chøng minh ®iÒu ®ã. HiÖn nay, hÇu hÕt c¸c nhµ s¶n xuÊt hÖ thèng ®iÒu khiÓn c«ng nghiÖp trªn thÕ giíi ®Òu tËp chung ®i s©u vµo xu h­íng ph¸t triÓn vµ x©y dùng hÖ thèng, dùa trªn nÒn t¶ng m¸y tÝnh. Vµ theo ®ã lµ sù ph¸t triÓn cña c¸c c«ng nghÖ vi xö lý mµ h¹t nh©n cña nã ch×nh lµ c¸c P. Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn, c¨n cø vµo thùc tÕ cña sù ph¸t triÓn c«ng nghÖ nãi chung còng nh­ nghµnh truyÒn ®éng nãi riªng, trong ®å ¸n nµy chóng em lùa chän ph­¬ng ¸n x©y dùng bé biÕn tÇn cho hÖ truyÒn ®éng ®iÖn xoay chiÒu ba pha.ViÖc ®iÒu khiÓn tèc ®é vµ m« men ®éng c¬ ®ßi hái ph¶i ®­îc thiÕtkÕ chÝnh x¸c d¸p øng ®­îc c«ng nghÖ cao vµ ®i liÒn víi nã lµ chi phÝ sÏ t¨ng. ViÖc sö dông ®éng c¬ xoay chiÒu trong c¸c lÜnh vùc nh­ : TruyÒn ®éng xe kÐo, ®iÒu khiÓn c«ng suÊt, c¸c hÖ thèng th«ng giã - ®iÒu nhiÖt ngµy mét phæ biÕn. Sù gia t¨ng kh«ng ngõng nh÷ng øng dông cña ®éng c¬ xduay chiÒu trong thùc tÕ phÇn lên b¾t nguån tõ chÝnh nh÷ng ®Æc ®iÓm næi bËt cña nã :thiÕt kÕ tin cËy, kh¶ n¨ng sinh m« men lín, d¶i tèc ®é ho¹t ®éng rÊt réng.MÆc dï viÖc thiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn cho c¸c ®éng c¬ xoay chiÒu lµ hÕt søc phøc t¹p vµ chi phÝ cao h¬n so víi ®éng c¬ mét chiÒu, nh­ng nhê sù ph¸t triÓn m¹nh cña c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn sè vµ kü thuËt m¹ch ®iÖn tö tÝch hîp, ®· lµm gi¶m ®¸ng kÓ møc ®é phøc t¹p còng nh­ chi phÝ cña qu¸ tr×nh thÕt kÕ, x©y dùng phÇn cøng c¸c hÖ ®iÒu khiÓn. ChÝnh v× vËy mµ ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu ngµy cµng ®ùoc øng dông nhiÒu h¬n trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tèc ®é. Tuy vËy bªn c¹nh nh÷ng c¶i tiÕn trªn, tÝnh phøc t¹p cña hÖ thèng vÉn cßn lµ mét c¶n trë lín cho c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tèc ®é sö dông ®éng c¬ xoay chiÒu.Do trong hÖ thèng nµy cã qu¸ nhiÒu chøc n¨ng ph¶i thùc hiÖn : HÖ thèng ph¶i biÕn ®æi tÝn hiÖu mét chiÒu tõ nguån thµnh tÝn hiÖu xoay chiÒu, ph¶i thùc hiÖn ®iÒu khiÓn ®ång thêi c¶ hai tham sè : ®iÖn ¸p – tÇn sè cña c¸c tÝn hiÖu xoay chiÒu ®ã. MÆc dï c«ng nghÖ ®iÒu khiÓn ®· chuyÓn phÇn lín c¸c chøc n¨ng dã cho phÇn mÒm thùc hiÖn nh­ng c¸c thiªt bÞ phÇn cøng ®iÖn tö vÉn gi÷ vai trß chñ ®¹o vµ chóng gi¶i quyÕt ®­îc tÊt c¶ nh÷ng giíi h¹n mµ phÇn mÒm kh«ng gi¶i quyÕt ®­îc. Trong thùc tÕ ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu cã hai ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é c¬ b¶n : ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vect¬ vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vect¬ kh«ng gian. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vÐc t¬ kh«ng gian ®­îc sö dông x©y dùng c¸c thuËt to¸n trong c¸c bé biÕn tÇn. CH¦¥NG 2.THIÕT KÕ PHÇN CøNG CHO HÖ THèNG §IÒU KHIÓN TRUYÒN §éng §éng C¥ XOAY CHIÒU BA PHA *1. S¬ ®å ghÐp phèi vµo ra: S¬ ®å nguyªn lý : Bé ®Õm xung & m· ho¸ §Öm d÷ liÖu Vi xö lý Gi¶i m· ®Þa chØ BiÕn tÇn D/A Chèt d÷ liÖu BiÕn tÇn M¸y tÝnh BiÕn tÇn §éng c¬ M· ho¸ S¬ ®å m¹ch card ®iÒu khiÓn m¸y tÝnh(see the figure). Nguyªn lý lµm viÖc card ghÐp nèi m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn : Bé vi xö lý cã nhiÖm vô tÝnh to¸n c¸c th«ng sè theo c¸c thuËt to¸n cña c¸c kü s­ thiÕt kÕ ®· lËp tr×nh. §Çu tiªn ta ®Æt chÕ ®é ®Þnh tr­íc cho ®éng c¬ lµm viÖc b»ng c¸ch ®Æt tèc ®é quay cña roto.Bé vi xö lý sÏ tÝnh to¸n víi tèc ®é ta ®Æt trø¬c, vi xö lý th«ng qua bä biÕn ®æi D/A mµ ®­a ra mét ®iÖn ¸p nµo ®ã vµo bé biÕn tÇn. Vµ bé biÕn tÇn sÏ khëi ®éng quay roto ®éng c¬.Khi ®éng c¬ b¾t ®Çu lµm viÖc bé ®o tèc ®é quay cña ®éng c¬ còng lµm viÖc vµ nghi nhËn tèc ®é quay cña ®éng c¬ vµ ph¶n håi vÒ bé vi xö lý trung t©m.§Ó ®o tèc ®é quay ta cã thÓ sö dông mét trong ba kh¶ n¨ng : m¸y ph¸t tèc, maý phat xung, m¸y ®o gãc tuyÖt ®èi.Trong ®ã, m¸y ph¸t tèc ®· dÇn ®i vµo dÜ v·ng, do dé chÝnh x¸c thÊp, l¹i ®ßi hái phÇn biÕn ®æi ADC cã ®é chÝnh x¸c cao ®Ó sè ho¸ tÝn hiÖu ®o. V× vËy ë trong phÇn thiÕt kÕ hÖ thèng nµy chóng ta sö dông m¸y ph¸t xung ENCORDER. M¸y ph¸t xung ENCORRDER ho¹t ®éng trªn nguyªn t¾c tõ huÆc quang häc ®Òu cÊp ra hai chuçi tÝn hiÖu digital lÖch pha nhau mét gãc ,lÆp l¹i (t­¬ng øng víi sè v¹ch kh¾c cña m¸y) sau mçi vßng quay. Sè v¹ch kh¾c cña m¸y th­êng n»m trong kho¶ng 512... 8192/1 vßng. Th«ng th­êng c¸c m¸y ph¸t cßn kÌm theo kh¶ n¨ng xö lý x­ên cña c¸c tÝn hiÖu vµ trªn c¬ së ®ã cho phÐp t¨ng sè l­îng v¹ch /1vßng lªn 4 lÇn.C¸c chuçi xung ®­îc ®­a tíi c¸c cöa vµo cña kh©u ®Õm tiÕn, th«ng qua l­îng ®Õm ®­îc trong mét chu kú nhÊt ®Þnh ( vÝ dô chu kú ®iÒu chØnh tèc ®é quay ) ta sÏ tÝnh ®­îc tèc ®é quay cña ®éng c¬. TÊt c¶ nh÷ng ®iÒu m« t¶ ë trªn ®Òu thuéc vÒ kiÕn thøc c¬ së. NÕu tËn dông ®­îc kh¶ n¨ng nh©n 4, ta cã c«ng thøc sau : Trong ®ã : : chu kú ®iÒu chØnh tèc ®é quay, ë ®©y ®ång thêi lµ chu kú ®Õm xung (®o b»ng gi©y) : l­îng v¹ch / 1vßng cña m¸y ph¸t (ICE: Øncemental encorder) : l­îng v¹ch ®Õm ®­îc trong thêi gian Khi ®ã th«ng qua c«ng thøc trªn bé vi xö lý sÏ tÝnh ®­îc tèc ®é quay cña ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha.TiÕp ®ã bé xö lý trung t©m sÏ so s¸nh víi tèc ®é ®Æt tr­íc, tÝnh to¸n sai lÖch. Sau ®ã ®­a d÷ liÖu ®iÒu khiÓn biÕn tÇn th«ng qua bé ADC gi¸n tiÕp ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha. Cø nh­ vËy sè liÖu m¸y tÝnh sÏ cËp nhËt theo tõng chu kú cña vßng lÆp ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c tèc ®é ®éng c¬ do yªu cÇu hÖ thèng ®ßi hái. Card ghÐp nèi m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha gi¸n tiÕp qua biÕn tÇn ta cÇn dïng r·nh c¾m 16 bit theo tiªu chuÈn r·nh c¾m ISA (Industry standard architecture ).Th«ng th­êng r·nh c¾m ISA cã 62 ®­êng tÝn hiÖu dông cho môc ®Ých th«ng tin víi mét card c¾m vµo. VÒ c¬ b¶n c¸c ®­êng tÝn hiÖu nay ®­îc chia thµnh c¸c ®­êng dÉn tÝn hiÖu, ®­êng dÉn ®Þa chØ vµ ®­êng dÉn ®iÒu khiÓn.Vïng vµo ra cña m¸y tÝnh PC ®· chiÕm gi÷ 64Kbyte cña bé nhí tæng céng víi dung l­îng hµng Mbyte trë lªn V× vËy vïng vµo ra cña mét card më réng kh«ng ®­îc phÐp bao trïm lªn vïng ®Þa chØ voµ / ra cña m¸y tÝnh.§Þa chØ quy ®Þnh cña mét card më réng chØ ®­îc phÐp cã ®Þa chØ n»m trong kho¶ng . C¸c ®­êng dÉn ®Þa chØ ®­îc sö dông trong vïng nµy lµ .Th«ng th­êng th× c¸c ®Þa chØ mµ d­íi ®Þa chØ nµy m¸y tÝnh cã thÓ trao ®æi víi card më réng cã thÓ ®Æt chÝnh trªn card.B©y giê nhiÖm vô cña tÊm b¶n m¹ch ( card ) ®­îc gµi vµo lµ so s¸nh c¸c ®­êng dÉn ®Þa chØ ë m¸y tÝnh víi ®Þa chØ ®· ®­îc thiÕt lËp xem cã thèng nhÊt kh«ng vµ th«ng b¸o sù ®¸nh gi¸ ë mét bé ®iÒu khiÓn logic.ChØ khi sù thèng nhÊt mét c¸ch chÝnh x¸c míi cã thÓ tiÕn hµnh sù trao ®æi th«ng tin víi m¸y tÝnh.Th«ng th­êng mét card më réng cã nhiÒu khèi chøc n¨ng, bé biÕn ®æi A/D, D/A, khèi xuÊt nhËp d÷ liÖu sè, c¸c khèi nµy ®­îc trao ®æi d­íi nh÷ng ®Þa chØ kh¸c nhau ®iÒu khiÓn tõ m¸y tÝnh. M¹ch logic bé gi¶i m· chøa linh kiÖn hai vi m¹ch 74HC138.Vi m¹ch74HC138 chøa mét bé gi¶i m· 1 trong 8 víi 3 tÝn hiÖu lùa chän chip. Nhê mét con sè nhÞ ph©n, ë linh khiÖn nµy ta cã thÓ chän ®óng lèi ra tõ trong sè t¸m lèi ra. Khi lèi ra ®­îc chän sÏ nhËn møc tÝn hiÖu LOW ( “ 0 ” ) trong khi c¸c lèi kh¸c vÉn nhËn møc logic HIGH ( “ 1” ).Bé gi¶i m· logic ®¶m nhiÖm ®ång thêi sù ®iÒu khiÓn bé ®Öm bus hai chiÒu 74HC245. Bé ®Öm 74HC245 nèi ®­êng d÷ liÖu víi d·nh c¾m m¸y tÝnh PC víi c¸c ®­êng dÉn cña card më réng.Sù ghÐp nèi nµy lµ rÊt quan träng, nhê vËy c¸c tÝn hiÖu trªn ®­êng dÉn d÷ liÖu kh«ng bÞ ¶nh h­ëng qu¸ m¹nh.Vi m¹ch 74HC245 chøa 8 bé ®Öm víi c¸c lèi ra ba tr¹ng th¸i ( tristate ) ®Ó trao ®æi th«ng tin gi÷a c¸c ®­êng dÉn bus d÷ liÖu theo hai h­íng vµo m¸y tÝnh vµ ra ngo¹i vi. H­íng trao ®æi d÷ liÖu ®­îc x¸c ®Þnh tõ møc logic ë lèi vµo DIR, DIR=0 chuyÓn d÷ liÖu tõ ngo¹i vi vÒ m¸y tÝnh. DIR =1 chuyÓn d÷ liÖu tõ m¸y tÝnh ra ngo¹i vi. ViÖc chuyÓn h­íng d÷ liÖu ®­îc qu¶n lý tèt nhÊt, ®¬n gi¶n nhÊt lµ b»ng tÝn hiÖu /IOR, ta cã thÓ nèi trùc tiÕp víi ch©n DIR.Qua ®ã ®¶m b¶o r»ng bé ®Öm bus 74HC245 chØ x¾p xÕp nh÷ng d÷ liÖu trªn bó d÷ liÖu cña m¸y tÝnh PC. Vi m¹ch 74HC245 chØ ho¹t ®éng khi ch©n G kh«ng tÝch cùc ( G = 0), vµ ë trang th¸i treo khi ch©n G tÝch cùc ( G =1 ). Khi m¸y tÝnh PC thùc hiÖn viÖc truy nhËp ®äc (/IOR=0 ), tÝn hiÖu ë ch©n cña vi m¹ch 74HC138 ë møc kh«ng tÝch cùc, khi m¸y tÝnh ®­a ra ®Þa chØ ch©n G cña 74HC245 ë møc “ 0 “ vµ s½n sµng lµm viÖc. Ch©n còng ®­îc nèi víi ch©n G2B tÝn hiÖu lµm viÖc cña chip 74HC138 kh¸c gi¶i m· chän lµ dÞa chØ bé ®Õm vi m¹ch 8253, cïng víi ®Þa chØ tõ ch©n , tõ m¸y tÝnh chän c¸c bé ®Õm vµ c¸c chÕ ®é ho¹t ®éng. Ch©n kÕt hîp víi tÝn hiÖu tõ ch©n , (=0, =0) qua vi m¹ch OR 3 ®Çu vµo 74HC4075 vµ ë ®Çu ra chia lµm hai phÇn viÖc : mét phÇn chän bé biÕn ®æi DAC, mét phÇn kÕt hîp víi tÝn hiÖu /IOW th«ng qua m¹ch NOR 74HC022 ®Çu vµo ®Ó kÝch ho¹t chèt d÷ liÖu 74HC373.Chip 74HC373 chèt d÷ liÖu dïng cho bé biÕn ®æi DAC. Khi viÕt lªn thiÕt bÞ ngo¹i vi ë ®Þa chØ c¬ b¶n th× ch©n G ( 74HC245 ) ë møc low vµ kÝch ho¹t bé ®Öm 74HC245 bé nµy ®Èy d÷ liÖu theo h­íng lªn thiÕt bÞ ngo¹i vi vµ cÇn ®Õn bé chèt d÷ liÖu 74HC373. Vi m¹ch 74HC373 cã chøa 8 m¹ch D-flip-flop, c¸c m¹ch nµy l­u gi÷ vµo linh kiÖn c¸c d÷ liÖu kÒ s¸t ë r·nh c¾m PC ®­îc cho phÐp chèt b»ng sù tÝch cùc ë lèi vµo CLK. D÷ liÖu nµy ®­îc dïng cho bé biÕn ®æi DAC (®Þa chØ 310H). Ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi ®­îc dïng réng r·i nhÊt ë c¸c bé biÕn ®æi D/A lµ sö dông c¸c m¹ng ®iÖn trë R-2R.Sù s¾p xÕp kh¸ ®Æc biÖt cña c¸c m¹ng ®iÖn trë ®· mang l¹i nh÷ng ­u ®iÓm næi bËt so víi c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c. PhÇn chÝnh cña m¹ng ®iÖn trë cã thÓ xem nh­ lµ mét bé chia ®iÖn ¸p.Bé nµy cã ®Æc tÝnh lµ mçi ®iÓm nót ®­îc ®¸u b»ng mét ®iÖn trë R. Nhê vËy mµ mçi ®iÓm nót dßng ®iÖn ®i qua ®­îc chia theo tû lÖ 1:1, ®èi víi bit cao nhÊt ®i qua ®iÖn trë ®­îc tÝnh b»ng biÓu thøc : cßn qua c¸c ®iÖn trë tiÕp theo sÏ b»ng: ; etc... HC245 S¬ ®å t­¬ng ®­¬ng lµ : C¸ch ®Êu ®iÖn trë R-2R ë bé biÕn ®æi D/A : ®iÖn thÕ chuÈn cña OP R: ®iÖn trë Mét bé chuyÓn ®æi qua l¹i sÏ x¸c ®Þnh liÖu dßng ®iÖn sÏ ®i xuèng mass hay lµ ®i qua ®iÓm lÊy tæng cña m¹ch. Møc high ®Æt ë chuyÓn m¹ch sao cho dßng ®iÖn ®i qua ®iÓm lÊy tæng vµ do vËy ®ãng gãp mét phÇn vaß dßng ®iÖn tæng céng. Dßng ®iÖn tæng céng ë lèi ra OUT 1 sau ®ã ®­îc tÝnh theo biÓu thøc : ë ®©y N lµ gi¸ trÞ cña byte d÷ liÖu ( kÒ s¸t lèi ra ). Khi ta nèi ch©n ra OUT1 víi nèi vµo kh«ng ®¶o cña mét bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n cã ®iÖn trë R ®­îc ®Êu nh­ ®iÖn trë ph¶n håi th× ®iÖn ¸p lèi ra ®­îc tÝnh nh­ sau: trong c¸c bé biÕn ®æi ADC chuyªn dông th× ®iÖn trë ph¶n håi ®­îc tÝch hîp ngay trªn chip cña vi m¹ch. Ng­îc l¹i chØ trong mét sè Ýt bé biÕn ®æi ADC bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n ®­îc cïng tÝch hîp trªn chip nªn sau ®ã ph¶i l¾p thªm ë ngoµi. Trong m¹ch ®iÖn nµy, gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña R lµ kh«ng quan träng, vµ gi¸ tri cña R cã thÓ dao ®éng trong kho¶ng réng. Khi chó ý tíi ®é chÝnh x¸c cña qu¸ tr×nh biÕn ®æi th× ta thÊy chØ cã viÖc t¹o cÆp cña c¸c ®iÖn trë ®ãng mét vai rß quyÕt ®Þnh. Ngµy nay, víi tr×nh ®é ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ cao th× yªu cÇu nµy cã thÓ thùc hiÖn víi ®é chÝnh x¸c cao. Ch©n low kÕt hîp víi bé ®Ðm 8253 ®­îc ho¹t ®éng.V× yªu cÇu cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ lµ ph¶i tÝnh ®­îc tèc ®é quay cña ®éng c¬ ph¶n håi vÒ th× ta míi thùc hiªn ®­îc thuËt to¸n ®iÒu khiÓn vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn mãi cã nghÜa. ChÝnh v× vËy mµ ta cÇn ®Õn bé ®Õm 8253 ®Ó ®Õm sè xung mµ ENCORDER chuyÓn vÒ trong mét thêi gian më cæng ®­îc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c. Thêi gian më cæng cã thÓ ®­îc thùc hiÖn theo chÕ ®é 1.ë ®©y tÝn hiÖu lèi ra gi÷ nguyªn ë møc low ®èi víi n chu kú gi÷ nhÞp (n = gi¸ trÞ b¾t ®Çu ).Khi ta dÉn tÝn hiÖu nµy ®Õn lèi vµo GATE cña mét bé ®Õm khavs ho¹t ®éng ë chÕ ®é 2 th× bé ®Õm nµy sÏ ®Õm c¸c xung ë lèi vµo trong thêi gian T ( tøc bé ®Õm tÇn 16 bit). Bé ®Õm 0 chia tÇn sè so s¸nh tõ mét bé ph¸t dao ®éng dïng bé céng h­ëng cã tÇn sè 1MHz thµnh c¸c gÝa trÞ nhá h¬n.Bä dÕm 1 t¹o ra c¸c thêi gian më cæng kh¸c nhau. Bé ®Õm 2 ho¹t ®éng ë chÕ ®é 2 sÏ ®Õm sè xung ë lèi vµo cña ENCORDER trong thêi gian T. TÇn sè ®Õm ®­îc lµ : Sè ®Õm2-hiÖn møc2 sè ®Õm0.sè ®Õm 1 §Ó t¹o xung chuÈn cho 8253 ho¹t ®éng ta dïng bé doa ®éng th¹ch anh. M¹ch ®iÖn cã hai tô 22pF bé céng h­ëng th¹ch anh, 2 vi m¹ch ho¹t ®éng tèc ®é cao 74HC04. §Çu ra cña DAC vµ ®Çu vµo tõ ENCORDER ®­îc nèi qua mét bé ghÐp nèi quang.Bé ghÐp nèi quang chøa trong vi m¹ch CNY-74-4. Khi nèi qua mth ®iÖn trë 1K lªn møc high sÏ cã mét dßng ®iÖn qua diot ph¸t quang ®­îc tÝch hîp trªn vi m¹ch.Dßng ®iÖn th«ng qua ¸nh s¸ng sÏ t¸c ®éng lªn dßng gèc (BASE) cña tranzitor quang ®Æt ®èi diÖn vµ t¨ng dßng cùc gãp ®i qua ®iÖn trë 4.7K nèi víi mass.CÇn chó ý mas nµy kh«ng ®ång nhÊt víi mass cña m«dun bus ®­îc nèi víi c¸c vi m¹ch cña card. V× thÕ kh«ng cã sù liªn kÕt vÒ ®iÖn gi÷a hÖ thèng bus víi møc ®iÖn ¸p ë cùc gãp cña mét tranzitor quang. §Ó trao ®æi, kÕt nèi d÷ liÖu víi bªn ngoµi ta dïng cæng truyÒn th«ng RS232.Ta kh«ng dïng hÕt tÊt c¶ c¸c ch©n ®­îc chÕ t¹o, mµ chØ dïng 3 ch©n : - ch©n 2 truyÒn d÷ liÖu tõ ADC 0808 tíi bé biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha. ch©n 3 nhËn d÷ liÖu tõ ENCORDER ch©n 7 lÊy mass tõ thiÕt bÞ bªn ngoµi. *M¹ch khuyÕch ®¹i c«ng suÊt dïng cho biÕn tÇn nguån ¸p : S¬ ®å nguyªn lý biÕn tÇn nguån ¸p. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch lùc cña biÕn tÇn nguån ¸p bao gåm 4 khèi chøc n¨ng chÝnh. Nguån ®iÖn mét chiÒu, m¹ch läc, nghÞch l­u ®éc lËp nguån ¸p ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nguån mét chiÒu vµ m¹ch läc t¹o ra ®iÖn ¸p mät chiÒu cã gi¸ trÞ ®iÒu khiÓn ®­îc, nghÞch l­u gåm 6 kho¸ b¸n dÉn s1...s6 vµ cÇn 6 van kh«ng ®iÒu khiÓn D1...D6. C¸c kho¸ nghÞch l­u ®ãng c¾t theo thø tù nhÊt ®Þnh theo sù ®iÒu khiÓn ®Æt tr­íc, t¹o thµnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu ba pha ®Æt lªn ®éng c¬ chÊp hµnh. Gãc dÉn cña c¸c kho¸ lµ , s1, S3, S5 vµ S2, S4, S6 b¾t ®Çu dÉn lÖch nhau mét gãc .Do ®ã ®iÖn ¸p ra cña nghÞch l­u còng lÖch nhau vÌ thêi gian lµ§iÖn ¸p d©y cña nghÞch l­u cã d¹ng xung ch÷ nhËt víi ®é réng lµ. C¸c kho¸ S lµ c¸c kho¸ b¸n dÉn ë truyÒn ®éng c«ng suÊt nhá th­êng dïng tranzitor. ViÖc kho¸ (ng¾t) c¸c van ®­îc thùc hiÖn b»ng m¹ch ®Æc biÖt nh­ lµ dïng tô ®iÖn hiÖn nay lµ dïng c¸c xung ®iÒu khiÓn ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng vi ®iÒu khiÓn. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®éng c¬ ®­îc ®iÒu chØnh huÆc bëi biªn ®é ®iÖn ¸p mét chiÒu – b»ng chØnh l­u ®iÒu khiÓn huÆc b»ng bé b¨m xung ¸p.§iÖn ¸p còng cã thÓ ®­îc ®iÒu chØnh b»ng ®iÒu chØnh thêi gian ®ãng c¸c kho¸ S.huÆc lµ b»ng ®iÒu chÕ ®é réng xung ¸p b»ng chÝnh nghÞch l­u. Ph­¬ng ph¸p sau ®­îc sö dông réng r·i nhÊt lµ ë c¸c truyÒn ®éng c«ng suÊt nhá, do cã ­u ®iÓm næi bËt lµ võa ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p, võa lµm “sin ho¸”®iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬.Víi sè l­îng c¸c xung cã ®é réng thÝch hîp, ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung cã thÓ lµm triÖt tiªu c¸c sãng hµi bËc cao. Ch­¬ng 3 : Ph©n tÝch chÊt l­îng hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè 1: S¬ ®å m« h×nh to¸n häc : §éng c¬ BiÕn tÇn (-) ENCORDER S¬ ®å m« pháng : (-) vËy hµm truyÒn hÖ thèng cã d¹ng nh­ sau : Tõ hµm truyÒn hÖ thèng ta cã ph­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i : XÐt æn ®Þnh hÖ thèng Tõ hµm truyÒn : Ta cã ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh nh­ sau : Ta t×m nghiÖm cña ph­¬ng tr×nh bËc hai nay : VËy râ rµng ®é lín : HÖ thèng kh«ng æn ®Þnh Qu¸ tr×nh qu¸ ®é hÖ thèng : S¬ kiÖn ®Çu b»ng kh«ng KÕt qu¶ MATLAB: » g=tf(390,[0.002 0.1 1 0]) Transfer function: 390 -------------------------------- 0.002 s^3 + 0.1 s^2 + s » g1=c2d(g,0.005) Transfer function: 0.003818 z^2 + 0.01436 z + 0.00337 -------------------------------------------- z^3 - 2.768 z^2 + 2.547 z - 0.7788 Sampling time: 0.005 » f=feedback(g1,1) Transfer function: 0.003818 z^2 + 0.01436 z + 0.00337 ----------------------------------------------- z^3 - 2.764 z^2 + 2.561 z - 0.7754 Sampling time: 0.005 » step(f,10) Qu¸ tr×nh qu¸ ®é hÖ thèng : /***************************************************/ /* QUA DO HE THONG DIEU KHIEN DONG CO DIEN XOAY CHIEU BA PHA */ /***************************************************************/ #include #include #include #include main() { int d,g,n; float t,u ; float y[640]; cout<<(" Vao chu ky trich mau T="); cin>>(&t); d=DETECT; initgraph(&d,&m); setbkcolor(0); setfillstyle(CLOSE_DOT_FILL,BROWN): bar(200,20,400,50); setcolor(15); rectangle(199,18,401,51); setfillstyle(LOSE_DOT_FILL,3); bar(3,3,636,476); outtextxy(235,22,"VE DO THI "); outtextxy(180,50,"DUNG PHUONG PHAP TURSIN "); outtextxy(225,70,"NGON NGU C++ "); setcolor(4); setlinestle(0,0,3); rectangle(0,0,639,479); setcolor(6); moveto(4,476); u=1; y[0]=0; y[1]=0; for(k=2;k<=636;k++) {y[k]=(-1.0792*y[k-1]-2.245*y[k]+4.3134u); lineto(k,478-(int)(10*y[k]; } getch; closegraph(); return(0); } Ch­¬ng 4: Tæng hîp hÖ thèng 1:Chän miÒn th«ng sè PID dùa theo ®Þnh lý NIVOL-ZIGLER : v/f §éng c¬ BiÕn tÇn ZOH n (-) ENCORDER Bé ®Õm Sau khi tæng hîp PID trªn m¸y tÝnh ta cã ®­îc c¸c th«ng sè bé PID sè nh­ sau: T : chu kú trÝch mÉu ë `®©y ta chän T=0.005 s 2:Ph©n tÝch c¸c m¹ch bï : ChÊt l­îng hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®­îc ®¸nh gi¸ qua chØ tiªu chÊt l­îng cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é vµ x¸c lËp. Khi t¸c ®éng ®Çu vµo th× hÖ thèng sÏ thiÕt lËp mét tr¹ng th¸i x¸c lËp h¹n ®Þnh míi.ë tr¹ng th¸i x¸c lËp míi nµy hÖ thèng cã sai sè x¸c lËp nµo ®ã tuú thuéc vµo tham sè vµ cÊu tróc cña hÖ. Cã nhiÒu biÖn ph¸p n©ng cao chØ tiªu, æn ®Þnh ho¸ chÊt l­îng hÖ thèng : Tæng hîp hÖ thång b»ng c¸ch thay ®æi th«ng sè.Ph­¬ng ph¸ nµy chØ ¸p dông cho hÖ thèng cã cÊu tróc æn ®Þnh nghÜa lµ trong ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh. ph¶i cã ®Çy ®ñ hÖ sè tõ kh¸c kh«ng Khi cã mÆt mét th«ng sè, vÝ dô h»ng sè thêi gian huÆc hÖ sè khuyÕch ®¹i, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc miÒn biÕn thiªn cña th«ng sè mµ vÉn ®¶m b¶o ch hÖ æn ®Þnh. Víi hÖ thèng chØ cã mét th«ng sè biÕn thiªn th× ta cã thÓ thùc hiÖn mét trong ba ph­¬ng ph¸p : 1 : Thay ®æi th«ng sè theo tÝnh to¸n æn ®Þnh b»ng tiªu chuÈn æn ®Þnh ®¹i sè HURWITZ huÆc ROUTH. 2 : Dïng ph­¬ng ph¸p chia miÒn tÇn sè æn ®Þnh 3 : Ph­¬ng ph¸p quü ®¹o nghiÖm sè Cã nh÷n hÖ thèng dïng thay ®æi th«ng sè thÕ nµo còng kh«ng lµm nã æn ®Þnh huÆc ®¹t chÊt l­îng mong muèn.V× vËy muèn lµm cho hÖ thèng chuyÓn sang trngj th¸i æn ®Þnh huÆc ®¹t chÊt l­îng mong muèn ta ph¶i thay ®æi cÊu tróc cña nã. Giê ®©y ta xÐt c¸c ph­¬ng ph¸p bï nh»m n©ng cao ch©t l­îng hÖ thèng nh­ mong muèn : A : Ph­¬ng ph¸p bï song song : (+) (+) (-) Chóng ta thùc hiÖn bï song song khi ta muèn tÝn hiÖu ®Çu vµo b»ng tÝn hiÖu ®Çu ra tøc lµ : b: Ph­¬ng ph¸p bï nèi tiÕp : (-) Khi hÖ hë ch­a cã bï HÖ hë cã bï : Ta muèn chÊt l­îng hÖ míi cã bï ®¹t chØ tiªu mong muèn Mµ c: Ph­¬ng ph¸p bï håi tiÕp (-) (-) Khi ta mong muèn lµm gi¶m ¶nh h­ëng cña c¸c kh©u cã hÖ sè khuyÕch ®¹i lín HÖ sè ban ®Çu : håi tiÕp ®¬n vÞ HÖ sè mong muèn : v× cã lín cÇn kh©u bï V× cã lín C¸ch kh¸c khi lín d : ph­¬ng ph¸p bï hçn hîp : Khi hÖ thèng ®ßi hái chÊt l­îng nh­ mong muèn vµ mét trong ba ph­¬ng ph¸p trªn kh«ng tho¶ m·n ®­îc ta ph¶i dïng ®Õn ph­¬ng ph¸p bï hçn hîp. Bï hçn hîp lµ mét ph­¬ng ph¸p rÊt phøc t¹p ®ßi hái kh©u thiÕt kÕ thuËt to¸n ®iÒu khiÓn b»ng phÇn c­ng rÊt phøc t¹p. Tuy nhiªn ®èi víi ®iÒu khiÓn sè th× sö lý thuËt to¸n bï b»ng phÇn mÒm th× rÊt lµ ®¬n gi¶n, rÏ rµng chio dï thuËt to¸n ®ã rÊt phøc t¹p b»ng phÇn mÒm ta ®Òu tho¶ m·n ®­îc. sum1 sum2 (-) (-) Gi¶ thiÕt Bªn ngoµi m¸y tÝnh Trong m¸y tÝnh S¬ ®å khèi c¬ b¶n sö dông m¸y tÝnh : sp D/A SS Sum1 A/D M¸y tÝnh SP : ®Æt b»ng bµn phÝm D/A: Bé biÕn ®æi tÝn hiÖu sè sang t­¬ng tù A/D: Bé biÕn ®æi tÝn hiÖu t­¬ng tù sang tÝn hiÖu sè 2 : HÖ thèng håi tiÕp tr¹ng th¸i: Trong miÒn tÇn sè ng­êi ta sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p bï nèi tiÕp, bï song song, bï håi tiÕp, bï hçn hîp ®Ó t×m ®Æc tÝnh bé ®iÒu khiÓn nh­ mong muèn. Tuy nhiªn khi viÕt m« t¶ cña hÖ thèng b»ng ph­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i th× ta còng cã thÓ sö dông cacs ph­¬ng ph¸p tæng hîp theo c¸c nguyªn lý bï, nh­ng biÓu diÔn th«ng qua vÞ trÝ c¸c ®iÓm cùc. hÝnh lµ nghiÖm cña ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh kÝn, hÖ mÆt ph¼ng p huÆc mÆt ph¼ng z. Ng­êi ta cã thÓ sö dông c¸c m¹ch håi tiÕp lÊy tõ c¸c biÕn tr¹ng th¸i ®­a tíi ®Çu vµo. Tuy nhiªn c¸c biÕn tr¹ng th¸i th­êng biÓu diÔn d­íi d¹ng to¸n häc.Th«ng th­êng biÕn tr¹ng th¸i nµy l¹i lµ ®¹o hµm cña biÕn tr¹ng th¸i kh¸c.Nh­ chóng ta ®· biÕt ®¹o hµm cña biÕn nÕu lµ liªn tôc sÏ rÊt nh¹y víi c¸c nhiÔu cao tÇn, nh­ng ®èi víi hÖ ®iÒu khiÓn sè biÕn tr¹ng th¸i lµ sai ph©n, nghÜa lµ t­¬ng ®­¬ng víi viÖc dÞch ®i mét b­íc, vËy hÖ sè dÔ dµng thùc hiÖn håi tiÕp qua biÕn tr¹ng th¸i h¬n lµ ®èi víi hÖ liªn tôc. XÐt hÖ thèng m« t¶ : K -K.x C B x’ x A.x A Ta cã hµm truyÒn toµn hÖ thèng lµ : Ph­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i : Kh¶ n¨ng quan s¸t ®­îc cña hÖ : det(P)=-1 # 0 Rank()=2 HÖ thèng ®iÒu khiÓn ®­îc hoµn toµn. Chän c¸c ®iÓm cùc : §a thøc ®Æc tÝnh : (a) Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh: (b) C©n b»ng (a) vµ (b): M« pháng b»ng Simulink: ch­¬ng 5: PhÇn mÒm giao diÖn ho¹t ®éng trªn hÖ thèng. PhÇn nµy rÊt ®¬n gi¶n v× chØ lµ mét ch­¬ng tr×nh Turbo C IN/OUT ra c¸c cæng. Do ®ã em xin kh«ng tr×nh bµy ë ®©y. TÊt nhiªn trong bµi tËp lín nµy, em kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. KÝnh mong thÇy nhËn xÐt gióp em. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy. Hµ néi 10/05/2002. Qu¸ch Kú L©n

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docBài tập lớn môn điều khiển số.doc
Tài liệu liên quan