Bài giảng Điều khiển máy điện - Bài: Máy điện một chiều. Điều khiển máy điện một chiều - Nguyễn Ngọc Tú

Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Điều khiển máy điện Máy điện một chiều Điều khiển máy điện một chiều Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Điều khiển máy điện một chiều • DC Motor – Mô hình và điều khiển • Thiết lập bộ điều khiển PID Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình động cơ DC Phương trình mô hình động cơ DC: Khi xác lập (d/dt 0, và bỏ qua Ra Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình động cơ DC Nếu từ thông Фf là hàm phi tuyến theo if: Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình động cơ DC Nếu từ thông Фf là hàm phi tuyến theo if: Nếu if=const, bằng định mức Vùng làm việc là vùng moment hằng số Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình động cơ DC Nếu từ thông Фf là hàm phi tuyến theo if: Nếu if thay đổi, Va bằng định mức Vùng làm việc là vùng công suất hằng số (vùng suy giảm từ trường) Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình động cơ DC Sai số tốc độ: Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình đơn giản có xét quán tính và ma xát J – moment quán tính D – Hệ số ma xát TL – moment tải, bỏ qua nếu không tải Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình đơn giản có xét quán tính và ma xát Nếu bỏ qua D và Ra, tần số cộng hưởng của hệ thống fr có dạng: Có sự dao động xuất hiện ở đáp ứng ngõ ra. Và đây cũng là đặc tính của mọi máy điện quay (do đều có điện cảm L và quán tính) Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Điều khiển vòng kín - Dòng phần ứng rất dễ tăng quá giá trị định mức - Cần bộ hiệu chỉnh để khử tần số cộng hưởng để cải thiện đáp ứng khi thay đổi tốc độ lệnh Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Hàm truyền động cơ DC Phương trình mô hình động cơ DC: PT điện: PT cơ: Biến đổi qua miền s (biến đổi Laplace): Hay Suy ra Nếu bỏ qua moment tải Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Hệ thống điều khiển động cơ DC Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Hệ thống điều khiển động cơ DC Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình phần công suất Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô hình phần công suất Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện δ = kPWM Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Thiết kế bộ điều khiển Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Vòng điều khiển moment Bỏ qua TL Giả sử J đủ lớn Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Vòng điều khiển tốc độ và vị trí Để thiết kế ta giả sử rằng vòng điều khiển dòng điện (vòng tốc độ khi điều khiển vị trí) là lý tưởng (hàm truyền = 1) Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Bộ điều khiển PID • Bộ điều khiển truyền thống đơn giản • Bộ đkhiển PD có thể cải thiện đáp ứng quá độ trong khi vẫn giữ được sự ổn định. • Bộ điều khiển PI có thể cải thiện sai số xác lập của hệ thống mà không làm giảm sự ổn định. ( )p d i de u K e K K e dt dt     Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Bộ điều khiển PID Giá trị đặt + - Tín hiệu hồi tiếp Đầu raĐối tượng điều khiển I=điều khiển tích phân Ki*[ (e)dt] P=tỉ lệ Kpe  D=điều khiển vi phân Kd*[d(e)/dt] sum e=sai số u Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Phương trình bộ PID liên tục và rời rạc -Lúc ban đầu, set giá trị Kp, giá trị Ki = 0 -Tăng dần Kp cho tới khi đáp ứng đạt tới giá trị đặt (không có vọt lố quá lớn và dao động) -Sau đó Ki được tăng chậm để sai số về 0 Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Tính chất của các hệ số P, I, và D Chú ý rằng quan hệ ở dưới có thể không chính xác, vì Kp, Ki, và Kd phụ thuộc lẫn nhau. Bảng dưới chỉ được dùng để tham khảo khi chọn các giá trị Ki, Kp và Kd. Thông số Thời gian lên Vọt lố Thời gian xác lập Sai số xác lập KP Giảm Tăng Thay đổi ít Giảm KI Giảm Tăng Tăng Triệt tiêu KD Thay đổi ít Giảm Giảm Thay đổi ít Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Bộ điều khiển PID Chất lượng tốt Quá vọt lố Đáp ứng quá chậm Thời gian Tốc độ động cơ (w) Yêu cầu Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Bộ điều khiển PID Thường = 10% Phụ thuộc vào ứng dụng Thời gian lên Thời gian xác lập0 Thời gian Giá trị đặt Vọt lố (overshoot) Sai số xác lập Vọt lố (undershoot) Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Thiết kế bộ điều khiển Thời gian lên Trise Thời gian xác lập Tset Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện • Ảnh hưởng của tần số tự nhiên wn 0 1 2 3 4 5 6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Step Response Time (sec) A m p lit u d e  1 = 1  2 = 2  3 = 4  4 = 8  = 0.5 Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện • Ảnh hưởng của hệ số tắt dần 0 2 4 6 8 10 12 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Step Response Time (sec) A m p lit u d e  = 0.9  = 0.7  = 0.5  = 0.3  = 0.1 n = 1 Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Thiết kế bộ điều khiển PI (1) Cho hệ thống: RS=1, τS=10ms. Thiết kế bộ điều khiển PI có băng thông (tần số tự nhiên) 300Hz (1900 rad/s) và ζ=0.8 (hệ số tắt dần) Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Thiết kế bộ điều khiển PI (2) Cho hệ thống: RS=1, τS=10ms. Thiết kế bộ điều khiển PI có băng thông (tần số tự nhiên) 300Hz (1900 rad/s) và ζ=0.8 (hệ số tắt dần) Hàm truyền vòng kín: Với và Phương trình đặc tính Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Review (1) Mô hình động cơ DC kích từ độc lập Đáp ứng có thời gian lên chậm (đường màu xanh)  thiết kế bộ điều khiển để giảm thời gian lên như đường màu đỏ Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Review (2) L = 500 mH, R = 1 Ohm, ka = 20, km = 1 Với hệ số tắt dần và tần số tự nhiên đã cho, thiết kết bộ điều khiển: Áp dụng cho bộ điều khiển tương tự, tính R1, R2 và C: Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Mô phỏng dùng Simulink Ra = 2 Ω La = 0.1 H J = 0.1 kg.m2 kE = 0.3 V/(rad/s) kT = 0.3 Nm/A Vd = 60V Vtri = 5V B = 0.01 Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Problems Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện Problems