Bài tập lớn môn điều khiển số

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