Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC sử dụng bộ điều khiển cổ điển. Tìm hiểu về cách điều khiển động cơ DC bằng bộ điều khiển cổ điển. Nội dung hướng dẫn: Tìm hiểu về cách điều khiển động cơ DC bằng bộ điều khiển cổ điển.
Bởi vì trong quá trình học tập, sinh viên chưa hiểu rõ bản chất của vấn đề điều khiển động cơ DC bằng bộ điều khiển PI và PID nên khi làm đồ án còn hơi lúng túng và kết quả chưa như mong đợi. Cùng với sự phát triển đó, các phương pháp điều khiển động cơ cũng được nghiên cứu và phát triển ngày càng tối ưu hơn. Hơn nữa, việc tìm hiểu sâu hơn về các giải pháp điều khiển cho động cơ DC luôn là điều thú vị đối với nhiều tác giả.
Trong những năm gần đây, đã có một số dự án nghiên cứu sử dụng vi điều khiển, đây là một trong những ứng dụng điều khiển cổ điển. Vì vậy tôi được giao đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC sử dụng bộ điều khiển cổ điển”.
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
- Khái niệm chung
- Khái niệm
- Ưu điểm của động cơ điện một chiều
- Cấu tạo động cơ điện một chiều
- Nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều
- Các đặc tính của động cơ điện một chiều
- Đặc tính cơ của động cơ kích từ đôc lập và song song
- Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp
- Đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp
Nhưng ưu điểm lớn nhất của động cơ DC là khả năng điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Công suất tối đa của động cơ điện một chiều khoảng 100.000 kw, điện áp thay đổi từ vài trăm đến 1000 V. Hình 1.2 thể hiện cấu tạo của động cơ điện một chiều bao gồm các bộ phận chính.
Động cơ DC về cơ bản là một máy đồng bộ trong đó dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều. Qua phân tích trên có thể thấy đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp là không có tốc độ không tải. Với động cơ DC kích từ độc lập (Hình 1.4.3a), dòng điện phần ứng và dòng điện kích từ có thể được điều khiển độc lập với nhau.
Trong động cơ kích thích song song (Hình 1.4.3b), phần ứng và cuộn dây kích thích được nối với nguồn điện. Đặc tính cơ học của động cơ này giống như động cơ nối tiếp hay song song, tùy theo cuộn dây kích thích nào đóng vai trò quyết định. Đặc tính của động cơ DC kích thích hỗn hợp được thể hiện trên hình 1.6.
Tốc độ không tải của động cơ phụ thuộc vào dòng điện kích thích qua cuộn dây song song và nối tiếp.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Giới thiệu
Theo cấu trúc mạch điều khiển của hệ thống truyền động, bộ điều khiển tốc độ động cơ DC có loại điều khiển vòng kín (chúng ta có hệ thống truyền động điều chỉnh tự động) và loại điều khiển vòng hở ("hệ thống truyền động điều khiển" mở"). Hệ thống điều chỉnh điện tự động có cấu trúc phức tạp nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và phạm vi điều chỉnh rộng hơn hệ thống truyền động “mở”. Ngoài ra, các hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ của động cơ DC cũng được phân loại theo bộ truyền động có và không có vòng quay ngược.
Đồng thời, tùy thuộc vào phương pháp phanh và lùi, chúng ta có các hộp số hoạt động theo một góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần tư.
Các yêu cầu của điều khiển tốc độ động cơ một chiều
- Điều khiển tốc độ bằng thay đổi điện áp
- Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi từ thông ϕ
- Điều khiển tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện chở phụ R f trên mạch
Do đó, đối với tải có đặc tính mômen không đổi, giá trị của dải điều chỉnh tốc độ cứng không vượt quá 10. Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng rất thuận tiện trong trường hợp mômen tải không đổi trong toàn dải. điều chỉnh. Trên đây (Hình 2.2.3) thể hiện đặc tính cơ học của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở rôto.
Điện trở điều chỉnh tốc độ có chế độ hoạt động lâu dài nên không có. Trên thực tế, có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều nói chung và động cơ một chiều kích từ độc lập nói riêng. Cấu trúc của hệ thống truyền lực điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều luôn cần có bộ chuyển đổi.
Hệ thống F – D là một trong những phương án điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc điều chỉnh điện áp phần ứng. Máy phát điện một chiều có từ tính dư và từ hóa chậm nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Vì công suất của động cơ sử dụng nhỏ nên đòi hỏi phải điều chỉnh tốc độ chính xác, êm ái, êm ái, gọn nhẹ và giá thành thấp.
Hệ thống XA - D sử dụng bộ chuyển đổi để điều chỉnh tốc độ của động cơ DC. Vì vậy, khi thay đổi thời điểm đóng phím K, chúng ta sẽ điều chỉnh được điện áp trên phần ứng của động cơ. Vì vậy trong mô hình thực tế tôi chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Cần có bộ chuyển đổi (nguồn điện, bộ chỉnh lưu...) để đặt điện áp phần ứng của động cơ DC. Ở đây các bộ điều khiển P-I, I-P, PID được thiết kế bằng phương pháp điều chỉnh Ziegler-Nichols. Điều chỉnh bộ điều khiển thích hợp là cần thiết để cải thiện hiệu suất của bất kỳ hệ thống nào.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
- Hệ truyền động Máy phát – Động cơ (F – Đ)
- Hệ truyền động Van tiristor – Động cơ (T – Đ)
- Hệ truyền động Xung áp – Động (XA – Đ)
- Nguyên lý bộ băm xung một chiều
- Các phương pháp điều chỉnh điện áp ra
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
- Mở đầu
- Mô hình toán học của động cơ
- Thiết kế bộ điều khiển
- Bộ điều khiển P-I
- Bộ điều khiển I-P
- Bộ điều khiển PID
- Phương pháp chăm sóc ZIEGLER-NICHOLS
- Bộ điều khiển FUZZY
- Kết quả mô phỏng
Bộ điều khiển được thiết kế cho các hệ thống vòng kín để có kết quả tốt hơn. Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng phổ biến trong công nghiệp vì có hiệu suất cao hơn các bộ điều khiển P-I và I-P. Bộ điều khiển logic mờ chủ yếu bao gồm cơ sở quy tắc, quá trình làm mờ, làm mờ.
Điều không mong muốn khi kiểm soát tốc độ của động cơ DC. Bộ điều khiển tích phân tỷ lệ chứa hai phụ âm là khuếch đại tỷ lệ và khuếch đại tích phân. Điều này được bộ điều khiển đưa vào đường dẫn tiếp theo của hệ thống vòng kín.
Bộ điều khiển tích phân tỷ lệ là một dạng nâng cao của bộ điều khiển tích phân tỷ lệ. Trong bộ điều khiển này, phần tích phân nằm trong đường truyền tiếp và phần tỷ lệ nằm trong đường phản hồi. Để giảm đáng kể độ vọt lố cực đại, chúng ta có thể sử dụng bộ điều khiển I-P này.
Bộ điều khiển PID chủ yếu là bộ điều khiển được sử dụng trong các ứng dụng thời gian thực. Bộ điều khiển này cấp nguồn cho đường dẫn của hệ thống vòng kín, như trong hình bên dưới. Phương pháp này đơn giản và là phương pháp tốt nhất để thiết kế bộ điều khiển.
Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển mờ được cho trong hình dưới đây. Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC sử dụng bộ điều khiển cổ điển”. Bộ điều khiển PID loại bỏ hoàn toàn độ vọt lố nhưng thời gian ổn định không giảm đáng kể.
Bộ điều khiển mềm loại bỏ hoàn toàn tình trạng vượt tốc độ và thời gian hồi chiêu cũng giảm. Do đó, bộ điều khiển mềm hoạt động tốt hơn trong số tất cả các bộ điều khiển.
