Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG III – THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM

CHƯƠNG III – THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều



3.2. Khối nguồn

Nguồn

220V-AC



Biến

áp



Chỉnh

lưu



San phẳng

Lọc nhiễu



Ổn

áp



Hình 3.2.a – Sơ đồ khối khối nguồn



Hình 3.2.b – Dạng sóng điện áp trước và sau chỉnh lưu

Do mạch điều khiển và mạch công suất sử dụng 2 nguồn nuôi ở các cấp điện áp khác

nhau nên trong đề tài này em sử dụng 2 bộ nguổn độc lập để cung cấp điện năng cho 2

mạch đó .

3.2.1. Khối nguồn I



Hỉnh 3.2.1.a - Sơ đồ nguyên lý khối nguồn I

Điện áp hiệu dụng sau biến áp : 9 (V)

Điên áp lưới có giá trị lớn nhất : (V)

Dòng điện lớn nhất qua Diode chỉnh lưu cầu : 0.2 (A)

Trong đề tài này em sử dụng Diode chỉnh lưu cầu : KBP307, chịu được dòng tối đa 3 (A),

điện áp ngược tối đa 700 (V) .

Điện áp lớn nhất sau chỉnh lưu (cũng là điện áp lớn nhất đặt lên tụ lọc) :

(V)

Chọn hệ số gợn :

Điện trở biểu kiến của mạch điều khiển trước ổn áp : . Suy ra :

Trong đề tài này em dùng tụ lọc chính C 1 có giá trị : 2200(uF), chịu được điện áp : 50V;

tụ lọc phụ C3 có giá trị : 1000(uF), chịu được điện áp : 25V .

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 48



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều

Các tụ lọc tín hiệu xoay chiều C2 và C4 là tụ gốm (tụ 104) có giá trị : 100 (nF) .

Công suất tiêu hao trên IC ổn áp 7805 được tính bởi cơng thức :

Diện tích cánh tản nhiệt gắn cho IC ổn áp 7805 : 6 (cm2)

Diode 1N4007 để bảo vệ IC ổn áp 7805 không bị hư hại trước những gai điện áp ngược

“có thể” sẽ xuất hiện khi vận hành hệ thống .

3.2.2. Khối nguồn II



Hình 3.2.2.a - Sơ đồ nguyên lý khối nguồn II

Điện áp hiệu dụng sau biến áp : 15 (V)

Điên áp lưới có giá trị lớn nhất : (V)

Dòng điện lớn nhất qua Diode chỉnh lưu cầu : 1.5 (A)

Trong đề tài này em sử dụng Diode chỉnh lưu cầu : RS507, chịu được dòng tối đa 5 (A),

điện áp ngược tối đa 700(V) .

Điện áp lớn nhất sau chỉnh lưu (cũng là điện áp lớn nhất đặt lên tụ lọc) :

(V)

Chọn hệ số gợn :

Điện trở biểu kiến của mạch điều khiển trước ổn áp : . Suy ra :

Trong đề tài này em dùng tụ lọc chính C5 có giá trị : 2200 (uF), chịu được điện áp : 50V .

Tụ lọc tín hiệu xoay chiều C2 là tụ gốm (tụ 104) có giá trị : 100 (nF) .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 49



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều



3.3. Đối tượng điều khiển

Dựa theo mục 1.3 ta sẽ xây dựng mơ hình tốn học cho các trạng thái của động cơ điện

một chiều kích từ độc lập bằng nam châm vĩnh cửu với tải giả thay đổi được .

Tuy nhiên do tải ảo em sử dụng ở đây là một động cơ khác làm việc trong chế độ máy

phát cấp điện cho các điện trở nên giá trị tải phụ thuộc vào suất điện động mà máy phát

sinh ra hay nói cách khác là phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ; mà giá trị tải ảnh

hưởng trực tiếp đến mơ tả tốn học của đối tượng điều khiển . Vì thế em chỉ xây dựng

được mơ tả tốn học với độ chính xác mang tính tương đối .

Mơ tả số học trong trạng thái khơng tải (khi đó các hằng số thời gian tiệm cận tới 0) :

Mô tả số học với cấp tải thứ ba (cấp tải lớn nhất và có các hằng số thời gian là lớn nhất) :



Một số lưu ý khi sử dụng động cơ điện .

Động cơ 1 .

Chế độ làm việc : Chế độ động cơ .

Điện áp sử dụng : .

Điện trở cuộn dây phần ứng : .

Dòng điện khởi động : .

Tốc độ khơng tải lý tưởng : .

Dòng điện phần ứng với mức tải cao nhất : .

Động cơ 2 .

Chế độ làm việc : Chế độ máy phát .

Tốc độ quay tối đa (không tải) : .

Suất điện động cực đại tạo được : .

Dòng điện với mức tải cao nhât : .

Encoder .

Số xung phát tính trên 1 vòng quay của động cơ : 32 .

Sử dụng mạch LED thu - phát nối K chung .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 50



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều



3.4. Bộ biến đổi

Tín hiệu vào từ

thiết bị điều khiển



Cách

ly



Mạch xung áp

nối tiếp



Tín hiệu ra đưa tới

đối tượng điều khiển



Khối nguồn II

Hình 3.4.a - Sơ đồ khối của bộ biến đổi

Trong đề tài này em sử dụng mạch xung áp nối tiếp để cấp nguồn cho động cơ do mạch

này thiết kế đơn giản và có hiệu quả cao khi hoạt động .



Hình 3.4.b - Sơ đồ nguyên lý mạch xung áp nối tiếp

Tín hiệu từ vi điều khiển AT89C51 được truyền tới cách ly quang PC817 qua chân nối

X7 . Tín hiệu này được đưa tới van công suất Q3 và được truyền tới động cơ qua chân

nối X9 . X8 là chân nối để cấp điện năng cho bộ biến đổi .

Điện áp đặt lên động cơ (hay điện áp trên chân nối X9) được tính theo cơng thức :

Với :



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 51



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều

Xét theo môn học lý thuyết điều khiển tự động, bộ biến đổi này có thể xem tương đương

với một khâu khuếch đại có hệ số khuếch đại : . Vì có tụ lọc ở mạch chỉnh lưu và kết cấu

của máy biến áp nên nếu tải tăng hay nói cách khác là dòng điện tiêu thụ của mạch tăng

thì điện áp đầu ra giảm . Tương tự như với động cơ điện ta sẽ lấy hệ số khuếch đại cao

nhất là : 19.5 .



Hình 3.4.c - Mơ tả bộ biến đổi trong lý thuyết điều khiển tự động

Có nhiều linh kiện cho phép thực hiện cách ly giữa mạch công suất và mạch điều khiển

như : biến áp xung, cách ly quang, và các mạch sư dụng cảm biến nói chung, ... .

Tuy nhiên nếu như có thể thì sử dụng cách ly quang là đơn giản, tiện lợi và tiết kiệm chi

phí nhất, nên trong phạm vi đề tài này em sử dụng cách ly quang PC817 .

Dòng qua cách ly quang PC817 cần khoảng 3 - 5 (mA) thì nó hoạt động ổn định .

Ta có :

Em chọn : .

Dòng lớn nhất qua van công suất là : 3 (A) .

Điện áp lớn nhất đặt lên van công suất khi không dẫn là : 19.5 (V) .

Trong đề tài này em sử dụng van công suất Q 3 là mosfet IRF540, chịu được điện áp lớn

nhất khi không dẫn là 100 (V), dòng tối đa là 28 (A), nhiệt độ làm việc tối đa là 125 độ

C.

Tổng trở vào của IRF540 rất lớn và nếu cấp điện áp 15 V-DC trở lên (trong giới hạn cho

phép) cho cực điều khiển sẽ giảm được tổn hao công suất trên van .

Em chọn :

Khi đó điện áp trên cực G của van IRF540 khi đóng xấp xỉ bằng điện áp nguồn ni

mạch cơng śt (1519 V-DC) .

Diện tích cánh tản nhiệt gắn cho IC ổn áp 7805 : 6 (cm2)

Điện áp ngược lớn nhất đặt lên diode chống áp ngược D2 là : 19.5 (V) .

Em chọn diode chống áp ngược cho IRF540 D2 là diode 1N4007, chịu được dòng tối đa

1(A), điện áp ngược lớn nhất 700 (V) .

Điện áp ngược lớn nhất đặt lên diode “0” D3 là : 19.5 (V) .

Dòng điện lớn nhất qua diode “0” D3 là : 3 (A) .

Em chọn diode “0” D3 là diode 1N5408, chịu được dòng tối đa 3 (A), điện áp ngược lớn

nhất 800 (V) .



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 52



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều



3.5. Khối giao tiếp, điều khiển và hiển thị



Hình 3.5.a - Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp, điều khiển và hiển thị

là các nút : tăng, giảm, dừng, giao tiếp , reset, bật đèn nền LCD .

là các tụ gốm 104 để chống rung tiếp điểm cơ khí ở các nút nhấn .

là các điện trở treo (nguồn hoặc mass), em chọn giá trị cho các điện trở này là 10 (kΩ) .

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 53



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều

là các điện trở hạn dòng, em chọn giá trị cho các điện trở này là 220 (Ω) .

là thạch anh 12 MHz và tụ 33 (pF) để tạo dao động cho vi điều khiển .

là biến trở tinh chỉnh 5 (kΩ) đề thay đổi độ tương phản của LCD .

là vi điều khiển AT89C51 .

là LCD1602 .

Từ các yêu cầu cụ thể của đề tài ta xây dựng được lưu đồ thuật toán sơ lược của hệ thống

như sau :

Bắt đầu



Khởi tạo LCD và

vi điều khiển



Cập nhật trạng thái

hoạt động và

hiển thị LCD



Nhận lệnh từ

người sử dụng



Điều chỉnh tốc độ



Xuất tín hiệu sang bộ biến đổi

Đo tốc độ



Kết thúc

Hình 3.5.b - Lưu đồ tḥt tốn của hệ thống

Và ta có mơ tả của hệ thống trong theo khía cạnh lĩnh vực điều khiển tự động như sau

(xét trong miền ảnh tương tự với bộ điều khiển là bộ PI) :



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 54



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều

r(t)



e(t)



x(t)



u(t)



200



y(t)



y(t)

Hình 3.5.c - Sơ đồ hệ thống theo lĩnh vực điều khiển tự động

Chương trình khảo sát đặc tính q độ của hệ thống trong phần mềm MATLAB and

Simulink trên miền ảnh Laplace :

(Các tham số được tìm ra bằng phương pháp “dò”)

K=200 ; T1=0 ; T2=0 ;

Kp=0.1 ; Ti=1 ;

Wkd=15/100;

Wdt=tf(K,[(T1*T2) (T1+T2) 1]) ;

Wdk=tf([(Kp*Ti) 1],[Ti 0]) ;

W1=series(Wdk,Wkd) ;

Wh=series(W1,Wdt) ;

Wk=feedback(Wh,1)

step(Wk)

grid on

Với hàm truyền của bộ điều khiển là :

Ta có hàm truyền dạt hệ kín :

Ta có đặc tính q độ của hệ thống :



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 55



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều



Hình 3.5.d - Đặc tính q độ của hệ kín trong miền ảnh tương tự

Tiến hành xấp xỉ hệ thống trên sang miền ảnh Z

Chương trình khảo sát đặc tính quá độ của hệ thống trong phần mềm MATLAB and

Simulink trên miền ảnh Z :

K=220 ; T1=0 ; T2=0 ;

Ts=0.375 ; R0=0.1 ; R1=-0.0625 ;

Wkd=19.5/300;

Wdt=tf(K,[(T1*T2) (T1+T2) 1]);

W0=series(Wkd,Wdt);

ZOHs=tf(1,[1 0]);

W1=series(ZOHs,W0);

W1gd=c2d(W1,Ts);

ZOHz=tf([1 -1],1,Ts);

Wdkgd=tf([R0 R1],[1 -1],Ts);

Wdkthgd=series(Wdkgd,ZOHz);

Whgd=series(Wdkthgd,W1gd);

Wkgd=feedback(Whgd,1)

step(Wkgd)

grid on

Với thời gian trích mẫu 0.375s, ta có hàm truyền đạt bộ điều khiển :

Và đặc tính quá độ của hệ thống :



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 56



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều



Hình 3.5.e - Đặc tính quá độ của hệ thống trên miền ảnh Z

Sau khi hiệu chỉnh lại các tham số bộ điều khiển . Ta thu được hàm truyền của bộ điều

khiển và đặc tính quá độ (theo thứ tự ứng với trạng thái không tải và mức tải cao nhất)

như sau :



Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 57



Đồ án chuyên ngành I

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và ổn định tốc độ động cơ điện một chiều



Hình 3.5.f - Đặc tính q độ của hệ thống sau khi hiệu chỉnh trên miền ảnh Z

Từ hàm truyền đạt của bộ điều khiển thu được . Ta có chương trình nạp cho vi điều khiển

như sau :

//****** Bo tien xu ly ******//

#include

#include

sfr LCDdata=0xA0;

sbit BF=0xA7;

sbit RS=0x85;

sbit RW=0x86;

sbit EN=0x87;

sbit PWM=0xb7;

sbit tangtoc=0x97;

sbit giamtoc=0x96;

sbit dung=0x95;

int TckPWM=0;

int TdPWM=0;

int tocdophanhoi=0;

int tocdodat=0;

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Đoàn Xuân Trường



Trang 58



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG III – THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×