Luận văn Nghiên cứu và nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều động cơ trong dây chuyền in

                     = 2β 2α 11 11 2q 2d i i cosθsinθ- sinθcosθ i i α β d q i1β i1α i1q i1d i1 θ1 0 Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ma trận quy đổi sẽ là:         = 11 11 3 cosθsinθ- sinθcosθ C (2.33) Ma trận biến đổi ngược là:                         = 1q 1d 11 11 1β 1α i i cosθsinθ sinθ-cosθ i i (2.34)                         = 2q 2d 11 11 2β 2α i i cosθsinθ sinθ-cosθ i i Ma trận biến đổi nguợic là:         ==− 11 11T 3 1 3 cosθsinθ sinθ-cosθ CC (2.35) Các vector điện áp được quy đổi theo công thức:                 = 1β 1α 3 1q 1d u u C u u ;                 = 2β 2α 3 2q 2d u u C u u (2.36) Thay thế (2.23) vào (2.36) và thay ký hiệu p bằng đạo hàm d/dt. Sau khi biến đổi ta nhận được hệ phương trình: ( ) ( ) ( ) ( )        ++++= −++−= ++++= −+−+= 2q222d2s1qm1ds2q u 2q2s2d221qms1dm2d 2qmL2dim11q i111d111q 2qm12dm1q111d111d .ipLR.i.Lω.ipL.im.Lω .i.Lω.ipLR.i.Lω.ipLu .ip..Lω.pLR.i.Lωu .i.Lω.ipL.i..Lω.ipLRu (2.37) Viết dưới dạng ma trận là:                                           + −+− + −+ = 2q 2d 1q 1d 222smms 2s22msm mm11111 m11m1111 2q 2d 1q 1d i i i i pLR.LωpL.Lω LωpLRLωpL pL.LωpLR.Lω .LωpL.LωpLR u u u u (2.38) Trong đó ω = dθ/dt là tốc độ góc của rotor (rad/s). Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ωs = ω1 - ω là tốc độ trượt của rotor với từ trường quay (rad/s). Các thành phần của từ thông rotor ψ2 được xác định theo phương trình: ψ2d = lm.i1d + l2d ψ2q = lm.i1q + l2q (2.39) Để tiện cho nghiên cứu hệ thống ta sẽ biến đổi hệ phương trình cân bằng điện áp theo các biến i1d, i1q, ψ2d, ψ2q. Thay (2.39) vào (2.27), hai phương trình dưới của (2.37) được viết lại như sau: u2d = R2.i2d + pψ2d - ωs. ψ2q u2q = R2.i2q +ωs. ψ2d + pψ2q (2.40) Từ (2.39) ta có: 1qr 2 2q 2q 1dr 2 2d 2d .ik L ψ i .ik L ψi −= −= (2-41) Trong đó: 2 m r L LK = Thay (2.41) vào (2.40) ta được: 2q 2 2 2ds1q2r2q 2qs2d 2 2 1d2r2d .ψp L R.ψω.i.Rku .ψω.ψp L R.i.Rku             +++−= −++−= (2.42) Đặt 2 2 2 R LT = (3.30) với t2 và chú ý (Lm = Kr.L2) ta được: T2.u2d = -Lm.i1d + (1 + T2p).ψ2d – T2.ωs.ψ2q T2.u2q = -Lm.i1q + T2.ωs.ψ2d + (1 + T2p).ψ2q (2.43) Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Thay (2.40) vào (2.37) ta có: u1d = (R1+ pL1).i1d – L1.ω1.i1q + Kr.(pψ2d - pLm.i1d - ω1.ψ2q + ω1.Lm.i1q) = [R1+ p(L1 – Kr.Lm)].i1d – ω1.(L1 - kr.Lm).i1q + Kr.pψ2d – Kr.ω1.ψ2q u1q = L1.ω1.i1d + (R1+ pL1).i1q + Kr.(pψ2d - Lm. ω1.i1d + pψ2q - pLm.i1q) = ω1.(L1 – Kr.Lm)].i1d +[R1+ p(L1 – Kr.Lm)].i1q + Kr.ω1.ψ2q + Kr.pψ2d Từ đó ta có: 2d 2 r 2dr1qn2qn1dn12qr1q 2qr2d 2 rK 1qn11dn2dn2dr1d .ψ L K.ωω.K.ipL.iR.i.Lω.uKu .ωω.K.ψ L .i.Lω.ipL.iR.uKu −+++=− −−−+=− (2.44) Trong đó: Rn = R1 + Kr2.R2 Ln = L1 – Kr.Lm Nếu như dây quấn rotor đã quy đổi về dây quấn stator thì: L1 = Lm + L1t L2 = Lm + L2t Trong đó L1t, L2t là hệ số tự cảm tản của đây quấn stator và rotor. Khi đó ta có: Ln = L1t + (1 – Kr).Lm 2tr1tn 2 m2t 1t 2tm m2t 1tm 2tm m 1tn .LKLL L .LLL LL .LLL.L LL L1LL +=⇒ += + += + −+=⇒             Như vậy; Rn và Ln có ý nghĩa như là điện trở và điện kháng ngắn mạch của động cơ. Tỷ số n n n T R L = là hằng số thời gian của mạch vòng điện từ. Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kết hợp (2.43) và (2.44) với chú ý là u2d = u2q = 0 ta được hệ phương trình: ( ) ( ) ( ) ( )           +++−= −++−= −+++= −−−+= 2q22d2s1qm 2q2s2d21dm 2q 2 2d1r1qnn1d111q 2q1r2d 2 r K 1q111dnn1d .ψpT1.ψ.Tω.iL0 .ψ.Tω.ψpT1.iL0 ψ T rK.ψ.ωK.ipLR.i.Lωu .ψ.ωKψ T .i..Lω.ipLRu (2.45) Viết dưới dạng ma trận sẽ là:                                                                   + −+ −+ −−−+ = 2q 2d 1q 1d 22sm 2s2m 2 r nnn1 r 2 r n1n 1q 1d ψ ψ i i pT1.TωL-0 TωpT10L- T K .ωrKpLR.Lω .ωK T K .LωpLnR 0 0 u u (2.46) Hệ phương trình (2-46) cho thấy mối quan hệ giữa từ thông rotor với điện áp và dòng điện stator. Điều đó có ý nghĩa quan trọng trong việc p hân tích hệ thống điều chỉnh từ thông theo dòng điện stator. . Bỏ qua tổn thất sắt từ và các tổn hao phụ thì năng lượng mà độ cơ tiêu thu sẽ chuyển thành ba phần: W = Wr + Wl + Wc Trong đó: Wr là tổn hao trên các điện trở dây quấn. Wl là năng lượng từ trường. Wc là năng lượng cơ. Trong khoảng thời gian dt bất kỳ, năng lươngj mà động cơ tiêu thụ được xác định theo công thức: ∑= .dt.iudW kk Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong hệ toạ độ quay (d,q) ta có: dW = (u1d.i1d + u1q.i1q + u2d.i2d + u2q.i2q).dt ( ) .dti.iL.iLω dt dψ.iR 1d2qm1q111d1d1       +−+= + ( ) .dti.iL.iLω dt dψ.iR 1q2dm1d111d1q1       ++++ + ( ) .dti.iL.iLω dt dψ .iR 2d2d21dms 2q 2q2       ++++ ( ) .dti.iL.iLω dt dψ.iR 2d2q21qms2d2d2       +−++ + Rút gọi lại ta được: dt.ii.iiω.L.dψi.dt.iRdW 2q1d2d1qmkk 2 kk      −+∑+∑= Ta nhận thấy: - Thành phần ∑ .dt.iR 2kk là thành phần tổn hao dwr. - Thành phần ∑ kk .di ψ là thành phần năng lương từ trường dwl. - Thành phần dt.ii.iiω.L 2q1d2d1qm      − là thành phần năng lượng cơ dwc. Từ đó ta xác định được năng lượng điện từ theo công thức: ( )2q1d2d1qmCC .ii.iiLωdt dW dθ dWM −=== (2-47) Mặt khác ta lại có: ( )1dm2d 2 2d .iLψL 1i −=      −= 1qm2q 2 2q .iLψL 1i Thay vào (2-47) ta được: ( )      −=−= 2q1d2d1qr2q1d2d1q2 m .ψi.ψiK.ψi.ψi L L M (2.48) Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Biểu thức (2.48) cho phép ta tính toán mômen theo từ thông rotor và dòng điện stator. Nếu mômen quán tính quy đổi về trục động cơ là không đổi thì phương trình động lực học của truyền động điện là: dt dωjMM C =− (2.49) Trong đó: j là mômen quán tính. Mc là mômen cản. Trường hợp động cơ có số đôi cực p > 1 thì mômen điện từ của động cơ là: M = p.M = p.kc(i1q.ψ2d - i1d.ψ2q) Khi đó ta có thể quy đổi các thông số về động cơ có một đôi cực theo công thức: ; p MM ' = p M M ' c= ; .pωω '= ; 2 ' p jj = Trong đó: M’, ω’, j’, mc’ là các đại lượng chưa quy đổi. M, ω, j, mc là các đại lượng sau khi quy đổi. . Từ phương trình (2.45) ta xây dựng sơ đồ cấu trúc của động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q) như hình 2.15 và hình 2.16 Các tín hiệu phản hồi e 1d, e1q, e2d, e2q được xác định theo phương trình phi tuyến:       += 2d 2 2qr1d ψT 1 ω.ψKE       +−= 2q 2 2dr1d ψT 1 ω.ψKE E2d = ω1.Ln.i1q E2q = ω1.Ln.i1d Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Sơ đồ hình 2.17 mô tả cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ. Sơ đồ hình 2.18 mô tả cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ. Trong đó các tín hiệu điện áp, dòng điện, từ thông được mô tả bằng các vector. Ma trận B0 được xác định theo công thức:       − = 01 10 B0 Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ( )pT1R 1 nn + 2T 1 kr kr ω1 i1d ψ2d e1d u1d e2d ( )pT1R 1 nn + ( )pT1 L 2 m + 2T 1 m 2 L T jp 1 ln kr kr ω ω0 - m mc - i1q ψ2q e1q u1q e2q ( )pT1 L 2 m + hình 2.17. Sơ đồ cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Rotor (d,q) Trở lại phương trình (2-45) ta có: ( ) ( ) 0.iL.ψpT1.ψ.Tω 0.iL.ψ.Tω.ψpT1 1qm2q22d2s 1dm2q2s2d2 =−++ =−−+ (2-50) Nếu ta giữ cho biên độ từ thông rotor ψ2 không đổi và vector không gian ψ2 trùng với trục 0x thì ta có: ψ2q = 0 ψ2d = ψ2 = const ( )pT1 L 2 m + ( )pT1R 1 nn + 2T 1 mL 2T jp 1 Kr Kr B0 B0 u1 E1 E ω1 ωs ω - M M - i1 Ψ Hình 2.18. Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Từ (2-50) ta xác định được các thành phần của vector dòng điện stator: 1ds22d m 1q m 2d 1d .i.ωTψ L s.ω2Ti const L ψi == == (2-51) Mômen điện từ khi đó là: M = Kr.ψ2d.i1q = KrT.ωs.Lm.i1d.i1q (vì ψ2d =Lm.i1d) (2-52) Ngược lại khi ta điều chỉnh vector dòng điện stator theo đúng quy luật (2-52) thì vector từ thông rotor ψ2 luôn trùng với trục d và có biên độ không thay đổi. Các thành phần của vector dòng điện rotor là: α d β q i1α i1β i1d i1q i1 i2 θ1 Hình 2.19. Định hướng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q) Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ( ) ( ) 1qr1qm2q 2 2q 1dm2d 2 2d .ik.iLψ L 1i 0.iLψ L 1i −=−= =−= (2-53) Như vậy khi định hướng vector từ thông rotor trùng với trục 0d với biên độ không đổi thì ta rút ra được các đặc điểm quan trọng là: - Vector dòng điện rôtor luôn vuông góc với vector từ thông rotor. - Thành phần i1d có giá trị không đổi, đóng vai trò là dòng điện từ hoá. - Các thành phần i 1q, i2q và mômen M tỷ lệ với nhau và tỷ lệ với tốc độ trượt ωs. Từ công thức (2-52) ta có thể xác định giá trị i 1d theo các thông số định mức của động cơ như sau: mdmdm2r dm msdm2r dm 1d .L.s.ω.Tk M .L.ω.Tk Mi == (2-54) Trong đó: Mđm là mômen định mức (nm). ωdm là tốc độ định mức (rad/s). ωsdm là tốc độ trượt định mức (rad/s). sdm là độ trượt định mức. Nêu coi từ thông rotor của động cơ không đồng bộ lúc không tải bằng từ thông định mức, thì vector dòng điện stator được xác định như sau: s021q 00m1d .ω.IT3i I3.I3/2i = == Trong đó: Iom là biên độ dòng điện không tải. Io là giá trị hiệu dụng của dòng điện không tải. 3/2 là hệ số quy đổi từ 3 pha về 2 pha. Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trên cơ sở phân tích trên ta xây dựng được sơ đồ điều khiển cho động cơ không đồng bộ như hình 2.16. Trong đó hệ thộng này thực hiện điều ch ỉnh vector dòng điện stator theo luật (2 -54) nhờ đó mà định hướng được vector từ thông rotor trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q). Các đại lượng điều chỉnh được quy đổi từ hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) sang hệ 3 pha (a,b,c) để đưa vào đi 3 pha về hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q). Các ma trận quy đổi có tham số phụ thuộc vào góc quay θ1 và được xác định theo công thức: ∫+=∫+=+= t 0 1qr 0 ss1 .dtikθ t .dtωθθθθ với 1d21q s s .iT 1 i ωK == Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ bằng thiết bị biến tần Từ phương trình (2-51) và (2-52) ta nhận thấy: nếu trong quá trình làm việc giữ từ thông rotor không đổi ψ2d = const có nghĩa là giữ nguyên dòng điện Ri Ri Rω Ks d,q d,q α,β α,β α,β a,b,c α,β a,b,c ia ib ic i1d i1q a b c - - - + - i1d * i1q * ω* θs ω θ θ1 = 3∼ biến tần đckđb đo tốc độ quay Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên I1d = const, lúc này ta điều chỉnh dòng điện I 1q để tiến hành điều chỉnh mômen (cách điều chỉnh này giống như điều chỉnh động cơ điện một chiều). Nhưng trong hẹ thống truyền động véc tơ, để ổn định tốc độ động cơ thì phải có mạch vòng phản hồi âm tốc độ. Mạch vòng được xây dựng như sau. Tín hiệu ra của mạch vòng tốc độ sau khâu điều chỉnh tốc độ là lượng I1q để điều chỉnh mô men. Từ đó ta có nguyên lý làm việc như sau: Hệ thống truyền động luôn luôn giữ từ thông không đổi, giá trị tốc độ ( tần số bộ biến tần vàmô men động cơ phụ thuộc vào lượng đặt tốc độ). Khi thay đổi đại lượng này thì thay đổi tốc độ và mô men. Trong quá trình làm việc khi tải thay đổi dẫn đến tốc độ thay đổi thì nhờ mạch vòng âm tốc độ mô men thay đổi dẫn đến tốc độ ổn định. Kết luận: Từ hai phương án trên ta thấy rằng đối với phương án dùng hệ thống T - Đ kích từ độc lập đơn giản, dễ thực hiện và cài đặt các mạch vòng phản hồi, có thể làm việc với động cơ có công suất lớn. Ngoài ra do sử dụng nhiều thiết bị bán dẫn nên nhỏ gọn và giá thành không cao. Còn với phương án biến tần động cơ không đồng bộ ba pha rô to ngắn mạch là hệ truyền động mới, ở nước ta đang được nghiên cứu, khai thác để sử dụng. Nhưng nhược điểm của hệ biến tần - động cơ không đồng bộ ba pha rô to ngắn mạch công suất còn bị hạn chế do hạn chế của biến tần, việc trả năng lượng của động cơ cho lưới cũng khó khăn. Thực tế với đề tài nghiên cứu thì ta chọn hệ truyền động T – Đ kích từ độc lập để mô phỏng ở chương sau. Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƯƠNG III: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ TỔNG HỢP HỆ THỐNG 3.1. Đặt vấn đề. Với chế độ làm việc của máy in khi làm việc tải nhẹ vận tốc lớn công suất không đổi còn mô men biến thiên. Còn khi làm việc với tải nặng vận tốc thấp thì mô men không đổi còn công suất biến thiên. Qua nhận xét trên thì sơ đồ cấu trúc sẽ được xây dựng theo hai chế độ làm việccủa máy in. Máy in làm việc với tải nặng kéo trục cao su và tải nhẹ kéo trục vải in và giấy in. Khi máy in làm việc với tải nặng việc điều chỉnh tốc độ được thực hiện bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ. Khi máy in làm việc với tải nhẹ việc điều chỉnh tốc độ được thực hiện bằng cách điều chỉnh từ thông động cơ điện một chiều. Để tiến hành điều chỉnh từ thông thì ta điều chỉnh dòng điện kích từ qua cuộn dây kích từ. 3.2. Hệ truyền động máy in khi làm việc với tải nặng. Trong quá trình này máy in làm việc với tốc độ thấp mô men cản lớn. Mô men cản càng lớn thì tốc độ càng nhỏ. Khi dùng hệ truyền động T – Đ thì động cơ điện một chiều làm việc với từ thông cuộn kích từ Φ = Φđm. Việc điều chỉnh tốc độ được thực hiện bằng điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ. Ngoài việc thiết kế hệ truyền động thoả mãn các yêu cầu về điều chỉnh tốc độ và ổn định tốc độ thì ta phải quan tâm đến vấn đề đồng tốc giữa các trục đầu vào và trục đầu ra. Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động đồng tốc Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động máy in làm việc với tải nặng ωw1 2V ′ 1V ′′ Rω TG1 M1 ωw2 2V ′′ 1V ′ M RI RL TG2 M2 R Iβ CK φ RT Rω RI GI ST M UT US P TG nγ Iβ Uv Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ngoài vấn đề đồng tốc giữa các trục đầu vào và trục đầu ra ta còn quan tâm đến lực căng. Vì vậy ta phải đưa thêm mạch vòng phản hồi dòng điện phần ứng động cơ. Hình 3.3:Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động máy in làm việc với tải nặng khi quan tâm đến lực căng 3.3. Hệ truyền động máy in khi làm việc với tải nhẹ. Trong quá trình này máy in làm việc với tốc độ lớn mômen cản nhỏ . Mô men cản càng nhỏ thì tốc độ càng lớn. Khi dùng hệ truyền động T- Đ động cơ điện một chiều kích từ độc lập thì động cơ điện một chiều làm việc với từ thông cuộn kích từ Φ < Φđm. Việc điều tốc được thực hiện bằng từ thông động cơ điện một chiều. Để điều chỉnh từ thông ta sẽ điều chỉnh dòng điện kích từ. ST K RT Rω RIư GI TG M Uv P UT US CK Φ Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình3.4: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động máy in làm việc với tải nhẹ với hai mạch vòng mắc song song Với phương pháp điều khiển này sẽ tiến hành điều khiển mô men hệ truyền động còn công suất của hệ được giữ không đổi. Mạch vòng dòng điện phần ứng động cơ có thể thiết kế nối tiếp với mạch vòng dòng điện kích từ và mạch vòng tốc độ. Hình 3.5. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động máy in làm việc tải nhẹ với ba mạch vòng nối tiếp M TG - - + • nγ Rω RIư RIkt Uv Iuβ (-) (-) Iktβ CK Φ • + - TG M bω RI Rω CK Φ Ikt min U* Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Từ sơ đồ khối trên ta có sơ đồ cấu trúc như hình vẽ sau: Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động máy in làm việc tải nhẹ 3.4. Tổng hợp hệ thống. 3.4.1. Tổng hợp hệ thống máy in khi làm việc với tải nặng. Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống làm việc với tải nặng µK amomo o io mo o o ss I U s I τττ τ 2 a 1 R ..1 . ++ + Φ o iomooo io I U sIC U aR .1 1 τ + − Φ ωRF RIaF RIbF M TM s K τ+1 bb sR τ+ + 1 11 Zω∆ sω∆ b∆ b∆Ι ∆Φ ∆Ι ω + - - WRT WRω WRI WT WĐ KΦ Js 1 WCBI WCBω WCBT s 1 Uv ω đ ω (s) Uiđ Ui(s) Uđk Uđc (-) (-) Mc Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.4.1.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện Trong đó: R LTu = : Hằng số thời gian điện từ động cơ R = RB + RK +R-d + Rs L = Lb + Lk + L-d Ti =R.C : Hằng số thời gian của cảm biến dòng Nếu bỏ qua ảnh hưởng của hằng số sức điện động thì ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn sau: Từ sơ đồ hình 3.7 và 3.8 ta có hàm truyền đối tượng điều khiển của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. ( ) ( )( )( )( )uivdk icl dk i TsTssTTsR KK sU sIpS .1.11.1 1..)()(0 ++++ == Trong đó Tsi = Ti + Tv + Tđk << Tư . Bỏ qua các hệ số bậc cao ta có Hình 3.7: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện I(s) Hình 3.8: Sơ đồ thu gọn mạch vòng dòng điện Ri(s) S0i(s) UIđ (-) UI(s) Udk(s) Uiđ ω (-) iR ( )( )sTsT K vdk CL .1.1 ++ ΦK u u Ts R .1 1 + Js 1 i i sT K +1 ΦK Mc (-) Ui(p) I E U Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ( )( )usi icl oi TsTs R KK pS .1.1 . )( ++ = Áp dụng tiêu chuẩn modul ta có hàm truyền của hệ thống kín. 2.221 1)( s sFOMi σσ ττ ++ = Mặt khác theo hình 3.8 ta có ( ) ( )ss TsTs R KKsR sSsFsS sFsR sSsR sSsRsF usi iCL i oiOMioi OMi i ioi oii OMi σσ ττ +++ = − =⇒ + = 1.2. ).1)(.1( . 1)( )().()( )()( )().(1 )(.)( Chọn στ = min(Tsi , Tư) = Tsi Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện       += + = usiiCL u si iCL u i TsTKK TR s TKKs TssR . 11 ...2 . ...2 .1)( Ri(s) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI) Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối ưu modul sTsTsTsU sUsF sisisiid i OMi 21 1 ..2..21 1 )( )()( 22 + ≈ ++ == 3.4.1.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ. Sơ đồ mạch vòng tốc độ. Hình 3.9: Sơ đồ thu gọn mạch vòng tốc độ Trong đó: Rω(s) S0ω(s) Uω đ Uω (s) ω (s) (-) Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ).1( . ... .1. ).21( 1)( ω ω Ts K sTK R KsT sS cisi o + Φ Φ+ = Đặt Tsω = 2.Tsi + Tω ⇒ Tsω rất nhỏ Vậy ta có ).1(.... .)( ω ω ω sci o TssTKK KRsS +Φ = Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul 222..21 1)( ss sFOM σσ ω ττ ++ = )().()( )()( sSsFsS sFsR oOMo OM ωωω ω ω − = ( ) )1(.2..1... . 1)( σσ ω ω ω ττ + +Φ = s TssTKKi KRsR sc Chọn στ = Tsω Hàm truyền bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu modul ωω ω s ci TKR TKKsR .2.. ..)( Φ= Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng. sss ssFOM .8..8..41 ..41)( 32 σσσ σ ω τττ τ +++ + = )().()( )()( sSsFsS sFsR oOMo OM ωωω ω ω − = ).1(8. ).1(... . .41)( 22 ss TspTKK KR ssR sci σσ ω ω σ ω ττ φ τ + + + = Chọn Tσ = Tsω Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng. Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên sT TKK KR sTsR s ci s .8. .. . .41)( 2 ω ω ω ω Φ + = R )(sω là khâu tỷ lệ - tích phân. Kết quả khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ωωωωωω ω KsTKsTsTs s sssd 1. .21 11. 2.21 1 )( )( 22 + ≈ ++ = Kết quả khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng. ωωωωωωω ω KsTKsTsTsTs s ssssd 1. .41 11. .8.8.41 1 )( )( 3322 + ≈ +++ = 3.4.1.3. Tổng hợp mạch vòng lực căng. Ở chế độ làm việc tải nặng ngoài hai mạch vòng tốc độ và mạch vòng dòng điện còn có mạch vòng lực căng. Mạch vòng lực căng để đảm bảo ổn định đồng tốc giữa các trục máy in. Khi xảy ra hiện tượng không đồng tốc thì việc điều chỉnh tốc độ được thực hiện bằng cách thay đổi điện áp cấp cho phần ứng động cơ. Tổng hợp mạch vòng lực căng cũng tương tự như tổng hợp mạch vòng tốc độ, ta dùng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng và tiêu chuẩn tối ưu modul. Sơ đồ cấu trúc thu gọn. Hình 3.10: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng lực căng RT(s) ωω ω ω KsTsd s s 1. .21 1 )( )( + = ωω ω ω KsTsd s s 1. .41 1 )( )( + = s 1 TTs Kr .1+ Uđ U(s) (-) Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong đó: Kr = i 1 là hệ số khuếch đại của bộ truyền lực. Tsω = Tω + 2Tsi = Tω + 2(T đk + Tv + Ti) Tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu modul 222..21 1)( ss sFOMT σσ ττ ++ = Từ sơ đồ cấu trúc hình 3.10 ta có: ).1.()...21( . )( Ts T r oT TsssT K KK sS ++ = ω ω Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có = − = )().()( )( )( sSsFsS sF sR oTTOMoT TOM T )1)(.21( . . 221 1 )1().21( . 221 1 22 22 Ts Tr Ts Tr sTsT K KK sssTssT K KK ss ++++ − ++ ++ = ω ω δδω ω δδ ττ ττ ).1( ).1(..2. ).21(. . 1)( sT ss TssK KKsR Ts Tr T + + + = σ δ ωω τ τ Chọn στ = TT Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh lực căng theo tiêu chuẩn tối ưu modul. ).21( .2.. )( sT TKK KsR s TTr T ω ω += Với RT =KT + KD.s TTr T TKK KK 2.. ω= TTr s D TKK TKK .. . ωω= RT(s) là khâu tỷ lệ - đạo hàm (PD) Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng sss ssFOMT .8..8..41 ..41)( 32 σσσ σ τττ τ +++ + = Khi tổng hợp mạch vòng lực căng theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thì ta có hàm truyền đối tượng. ).1.()..41( . )( Ts Tr oT TsssT K KK sS ++ = ω ω Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta có sT ss TssK KKsSsFsS sF sR Ts TroTTOMoT TOM T .1 ).1(..2. ).21.(. . 1 )().()( )( )( + + + = − = σ σ ωω τ τ Chọn Chọn στ = TT Ta có hàm truyền bộ điều chỉnh lực căng theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng. )..41( .2.. )( sT TKK KsR s TTr T ω ω += RT(s) cũng là khâu tỷ lệ - đạo hàm (PD) Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.4.2: Tổng hợp hệ thống khi máy in làm việc với tải nhẹ in vải. Với hai phương án xây dựng sơ đồ trong trường hợp tải nhẹ ở trên bản luận văn tiến hành tổng hợp sử dụng sơ đồ cấu trúc với hai mạch vòng song song. Vậy ta có sơ đồ cấu trúc theo hàm số truyền của hệ truyền động làm việc ở chế độ tải nhẹ. Hình 3.11: Sơ đồ cấu trúc khi máy in làm việc với tải nhẹ Thay thông số hàm truyền của động cơ điện một chiều làm việc với kích từ thay đổi đồng thời biến đổi sơ đồ cấu trúc ta có sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển. H ình 3.12: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động khi máy in làm việc tải nhẹ biến đổi từ hình 3.11 WCBω I E ω Φ (-) (-) (-) (+) Uđ Nhiễu (-) Mc Ukt WT Wkt WRω Wikt K wCBikt WĐ Js 1 Uđk Ikt (-) bω∆ (-) (+) (-) M ω ω (+) Ukt (-) Uab Φ.DK Φ.mK Φ.mK ).1.( 1 sTR kk + ).1( 1 sTR uu + WRω Js 1 K ω (+) Luận văn thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Từ sơ đồ cấu trúc hình 3.12 ta tiến hành tổng hợp tìm bộ điều chỉnh tốc độ WRω . Hàm truyền dòng điện phần ứngtheo điện áp phần ứng. Wu(s) = )( )( sU sI = ).1)(.1( . ∗++ cu c TsTs Ts Với ∗cT = 2)( ΦK Tc Áp dụng phương pháp modul tối ưu tìm hàm số truyền của bộ điều chỉnh tốc độ. WRω (s) = u kc Ts TsTs . ).1)(.1( ++ ∗ . KR. c u T T Kết quả tính chọn bộ điều chỉnh tốc độ WRω (s) là bộ điều chỉnh PID là hợp lý vì hằng số thời gian của cuộn kích từ của động cơ là rất lớn. Bộ điều chỉnh PID sẽ bù được thời gian trễ của cuộ kích từ. Hàm số truyền hệ hở mạch bù dòng điện phần ứng được xác định. Wbo(s) = ).1)(.1)(.1( kcu c TsTsTs T +++ ∗ ∗ . Kr. c u T T . u kc Ts TsTs . ).1)(.1( ++ ∗ Wbo(s) = ).1( 1. .. uu c u Ic TsT T TKT + ∗ Hàm truyền hệ hở mạch vòng tốc độ. Wω o (s) = ).1(. s K TKs K u o + Trong đó K = 1 + u c T T ∗ . KR. c u T T . ∗KK ∗KK = IK . Φ.MK c R O T KK = Hàm truy