TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

42

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHỞI ĐỘNG TUABIN KHÍ М15Э-OM5 BẰNG
CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN LIÊN HOÀN
THE CONTROL OF THE М 15Э-OM5 GAS TURBINE STARTER MOTOR
THROUGH CONSECUTIVE CONTROL STRUCTURE

Nguyễn Phùng Quang
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Nguyễn Ngọc Dĩnh
Nhà máy X50 Tổng Cục CNQP

TÓM TẮT
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu và thiết kế cấu trúc điều khiển cho động cơ điện
một chiều chuyên dụng ГСР-СТ-18000, dùng để khởi động động cơ tua bin khí loại М15Э-OM5
lắp đặt trên tàu biển. Mô hình động cơ và bộ điều khiển được xây dựng phù hợp với từng giai
đoạn hoạt động của động cơ trong quá trình khởi động tua bin. Kết quả nghiên cứu được mô
phỏng, kiểm chứng bằng Matlab cho thấy đối tượng và cấu trúc điều khiển đã xây dựng đáp
ứng được yêu cầu kỹ thuật của tổ hợp
.
ABSTRACT
The paper presents the research result and the design of control structure for the
specific DC starter motor ГСР-СТ-18000 of the М15Э-OM5 gas turbine, which is installed on
ships. The model of direct current motor and its regulator is performed adequately for each
period of operation of motor during the gas turbine starting. The investigation results verified by
the simulation using Matlab shows that the process modeling and the design of the control
structure are accurately made to be adapted to the technical requirements of the equipment.

1. Đặt vấn đề

ốt D
1
bị chặn, động ở chế độ động cơ kích từ độc lập. Trong khoảng thời gian t = t
1
÷
t
2
,
điện áp kênh 1 lớn hơn điện áp kênh 2đi ốt D
2
bị chặn, động cơ chuyển sang hoạt động
ở chế độ động cơ kích từ hỗn hợp. Trong khoảng thời gian t = t3
÷
t4 bắt đầu quá trình
đốt cháy nhiên liệu, năng lượng khí đốt đảm nhiệm quay tuabin. Đến thời điểm t
4

hệ
thống khởi động động cơ sẽ ngắt động cơ khởi động, kết thúc quá trình khởi động
tuabin.
Từ sơ đồ cấu trúc của hệ thống ta có sơ đồ mạch thay thế như hình 3

Hình 3. Sơ đồ thay thế động cơ khởi động tuabin
a) Sơ đồ thay thế cấu trúc của hệ thống
b) Sơ đồ thay thế động cơ làm việc ở chế độ kích từ độc lập
c) Sơ đồ thay thế động cơ làm việc ở chế độ kích từ hỗn hợp
3. Sơ đồ cấu trúc điều khiển liên hoàn quá trình khởi động tuabin từ t = t
0
÷t
4

dI, A
200
1000
60
0
50
0
20
t,
(
s
)
t,
(
s
)
t
1
t
2
t = 80
(
s
)
U
dI, V
t
3
t
4

mô tả dưới dạng hàm truyền đạt như sau:

21 22
22
12 1 2 2 12 1 2 2
(1 ) (1 )
() ( () ()) ()
(1 )(1 ) ( (1 )) (1 )(1 ) ( (1 ))
f ff
A kI A kII
A f ff A f ff
R Ts R Ts
is u s es u s
RR Ts T s R T s RR Ts T s R T s
++
=−−
+ +− + + +− +
(1)
- Phương trình dòng điện kích từ
22
1
1
22
21 1 2 2 21 1 1 2 2
(1 )
(1 )
() () ( () ())
(1 )(1 ) ( (1 )) (1 ) (1 ) ( (1 ))
ff
A

MT M T m
dt
m t m t j m s m s js s
dt
ω
ω
=+ ⇔=+
(5)
Hàm truyền đạt của khâu điều khiển dòng phần ứng và dòng kích từ I

11
()
1
()
() () 2
kI
RI
IA
A A RI
us
k
Rs
i s i s T s kTs
∗
= = =
−
,
1 1 22
()
1

y Cx Du
(7)
Trong đó:
1
A
f
m
i
xi
ω
−


=



: Vectơ trạng thái;
-
kI
T
u
u
m

=


: Vectơ đầu vào;
-

12 2 12 2 12 2
-
A=
00
ff f f
e
f ff
f f ff e f
f ff
M
LR RL LR RL
kL
LL L LL L LL L
LR RL LR RL k L
LL L LL L LL L
k
J
ψ
ψ
ψ
−−


−−−


−−

− −−


−

−





;
100
C=
001



;
00
D=
00




Bộ điều khiển phản hồi trạng thái K được thiết kế theo phương pháp
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

45

Roppenecker là:
-0.0249 -3.0996 -0.0151

A
= 0,04 Ω; L
A
= 0.001 H, R
f1
= 1,15 Ω; L
f1
= 0.047 H, R
f2
= 0,03
Ω; L
f2
= 0.010 H, R
f3
= 0,006 Ω, L
f3
= 0.012 H, L
m
= 1.8, J = 1 kg.m
Kết quả mô phỏng đối tượng trong giai đoạn làm việc ở chế độ kích từ độc lập
2

Hình 5. Đáp ứng dòng phần ứng
của đối tượng trong giai đoạn t<t
Hình 6. Đáp ứng dòng kích từ
của đối tượng trong giai đoạn t<t
1

Kết quả mô phỏng đối tượng trong giai đoạn làm việc ở chế độ kích từ hỗn hợp
1

30
35
Thoi gian[s]
Dong[A]
Gia tri dat
Dap ung dong kich tu giai doan t<t1
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009

46Hình 7. Đáp ứng dòng phần ứng
trong giai đoạn t>t
Hình 8. Đáp ứng dòng kích từ
trong giai đoạn t>t
1

Kết quả mô phỏng quá trình làm việc của đối tượng với cấu trúc điều khiển liên
hoàn trong hai giai đoạn t<t
1

1
và t>t
1

được ghép với nhau.
Hình 9. Đáp ứng dòng phần ứng
trong cả quá trình khởi động
Hình 10. Đáp ứng dòng kích từ
trong cả quá trình khởi động

8
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Thoi gian [s]
Dong [A]
Gia tri dat
Dap ung dong phan ung t>t1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
-200
0
200
400
600
800
1000
Thoi gian[s]
Dong [A]
t=t1=2s. thoi diem chuyen mo hinh cua doi tuong
Thoi diem t=t3
Thoi diem t=t4
Dap ung dong phan ung qua trinh khoi dong
0

theo hai mô hình: mô hình hàm truyền đạt và mô hình trên không gian trạng thái tương
ứng với hai cấu trúc điều khiển phản hồi đầu ra và phản hồi trạng thái. Giải pháp điều
khiển này đã cho phép ta xây dựng được một cấu trúc điều khiển liên hoàn cho đối
tượng bằng cách chuyển tiếp giá trị phản hồi đầu ra của mô hình hàm truyền đạt sang
mô hình không gian trạng thái thông qua các biến trạng thái, đây là một phương pháp
điều khiển có thể áp dụng để điều khiển cho các đối tượng có cấu trúc tương tự.
Các kết quả mô phỏng so sánh với đặc tính lý thuyết hình 11 của tài liệu kỹ thuật
[4] ta thấy rằng thời gian phát triển dòng phần ứng đạt đến giá trị xác lập là 5,5 giây,
như vậy đảm bảo được yêu cầu đặt ra. Tại các thời điểm t = t
1
, t = t
3
, t = t
4
Qua kết quả mô phỏng cho phép ta khẳng định rằng phương pháp điều khiển cho
đối tượng là phù hợp, có thể áp dụng làm cơ sở nghiên cứu để thiết kế bộ điều khiển
mới thay thế cho hệ thống điều khiển cũ, góp phần giải quyết những vấn đề cấp thiết
như đã được trình bày ở trên.
trên đặc tính
của tài liệu không được thể hiện, điều này cũng dễ hiểu vì đáp ứng được xây dựng một
cách lý tưởng và thể hiện ở chế độ xác lập.
[1] Nguyễn Doãn Phước (2007), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[2] Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab & Simulink, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà
Nội.
[3] Nguyễn Phùng Quang (2006), Truyền động điện thông minh NXB khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội.
[4] Эксплуатационная документация на агрегаты выпрямительные ТПС-60к- 1,7
кдж техническое описание и инструкция по эксплуатации 2 ДЖ. 947.279.ТО.