LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tự làm và nghiên cứu,
trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài liệu
tham khảo.
Tác giả luận văn
Hoàng Anh Tuấn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỞ ĐẦU
Hiện nay, tự động hoá đang đƣợc các nhà máy quan tâm đặc biệt và đƣợc
ƣnga dụng hầu hết trong các máy công cụ, trong lĩnh vực sản xuất xi măng, cán
thép, hệ thống thang máy, máy nâng, hệ thống điều khiển rađa, máy chép hình,
ngƣời máy…Việc dừng chính xác hay đồng tốc của hai truck cán đó là điều rất
quan

trọng, nó ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng sản phẩm, tới hiệu quả công
việc. Để

đạt đƣợc điều này thì trong hệ thống đƣa thêm mạch vòng vị trí, khi đó
hệ thống

đƣợc gọi chung là hệ tuỳ động vị trí (hay hệ bám. Để nâng cao chất
lƣợng thì mới

dừng lại ở các mạch vòng phản hồi nên chất lƣợng chƣa cao đồng
thời còn có nhiều

nhƣợc điểm vì nó ảnh hƣởng đên tính liên tục của hệ thống dẫn
đên lƣợng đầu ra

cũng dễ bị thay đổi. Do đó một vấn đề đặt ra là làm nhƣ thế nào

thường.

Chương IV: Thiết kế bộ điều khiển mờ lai.
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Nguyễn Nhƣ
Hiển - ngƣời đã hƣớng dẫn tận tình và giúp tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.
Tôi xin trân thành cảm ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trƣờng Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn
thành luận văn.
Tôi xin trân thành cảm ơn Khoa sau Đại học, xin trân thành cảm ơn Ban
giám hiệu Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi
nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khoá học.
Tôi xin chân thành cảm
ơn!
Thái Nguyên, ngày 30 tháng 4 năm
2008
Ngƣời thực hiện
Hoàng Anh Tuấn
M ỤC L ỤC
MỤC TÊN ĐỀ MỤC
TRANG
CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1
I.1. Ứng dụng của hệ thống tuỳ động vị trí 1
I.2. Cấu tạo nguyên lý làm việc của hệ thống tuỳ động vị trí. 1
I.3. So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc 3
I.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí 4
I.4.1. Hệ thống tuỳ động kiểu mô phỏng 4
I.4.2. Hệ thống tuỳ động kiểu số 5
I.4.3. Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số 7
CHƢƠNG 2 ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ 9
II.1. Sensin 9

III.4.
Tổng hợp hệ điều khiển R
I
, R
ω
, R
ϕ
49
III.4.1. Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện R
I
49
III.4.2. Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ R
ω
51
III.4.3. Tổng hợp mạch vòng vị trí 53
III.5. Tính phi tuyến của bộ điều khiển vị trí 55
III.6. Tính toán các thông số và mô phỏng hệ tuỳ động vị trí
57
khi sử dụng bộ điều khiển PID
Tính toán các thông số hệ tuỳ động vị trí đối với động
III.6.1. 57
cơ điện một chiều kích từ độc lập
III.6.2.
CHƢƠNG
IV
Mô phỏng hệ điều khiển vị trí sử dụng bộ điều khiển
61
PID
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI 65
IV.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ 66

đuôi tàu thuyền phỏng đúng theo góc quay của bánh lái (vô lăng) đặt ở buồng lái
điều khiển tàu thuyền đi đúng tuyến đường đã vạch ra; cơ cấu điều khiển anten rađa
của cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm đúng mục tiêu; điều khiển
động tác của người máy. Những ví dụ trên đây đều là những ứng dụng cụ thể về hệ
thống điều khiển tuỳ động vị trí.
Chỉ lệnh vị trí (cơ cấu cho trước) trong hệ thống tuỳ động vị trí cũng như đại
lượng điều khiển là vị trí (hay đại lượng điện đại diện cho vị trí), đương nhiên có
thể là chuyển vị góc, chuyển vị dài. Vì thế hệ thống tuỳ động buộc phải là hệ thống
phản hồi vị trí. Hệ thống tuỳ động vị trí là một hệ thống tuỳ động nghĩa hẹp, về
nghĩa rộng mà nói, lượng đầu ra của hệ thống tuỳ động không nhất thiết phải là vị
trí, mà có thể là các đại lượng khác, chẳng hạn như hệ thống điều tốc hai mạch vòng
kín tốc độ quay và dòng điện là một hệ thống tuỳ động; máy làm giấy, máy dệt
nhiều trục sử dụng nhiều động cơ có thể coi là hệ thống tuỳ động đồng tốc…Hệ
thống tuỳ động nói chung cũng còn gọi là hệ thống bám.
I.2. Cấu tạo nguyên lý làm việc của hệ thống tuỳ động vị trí
a. Cấu tạo:
7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Sau đây sẽ thông qua một ví dụ đơn giản để nói rõ về cấu tạo, nguyên lý làm
việc của hệ thống tuỳ động vị trí. Đây là một hệ thống vị trí kiểu chiết áp dùng để
bám đuổi anten rađa.
Hệ thống này gồm những bộ phận chính sau:
+ Bộ đo kiểm vị trí: Do chiết áp RP
1
và RP
2
tạo thành bộ đo kiểm vị trí
(góc), trong đó trục quay của RP
1

1
ct
+
OA2
Bộ

KĐCS
điều
U
d
MS
Khiển
được
n
Bộ giảm
Vô lăng Anten rada
Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động vị trí kiểu chiết áp
+ Bộ khuếch đại so sánh điện áp: Do bộ khuếch đại OA1, OA2 tạo thành,
trong đó bộ khuếch đại OA1 chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, còn bộ khuếch đại OA2 có
tác dụng so sánh và khuếch đại điện áp. Tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều khiển bộ
khuếch đại công suất kế tiếp, đồng thời có khả năng nhận biết cực tính điện áp.
+ Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: Để dẫn động động cơ chấp hành của
hệ

thống tuỳ động chỉ có khuếch đại điện áp là chưa đủ, còn phải khuếch đại công
suất,
-
U
công suất khuếch đại do Thyristor hoặc do bóng bán dẫn công suất lớn tạo thành
mạch điện chỉnh lưu, điện áp do nó đưa ra mới đủ khởi động động cơ SM.

trước tăng lên, ∆ϕ > 0, thì U
*
> U, U
ct
> 0, U
d
> 0, tốc độ quay của động cơ n
> 0,

qua bộ giảm tốc làm anten rađa quay, anten thông qua cơ cấu làm quay trục
chiết áp

RP
2
khiến cho ϕ cũng tăng lên. Chỉ cần ϕ < ϕ
đ
thì động cơ luôn luôn
quay theo

chiều để ra đa thu hẹp độ lệch, chỉ có lúc ϕ
đ
= ϕ, độ lệch ∆ϕ = 0, U
ct
=
0, U
d
= 0 hệ

thống mới ngừng quay rồi ở vào trạng thái ổn định mới ( trạng thái xác
lập).

yếu của hệ thống tuỳ động. Vì vậy hệ thống tuỳ động thường phức tạp hơn hệ thống
điều tốc.
I.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí
Theo đà phát triển của khoa học kỹ thuật đã xuất hiện rất nhiều loại hình hệ
thống tuỳ động. Bởi vì đặc trưng cơ bản của hệ thống tuỳ động vị trí thể hiện ở
mạch vòng vị trí, thể hiện ở tín hiệu cho trước của vị trí và tín hiệu phản hồi vị trí
cùng với các mặt so sánh tổng hợp của hai tín hiệu này. Vì vậy có thể căn cứ vào
đặc trưng đó để phân nó ra thành hai loại chính đó là hệ thống tuỳ động mô phỏng
và hệ thống tuỳ động kiểu số.
I.4.1. Hệ thống tuỳ động kiểu mô phỏng
Hình 1-1 là một ví dụ về hệ thống tuỳ động vị trí mô phỏng chuyển vị góc,
các loại tham số trong hệ thống này đều là đại lượng mô phỏng thay đổi liên tục, bộ
đo kiểm vị trí của nó có thể dùng bộ chiết áp, máy tự chỉnh góc, bộ biến áp quay, bộ
cảm ứng đồng bộ. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tuỳ động vị trí kiểu mô phỏng điển
hình còn được thể hiện trên hình 1-2, thông thường trên cơ sở của hệ thống điều tốc
còn bổ xung thêm một mạch vòng vị trí, nguyên lý làm việc của nó giống như hình
1-2.
Vị trí
ϕ
đ
cho
+
trước -
ϕ
Vị trí
bộ
điều
tiết
Bộ điều
khiển

góc pha biến đổi (D/A), nếu xuất hiện một lệnh phát xung thì nó sẽ đưa ra một
đương lượng xung vượt trước hoặc chậm sau góc pha cho trước ϕ
đ
của điện áp
sóng chữ nhật, đại lượng xung tương đương này có thể băm ra rất nhỏ để giữ cho
hệ thống có độ chính xác rất cao. Một loạt xung xuất hiện sẽ làm góc pha trước của
điện áp dịch chuyển theo một tốc độ nào đó trước hoặc chậm, tốc độ của nó phụ
thuộc vào tần số xung.
Số liệu

cho
trước
D
ϕ
đ
A
Bộ nhận
diện
pha
Bộ điều
khiển
tốc

độ
Động
cơ

chấp

hành

hơn 1000Hz, chu kỳ nhỏ hơn 1ms) tính nhanh nhậy của nó không thua kém hệ
thống mô phỏng nói chung.
I.4.2.2. Hệ thống tuỳ động điều khiển xung
số
*
Bàn máy
Số liệu
D
cho trước
Bộ
thuật
toán đảo
chiều
D
Bộ điều
khiển
tốc
A
độ
Động cơ
chấp
hành
D
Vị trí đo kiểm

(Cảm biến quang
trở)
Hình 1-4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển xung số
Trong hệ thống tuỳ động điều khiển tham số, tín hiệu cho trước là chỉ lệnh
xung D

Số liệu
D
*
cho trước
Bộ
thuật
toán đảo
chiều
D
Bộ điều
khiển
tốc
A
độ
Động
cơ

chấp

hành
Bàn máy
D
Vị trí đo kiểm

(Đĩa mã quang điện)
Hình 1-5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển mã số
Trong hệ thống này, lượng cho trước thường là tín hiệu mã số nhị phân. Linh
kiện đo kiểm là đĩa mã số quang điện hay bộ phát xung phản hồi kiểu số khác, dựa
vào mạch điện chuyển đổi nhận được tín hiệu mã số nhị phân, gắn kết lại tạo thành
bộ chuyển đổi “góc- số” hoặc bộ chuyển đổi “chuyển vị – số”. Tín hiệu đầu ra và tín

công suất lớn hơn thì máy tự chỉnh góc kiểu mômen không thể làm cho nó quay
được và phải dùng máy tự chỉnh góc kiểu điều khiển. Nối máy nhận tin tự chỉnh góc
thành trạng thái bộ biến áp, mà đầu ra của nó phải thông qua khâu khuếch đại trung
gian để dẫn động phụ tải, tạo thành hệ thống tuỳ động sensin.
+ Ta đi tìm hiểu và phân tích nguyên lý làm việc Sensin một pha (như hình
2-1).
Cuén
d©y
Stato
Cuén
d©y
Roto
~u
f
Hình 2-1 Nguyên lý cấu tạo Sensin
Sensin gồm một tổ cuộn dây kích từ một pha và một tổ cuộn dây chỉnh bước
ba pha. Tổ cuộn dây kích từ lắp đặt trên rôto, cực từ kích thích thường làm thành
dạng cực ẩn. Như vậy có thể làm cho trở kháng đầu vào không thay đổi theo vị trí
của rôto, tổ cuộn dây chỉnh bước là tổ cuộn dây ba pha, thường được quấn rải, lắp
trên stator lệch pha nhau 120
o
đấu theo hình sao.
Sensin kiểu điều khiển dùng để biến đổi điện áp góc quay. Lúc sử dụng lấy
ba dây dẫn đấu đầu ra cuộn dây stator của hai máy tự chỉnh góc với nhau, tổ cuộn
dây rôto của máy phát tin BST nối với nguồn điện kích từ xoay chiều một pha, còn
đầu ra tổ cuộn dây rôto máy nhận tin BSR là điện áp tín hiệu u
bs
của chuyển vị góc,
như trên hình 2-2.
ϕ

(
t
)
= U
m
Sin
ω
t
i
c
Dòng điện do nó gây nên sinh ra từ thông Φ
f
trong lõi sắt của máy phát tin,
kéo theo là sức điện động cảm ứng e
1a
, e
1b
, e
1c
trên ba cuộn dây OA
1
, OB
1
, OC
1
. Các
sức điện động này về mặt thời gian là đồng pha, độ lớn của chúng tỷ lệ với thành
phần từ thông Φ
f
tương ứng trên các cuộn dây, nghĩa là tỷ lệ thuận với cosin của

e
1a
= k
bs
U
fm
sin ωt cos
(
120
o
+ θ
)
Trong đó, k
bs
là hệ số tỷ lệ giữa sức điện động tổ cuộn dây stato và sức điện
động tổ cuộn dây rôto, liên quan tới tham số cuộn dây.
Ba sức điện động này sẽ sinh ra sức dòng điện trong các cuộn dây stato của
máy phát tin và máy nhận tin, bởi vì 3 cuộn dây như nhau, nên về mặt thời gian mà
nói 3 dòng điện này vẫn bằng nhau, chỉ có độ lớn biên độ là khác nhau, 3 dòng điện
trong hình 2-2 lần lượt là:
k
bs
U
ïm
i = sin ωt - α cos θ
a
Z
1
k
bs

( )
)
Nếu góc trở kháng là α thì
α = tg
-1
(
X
R
)
Khi số vòng của 3 tổ cuộn dây là như nhau, bố trí lệch nhau 120
o
thì điện
kháng X của 3 cuộn dây là bằng nhau.
Sau khi dòng điện xoay chiều chạy vào các cuộn dây Stator của máy nhận
tin, các cuộn dây đó sẽ trở thành cuộn kích từ, sức từ động trên phương của trục 3 tổ
cuộn dây lần lượt là:
F
2a
=Fsin
(
ωt - α
)
cos θ
1
F
2a
=Fsin
(
ωt - α
)

cos θ
2
2b
=F
2a
cos
(
120
o
- θ
)
2c
=F
2a
cos
(
120
o
+ θ
)
Sức từ động tổng hợp trên đường trục tổ cuộn dây trên rôto máy nhận tin là:
, , ,
F
2
= F
2a
+ F
2b
+ F
2c

lúc ϕ
1
=ϕ
2
, cos(ϕ
1
- ϕ
2
) =
1,
u
bs
là cực đại.
1
1
F
,
F
,
F
2
,
2
(2)u
bs
là điện áp xoay chiều một pha, về mặt thời gian nó vượt trước điện áp
kích từ U
f
trên rôto máy phát tin một góc là (90
o

2 = 0
~u
f
a1
90°
a2
u
bs
ϕ'
2 = 0
o o'
c1
b1
c2
bst
b2
bsr
Hình 2-3 Vị trí 0 của máy tự chỉnh góc
Trong hình ϕ
1
= 0 là vị trí 0 của máy phát tin,
ϕ
,
= 0 là vị trí 0 của máy nhận
tin, thì
ϕ
2
=
ϕ
,

)sin
(
ϕ
−
ϕ
,,
)
Cũng có thể viết thành:
u
bs
=
U
bsm
sin Δθ sin
(
ωt + 90
o
) (
2 - 2
)
Trong đó: ∆ϕ- góc mất điều
chỉnh,
∆
ϕ
=
ϕ
1
−
ϕ
,

r1
s2
u2
r2
s1
Hình 2-4 Bộ biến áp
u1
y dùng làm bộ
biến

qua
đổi góc quay- góc pha
có những công dụng khác nhau, riêng trong hệ thống tuỳ động nó được dùng làm

cảm biến chuyển vị góc.
Hình 2-4 là sơ đồ nguyên lý bộ biến áp quay, hai cuộn dây S
1
và S
2
lần lượt
được kích từ bởi hai điện áp xoay chiều hình sin u
1
, u
2
với biên độ hai góc pha bằng
nhau, lệch pha nhau 90
0
, nghĩa là:
u
t

(
t
)
cos θ +
u
z
(
t
)
sin
θ
]
= mU
cos
(
ω t + θ
)
(
2 - 3
)
stato.
Trong đó: m- tỷ số vòng quấn có ích của cuộn dây trên rôto và cuộn dây trên
Từ công thức (2-3) có thể thấy, biên độ điện áp đầu ra u
br
của bộ biến áp
r
m
o