Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá có liên
quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hóa.Việc tăng năng suất lao động và giảm giá
thành thiết bị điện là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện. Một bên
đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị
chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện
và tự động hoá thích hợp cho máy sản xuất là một bài toán khó.
Sau thời gian học tập tại trường ĐHSPKT Vinh, em đã nhận đồ án tốt nghiệp Trang
bị điện với đề tài:
Đánh giá chất lượng và hiệu chỉnh hệ thống hệ truyền động hệ T-Đ
Sau 2 tháng làm đồ án với sự nổ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của Thầy
giáo Nguyễn Anh Tuấn và các thầy cô trong khoa, nay đồ án tốt nghiệp của em đã được
hoàn thành.
Đồ án của em bao gồm năm chương chính sau:
Chương I: Tổng quan về hệ truyền động T-Đ.
Chương II: Mô hình hoá hệ truyền động T-Đ.
Chương III: Ứng dụng Matlap và Simulink để đánh giá chất lượng hệ truyền
động T-Đ.
Chương IV: Các phương pháp hiệu chỉnh hệ truyền động T-Đ.
Chương V: Hiệu chỉnh hệ thống hệ truyền động T-Đ.
Đồ án của em đã hoàn thành, song do kiến thức cũng như tài liệu còn nhiều hạn chế
nên không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em kính mong sự đóng góp ý kiến của các
thầy cô để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn và bản thân em có kinh nghiệm
bổ sung kiến thức được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Lê Duy Hoàng
-6-
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I

máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van chúng được điều khiển theo những nguyên tắc
khác nhau với những ưu, nhược điểm khác nhau.
Khi có một yêu cầu kỹ thuật sẽ có nhiều phương án lựa chọn, giải quyết song mỗi
phương án lại có một số ưu, nhược điểm khác nhau về ứng dụng của chúng trong từng
hoàn cảnh cụ thể cho phù hợp yêu cầu. Để đáp ứng các yếu tố có sử dụng hài hoà giữa
các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật.
Với những hệ thống truyền động đơn giản, không có yêu cầu cao về chất lượng và
truyền động thì ta nên dùng động cơ xoay chiều đơn giản song với những hệ thống có
yêu cầu cao về chất lượng và truyền động, về thay đổi tốc độ, độ chính xác thì người ta
thường chọn động cơ một chiều có dải điều chỉnh phù hợp.
Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quan trọng. Nó
quyết định đến chất lượng của hệ thống do vậy việc lựa chọn phương án và lựa chọn bộ
biến đổi thông qua việc xét các hệ thống.
Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính:
- Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy
điện khuếch đại (KĐM).
- Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT).
- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: chỉnh lưu tiristo.
- Bộ biến đổi xung điện áp một chiều: tiristo hoặc tranzito.
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như sau:
- Hệ truyền động máy phát-động cơ (F-Đ)
- Hệ truyền động máy điện khuếch đại-động cơ (MĐKĐ-Đ).
- Hệ truyền động khuếch đại từ-động cơ (KĐT-Đ).
- Hệ truyền động chỉnh lưu tiristo-động cơ (T-Đ).
- Hệ truyền động xung áp-động cơ (XA-Đ).
-8-
Đồ án tốt nghiệp
II. HỆ TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT-ĐỘNG CƠ
2.1. Hệ thống máy phát – động cơ đơn giản
Là bộ dùng một máy phát điện để cấp cho động cơ có thể là máy phát xoay chiều,

)rI(r.φ.nC
+−
(1.1)
 Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản:
- Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên
- Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn định tốc
độ. Đưa các khâu phản hồi để ổn định tốc độ động cơ.
2.2. Hệ thống máy phát động cơ với các phản hồi
2.2.1. Hệ thông F-Đ với phản hồi dương dòng điện phần ứng
Trong quá trình làm việc khi có sự biến động của phụ tải làm tốc độ của động cơ
cũng thay đổi theo. Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ. Đưa
phản hồi dương dòng điện vào, tốc độ của hệ thống được duy trì không đổi. Sơ đồ
nguyên lý của hệ thống F - Đ với phản hồi dương dòng điện phần ứng như hình 1.2.
Thay vì sử dụng máy phát kích thích K, người ta đưa vào hệ thống máy điện
khuyếch đại từ trường ngang. Đó là máy điện một chiều đặc biệt có 2 cặp chổi than,
trong đó có một cặp ngang trục được nối ngắn mạch. Nhờ vậy dòng điện chạy trong dây
quấn ngang trục khá lớn tạo ra từ trường của máy lớn nên hệ số khuyếch đại của máy
rất lớn. Trên máy có nhiều cuộn kích thích, trong đó có một cuộn chủ đạo được cung
cấp từ nguồn một chiều độc lập có thể thay đổi được trị số. Các cuộn còn lại được nối
với các khâu phản hồi. Từ trường do các cuộn phản hồi cùng chiều hoặc ngược chiều
với từ trường chính là do tính chất của phản hồi.

- Phản hồi dòng điện lấy trên điện trở R
s
, tạo ra s.t.đ F
2
cùng chiều F
1
s.t.đ kích thích của
máy khuyếch đại:

1
+ F
2
- F
3
(1.3)
Khi đưa khâu phản hồi áp kết hợp, quá trình ổn định tốc độ diễn ra nhanh hơn, đồng
thời khắc phục được hiện tượng cưỡng bức khởi động. Có thể điều chỉnh được gia tốc
khởi động thông qua kết hợp điều chỉnh các hệ số phản hồi.
 Ưu điểm:
- Sử dụng thiết bị tĩnh, đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt và hiệu chỉnh.
 Nhược điểm:
- Gây tổn thất trong mạch. Đặc tính cơ mềm.
-11-
Hình 1.3. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm áp - dương dòng kết hợp.
Đồ án tốt nghiệp
- Vùng tốc độ thấp bị hạn chế nên phạm vi điều chỉnh tốc độ nhỏ.
2.2.3. Hệ thống F-Đ với phản hồi âm tốc độ

Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc. Rotor của FT được nối đồng trục với
rotor động cơ. Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của ĐC.
Phương trình cân bằng sức từ động:
41
FFF
−=
. (1.4)
Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điều
chỉnh gia tốc của hệ khi khởi động.
Có thể tiến hành điều chỉnh ở vùng tốc độ rất thấp do đó mở rộng được phạm vi
điều chỉnh. Chất lượng điều chỉnh cũng như ổn định tốc độ rất tốt. Phản hồi này được

có dòng
điện tạo ra s.t.đ F
5
ngược chiều F
1
để ổn định tốc độ động cơ.
• Sơ đồ:
-13-

Hình 1.5. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm dòng có ngắt

Hình 1.6. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm áp có ngắt
Đồ án tốt nghiệp
III. HỆ TRUYỀN ĐỘNG TIRISTOR -ĐỘNG CƠ (T-Đ)
Hệ truyền động T - Đ có nhiệm vụ trực tiếp biến đổi dòng xoay chiều thành một
chiều cấp cho động cơ mà không qua một khâu trung gian nào. Bên cạnh đó việc biến
đổi năng lượng nó còn có khả năng điều chỉnh suất từ động đầu ra của bộ biến đổi.
•Sơ đồ nguyên lý:
Trong đó :
Đ: là động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
U
ph
: Điện áp phản hồi.
U
cđ
: Điện áp chủ đạo.
U
d
: Điện áp 1 chiều sau chỉnh lưu đặt vào phần ứng động cơ.
Bộ chỉnh lưu : Biến điện áp xoay chiều thành một chiều.

.φC
.IXR
φC
cosαU
n
e
K
e.
d0
+
−=

.M
.φ.CC
XR
φC
cosαU
n
2
Me
K
e.
d0
+
−=
Với :
cosαUU
d0dα
=
X

=
Phương trình đặc tính tốc độ:
.I
.θC
XR
.θC
a)cos(πU
n
e
K
e
do
+
−
−
=

-15-
Đồ án tốt nghiệp
+ Chế độ dòng điện gián đoạn:
Trong tính toán người ta quan tâm đến biên giới của chế độ dòng liên tục và dòng
gián đoạn. Đường biên liên tục là một đường elíp. Để giảm độ lớn của trục nhỏ elíp,
tăng số pha của chỉnh lưu.Tuy nhiên khi tăng số pha chỉnh lưu, sơ đồ điều khiển sẽ
phức tạp.
3.1. Sơ đồ nối dây hình tia

•Đặc điểm của sơ đồ nối dây hình tia:
- Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn cung cấp.
- Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay
chiều. Nếu điện cực nối chung là katôt, ta có sơ đồ katôt chung, nếu điện cực nối

động có tải nhỏ.
-17-
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL – Đ
hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II
MÔ HÌNH HOÁ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ
I. MÔ TẢ TOÁN HỌC TRẠNG THÁI CỦA HỆ ĐIỀU TỐC
 Xét cho hệ điều tốc với mạch vòng phản hồi âm tốc độ.
Các bước để mô tả:
Bước 1: Dựa vào quy luật vật lý của các phần tử để viết ra phương trình vi phân mô tả
trạng thái động.
Bước 2: Xây dựng cấu trúc, trạng thái động của từng phần tử và cùa hệ điều tốc.
Bước 3: Tìm hàm truyền của hệ
→
xét đến điều kiện ổn định.
1.1. Động cơ một chiều kích từ độc lập
U
d
= I
d
.R
d
+ L
d
.
dt
dI
d
+ E

m
.I
c
C
m
=
π
30
.C
e
Trong đó: T
e
=
d
d
R
L
: Hằng số quán tính điện từ.
T
m
=
375
GD
2
.
em
d
.CC
R
: Hằng số quán tính cơ học.

(p) - E
Đ
(p) = R
d
(T
e
.P +1)I
d
(p)

⇒
1pT
R
1
(p)E(p)U
(p)I
e
d
Đd
d
+
=
−
(1
'
)
-18-
Đồ án tốt nghiệp
Từ (2):
⇔

Đ
d
dE →
L
I
d
(p) – I
c
(p) =
d
m
R
PT
.E
Đ
(p)

⇔
(p)I(p)I
(p)E
cd
Đ
−
=
pT
R
m

e
d
+
(-)
E
Đ
(p)
I
d
(p)
dT
R
m
d
(-)
I
c
(p)
e
C
1
E
Đ
(p)
n(p)
n(p)
U
d
(p)
I

+
(-)
E
Đ
(p)
dT
R
m
d
I
c
(p)
e
C
1
(-)
R
d
(T
e.
p+1)
Đồ án tốt nghiệp
⇔

1.2. Bộ chỉnh lưu xoay chiều một chiều

τ
: thời gian trễ.
- Tia 1 pha:
τ

+
−

 →
L
U
d
(p)= U
đk
(p).k
b
.e
τp
−
( Coi T
BĐ
≈
0)
⇒
n!
pτ
.......
2!
pτ
1!
τp
1
k
e
k

đk
d
+
=
Sơ đồ cấu trúc:
1.3. Bộ khuyếch đại tỷ lệ và máy phát tốc
•Bộ khuyếch đại tỷ lệ.
Wp(p)=
p
k
ΔUv(p)
Udk(p)
=
•Máy phát tốc.
W
FT
(p)=
γ
n(p)
(p)U
FT
=
-20-
Rd(T
e
p+1)
1pTpTT
1/C
m
2

T
m
1)(T.p(
Đ
k
b
k
p
γk
1
1)p
m
T
2
p
e
T
m
(T
Đ
k
.
1τp
b
k
.
p
k
cdmax
U

k
p
k
F(p)
++++++
=⇒
Trong đó: 1+
Đbp
kkγk
= k
ht
=k

M(p)
N(p)
1.p
1k
m
Tτ
2
.p
1k
τ)
e
(T
m
T
3
.p
1k

.p
1k
τ)
e
(T
m
T
3
.p
1k
τ
e
T
m
T
=+
+
+
+
+
+
+
+
⇔
Điều kiện ổn định: Theo tiêu chuẩn Hunrwitz
0
1k
.Te.τ
m
T

τ
++
.
II. THÍ DỤ MINH HỌA
Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có các thông số như sau:
-21-
Ic(P)
Ucđ(p)
(-)
1τP
Kp
+
Ud(p)
Kp
1pTpTT
1/C
m
2
em
e
++
R
d
(T
e
p+1)
Uđk(p)
γ
n(p)
Đồ án tốt nghiệp

Ω
); L
d
= 0,12 (H).
1) Đánh giá chất lượng hệ thống hở:
đm
I
đm
kφ
u
R
đm
kφ
dm
U
đm
ω
−=
⇒
k
đm
φ
=
0,777.9,55
đm
n
đm
I
u
R

n
Δn
t
S
=
+
=
+
=
Hệ số khuếch đại của động cơ:
12,285
0,0814
1
Ce
1
K
Đ
===

Hằng số quán tính điện từ của động cơ:
( )
s0,03
4,11
0,12
R
L
T
d
d
e

0,1918
4,01.1,3
1
I
U
β
ng
ng
===
(
)1,3II
đmng
=
 Sơ đồ cấu trúc hệ thống hở và bộ chỉnh lưu của động cơ như sau:(giả thiết I
c
(p) =0)
a. Sơ đồ cấu trúc hệ thống hở: b. Sơ đồ cấu trúc bộ chỉnh lưu:

CHƯƠNG III
ỨNG DỤNG MATLAB VÀ SIMULINK ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT
LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ
-22-
11,74p0,052p
12.285
2
++
U
d
(p)
n(p)

cho các lĩnh vực ứng dụng rất đa dạng như xử lý tín hiệu, nhận dạng hệ thống, xử lý
ảnh, mạng nơ ron, logic mờ, tối ưu hóa, phương trình đạo hàm riêng, sinh tin học,... Đây
là các tập hợp mã nguồn viết bằng chính MATLAB dựa theo các thuật toán mới, hữu
hiệu mà người dùng có thể chỉnh sửa hoặc bổ sung thêm các hàm mới.
Simulink là phần mềm mô phỏng các hệ thống động học trong môi trường Matlab.
Đặc điểm của Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc của hệ thống. Nghĩa là, để mô
phỏng một hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phương trình trạng
thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc thì chúng ta cần chuyển sang chương trình
Simulink dưới dạng các khối cơ bản khác nhau theo cấu trúc cần khảo sát. Với cách lập
trình như vậy người nghiên cứu hệ thống sẽ thấy trực quan và dễ hiểu.
-23-
Đồ án tốt nghiệp
Trong môi trường Simulink có thể tận dụng được các khả năng tính toán, phân tích
dữ liệu, đồ hoạ của Matlab và sử dụng các khả năng của toolbox khác như toolbox xử lý
tín hiệu số, logic mờ và điều khiển mờ, nhận dạng, điều khiển thích nghi, điều khiển tối
ưu …v v. Việc Simulink kết hợp được với các toolbox đã tạo ra công cụ rất mạnh để
khảo sát động học các hệ tuyến tính và phi tuyến trong một môi trường thống nhất.
II. THƯ VIỆN KHỐI CHUẨN CỦA SIMULINK
Môi trường lập trình Simulink được tạo nên từ các khối chuẩn trong các thư viên của
Simulink. Các thư viện Simulink bao gồm các khối sau:

Hình 3.1.Thư viện khối chuẩn của Simulink.
Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiệu cụ thể tác dụng và cách làm việc của các khối hay
dùng trong các thư viện .
2.1. Thư viện các khối Sources (Khối phát tín hiệu)
Thư viện này gồm các khối tạo nguồn tín hiệu khác nhau. Trong thư viện Sources
có các khối như trong bảng dưới đây:
Tên khối Chức năng
Band-LimitedWhite Noise Đưa nhiễu trắng vào hệ
Chirp- Signal Tạo sóng sin tần số bất kỳ

Signal Generator tạo các tín hiệu kích thích khác nhau ví dụ như sin, răng cưa còn
Pulse Generator tạo xung chữ nhật với biên độ và tần số độ rộng xung có thể thay đổi.
• SINE WAVE:
Tạo tín hiệu hình sin cho cả hai loại liên tục( sample time = 0) và cho gián đoạn với
( sample time = 1). cơ sở quan hệ y=Amplitude.sin(Fequency.time+phase).
• Repeating Sequency: tạo tín hiệu tuần hoàn tuỳ ý.
-25-
Đồ án tốt nghiệp
2.2. Thư viện các khối Sinks
Ở đây gồm các khối dùng để hiển thị hoặc ghi lại kết quả mô phỏng ở đầu ra một
khối trong hệ thống được khảo sát. Trong thư viện Sinks có các khối sau:
Tên khối Chức năng
Display Hiển thị tín hiệu dưới dạng chữ số
Scope Khối quan sát
Stop simulation Ngừng quá trình mô phỏng khi lượng vào khác không
To File Ghi dữ liệu vào File
To Workspace Ghi dữ liệu vào vùng làm việc
XY graph Hiển thị đồ thị XY của tín hiệu trên cử sổ đồ thị MATLAB
• Scope:
Nhờ scope ta có thể hiển thị các tín hiệu của quá trình mô phỏng.
Khi có đồ thị hiện ra chúng ta có thể zoom để xem tín hiệu theo ý muốn, ngoài ra
khi vào hộp thoại scope chúng ta thấy
Number of axes: tại đây ta nhập số trục toạ độ tương ứng với sô tín hiệu đầu vào.
Tick lables: nhãn cho trục sẽ hiện các giá trị tại các trục hay không
Time range: nếu điền một thời gian cụ thể đồ thị sẽ biểu diễn cho tới thời điểm giá
trị của số xác định, nếu không đặt là auto.
XYGaph: biểu diễn hai tín hiệu vào scalar trên toạ độ XY dưới dạng đồ thị của
matlab ta có thể đặt giới hạn cho trục. Đầu vào thứ nhất tương ứng với trục x đầu vào
thứ hai tương ứng với trục y.
.

Là mô hình hoá hàm truyền đại tương đương với lệnh tf(num,den) của control
systerm toolbox.
2.4. Thư viện các khối Dicrete (tín hiệu rời rạc hay tín hiệu số Z)
Thư viện này có các khối cơ bản của hệ thống rời rạc, các khối tính toán trong miền
thời gian rời rạc. Cụ thể bao gồm các khối như trong bảng sau:
Tên khối Chức năng
DiscreteTransferEcn Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc
Discrete Zero- pole
Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc thông qua Pole- Zero
Discrete –Filter Biểu diễn các bộ lọc HR và FIR
DiscreteState- Space Biểu diễn hệ thống trong không gian trạng thái rời rạc
Discrete-Time Integrator Biểu diễn tích phân tín hiệu rời rạc theo thời gian
Fist Order Hold Khâu tạo dạng bậc nhất
Unit Display Hiển thị tín hiệu trong một chu kỳ rời rạc
Zero order Hold Khâu tạo dạng bậc thang không
2.5. Thư viện các khối Nonlinear (các khâu phi tuyến)
Thư viện Nonlinear có các khối biểu diễn các hàm phi tuyến điển hình các khối
trong hệ thống phi tuyến. Cụ thể bao gồm các khối sau:
Dead Zone Mô tả vùng không nhạy (vùng chết).
Quantizer Lượng tử hoá tìn hiệu vào trong các khoảng xác định.
Rate Limiter Hạn chế phạm vi thay đổi của tín hiệu
Relay Khâu rơle.
Saturation Khâu bão hoà tín hiệu (khâu hạn chế).
Switch Chuyển mạch giữa hai lượng vào.
2.6. Thư viên khối Signal & System
-28-
Đồ án tốt nghiệp
Thư viện Signal & System có các khối biểu diễn tín hiệu và hệ thống. Cụ thể bao
gồm các khối chính như sau:
Tên khối Chức năng

Number of inputs: ta nhập số đầu vào. Tại Multiplication: Chọn element-wise khi cần
nhân hoặc chia của từng phần tử hoặc tín hiệu, chọn Matrix nếu muốn nhân hoặc chia
tín hiệu dạng matrận.
• Khối Gain, Matrix Gain, Slider Gain:
Khối gain có tác dụng khuyếch đại tín hiệu đầu vào Bằng biểu thức khai báo ở ô
Gain khi ta nháy đúp vào khối này. Khối Slider Gain Cho phép người sử dụng thay đổi
giá trị khuyếch đại trong quá trình mô phỏng. Khi nhấy kép chuột trái vào khối, cửa sổ
khối ta nhập vào giá trị bế nhất, và lớn nhất, ta có thể thay đổi giá trị khuyếch đại trong
khoảng này bằng thanh trượt. Matrix Gian cũng giống như gian nhưng khác ở chỗ
chúng ta phẩi khai báo tham số thích hợp để thực hiện phép nhân giữa ma trận Gain với
đầu vào.
2.8. Thư viện chứa các khối Function & Tables
Tên khối Chức năng
Fcn Ứng dụng biểu thức toán nhất định cho lượng vào.
Matlab Fcn Ứng dụng hàm Matlab cho lượng vào.
look- Up Table 2-D Biểu diễn tuyến tính từng đoạn của hai lượng vào.
S -Function Đưa một S-Function vào trong một khối.
2.9. Thư viện các khối mở rộng của Simulink
Additional Discrete: Khối mở rộng khối tín hiệu rời rạc.
Additional linear: Khối mở rộng khối tín hiệu tuyến tính
Additional Sinks: Khối mở rộng khối quan sát.
Filp Flops: Khối mở rộng chứa khối Trigơ.
Linearization: Khối mở rộng tuyến tính hoá.
Transformations: Khối mở rộng các khối biến đổi toán học.
-30-