Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 20 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
20
Dung lượng
3,71 MB
Nội dung
Phần một Nghiêncứu lý thuyếtđiềuKhiển vị trí Giáo viên hớng dẫn: Thầy Bùi Chính Minh §å ¸n tèt nghiÖp Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn vÞ trÝ Sinh viªn thiÕt kÕ: NguyÔn §øc Dòng §¹i Häc KTCN - Bé m«n: Tù ®éng ho¸ xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp 2 Đồ án tốt nghiệp Lýthuyếtđiềukhiểnvịtrí 1.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vịtrí Hệ thống truyền động điện điềukhiểnvịtrí thuộc loại hệ thống đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nh trong cơ cấu truyền động cho tay máy, ngời máy, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, quay ăngten, kính viễn vọng v.v Tuỳ thuộc vào các cơ cấu mà công suất truyền động nằm trong dải rộng từ vài chục W đến hàng trăm KW. Trong hệ điềukhiểnvịtrí đại lợng điềukhiển (lợng đặt w ) có ý nghĩa quan trọng quyết định cấu trúc điềukhiển hệ. Thông thờng lợng điềukhiển w là một hàm của thời gian, có thể là một hàm nhảy cấp, hàm tuyến tính hoặc tuyến tính theo thời gian, hàm parabol và hàm điều hoà (xem hình 1-1). Tuỳ thuộc vào lợng điềukhiển mà ta có hệ truyền động điềukhiểnvịtrí cho cơ cấu chuyển dịch và hệ truyền động điềukhiểnvịtrí theo chế độ bám (hệ tuỳ động). Trong hệ truyền động điềukhiểnvịtrí chuyển dịch trong các chỉ tiêu chất l- ợng chung ngời ta quan tâm nhiều đến độ tác động nhanh của hệ. Điều này có liên quan đến giản đồ tối u về tốc độ (t) , gia tốc (t) và vịtrí (t) . Để xây dựng hệ điềukhiển ngời ta dựa trên quy luật tối u tác động nhanh truyền động điện trên nghiêncứu quỹ đạo pha chuyển động. Hình 1-1. Lợng điềukhiển w (t): a) Hàm nhảy cấp; b) Hàm tuyến tính; c) Hàm parabol. Nếu lợng điềukhiển là hàm nhảy cấp ta có giản đồ (t) ,, (t) , (t) và quỹ đạo pha tối u trên hình 1-2 . Đối với giản đồ (t) , (t) , (t) ta có: 0< t <T/2 thì (t) = max t (t) =1/2 max t 2 (1-1) Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp 3 Đồ án tốt nghiệp Lýthuyếtđiềukhiểnvịtrí T/2< t < T thì (t) = max (T-t) (t) = max (T- 42 22 Tt ) (1-2) Từ (1-1) và (1-2) tính đợc: T=2 max k mk 2Tt 2 T == = max / max trong đó thời điểm hãm t=T/2 với = max k là độ dài dịch chuyển. Đối với quỹ đạo pha chuyển động: đờng nét đậm là quỹ đạo chuyển (đờng hãm ), đờng 1 và đờng 3 ứng với độ dài dịch chuyển nhỏ với sai lệch vịtrí 1 (0) và 3 (0), đờng 2 ứng với đội dài dịch chuyển lớn cần thời gian chạy ổn định với = max , các điểm k 1 , k 2 , k 3 là điểm truyền động bắt đầu hãm. Trên hình 1-3 và hình 1-4 ứng với lợng điềukhiển w (t) là hàm tuyến tính và hàm parabol. Trên hình 1-5 là cấu trúc điềukhiển biến trạng thái của hệ truyền động điềukhiểnvị trí, trong đó các toạ độ trạng thái X 1 = , X 2 = , X 3 = . Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp 4 Đồ án tốt nghiệp Lýthuyếtđiềukhiểnvịtrí Hình 1-2. a) Lợng điềukhiển w (t); b) (t), (t) và (t): Quỹ đạo pha chuyển động. Hình 1-3. Giản đồ w (t), M(t), (t), (t), (t) và Quỹ đạo pha chuyển động. Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp 5 Đồ án tốt nghiệp Lýthuyếtđiềukhiểnvịtrí Hình 1-4. Giản đồ w (t), w (t), w (t) và Quỹ đạo pha chuyển động. Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp 6 Đồ án tốt nghiệp Lýthuyếtđiềukhiểnvịtrí Hình 1.5. Cấu trúc điềukhiển biến trạng thái. 1.2 Hệ điều chỉnh vịtrí tuyến tính. Hệ điều chỉnh vịtrí tuyến tính mà ta nghiêncứu ở đây có bộ điều chỉnh vịtrí R là tuyến tính : giả sử các mạch vòng trong đã đợc tổng hợp theo phơng pháp môdul tối u dạng chuẩn, hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ là : 22 pK p2p21 K F ++ = )( (1-4) Hàm truyền của xenxơ vịtrí là khâu tích phân: = p 1 F pS )( (1-5) Hình 1-6 Cấu trúc điều chỉnh vịtrí tuyến tính. Ta có cấu trúc của hệ nh hình 1-6. Tiến trình tổng hợp tham số bộ điều chỉnh vịtrí R cũng tơng tự nh các mạch vòng khác. Tất nhiên ở đây với cấu trúc trên hình 1-6 thì hàm truyền bộ điều chỉnh vịtrí sẽ không có thành phần tích phân tức là chỉ có P và PD. Bộ điều chỉnh vịtrí ở đây đợc tính chọn theo điều kiện với gia tốc hãm cực đại h max đối với quãng đờng hãm cực đại h max sao cho thời gian hãm không vợt quá Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp 7 Đồ án tốt nghiệp Lýthuyếtđiềukhiểnvịtrí thời gian t max . Tại thời điểm hãm, tơng ứng với điều kiện là tín hiệu sai lệch tốc độ ở đầu vào bộ điều chỉnh tốc độ bằng không. Ta có biểu thức gần đúng là (1-7). h . F R = h (1-6) ở đây h , h là tín hiệu về quãng đờng và tốc độ tại điểm bắt đầu hãm. Vì vậy quãng đờng hãm cực đại sẽ đợc tính theo (1-2). Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp Hình 1-7. Diến biến thời gian của điều chỉnh vịtrí tuyến tính. Hình 1-8 8 Đồ án tốt nghiệp Lýthuyếtđiềukhiểnvịtrí max = maxh 2 max C . 2 1 (1-7) max gia tốc hàm cực đại C -hệ số đo lờng vịtrí = 1 C Giải kết hợp (1-7) và (1-6) ta có: R F = = R max 2 max K .C 2 (1-8) ở đây = maxh max (xem hình 1-7) Từ (1-8) ta thấy bộ điều chỉnh vịtrí đợc tính theo quan hệ phi tuyến giữa tốc độ và vịtrí (parabol). Nhng khi thực hiện nó lại là tuyến tính và không đổi. Do điều này dẫn đến kéo dài quá trình với quãng đờng khác nhau. Thí dụ khi cần dịch chuyển một lợng 2 < ta cần K R 2 > K K nhng vì K R là không đổi nên tốc độ hãm sẽ nhỏ hơn dẫn đến kéo dài thời gian hãm một lợng t = t 2 - t 1 . Điều này đợc minh hoạ trên hình (1-8). Điều chỉnh vịtrí tuyến tính thờng hay dùng trong truyền động máy nâng, thang máy, các máy khai thác mỏ. Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp 9 Đồ án tốt nghiệp Lýthuyếtđiềukhiểnvịtrí 1.3 Điều chỉnh vịtrí tối u theo thời gian Trong phần này chúng ta sẽ nghiêncứuđiềukhiểnvịtrí tối u theo thời gian với thiết bị tơng tự (analog). Nhiệm vụ chính của hệ là phải đảm bảo thời gian ngắn nhất khi chuyển trạng thái đầu sang trạng thái ổn định khác. Hệ thống điều chỉnh thực tế đợc mô tả bởi hệ phơng trình vi phân cấp cao. Nhng khi ta lập cấu trúc nhiều mạch vòng và tổng hợp theo phơng pháp môđul tối u hoặc môđul đối xứng sao cho hàm truyền của đối tợng điều chỉnh là hai khâu tích phân. Nh vậy quỹ đạo pha của nó là parabol và cấu trúc của hệ đợc trình bày trên hình (1-9). Hình 1-9. Sơ đồ điều chỉnh vịtrí tối u theo thời gian. Phơng trình đối với tốc độ và vịtrí là : = C max t = 2 1 C max t 2 + 0 (1-9) 0 -là vịtrí ban đầu. Phơng trình đối với đại lợng đặt tốc độ đợc giải từ (1-9): )(Sign. J M 2 d w = (1-10) ở đây : M d = CM điện từ là mômen hãm. Hàm truyền của bộ điều chỉnh vịtrí ở đây là phi tuyến, thực hiện bằng phần tử căn bậc hai của sai lệch với hạn chế lợng đặt tốc độ và hàm dấu của sai lệch. Tuỳ theo sai lệch vịtrí mà bộ điều chỉnh sẽ đa lệnh hãm. Mômen điện từ của động cơ đợc tính bằng : M đt = M max Sign ( w - ) (1-11) Nh vậy bộ điều chỉnh tốc độ là bộ điều chỉnh hai vị trí. Nếu nh không có tác động nhiễu loạn và C=1 thì : Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp 10 [...]... nghiệp công nghiệp Hình 1-14 Cấu trúc hệ điềukhiển bù theo lợng điều khiển Đồ án tốt nghiệp 17 Lý thuyếtđiềukhiểnvịtrí Ngời ta gọi (1-23) là điều kiện bất biến của hệ đối với lợng điều khiển. Thí dụ trong hệ truyền động điều khiểnvịtrí tiristo động cơ một chiều, hàm truyền W '(p) tơng ứng với bộ điều chỉnh vịtrí R, hàm truyền W"(p) tơng ứng với mạch vòng kín điều chỉnh tốc độ nối tiếp với khâu... giữa đại lợng điềukhiển w và cấu trúc của hệ -ảnh hởng nhiễu loạn lên đại lợng 1.6.1 Xét độ chính xác của hệ theo đại lợng điềukhiển Lợng điềukhiển w thờng là hàm biến đổi theo thời gian có tốc độ không đổi hay gia tốc không đổi hoặc là một hàm điều hoà Đại Học KTCN - Bộ môn: Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp Đồ án tốt nghiệp 15 Lý thuyếtđiềukhiểnvịtrí -Nếu bộ điều chỉnh vịtrí tổng hợp... đại của hệ điều chỉnh tốc độ và dòng điện Hình 1-12a: ảnh hởng Md . thuyết điều khiển vị trí Hình 1.5. Cấu trúc điều khiển biến trạng thái. 1.2 Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính. Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính mà ta nghiên cứu ở đây có bộ điều chỉnh vị trí R là tuyến. nghiệp công nghiệp 9 Đồ án tốt nghiệp Lý thuyết điều khiển vị trí 1.3 Điều chỉnh vị trí tối u theo thời gian Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu điều khiển vị trí tối u theo thời gian với thiết. hệ điều khiển bù theo lợng điều khiển. 16 Đồ án tốt nghiệp Lý thuyết điều khiển vị trí Ngời ta gọi (1-23) là điều kiện bất biến của hệ đối với lợng điều khiển. Thí dụ trong hệ truyền động điều