Lập trình điều khiển x stage 1 cihều bằng động cơ bước

Trang 1

LUẬN ÂN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYỂN NGĂNH CƠ KHI TỰ ĐỘNG - ROBOT

0oOoo

Đề tăi:

NGHIÍN CỨU HỆ THÔNG DIEU KHIEN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ

DIESEL LAI MÂY PHÂT ĐIỆN

QUA MO PHONG TREN

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÊ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM Độc lập — Tự do — Hạnh Phúc

KHOA CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG-ROBOT

TP Hơ Chí Minh, ngăy 29 thâng 09 năm 2007 NHIỆM VỤ ĐÒ ÂN TÓT NGHIỆP

(Chú ý: Sinh viín phải dân tờ năy văo trang nhất của bản thuyết minh)

HỌ VĂ TÍN: VÕ HỎNG SƠN MSSV : 103106032

KHA VINH TRI 103106040

NGANH : CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG LỚP : 03DHCT0I

1- Dau dĩ Dĩ an:

Nghiín cứu hệ thống điều khiển tự động động cơ Diesel lai mây phât điện qua mô phỏng trín Simulink của MatLab

2- Nhiệm vụ (yíu cầu về nội dung va số liệu ban đầu):

I Tìm hiểu hệ thống 1 tự động điều chỉnh vòng quay của Diesel lai mây phât điện 1 Yíu cầu của điều chỉnh vòng quay đối với Diesel lai mây phât điện

2 Tìm hiểu bộ điều tốc UG — của hêng Woodward

3 Tìm hiểu về động cơ diesel có tăng âp bằng Turbin khí xả -

II Mô phỏng hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay của Diesel lai mây phât điện trín mây vi tinh

1 Lợi ích của việc nghiín cứu hệ thống bằng mô phỏng trín mây vi tính 2 Phần mềm MatLab với việc mô "phỏng hệ thống điều khiển tự động

3 Mô phỏng hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay của Diesel tăng âp bằng Turbin khí xả lắp bộ điều tốc UG

III Khai thâc mô phỏng hệ thống trín mây vi tính để tìm hiểu hoạt động của hệ thống 3- Ngăy giao nhiệm vụ Đồ ân: Ngăy 29 /09 /2007 4- Ngăy hoăn thănh nhiệm vụ: Ngăy 07/01/2008

5- Họ tín người hướng dẫn: Phần hướng dẫn 1 TS TRAN LE BINH Hướng dẫn chính (100%)

Ngăy }Z thang 07 nam 2008

CHỦ NHIỆM KHOA NGƯỜI HƯỚNG DAN CHINH

(Kỹ vă ghi rõ họ tín) (Ký vă ghi rõ họ tín)

ZL a

4

Trang 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÊ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM Độc lập — Tu do — Hạnh Phúc KHOA CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG-ROBOT

ne TP Hĩ Chi Minh, ngay@7 thang 0{ nam 200%

PHIEU NHAN XET DO AN TOT NGHIEP (Dănh cho cân bộ hướng dẫn) I- HỌVĂTÍNSV : VÕ HỎNG SƠN MSSV : 103106032 KHA VĨNH TRÍ 103106040 NGĂNH : CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG LỚP : 03DHCT0I 2- Dĩ tai:

Nghiín cứu hệ thống điều khiến tự động động cơ Diesel lai mây phât điện qua mô phỏng trín Simulink của MatLab

3- Tổng quât về bản thuyết minh :

Số trang De " Số chương _ fẸ

Số bảng số liệu _ Sốhìnhvẽ _ :©

Số tăi liệu tham khảo h A fit Kay Phan mềm tính toân _

Hiện vật (sản phẩm) Web Thuyĩt Minh bang may tinh E b% 4- Tổng quât về câc bản vẽ : Tống số bản vẽ: ‹

Bản A0: + BảnAl Bản A2:

Bản A3: Bản A4: Khô khâc:

Số bản vẽ bằng tay: Số bản vẽ trín mây tỉnh:

5- Nôi dun: vă aN ưu điểm chính:

ie cay HT Raa, eben, Bp P54 A Moco đến 4

ad nh ae eg fet ee Ee that ip

6- Nhữn thiếu sót chính: the Mey hf be” AS ~ s ~

Được bảo về

1 Bồ sung thím để được bảo vệ

¡1 Không được bảo vệ

Giâo Viín Hướng Dẫn

(Kỹ vă ghi rõ họ tín)

= w&

Trang 4

LỜI CÂM ƠN

20+ aR

Chúng em xin chđn thănh cảm on TS TRAN LÍ BÌNH đê giúp chúng em thực hiện luận văn tốt nghiệp trong thời gian qua Xin câm ơn thấy đê cung câp tăi liệu vă hướng dan chung em tan tình thực hiện công việc Câm ơn thđy đê giúp ching em giải quyết những khó khăn vă sửa chữa những sai sót trong quâ trình nghiín cứu để chúng em có thể thực hiện

luận văn tốt nhât

Chung em xin gửi đến thđy những lời chúc tốt đẹp nhất, cũng như sự kinh trọng cao nhất của chúng em đối với một người thầy - một thể hệ di trước đê hết lòng chuyển đạt những vốn kiến thức, kinh nghiệm cho thể hệ sau nhu ching em

Ching em chan thanh cam on thay |

Trang 5

1 Đề TÓM TẮT NỘI DUNG ĩ tai: Nghiín cứu (tìm hiểu) hệ thống điều khiến tự động cho động cơ Diezel 2 Nộ

lai mây phât điện qua mô hình mô phỏng trín mây vi tính với ứng dụng Simulink của MatLab oi dung: Toản bộ đí tăi được chia lăm bôn phđn vă được viết thănh 4 chương như sau: >, s* “ + *, +o

Chương 1: Tìm hiểu hệ thống tự động điễu chỉnh vòng quay của Diezel lai mây phâi điện

Nội dung chính của chương năy, tập trung văo vấn để tìm hiểu câc yíu cầu của điều chỉnh vòng quay đối với động cơ diesel lai mây phât điện, câc bộ điều chỉnh tốc độ đối với vòng quay về cấu tạo vă nguyín lý hoạt động, tìm hiểu nguyín lý hoạt động của động cơ diesel có tăng âp bằng tuabin khí xê Từ tìm hiểu để đưa ra câc phương trình vi phđn mô tả động học hệ thống điều khiển tự động cho động cơ diesel có tăng âp bằng tuabin khí xê vă câc hăm truyín đạt cho hệ thống mô phỏng

Chương 2: Mô phỏng hệ thống tự động điểu chỉnh vòng quay của Diezel lai mây phâi điện trín mây vì tỉnh

Níu ra vai trò, lợi ích của việc mô phỏng trín mây tính Giới thiệu về phần mềm MATLAB vă ứng dụng mô phỏng Simulink: lịch sử phât triển MATLAB, câc hướng dẫn cơ bản, câc hướng dẫn về Simulink vă câc hướng dẫn về thiết kế giao diện (Giude Layout) Lap ham truyền đạt vă sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tự động, từng bước thực hiện việc mô phỏng hệ thống trín ứng dụng Simulink của MATLAB Chương 3: Khai thâc mô phỏng hệ thông trín mây vì tính để tìm hiểu

hoạt động của hệ thông

Khai thâc mô phỏng trín mây tính Khảo sât sự thay đổi của vòng quay diesel khi thay đổi câc biến số của hệ thống Khảo sât sự thay đổi

của vòng quay diesel, của lượng nhiín liệu cấp văo (qua bơm cao ap)

vă của âp suất không khí nạp khi tăng tải hoặc giảm tải trín hệ thống Trín cơ sở khai thâc mô phỏng hệ thống, kỹ sư điều khiển có định hướng tốt trong việc chọn câc thong sô điều chỉnh bộ điều tốc cho phù hợp với điều kiện lăm việc của hệ thống

Chương 4: Tạo giao điện mô phỏng bằng Guide Layout

Trang 6

MỤC LỤC

Lời nói đẦu -.-cc-eesseeteHHH.1112110011001111111111 cccrrrrrrrrrrrrrrrrrkrrkik 1 Chương 1: Tìm hiểu hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay của Diezel lai mây Phat GEM 221 .14 2

1.1 Yíu cầu của điều chỉnh vòng quay đôi với diesel lai mây phât điện 2 1.2Tìm hiểu về bộ điều chỉnh chế độ vạn năng hoạt động giản tiếp — bộ

điều tốc UG-40 của hêng WoodWard - - 5: se cv Sn nh n2 3 1.2.1 Cau tao va nguyín lý của bộ điều tốc UG-40 3 1.2.2 Phương trình động học của bộ điều tốc UG-40 se 6 1.3Tìm hiểu về động cơ diesel có tăng âp bằng tuabin khí xả 18 1.3.1 Câc đặc tính tĩnh học của động cơ diesel, sec co 18 13.2 Câc đặc tính động học của động cơ diesel có tăng âp bằng

tuabin khi xả - thiết lập phương trình động học của động cơ 24

Chương 2: Mô phỏng hệ thống tự động điểu chỉnh vòng quay của

Diezel lai mây phât điện trín mây vi tính: . -5- 5-5-5 << vs seseses 31 2.1Lợi ích của việc nghiín cứu hệ thống bằng mô phỏng trín mây vi 00a 31 2.2Phan mềm MATLAB với việc mô phỏng hệ thống điều khiển tự "005 1 32 2.2.1 Giới thiệu chung về MATLAB ă can 32 2.2.2 Co bản về MatLab, 255 5222222221112 33 2.2.3 MATLAB với ứng dụng SimuliHE nen 44 2.2.4 Thiết kể giao diện MATLAB với GUI LAYOUT 57 2.3Mô phỏng hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay của Diezel tăng

âp băng Turbin khí xả lắp bộ điều tốc UG - tt 1Essce 61 2.3.1 Xđy dựng hăm truyền đạt vă sơ đí khối của hệ thỐngg 61 2.3.2 Tiến hănh mô 2 phỏng hệ thống trín Simulink của MATLAB 63

Chương 3: Khai thâc mô phỏng hệ thông trín mây vi tính để tìm hiểu hoạt động của hệ thống — 79

3.1 Khảo sât độ ôn định của vòng quay diesel lai mây phât điện lắp bộ điều tốc UG-40 s21 122222 neo 79 3.1.1 Thay đổi giâ trị kl — hệ số truyĩn hoi tiĩp CỨN ă ăă ằccicceriee 79 3.1.2 Thay đổi giâ trị k2 — hệ số truyễn hồi tiếp mÍMm e 81 3.1.3 Thay đổi giâ trị k3 — hệ số điều chỉnh van kim hồi tiếp meĩm 82 3.1.4 Thay đổi giả trị k4— hệ số J1 nga ằaôaa 83

3.1.5 Thay đổi cùng lúc giâ trị câc biển số Ằ Sun 83

3.2Khảo sât câc tín hiệu ra của hệ thống ¬ e 85 Chương 4: Tạo giao diện mô phỏng bằng Guide Lay0ut <‹ 87

Trang 7

Dĩ tai: NC hĩ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với ngănh kỹ thuật, luận văn tốt nghiệp lă học phần cuối cùng vả cũng lă bắt buộc để đânh giâ trình độ, sâng tạo tư duy vă khả năng vận dụng kỹ năng, kiến thức đê tiếp thu trong suốt quâ trình được đăo tạo từ ghế nhă trường Đđy lă thước đo đânh giâ trình độ tri thức của một sinh viín kỹ thuật

Với đề tăi “Nghiín cứu (tìm hiểu) hệ thống điều khiển tự động cho động cơ Diezel lai mây phât điện qua mô hình mô phỏng trín mây vi tính với ứng dụng Simulink của MatLab”, khi đề cập đến động cơ Diesel lai mây phât điện thì chúng ta đều biết nó có vai trò ứng dụng rất lớn, đặc biệt lă ú ứng dụng rất nhiều trín tău thủy ngoăi ra còn nhiều lĩnh vực khâc Đề tăi năy không đi sđu văo nghiín cứu (tìm hiểu) cho động cơ Diesel, việc nghiín cứu chỉ chủ yếu đi văo chỉ tiết, cầu tạo cũng như nguyín lý hoạt động của bộ điều khiển tự động cho động cơ Diesel, nghiín cứu về câc ham truyền đạt vă sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tự động vă dĩ thuận lợi trong quâ trình nghiín cứu, tìm hiểu ta str dụng thím câc phđn mềm mô phỏng hệ thông năy

Ngăy nay với trình độ kỹ thuật phât triển, việc vận dụng câc phần mềm mô phỏng lă việc lăm rất quan trọng, giúp người thiết kế tối ưu trong quâ trình tính toân, giảm thời gian, cũng như chỉ phí cho công trình, mă kết quả mô phỏng nhận được lại gần đúng với thực tế

Matlab la phan mĩm mô phỏng được đânh giâ lă rất cao về độ tin cậy, khả năng ổn định, giao diện, cấu trúc lă thđn thiện với người dùng, nín được chọn lăm chương trình mô phỏng cho hệ thống điều khiển tự động cho động cơ Diesel lai mây phât điện qua mô hình trín mây tính với ứng dụng Simulink của Matlab

Đến đđy xin được đi văo nội dung cụ thể việc nghiín cứu (tim hiĩu) va mô phỏng của luận văn

Nhóm sinh viín thực hiện

Trang 8

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai may phât điện qua mô phỏng Simulink cla MatLab

CHUONG I

TIM HIEU HE THONG TU DONG ĐIÍU CHỈNH VÒNG QUAY CỦA

DIESEL LAI MÂY PHÂT ĐIỆN

1.1Yíu cầu của điều chỉnh vòng quay đối với diesel lai mây phât điện

Động cơ diesel lai mây phât điện được xem lă thiết bị sản xuất điện năng cho câc nhu cầu về điện trín tău thuỷ Đặc điểm quan trọng nhất của câc nhu

cầu về điện lă bảo đảm điện âp không đôi Đối với điện xoay chiều, nhu cầu

đó còn cần phải bảo đảm tan số của dòng cũng không đổi

Điện âp do mây phât cấp lín lưới điện phụ thuộc văo phụ tải, dòng kích thích vă tđn số góc quay của trục mây phât Đề duy trì điện âp không đổi, ta can 6n dinh vong quay truc dẫn động cơ diesel lai mây phât

Sự cần thiết sử dụng liín tục câc bộ điều tốc (điều chỉnh) đối với động cơ diesel lai mây phât điện trín câc trạm phât của tău thuỷ lă không thí thiếu, vì

nếu không có câc bộ điều chỉnh sẽ không có khả năng bảo đảm tần số vă điện

âp không đổi, cũng như không có khả nang ổn định vòng quay cua diesel lai mây phât điện lăm việc song song Bộ điều chỉnh năy lăm nhiệm vụ phần tử điều khiển để duy trì chế độ cần thiết

Câc mây phât điện xoay chiều thường đựơc trang bị câc bộ điều chỉnh đặc biệt tâc động lín dòng kích thích vă đảm bảo điện âp không đổi khi vòng quay thay đổi trong thời gian nhất định Ôn định vòng quay đề ổn định tần số £ Điều năy được nhận thấy rõ qua biểu thức:

f=P.n/60 trong đó:

P: số cặp cực của mây phât n: số vòng quay của trục

Việc giữ cho điện âp của mây phât điện xoay chiều không đổi được thực hiện nhờ hai bộ điều chỉnh: Bộ điều chỉnh vòng quay trục động cơ sơ cấp vă bộ điều chỉnh điện âp Tuy nhiín, việc giữ cho điện âp năy không đổi chủ yếu đựa văo bộ điều chỉnh vòng quay của trục động cơ sơ cđp diesel lai mây phât, còn bộ điều chỉnh điện âp xoay chiều hiện đại chỉ cho phĩp giữ điện âp với độ đâp ứng yíu cầu khi vòng quay irục động cơ diesel không vượt quâ £5%,

Theo thông số của Liínxô cũ, sai số tĩnh học của điện âp cho phĩp lă +2.5% vă +5% đối với tần số của dòng

Đối với hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay diesel lai mây phât điện

thường đòi hỏi độ chính xâc cấp II vă III Chi số không tải của câc hệ thông

năy không được vượt quâ 0,2% - 0,3% Độ nghiíng (trung bình) của đặc tính

điều chỉnh cần hiệu chỉnh trong giới hạn 0-8% tốc độ định mức Tuy nhiín,

Trang 9

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab

đối với câc động cơ hoạt động song song, độ nghiíng định mức của đặc tính tĩnh học điều chỉnh của câc bộ điều chỉnh không được nhỏ hơn 2% vă không lớn hơn đại lượng đảm bảo độ sai lệch tĩnh học tần số của đòng trong giới hạn +5%

Chỉ số không tuyến tính của đặc tính điều chỉnh không được lớn hơn 0,3%

- 0,6% Chỉ số không thống nhất phụ tải khi hoạt động song song phụ thuộc văo cấp chính xâc của hệ thống tự động điều chỉnh vă đối với cập chính xâc HI chỉ số không thống nhất cho phĩp dưới 10%

Chi số không ôn định vòng quay đối với cấp chính xâc III cho phĩp không quâ 1% Thời gian của câc quâ trình chuyển tiếp không được vượt quâ 3s, còn khi mất tải hoăn toăn lă 5s Sai số động học cho phĩp dưới 5%

Qua câc yíu cầu trín ta thấy rằng, câc yíu cầu đối với hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay của diesel lai mây phât điện rất khat khe

Ngoăi bộ điều chỉnh tự động vòng quay cua diesel lai may phât điện, người ta còn bố trí văo hệ thống bộ điều chỉnh an toăn để bảo vệ động cơ khỏi tăng tốc quâ mức Khi bộ điều chỉnh an toăn hoạt động, động cơ sẽ dừng lại vă chỉ có thể khởi động lại sau khi xử ly sự cố bằng tay Sự cđn thiết phải bồ trí bộ điều chỉnh an toăn được giải thích bởi trạng thâi động cơ có thĩ chuyền sang chế độ không tải một câch đột ngột khi ngắt câc phụ tải điện

Câc diesel lai mây phât điện hiện đại được trang bị câc bộ điều chỉnh chế độ vạn năng hoạt động giân tiếp kiểu PI3MA,PH30 ,WoodWardUG-8§ vă câc bộ điều chỉnh hai tín hiệu

Để lăm rõ sự cần thiết của hệ thong tu dong diĩu chinh vòng quay của diesel lai mây phât điện, ở phần tiếp theo, ta sẽ tiền hănh tìm hiểu vệ bộ điều chỉnh chế độ vạn năng hoạt động giân tiếp (chọn tìm hiểu bộ điều tốc UG-40 của hêng WoodWard lăm đại diện) vă tìm hiểu về động cơ diesel có tăng âp bằng tuabin khí xả

1 2Tim hiểu về bộ điều chính chế độ vạn năng hoạt động giân tiếp — bộ điều tốc UG-40 của hêng WoodWard

1.2.1 Cấu tạo vă nguyín lý của bộ điều tốc UG-40

Bộ điều chỉnh chế độ vạn năng hoạt động giân tiếp (bộ điều tốc) do hêng WOODWARD sản xuất được sử dụng rộng Têi, lắp trín câc động cơ lai chong chóng vă lai mây phât điện Bộ điều tốc WOODWARD được phđn thănh nhiều kiểu như: SG, PSG, UG, PG, PGA Ở đđy ta tìm hiểu cấu tạo vă nguyín lý lăm việc của bộ điều tốc UG

Bộ điều tốc ÙG có câc dạng: UG-8, UG-32, UG-40 Bộ điều tốc UG lă bộ điều tốc có hồi tiếp mềm vă hỏi tiếp cứng, trín bộ điều tốc còn bồ trí thím câc bộ phận khâc dùng để hiệu chỉnh hệ số ö, lượng cấp nhiín liệu, v.v Trín hình dưới đđy trình băy kết cấu vă sơ đồ nguyín lý của bộ điều tốc UG- 40:

Trang 10

et code True đăn động 1l từ động có

Hình 1.1 Sơ đồ nguyín lý bộ điều tốc tâc dụng giân tiếp có hồi tiếp kết hop (loai UG-40)

1- 1 xo; 2- ty trượt; 3,4- cần bẫy; 5- quả văng: 6- trục; 7- tranh chỉnh bù; 8- xilanh phđn phối; 9- con trượt phđn phối; 10- vănh điều chỉnh; 11- kĩt dầu nhớt; 12- bơm bânh răng; 13- cam chỉnh độ không đồng đều; 14- cần nối; 15- piston bộ khuyếch đại; 16- kim van tiết lưu; 17,22- lò xo; 18- piston bị động; 19- piston chủ động; 20- xilanh bộ khuyếch đại; 21- chốt; 23,24- thanh nối; 25- bình ôn âp; 26- núm điều chỉnh phụ tải; 27- vị trí hiệu chỉnh kim bù; 28- trục truyền động thay đổi hệ số không đồng đều

Theo sơ đồ trín, ta thấy bộ điều tốc UG-40 co bố trí bình ổn âp 25 để luôn luôn Ổn định â âp suất dầu trong bộ điều tốc Trong quâ trình hoạt động, dầu â ap lực cao luôn luôn được cấp văo khoang trín xilanh bộ khuyếch đại 20, vì thĩ bộ điều tốc luôn luôn có xu hướng cắt nhiín liệu nếu không cấp dầu âp lực cao cho khoang dưới xilanh bộ khuyếch đại 20

Khi tăng phụ tải, vòng quay trục động cơ giảm, lò xo ] đđy ty trượt 2 xuống dưới, nín con trượt 9 cũng bị đđy xuống Vănh điều chỉnh 10 mở cửa a nín dầu âp lực cao được cập văo khoang dưới bộ khuyếch đại Do kết cầu tiết điện đạng hai cấp nín dưới tâc dụng âp lực dầu, piston 15 dịch chuyển lín phía trín, thông qua cần 14 vă trục 6 day thanh răng bơm cao âp tăng lượng nhiín liệu cấp văo Khi đó thông qua cđn chỉnh bù 7, piston 19 dịch chuyĩn xuống dưới, do bộ phận tiết lưu qua van kim 16 lăm cho dầu không kịp hồi về kĩt 11 nín piston 18 bị đđy lín trín, vì thế lo xo 17 bị nĩn vă cần bđy 3, con trượt 9 được nđng lín

Ï—_Ÿ-.-.-.-———— — — — a

Trang 11

Đồng thời lăm việc với hồi tiếp mềm lă hệ thống hồi tiếp cứng Khi trục 6 quay, thông qua cụm cơ cấu 23, 24, 28 vă cần bđy 4, độ căng lò xo 1 giảm xuống, ty trượt 2 dịch chuyền lín phía trín góp phđn nđng con trượt 9 đi lín Khi vănh điều chỉnh 10 đóng kín cửa a, độ dịch chuyển piston 15 ngừng lại ứng với lượng nhiín liệu cần thiết duy trì phụ tải mới

Quâ trình điều chỉnh vẫn còn tiếp tục Lò xo 17 bị nĩn sẽ dên ra từ từ nhờ dầu được thoât ra kĩt 11 qua van tiết lưu 16, do đó một đầu cần bẩy 3 nối với piston 18 bị kĩo xuống Tốc độ đi xuống của cần bẩy 3 phụ thuộc văo độ mở van kim 16, d6 nhớt của dầu vă độ cứng của lo xo 17 Ngoăi ra do tang lượng nhiín liệu cấp văo, vòng quay động cơ phục hồi, quả văng xoỉ ra nín ty trượt 2 vă đầu còn lại của can bay 3 được nđng lín Tốc độ nđng lín của đầu còn lại của cần bđy 3 phụ thuộc văo trạng thâi kỹ thuật động cơ, quân tính của hệ thống Nếu tốc độ dịch chuyền hai đầu cần bay 3 phù hợp với nhau (hai đầu chuyín động ngược chiều) thì hai đầu cần bđy 3 quay quanh chốt 21, con trượt 9 năm yín tại chỗ, quâ trình điều chỉnh kết thúc với thời gian chuyển tiếp ngắn vă độ điều chỉnh nhỏ Nếu hiệu chỉnh không chính xâc, tốc độ dịch chuyín hai đầu cần bđy 3 không phù hợp với nhau lăm cho con trượt 9 dao động lín xuống, thời gian quâ trình chuyển tiếp tăng lín

Khi giảm tải, vòng quay tăng lín, do quân tính của câc quả văng 5, ty trượt 2 được nđng lín, vì thế con trượt 9 cũng được nđng lín, vănh điều chỉnh 10 dịch chuyển lín phía trín mở cửa a, dầu âp lực cao ở khoang dưới piston 15 thông qua cửa xả b chảy về kĩt II Do độ chính âp suất, piston 15 dịch xuông dưới, thông qua cần 14 vă trục 6 kĩo thanh răng bơm cao âp về phía

giảm lượng nhiín liệu cấp văo

Khi trục 6 quay theo chiều kim đồng hồ, một mặt thông qua cần chỉnh bù 7, piston 19 dịch chuyển đi lín, lò xo 22 bị nĩn, đồng thời tạo độ chđn không phía dưới piston Do độ mở van kim 16 nhỏ nín piston 18 bị hút xuống kĩo 1 đầu cần bđy 3 xuống vă do đó kĩo con trượt 9 đi xuống Mặt khâc, cơ cau truyền động tạo ra hỏi tiếp cứng Khi trục 6 quay thông qua cụm cơ cau 23, 24, 28 va don bay 4 tang dĩ căng lò xo 1, đđy ty trượt 2 xuống, do vậy căng góp phần đđy con trượt 9 đi xudng Sau khi vănh 10 đóng kín cửa a, độ dịch chuyín piston 15 dừng lại, kết thúc giai đoạn đầu của quâ trình điều khiển

Sau dd, do lò xo 22 dên nở đđy piston 19 đi xuống từ từ, độ chđn không phía dưới piston 19 giảm nhờ dầu từ kĩt 11 cấp văo qua van tiết lưu 16 Thời gian trở lại trạng thâi ôn định tương tự như phđn tích ở trín

Trang 12

Dĩ tai: NC hĩ thong DKTD DC Diezel lai mây phât điện qua m6 phong Simulink cia MatLab # BO diĩu tĩc UG-40 3% M6t số loại bộ điều tốc khâc: UG 81 PGA 58

1.2.2 Phuong trinh động học của bộ điều tốc UG-40

Để nghiín cứu vă đânh giâ câc tính chất động học của bộ điều chỉnh vă lăm rõ mức độ ảnh hưởng của câc phđn tử hiệu chỉnh cần biểu thị quâ trình

chuyền động của chúng băng toân học

“ễễ- _

Trang 13

S —_———

Phương trình động học của bộ điều chỉnh được lập theo câc phương trình động học của câc bộ phận tương ứng với sơ đô nguyín lý vă chức năng trín

hinh 1.2

| — ig |e

Ề 2 [een Be: ae,

Trang 14

Phương trình động học của bộ cảm biến biểu thị sự thay đổi của toạ độ ra

Y theo thời gian được khảo sât trín tất cả câc lực tâc động kể cả lực quân

tính Khi chuyển động câc lực sau đđy quy đổi về khớp trượt vă biểu thị trín

hình 1.3 tâc động lín bộ cảm biến:

-_ Lực giữa A lă tổng lực li tđm của đối tượng (quả văng) quy đổi về khớp

trượt

-_ Lực phục hồi E, bằng (hoặc tỷ lệ) với lực căn lò xo

-_ Trọng lực G của câc khối lượng chuyển động quy ‹ đổi về khớp trượt

- Lực ma sât khô F„; tâc động ở tất cả câc chỉ tiết liín quan đến chuyển động với khớp trượt vă quy đối về khớp trượt

- Luc ma sat udt Fry cla khớp trượt, câc đối tượng, ngăn kĩo vă câc chi tiết khâc chuyín động trong dau

- Phan hre quy dĩi vĩ cdc dong chảy vă câc lực không cđn bằng vă lực cản bín ngoăi ở ngăn kĩo điều khiển R› liín quan đến khớp trượt

Theo nguyín tắc D” alamber, khối lượng quy đổi của tất cả câc chỉ tiết chuyển động lă m có thể viết:

>3, q.1)

Để đơn giản hoâ ta bỏ qua trọng lực, lực ma sât khô, câc lực không cđn bằng, lực cản vă phản lực dòng chảy ở ngăn kĩo điều khiển Với hướng đương lă chuyín động xuống phía dưới khớp trượt, phương trình được viết như sau:

a’y

Mm

dt’

Lực li tđm quy đổi của đối trọng A được xâc định bởi tổng khối lượng của câc đối tượng mạ, bân kính quay của trọng tđm r vă tốc độ góc quay œ¿; Bân

kính r biểu thi qua toa dĩ ra Yq, nĩn ta cĩ:

A= Alm,;¥.4;0,,) g?2cb3

=E-A-F,, (1.2)

Lực phục hồi quy đổi E, bằng lực căng lò xo, lă hăm của dịch chuyển

khớp trượt Yạ, toạ độ cho trước Xu, dịch chuyển Yụur dưới tâc động của hồi

tiếp cứng vă độ cứng lò xo C:

E=E(C:Y„;X,;Y„„) cò?

Đối với lo xo hình trụ, độ cứng thường xem lă hằng số (C=const)

Đối với lo xo hình nón, độ cứng lă hăm tuyến tính của tổng đại lượng nĩn

Xy=Xc— Wạ„ +Y„, tạ CÓ: C= KX,

Cho nín, đối với trường hợp tông quât: E= E(K,;X,)

Lực ma sât ướt quy đổi tý lệ với tốc độ chuyển động:

Ty = D đu

at

Với D lă hệ số tỷ lệ được xâc định bằng thực nghiệm

Khi chuyển sang dạng số gia tương ứng với trạng thâi cđn bằng ban đầu, phương trình động học của bộ cảm biến được viết:

hai a SG = =— =

Trang 15

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab ¬———ỄỄỄỄỄ-_ _~ d*(A¥,) dt’

Số gia lực AA vă AE dưới dạng tuyến tính gần đúng được tính bằng câch phđn hăm A vă E thănh dêy Taylo vă chỉ giữ lại câc thănh phần bậc một như sau: AA= Z4 AT,+ ở A@„ oY., o 00) Oo ag =| =] ax, ax, Đôi với câc lò xo hình trụ có độ cứng lă hăng số: OE = CE OF OE = =C =const OX, 0 OX Jo ~ lay, 0 ~ | O¥ yp 0

ke pe gay › rota ko, OF raph on oe ,

Đôi với câc lò xo hình nón hệ sô góc (= có thí có câc giâ trị khâc r/o m = AE—AA~AF,,, (1.3) (1.4) nhau tuỳ đặc tính tĩnh học tương ứng với chế độ ban đầu ở giâ trị nĩn tong Xy Số gia lực ma sât ướt: -p30Y,) mm dt

Vì câc đạo hăm của gia số bằng câc đạo hăm của giâ trị tuyệt đối, nín phương trình chuyển động của bộ cảm biến ở dạng gần đúng tuyến tính được việt như sau: dy OE ne -[ dt OXs Jo [AX, + AY, - AY, |- lZ Jay ( Oa Aw,, -D Ue Ys Jo 0,4}, (1.5) dt

Khi chuyĩn sang toa d6 tuong dĩi, ta ky hiĩu:

AX, _ Am, AX Alr —- Ve ag CÔ! xen GU gạn ar Ta thu được: mY" + DY yt 24 SE Yj"y= aY,), (AX, OE dm OE oA dm

=|—— | X2"x, lễ Ì c *c dế Ì HT Yar [a Ì cb © yan ——|o

Trang 16

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab [CC] SẼ :â I] a (2) yin x ôm„ ) 4” + 3 Xe ax 4 m ? » ax, ), A dm + Còn đổi với bộ cảm biến có lò xo có độ cứng không đối: xe yan =C k,=C—2 Xe Au > y ủ Cần chú ý, câc hệ số k, va &, lă câc đại lượng không thứ nguyín tỷ lệ với độ cứng lò xo “hiệu chỉnh

Nếu cho rằng giâ trị cho trước không thay đổi, còn hồi tiếp không ảnh hưởng đến độ căng lò xo (hồi tiếp động năng), thì phương trình động học của bộ cảm biến có dạng: Tÿ+Tjp+Z,y=kx (1.8) % Phương trình động học của bộ khuyếch đại EAT Fins Fass 5 Hình 1.4 Động học bộ khuyếch đại

Phương trình động học của bộ khuyếch đại thay đổi toạ độ ra của bộ khuyếch dai Yxp được xâc định bởi chuyển động của pittông servomotor Chuyển động của pittông phụ thuộc văo hai yếu tố: Lực tâc động lín pittông vă quâ trình thuỷ động học của chất lỏng lưu động Dịch chuyển của điểm C, dịch chuyển ngăn kĩo điều khiển, được nhận lăm toạ độ văo bộ khuyếch đại Xkp

Khi pittông servomotor chuyĩn động có thể có câc lực sau đđy tâc động

lín nó: Lực của âp suất dầu, bằng P¡Š¡ vă P¿S;, trong đó SŠ; vă S; lă điện tích

hữu dụng của pittông servomotor; trọng lực G; câc lực ma sât khô Em; Vă ướt Emsu; lực cản bín ngoăi R về phía cơ cđu truyền động cho cơ quan điều chỉnh, liín kết câc phần tử hỏi tiếp vă câc phần tử thực tế hoâ câc chức năng bổ

_ — — — — rr nh

a

Trang 17

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât diĩn qua m6 phong Simulink cua MatLab sung của bộ điều khiển; câc lực quân tính của khối lượng pittông vă phần tử nối với nó F;; 4°Ÿ„„ dt’

Chuyĩn động của pittông servomotor trín cơ sở điều kiện tâc động lực có thể biểu thị bằng phương trình sau:

mă SP =3 (1.9)

Mat khac, chuyĩn động của pittông được xâc định theo quâ trình lưu động của chất lỏng Thể tích chất lỏng do pittông ĩp từ khoang dưới trong một đơn vị thời gian được xâc định theo phương trình dòng liín tục Vv =S, a = (1.10) T; = mu Trong đó:

fcs — diện tích mở cửa số của ngăn kĩo, lă hăm của toạ độ văo bộ

khuyếch dai Xxp (dịch chuyĩn ngăn kĩo)

~ tốc độ lưu động của chất lỏng qua cửa số ngăn kẻo

¬ Y

&—hĩ sĩ luu dong

Sự phụ thuộc của thể tích do pittông servomotor ĩp có thể biểu thị dưới đạng:

ƒ =V(X,z;})

Hoặc V =V(X„„:P;;§; P„) (1.11)

Để đơn giản hoâ, ta bỏ qua ảnh hưởng của trọng lực, câc lực ma sât ướt vă khô, cũng như cho rằng, lực cản lă hang sĩ (R=const), không có rò ri, chat lỏng không chịu nĩn, âp suất ở khoang trín servomotor lă không đổi vă bằng âp suất nguồn (PIEPN)

Với câc điíu kiện kí trín, phương trình tâc động của câc lực lă:

Y,

Py He = BS, - PS,-R (1.12)

Nĩu thĩm vao diĩu kiĩn trĩn răng câc lực quân tính rất nhỏ so với luc tao nín do pittông servomotor, thì:

PS — ñ > S, -—R=0

Suy ra R= 5 1 (ps - R)= const ,

2

Trang 18

Dĩ tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink cia MatLab 9Ÿ ar = AX xp (1.14) ô KD /o Như vậy phương trình chuyển động của servomotor được tuyết tính hoâ có dạng: dy, ov S, Tie 2= ak AX (1.15) 1.15 vì đ(AY„)= dŸ„ ` , A ke AY, ` Dùng câc toạ độ tương đôi: y„; =——? vă x„„=—_—Z? Im dm Yep Xp Ta thu được: aV SV xp = Em X eX xp (1.16) KD /o

Bang câch chia từng số hạng cho lưu lượng chất lỏng định mức chảy qua

câc cửa sô V“" ta thu được: Ts Yep = Ky Xxp (1.17) Voi: SiYep T, = - thời gian servomotor ye k, —hĩ sĩ tỷ lệ không thứ nguyín av ) xa k, = OX xn J V dm Nếu chiều rộng cửa số của ống lót ngăn kĩo không b không thay đổi chiều cao thi V =baX,,3 =bax ir ; ov =bœ ; k,=1 va phwong trinh OX xy /Q chuyín động của bộ khuyích đại được biíu thị như sau: Ts Dep = Xxp (1.18)

Khi xĩt trường hợp không bỏ qua ảnh hưởng của lực quân tính của câc khối lượng chuyín động, chuyển động của bộ khuyếch đại sẽ được xâc định bởi câc điều kiện tâc động câc lực vă cả câc điều kiện lưu động chất lỏng Ta khảo sât trường hợp năy vă sẽ nhận được phương trình chuyển động của bộ

khuyích đại ,

Phương trình tâc động của câc lực ở dạng gia sô sẽ lă:

đ”{AY,

ae) = S,AP, (1.19)

| Phương trình tuyến tính hoâ của dòng liín tục ở dạng gia số khi tính đến sự phụ thuộc của thí tích do pittông servomotor ĩp có dạng:

Trang 19

Giải đồng thời 2 phương trình (1.19) vă (1.20) bằng câch khử AP;, ta thu được câc đại lượng tương đối: T ÿkp + T.Ủyp = hy Xxp (1.21) Trong đó: Tạ; — thời gian quân tính của servomotor: dm 2_ Msy Yeo, » "SB T; — thời gian servomotor S, Yeo I, = # BV Pi am? OP,

ky — hĩ SỐ tỷ lệ không thứ nguyín, phụ thuộc văo hình dạng của câc cửa số vă chế độ ban đầu được chọn

k, = OX xp o X ep

fev) Pin

al

Dĩi voi chuyĩn động của bộ khuyếch đại với pittông tuỳ động, khi bỏ qua câc ảnh hưởng của câc khối lượng quân tính thì chuyển động chỉ được xâc định bởi câc điều kiện lưu động chất lỏng với tốc độ chảy ra cửa số không đổi œ, phương trình chuyển động servomotor (phương trình dòng chảy liín tục) ở dạng gia số có thể viết như sau:

đ(AY,,) _Í ơV

S, Ae) (EY (Ona) 2 =| —— | (AX,, — AY, (1.22) 1.22

Níu chiíu rộng của cửa số b ở ông lót ngăn kĩo không đối, thì:

[ av ) - be ôXm; },

Ở loại bộ khuyếch đại năy, khảo sât voi X #» =Y“" khi chuyín sang toạ độ

tương đối ta thu được:

1, Ÿkp † }kp = Xgp- (1.23)

Phuong | trinh chuyĩn dong cua hồi tiếp mềm

Khđu hỏi tiếp mềm gôm hai khđu liín kết nối tiếp: khđu cơ giới (thanh truyền) vă khđu thuỷ lực Hỏi tiếp chỉ gồm bộ khuyếch đại vă lă khđu hôi tiếp

động học

Điểm E của thanh truyền 1 nhận chuyển động từ servomotor vă khoảng dịch chuyín của nó lă toạ độ văo của hôi tiếp mềm X; Còn toạ độ ra của thanh truyền lă toạ độ trung gian Nó băng toạ độ văo của khđu thuỷ lực (dịch chuyển của điểm G), ký hiệu toạ độ năy lă Y Khđu thuỷ lực gôm pittông

phât 3, van tiết lưu 4 vă pittông thu 5 cùng lò xo 6 Pittông phât 3 lăm dịch

=.-.== —— a a aa

SVTH: VÕ HỎNG SƠN - KHA VĨNH TRÍ 13

Trang 20

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai may phat diĩn qua m6 phong Simulink của MatLab

chuyĩn pittong thu 5 thong qua khoang thuy luc, ap suất trong đó P¡ thay đổi vă phụ thuộc văo tốc độ chuyển động của câc pittông phât vă thu, cũng như phụ thuộc văo lưu lượng chảy qua van tiết lưu 4 Ap suat du (hoac chan không) ở khoang sẽ biến mất theo thời gian, vì lưu chất chảy qua van tiết lưu Vì thế, ở trạng thâi cđn bằng pittông thu chỉ có một vị trí tương ứng với cđn bằng giữa câc lực tâc dụng của lò xo bằng không Toạ độ ra của hồi tiếp mềm Y¡ ở trạng thâi cđn bằng cũng bằng không Dầu được thâo (hoặc hút) qua câc cửa sô 5 khi dịch chuyín ptttông thu một đại lượng (một khoảng) lớn hơn chiều cao câc cửa số S

Hình 1.5 Động học hỏi tiếp mềm

1- Thanh truyền với gối đi động: 2- thanh di chuyển gồi;

3- pittông phât của hôi tiếp mềm; 4- van kim tiết lưu; 5- pittông thu của hồi tiếp mềm; 6- lò xo hồi tiếp mềm,

Chuyín động của hồi tiếp mềm được viết bằng phương trình toân học

tuyến tính của nó

Khi khđu cơ giới chuyín động, câc lực ở phía toạ độ văo (từ pittông servomotor) lớn hơn rất nhiều câc lực quân tính vă lực cản Câi đó cho phĩp không tính đến ảnh hưởng của câc khối lượng vă câc lực cản lín đặc tính

chuyín động Quan hệ giữa toạ độ văo X; vă toạ độ trung gian Y sẽ được xâc

Trang 21

Dĩ tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab Ky — hệ số tỷ lệ, phụ thuộc văo vi tri điểm tựa O3, vao góc \Œ đặt thanh truyền 2: l K, = w i, Khi chuyĩn sang toa độ tương đối ta thu được: y=kyx, (1.25) Trong đỏ: „ kự — đại lượng không thứ nguyín hệ số truyện của hôi tiếp mềm: dm ky =K x; vy mn —

Phương trình chuyển động của khđu thuý lực có thể thu được trín cơ sở điều kiện cđn bằng câc lực tâc dụng lín pittông thu có tính đến quâ trình lưu động chất lỏng qua van tiết lưu 4 Trong trường hợp tổng quât, câc lực tâc dụng lín pittông thu gồm Có:

| - _ Âp lực của lưu chất: F, = /P

-_ Lực kĩo vă nĩn của câc lò xo #„ = eY, (nếu câc lò xo bị kẹp thì Z„ =2eY,) | - Luc quan tính của câc khối lượng quy đổi của pittông vă câc khối lượng

2

của chất lỏng vă thanh truyĩn gan voi nd F =m, = - _ Lực ma sât ướt ở cặp pittông thu vă ống lót Fins

- Lye can bĩn ngoai R; tac dong lĩn pittông thu về phía câc chỉ tiết gắn với cân của nó bao gồm ngăn kĩo điều khiển

- Luc ma sat khĩ Fuss

Với mục đích đơn giản hoâ việc lập phương trình, ta bỏ qua câc lực ma sât khô, ma sât ướt vă lực cản bín ngoăi R¡, lúc đó phương trình chuyển động của khđu thuỷ lực được viết như sau:

2

chưng: (1.26)

Khi chuyĩn sang dang sĩ gia va cho rằng diện tích của pittông thu fpr vă độ cứng lo xo C lă câc đại lượng hằng số, ta thu được: | mê eo Sp AP —cAY, (1.27)

Sự thay đổi ap suất của lưu chất AP; được xâc định bởi câc điều kiện lưu

động của chất lỏng qua van tiết lưu

Lưu lượng của chất lỏng qua van bằng: Ứ„, = f0 | Voi:

fy — dign tích tiết điện lưu thông của van

| œ¡ — tốc độ lưu động của chất lỏng

Giả thiết quâ trình chảy tầng, trong đó tốc độ lưu động tỷ lệ với độ thay đổi âp AP;, đối với lưu lương qua van ta thu được:

| V,=Ỉ„/,AP, — với: š„— hệ số lưu động

Trang 22

Theo điều kiện dòng liín tục, lưu lượng qua van tiết lưu gần bằng hiệu thể tích do câc pittông phât vă thu tạo nín Trong lă đơn vị thời gian:

=E,LyAP.= Sop _ a ~ for (1.28)

Diĩu kiĩn năy cho phĩp xâc định độ thay: đỗi âp suất AP, Sau khi thay AP; văo phương trình (1.27), ta có:

mụ 4 AX)_ fnUy đẠY)D Sor d(NŸ)_ vay (1.29)

dt’ beta 4E Ey at

Khi chuyĩn sang dang không thứ nguyín, ta đưa văo câc toạ độ tương đối y= an ; ye AY vă chú ý đến phương trình chuyển động của khđu cơ gidi Y, yu

y =&¿x,, sẽ thu được phương trình liín hệ giữa toạ độ văo x¡ vă toạ độ ra y¡

của khđu hồi tiếp mềm:

2

mX ”ÿ, +t yin, +eY,"y, = "¬ y"kyx, do a (130)

Chia tất cả câc số hạng của phương trình năy cho đại lượng định mức của lực tâc dụng lín pittông thu #“” =cŸ“” = /„„AP“", cuối cùng ta thu được:

Ty, + Ty, + y, =TjkyX, (1.31)

Trong do:

Tại — thời gian quân tính của hồi tiếp mềm:

T=" c

T¡ — thời gian của hồi tiếp mềm: lă tỷ số của thể tích công tâc (định

mức) của xylanh pittông thu /„„y;” trín lưu lượng qua van tiết lưu định mức

t— JprY,” = Sor”

(Sib AP™

j — hĩ sĩ khĩng tha nguyín, có giâ trị lă hằng số vă bằng tỷ số thể tích công tâc (định mức) câc xylanh của pittông phât vă thu:

Lop¥™ Sf; or

Su thay đổi hệ số truyền kự về bản chất vật lý tương ứng với sự thay đổi thể tích chất lỏng do pittông phât ĩp ở cùng một giâ trị toạ độ văo xị, giống như tương ứng với sự thay đôi tiết điện pitttông phât

Ngoăi hệ số truyền kự, thời gian T¡ cũng lă thông số hiệu chỉnh của hồi tiếp Thời gian năy có giâ trị xâc định đối với mỗi một độ mở van tiết lưu — môi một diện tích ft Nó lă thông số hiệu chỉnh cơ bản đối với hồi tiếp mềm, vì trong đa số câc trường hợp không có bộ phận đề thay đổi hệ số truyền ky

Trang 23

Mỗi một độ mở van tiết lưu tương ứng với mỗi một tốc độ của pitông servomotor ma hồi tiếp mềm bắt đầu hoạt động Với mục đích hạn chế tâc động của hồi tiếp mềm ở câc tốc độ của pittông servomotor lớn vă loại trừ điều chỉnh quâ mức, người ta bố trí câc cửa số thâo bố sung nhằm hạn chế hănh trình của pittông thu Chiều cao câc cửa số năy trín hình 1.5 được kí hiệu S Khi câc cửa số thâo được mở, chuyín động của pittông thu sẽ ngừng

# Phuong trình chuyĩn động của hồi tiếp cứng

Phương trình chuyín động của hồi tiếp cứng xâc định sự phụ thuộc giữa

toạ độ ra Ynr vă văo XS Phương trình năy thu được như phương trình

chuyển động của cơ cấu động học Hồi tiếp bao gồm hai khđu: bộ khuyếch đại vă bộ cảm biến vă lă khđu hôi tiếp kiểu lực Ảnh hưởng của câc lực tâc động vă khỗi lượng quân tính khi cơ cấu hồi tiếp cứng chuyín động không được tính đến, vì lực của servomotor lớn hơn nhiều so với câc lực cản vă lực

quân tính

Đại lượng văo của hồi tiếp cứng Xmr lă dịch chuyển điểm K của thanh truyền cô định trín trục ra của bộ khuyếch đại (Hình 1.2) Điểm L của thanh truyền hồi tiếp cứng cũng có dịch chuyển như vậy Đại lượng ra Yur được đo bằng dịch chuyển thắng đứng của pittong lăm thay đổi sức căng lò xo hiệu chỉnh Dịch chuyín năy phụ thuộc văo bânh lệch tđm a được tạo ra giữa điểm tựa thanh truyền (điểm Oa) vă tđm profin cam hồi tiếp

Bânh lệch tđm a được hiệu chỉnh bằng câch thay đổi tổng chiíu dăi thanh truyền (b+a)

Phương trình quan hệ gia số toạ độ văo vă ra được viết như sau:

MY yp = AX yp (1.33)

Vă chuyín sang toạ độ tương đối: Yur =KurXar - (1.34)

Trong đó: kụr — hệ số hồi tiếp, bằng:

xe a

HT — Yip b TVdm

*% Động học của bộ điều chỉnh ; ;

Động học của bộ điíu chỉnh được viết bởi câc phương trình chuyển động trín câc bộ phận của nó vă bởi câc phương trình quan hệ giữa câc toạ độ

Phương trình của bộ cảm biến (phương trình 1.7)

7Ệÿ+1+Z„y= k,x—k, eke ~ hy Yur

Phương trình của bộ khuyếch đại, trong trường hợp câc cửa số ở ngăn kĩo có chiều rộng không đổi (phương trình 1.18) la 7, Ty»„„ =x„„ vă đối với trường hợp pittông tuỳ động (phương trình 1.23) lă 7;ÿ„; + y„y = Xep

Trang 24

Dĩ tai: NC hĩ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink cia MatLab Với điều kiện lă câc giâ trị định mức của câc toạ độ cần được chọn có tính đến câc tỷ lệ thức: OK K Xe" = OD Yep : Xin = Se Mio |

Toạ độ ra của bộ điều chỉnh Yạ, do tâc động của nó về phía nhập của đối

tượng, có dấu nguge voi dau toạ độ của bộ khuyếch dai Yxp, vì thế:

Vr = —Ykp - (1.35b)

Phương trình chuyển động của thanh truyền BQ biểu thị quan hệ giữa toạ

độ ra của bộ cảm biĩn Yq, toạ độ văo của bộ khuyếch dai Xxp va toa độ ra

của hồi tiếp mềm Y; Từ sơ dĩ biểu thị trín hình 1.5 ta thấy lă:

AX xy = AY., L+l, 5 _ AY, ‘'L+h, 4

Chuyĩn sang dai lượng không thứ nguyín, ta có: x„; = y- y, (1.36)

1.3Tìm hiểu về động cơ diesel có tăng âp bằng tuabin khí xả

13.1 Câc đặc tính tĩnh học của động cơ diesel

Câc hệ thống động cơ diesel trín tău thuỷ được xem lă đối tượng điều chỉnh vòng quay Quâ trình hoạt động của đối tượng điều chỉnh thường kỉm theo việc nhập, biến đổi, tích lũy vă xuất năng lượng hoặc vật chất Câc tính chất của đối tượng điều chỉnh (tính chất tĩnh học vă động học) được xâc định bởi tính chất của động cơ diesel như lă một thiết bị tạo ra năng lượng, cũng như xâc định bởi câc tính chất của nhu cầu năng lượng

Phía

nhập xUAL Phía

M)

tes

Hình 1.6 Sơ đồ nguyín lý của đối tượng điều chỉnh Theo biểu thị của sơ đồ nguyín lý của đối tượng điều chỉnh

Momen do động cơ tạo nín Mạ, đặc trưng cho phía nhập năng lượng, xâc định bởi câc tính chất của động cơ vă biểu thị:

a EEE aT

SVTH: VO HONG SON - KHA VĨNH TRÍ 18

Trang 25

- Thông qua đại lượng văo đối tượng, nó bằng đại lượng ra của cơ quan

điều chỉnh, đối với động cơ đốt trong đó lă hănh trình của ptttông bơm

cao âp h

- Thông qua thông số được điều chỉnh — tốc độ góc của trục œ - Thông qua câc đại lượng của câc yếu tô khai thâc

Câc yíu tố khai thâc bao gồm: trạng thâi kỹ thuật động cơ vă bơm nhiín liệu, loại vă tính chất của nhiín liệu, điều kiện khí hậu, v.v

Cho rằng câc thông số của câc yếu tố khai thâc đối với chế độ cđn bằng được khảo sât không thay đổi, thì momen của động cơ được viết theo sự phụ thuộc (hăm số) sau đđy:

M,=M,(h,o) (1.37)

Câc sự phụ thuộc nảy tương ứng với câc đặc tính bộ phận vă đặc tính ngoăi của động cơ Để nghiín cứu câc tính chất của động cơ đóng vai trò lă đối tượng điều chỉnh, thì ta cần biết câc đặc tính nảy

Momen cản Mc, đặc trưng cho phía xuất năng lượng, được xâc định bởi câc tính chất của câc thiết bị phụ tải Phụ tải ở đđy có thể lă chđn vịt, mây phât điện, câc thiết bị sử dụng hệ thống diesel tău thuỷ

Nếu mây phât điện một chiều đóng vai trò lă thiết bị phụ tải, thì sự phụ thuộc A⁄„ = M⁄„(o) có thể rất gần với tuyến tính Trín thực tế, khi từ trường F

không đổi, sự phụ thuộc mă chúng ta quan tđm sẽ thu được như sau: Ne (1.38) NO Trong do: u? Lea:

Ng= 2 công suđt điện do mây phât tạo ra;

n¿ — hiệu suất mây phât;

U - điện âp ở câc đầu dđy mây phât;

R - lực cản phụ tải (điện trở trong mây phât); K~ hệ số tý lệ

Nếu bỏ qua độ tụt âp bín trong, ta được U = C.F.œ

Lúc đó, ta cho lă hiệu suất mây phât không đối, đối với momen cản trín trục có thể thiết lập sự phụ thuộc M,¿= La, trong đó L- thông số phụ tải có độ lớn tỷ lệ thuận với độ dẫn điện 1/R

Đặc tính xuất ở đđy tạo thănh một họ câc đường thang Mc= Mc(a) khi L = idem (đường liền biểu thị trín hinh 1 7a)

Đối với mây phât điện xoay chiều sự phụ thuộc Mẹ= Mc(œ) cũng có thí

tất gần với tuyến tính,nếu phụ tải nối với mây phât chỉ gôm những điện trở thuần R

Trang 26

khâc nhau, câc đặc tính cơ học của chúng khâc xa nhau Ngoăi ra câc thiết bị có công suất định mức khâc nhau có thể không dùng hết phụ tâi

Hình 1.7 Đặc tính tĩnh học của phụ tải đối với mây phât điện

Tất cả câc yếu tố năy thay đổi tỷ lệ giữa câc thănh phần thuận vă khâng của phụ tải ở tần số khâc nhau, nghĩa lă ở tốc độ góc khâc nhau Vì thế câc đặc tính xuất năng lượng trong điều kiện đê cho không thể ổn định.Trín hình 1.7a đường đứt quêng biểu thị dạng có thể của đặc tính năy đối với một số thănh phan cụ thể của nhu cầu điện năng

Nếu như mây phât được trang bị bộ điều chỉnh điện âp, bù trừ nhanh sự

thay đổi tốc độ vă duy trì điện âp không đổi, thì đặc tính xuất hiện năng

lượng hoăn toăn khâc han Trong trường hợp năy công suất tiíu thụ sẽ không đổi vi điện âp không đổi Nếu bảo đảm công suất tiíu thụ không đổi, thì khi tăng tốc độ quay sẽ lăm cho momen quay giảm, điều năy được suy từ hệ thức Ne=A.Mc.o Vi vay đặc tính Mc=Mc(œ) khi L=idem sẽ tuyến tính nhưng giảm dần như biểu thị trín hình 1.7b

Momen cản trín trục phât điện được viết dưới dạng hăm s6 sau:

Mc= MC(L.o) (1.39)

Câc sự phụ thuộc (ham số) đối với Mạ vă Mẹ có thể biểu thị bằng đồ thị trín mặt phăng tọa độ hai thông số: mặt tọa độ M-œ hoặc mặt phẳng tọa độ M-h vă M-L

Trong trường hợp mặt phăng M-o ta thu được một họ đường: Mạ= Ma(o@) khi h = idem (1.40) Mc = Mc(o) khi L = idem

Trang 27

Dĩ tai: NC hĩ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab Ma= Ma(h) khi @ = idem Mc = Mc(L) khi œ = idem (1.41)

Đồ thị biểu thị câc tính chất tĩnh học nhập vă xuất theo phương trình (1.41) gọi lă đặc tính tâc động điều chỉnh vă phu tải

Dạng câc đặc tỉnh thực tế nhập (câc đặc tính bộ phận của động cơ), dạng câc đặc tính tâc động điều chỉnh được xâc định bởi câc tính chất của bản thđn diesel, bởi quâ trình công tâc, tăng âp vă hệ thống tăng âp cũng như bởi câc tính chất của cơ quan điều chỉnh bơm cao âp vă vòi phun

Dạng câc đặc tính xuất, đạng câc tâc động phụ tải được xâc định bởi câc tính chất của thiết bị phụ tải (mây phât) Mỗi thiết bị phụ tải đều có câc đặc tính vă đại lượng vật lý của riíng mình đóng vai trò lă thông số phụ tải, đối với mây phât thông số phụ tải được kí hiệu lă L

Khi nghiín cứu câc tính chất của động cơ đóng vai trò đối tượng điều chỉnh cần phải kết hợp câc đặc tinh nhập vă xuất

Việc khảo sât câc đặc điểm của trang thai can bang (dac tinh tinh học) của động cơ đóng vai trò lă đối tượng điều chỉnh được khảo sât theo tương quan câc đặc tính xuất vă nhập

Trạng thâi cđn bằng được xâc định bởi câc điều kiện: Mạ — Mẹ = =0

Câc trạng thâi cđn bằng ở đối tượng có thể rất nhiều, một số giâ trị nhất định của thông số điều chỉnh h vă phụ tải L tương ứng với mỗi trạng thâi cđn bằng Trạng thâi cđn bằng của đối tượng có thí ô ôn định hoặc không ô ĩn định Câi đó phụ thuộc văo quan hệ của câc đặc tính xuất vă nhập

Câc đối tượng điều chỉnh có thể năm ở câc trạng thâi cđn bằng khâc nhau:

- Trang thai can bang 6 ĩn dinh 1a trạng thâi mă ở đó giâ trị thông SỐ cần điều

chỉnh tốc độ quay lệch khỏi điểm cđn bằng một đại lượng Aoœ về phía tăng do ảnh hưởng của những nguyín nhđn bất ngờ năo đó, thì độ tăng của mômen cản so với mômen động cơ đủ lớn để buộc đối tượng trở về trạng thâi cđn bằng

- Trang thai can bang không ổn định lă trạng thâi mă ở đó giâ trị thông số cần điều chỉnh tốc độ quay lệch khỏi điểm cđn bằng một đại lượng Aoœ về phía tăng do ảnh hưởng của những nguyín nhđn bất ngờ nảo đó nhưng độ tăng của mômen cản so với mômen động cơ không đủ để buộc đối tượng

trở về trạng thâi cđn bằng vă tốc độ góc sẽ tiếp tục tăng

- Trạng thâi trung hoă hoặc không tĩnh học lă trạng thâi cđn bằng có Mg=Mc , còn thông số cần điều chỉnh œ có thể nhận giâ trị khâc nhau (tại điểm năy, câc đường đặc tính xuất vă nhập không cắt nhau, trạng thâi cđn băng có khả năng tổn tại khi câc đặc tính trùng nhau)

Vì vậy, động cơ diesel không chỉ lăm VIỆC với câc nhu cầu khâc nhau mă

còn có thể lăm việc với cùng một nhu cầu nhưng có câc tính chất tĩnh học khâc nhau

Khả năng của câc đối tượng ổn định tự trở về trạng thâi cđn bằng gọi lă

Trang 28

thực hiện nhờ xâc định hệ số góc của câc đặc tính nhập vă xuất hoặc hệ số tự

cđn bằng Z

Hệ sô góc của đặc tinh tinh hoc nhập K; lă đại lượng thứ nguyín được xâc định bởi tang của góc nghiíng đường tiếp tuyến tại điểm của chế độ cđn bằng với đặc tính nhập

x, =[ Se) ; = ‘ey, do j, (1.42)

Hệ số góc của đặc tinh tinh học xuất K, la đại lượng thứ nguyín được xâc định bởi tang của góc nghiíng đường tiếp tuyến tại điểm của chế độ cđn bằng với đặc tính xuất

K, -(%) :|K,|=tey, dw }, (1.43)

Nếu hiệu số K, — K, > 0 thì đối tượng ổn định Giâ trị hiệu số năy căng lớn, mức độ ô ĩn dinh cang cao

Nĩu hiĩu sĩ K, — K, < 0 thì đối tượng không ôn định Trường hợp năy, ta nói rằng nó có tính tự cđn bằng đm

Nếu hiệu số K, — Kạ = 0 thì đối tượng trung hoả Ta gọi trường hợp năy lă đối tượng không tĩnh học

Câc đặc tính tâc động điều chỉnh vă phụ tải lă một hình thức biểu thị khâc bằng đồ thị hăm số nhập vă xuất theo phương trình (1.41) cũng xâc định trạng thâi cđn bằng của đối tượng, có ý nghĩa thực tế khi xđy dựng câc đặc tính tĩnh học tông quât của hệ thống tự điều chỉnh Câc đặc tính tâc động điều chỉnh vă phụ tải cũng xâc định được câc hệ số góc cần thiết đối với câc phương trinh tĩnh học vă động học đối tượng

Nhờ câc đặc tính nhập vă xuất hoặc câc đặc tính tâc động phụ tải vă điều chỉnh có thể xâc định được tất cả câc đại lượng đặc trưng trạng thâi cđn bang của đối tượng Quan hệ giữa câc đại lượng nảy cũng có thĩ duoc biĩu thi bang giai tich Tuy vay, su phu thuộc giải tích chính xâc rất phức tạp, có thể biểu thị thông qua sự phụ thuộc tuyến tính gần đúng giữa câc số gia thông số cần điều chỉnh vă toạ độ nhập vă xuất Sự phụ thuộc năy gọi lă phương trình tĩnh học tuyến tính của đối tượng

Điều kiện ban đầu để lập phương trình lă điều kiện trạng thâi cđn bằng của đối tượng Mạ=Mc hay Mạ-Mc=0 Điều kiện năy được viết thông qua gia

số: AMạ= AMc hay AMa-AMc=0, trong đó ta chọn câc giâ trị ở chế độ ban

đầu năo đó

Sử dụng câc sự phụ thuộc hăm số 1 37 vă 1.39, sau khi phđn tích thănh

dêy Taylo vă tuyến tính hoâ ta biểu thị gần đúng gia số nhập vă xuất thông

Trang 29

Dĩ tai: NC hĩ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab

Câc đạo hăm riíng đứng trước câc gia số toạ độ nhập vă xuất biểu thị câc hệ số góc của câc đặc tính tĩnh học tâc động điều chỉnh vă phụ tải Chúng được xâc định bởi tang góc nghiíng của câc đường tiếp tuyến ở câc điểm tương ứng với chế độ ban đầu Ký hiệu câc hĩ sĩ nay bang Ky, va Ke:

OM OM

K,= =( Be) x [ 4 Kea = (1.45) 1.45

Thay câc đạo hăm riíng ở câc phương trình 1.44 bằng câc hệ số góc vă cđn băng gia số của câc momen xuất vă nhập, ta thu được:

K,Ah+ K,Ao =K,AL+K,Ao (1.46) 1 Tir do ta suy ra: Aw = Kc yp (Kad Ke AL) (1.47) x K,

Phuong trinh 1.47 biĩu thi su phụ thuộc gần đúng (tuyến tính) gia số thông số cđn điều chỉnh thông qua gia số toạ độ nhập vă xuat

Từ phương trình dạng gia số tuyệt đối chuyín sang phương trình dạng tương đối (phương trình không thứ nguyín) băng câch chia câc gia sô cho câc giâ trị gôc năo đó Có thể lđy câc toạ độ goc tương ứng với trạng thâi cđn bằng ban đầu hoặc câc giâ trị của chúng ở chế độ cđn băng tính toân (định

mức) của đối tượng: hỶ” œ âm, , LẺ", Chuyín câc toạ độ năy sang dạng không thứ nguyín: Aw _ Ah — _- om >? pan 7a ’ pm Đă Ta thu được phương trình: (k,x„TkcH) (1.48) an Kýhiệu Z=k, ~k, Viết lại phương trình 1.48: 2v =k,x„T—k¿u (1.49)

Hoặc y=k„x„ —k„.u (1.50)

Cac hĩ sĩ ky, Kn, kn, ke la cdc hĩ số góc không thứ nguyín của câc đặc tính

tinh hoc

oo” am dm dm

k,=K,—= 5k, =K,—— 3k, =K : ke = Ke Ee

c d Mạ Mẹ

Hệ số không thứ nguyín Z, bằng hiệu số của câc hệ số góc tương đối của câc đặc tính nhập vă xuất gọi lă hệ số tự cđn bằng của đối tượng nó cũng tương tự như hiệu số của câc hệ số góc tuyệt đối, đặc trưng cho tính ôn định tại điểm trạng thâi cđn bằng

Câc hệ SỐ kạy vă Kay la câc tỷ lệ thức, được gọi lă hệ số truyền của đối

Trang 30

1.3.2 Câc đặc tính động học của động cơ diesel có tăng âp bằng tuabin khí xả - thiết lập phương trình động học của động cơ

Câc tính chất động học của động cơ diesel lă câc tính chất của trạng thâi

không ổn định của đối tượng, nghĩa lă ở câc trạng thâi chuyín động hoặc

thay đối câc thông số điều chỉnh theo thời gian

Ở chế độ chuyín động, sự cđn bằng giữa câc số thông nhập vă xuất năng

lượng hoặc vật chất sẽ bị phâ vỡ

Tuy nhiín động học của đối tượng điều chỉnh phụ thuộc văo câc tính chất

tĩnh học vă quân tính của nó Ngoăi ra tính trễ cũng ảnh hưởng đến câc tính

chất động học của đối tượng, nếu trong mạch tâc động có khđu trễ

Như ta đê biết câc tính chất tĩnh học của đối tượng được viết bởi câc tính

chất nhập vă xuất, chúng được biểu thị bằng câc phương trình 1.37 vă 1.39

hoặc bang cac phuong trinh tuyến tính gần đúng được đânh giâ bởi hệ số tự can bang Z va hệ số góc của đặc tính tĩnh học của tâc động điều chỉnh vă phụ tải hoặc hệ số truyền kạx vă kg, Quan tính của đối tượng phản ânh khả năng tích lũy năng lượng hoặc vật chất của đối tượng vă chỉ xuất hiện khi có chuyển động Khi trạng thâi cđn bằng bị phâ, quân tính ảnh hưởng đến tốc độ, còn trong câc trường hợp nhất định nó còn ảnh hưởng đến gia tốc mă tọa độ ra của đối tượng (thông số điều chỉnh) bị thay đổi Ảnh hưởng của quân tính được phản ânh ở thời gian vă đặc tính của quâ trình chuyín tiếp

Tinh trĩ đặc trưng cho thời gian từ thời điểm bắt đầu chuyển động của cơ

quan điều chỉnh đến thời điểm bắt đầu thay đổi việc cấp nhiín liệu, nghĩa lă thay đổi momen quay của động cơ Khi không có tính trễ sự thay đôi của

momen quay sẽ diễn ra ngay sau sự thay đổi tọa độ văo của cơ quan điều

chỉnh Ở động cơ đốt trong tính trễ bao gồm ba giai đoạn thời gian:

-_ Thời gian từ thời điểm tín hiệu bắt đầu tâc động lín cơ quan điều chỉnh

(thanh răng bơm cao âp) đến thời điểm phun nhiín liệu văo xilanh

-_ Thời gian giữa thời điểm nạp nhiín liệu văo xilanh vă thời điểm biến nó

thănh mormen quay của động cơ (được gọi lă thời “thời gian chết”)

- _ Ở câc động cơ nhiều xilanh giai đoạn thử ba lă thời gian cần để phât huy

momen quay trung bình trín trục, tương ứng với giâ trị mới của tọa độ cơ

quan điều chỉnh (bơm cao âp) m hoặc h

“Thời gian chết” vă thời gian đạt đến momen quay trung bình phụ thuộc văo vòng quay của trục động cơ: chúng giảm khi tăng vòng quay của trục Vì

vậy, ở câc động cơ cao tốc câc thănh phđn năy xuất hiện ở mức độ thấp hơn

so với câc động cơ thấp tốc Tính trễ ở câc động cơ 2 kỳ cũng nhỏ hơn so với

động cơ 4 kỳ Nguyín nhđn chính của tính trễ lă sự giân đoạn việc cấp nhiín

liệu, tính chịu nĩn của nhiín liệu vă thời gian cho quâ trình biến đổi nhiín

liệu cấp văo thănh momen quay trín trục động cơ

Tính trễ có ảnh hưởng xấu đến câc quâ trình thay đổi câc thông số khi

điều chỉnh vă điều khiển Trong quâ trình điều chỉnh, do có tính trễ, thông số điều chỉnh sẽ bị sai lệch một đại lượng lớn Do tính trễ, tốc độ phục hồi trạng thâi cđn băng bị phâ vỡ sẽ giảm vă sai lệch thông số sẽ tăng lín

Trang 31

Đặc điểm của bất kỳ động cơ đốt trong hay động cơ diesel năo đóng văi

trò lă khđu động học lă nó có hai toạ độ văo vă một toạ độ ra cơ quan điều

chỉnh — thông số điều chỉnh Một toạ độ văo tương ứng với nhập năng lượng (vật chất) Xạ = h, còn toạ độ còn lại tương ứng với xuất năng lượng X, = L Câc toạ độ năy lă câc thông số chính Ở trường hợp tổng quât còn có thể có

câc toạ độ văo của tâc động khai thâc Xụ

Tương ứng với hai toạ độ văo của đối tượng, ta có thể khảo sât hai kính tâc động (hoặc kính dẫn) Câc toạ độ thay đổi trong mạch truyền tâc động theo kính dẫn có thể lă hội tụ (tập trung) hoặc phđn kỳ (phđn tân) Vi thĩ, tat cả câc đối tượng được chia thănh hai nhóm: nhóm có câc thông số phđn tân vă nhóm có câc thông số tập trung Nếu trong đối tượng có một thông số phđn tân vă sự phđn tản năy được tinh đến thì chuyín động của đối tượng năy được viết bằng phương trình vi phđn ở dạng dạo hăm riíng

Trong hệ thống diesel va tua bin khí tău thuý, câc đối tượng điều chỉnh được xem lă đôi tượng có thông số tập trung

Động học momen toân học tuyến tính của câc đối tượng năy được viết theo câc phương trình vi phđn thông thường với số bậc phụ thuộc văo số dung tích được tính đến

Ở đđy, ta khảo sât phương trình động học của động cơ đóng vai trò lă đối tượng điều chỉnh vòng quay không có tính trễ

Phương trình động học của động cơ diesel đóng vai trò lă đối tượng điều chỉnh vòng quay được biểu thị dưới dạng:

AM, -AM, = 32 (1.51)

Với: %- momen quân tính của câc khối lượng quay qui đổi về trục quay Diesel được xem lă đôi tượng một dung tích không tăng âp Vì o = alse) cho nín phương trình trín được dưới dạng gia số: ~ đ(Aœ 3 09) — Ai, — AM, (1.52) Vì AM,T—AM= K,Ah + K,Âo - KVAL — K,A@ Cho nín:

Chuyín sang dạng không thứ nguyín, ta có:

T,y+ Zy=k¿x„T— kạu (1.54)

Trong đó

= 5m gọi lă hằng số thời gian (của bình tích) Ở đđy nó lă hằng số

thời gian của đối tượng (một bình tích)

Z=K,-K, - hệ số tự cđn bằng, được tính theo câc đặc tính tĩnh học

Trang 32

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab k, vă k„ - hệ số góc đặc tính tĩnh học của tâc động điều chỉnh vă tâc động phụ tải đê tính đến theo câc tính chất tĩnh học

ye oe - độ lệch tương đói thong sĩ can diĩu chinh Aw =o -0%

œ#"— Giâ trị của thông số cần điều chỉnh ở chế độ cđn băng ban đầu, nhận lăm gốc tính toân Chế độ cđn bằng ban đầu có thể được đặc trưng

bởi phụ M”” khi tâc động xảy ra

Câc hệ số Z„ kạ vă kẹ được xâc định ở điểm trạng thâi cđn bằng ban đầu

đề tính toân chuyín động của đối tượng

Đối với đại lượng T,, dĩ dang ta thấy đđy lă đại lượng tỷ lệ với momen quân tính câc khối lượng quay 5% Nó biểu thị quân tính của đối tượng ở thứ nguyín thời gian Nếu momen quân tính lă hang số thì thời gian T; cũng lă hằng sô vă đặc trưng cho quân tính của đối tượng Thông thường 5% được xem lă đại lượng không đổi (hăng)

Phương trình động học tuyến tính của đối tượng một dung tích có thĩ biĩu thị ở dạng khâc thông qua câc hệ số truyĩn ka, va kay (chia cho hĩ số cđn bằng Z)

Tuy+ y=k„X¿T—#⁄„ụ (1.55)

Ở đđy

Ty “3 - hằng số thời gian tăng tốc của bình tích (hằng số thời gian tăng tốc của đối tượng một dung tích)

ka Va kay — hệ sô truyền của đối tượng theo mỗi kính dẫn, xâc định bởi

câc tính chất của đối tượng tại điểm chế độ cđn bằng ban đầu

Câc thông số thời gian Tạ vă To đặc trưng cho quân tính của đối tượng một dung tích Tuy nhiín, thời gian Tạ chỉ được xâc định bởi quân tính vă đối với đối tượng nó lă đại lượng, tất yếu, lă hằng số nếu dung tích 5 không đổi Còn hằng số thời gian tăng tốc To chỉ có nghĩa vật lý đối với câc đối tượng có tính tự cđn bằng dương Nó không những phụ thuộc văo quân tính mă còn phụ thuộc văo hệ sô tự cđn bằng Z

Vì hệ số tự cđn bằng ở cùng một đối tượng có thể khâc nhau ở câc chế độ cần bang, cho nín hằng số thời gian tăng tốc Tọ sẽ phụ thuộc văo chế độ ban đầu Đối với chế độ ban đầu được chọn, nó lă hằng số

Tuy nhiín, trong thực tĩ, động cơ diesel còn được trang bi hệ thống tăng

âp, nín tiếp theo đđy ta sẽ khảo sât phương trình động học tuyến tính của động cơ diesel có tắng âp Trong câc sơ đồ tăng âp của động cơ, ta khảo sât động cơ tăng âp bằng tuabin khí xả không được điều chỉnh theo hình 1.8

Từ sơ đồ hình 1.8 ta có thể thấy trong thănh phần đối tượng điều chỉnh có hai bình tích năng lượng chính: một lă câc khối lượng quay của động cơ, cơ cấu phụ tải vă câc bộ phận gắn với chúng: hai lă câc khối lượng quay của tuabin tăng âp Ngoăi ra, còn có câc bình tích, bình chứa không khí vă đường

ống - trong đó khối lượng không khí được tích lại vă âp suất của nó thay đối,

Trang 33

năng, câc vâch bình chứa tuabin vă ống góp xả, nhiệt năng được tích văo kim

loại Tuy nhiín có thể bỏ qua câc bình tích năy vă tính trễ, câc thông số của

bình tích không khí có thể xem lă tập trung vì bỏ qua quân tính cho nín âp suất tăng âp trước động cơ Ps có thĩ lẫy băng âp suất sau mây nĩn Pg ở bất kỳ thời điểm năo

Hình 1.8 Sơ đỗ nguyín lý động cơ tăng âp bằng tua-bin

Phương trình động học tuyến tính của động cơ tăng âp băng tuabin được tổng hợp từ câc phương trình động học của động cơ — phụ tải; mây nĩn —

tuabin; bình chứa không khi

%# Dong co — phy tải (mây phât điện) „

Phương trình động học ban đầu của động cơ — phụ tải được việt tương tự như phương trình đôi với động cơ không có tăng âp ở dạng sô gia:

5 dao) =AM,-AM,

Tuy nhiín, ở trường hợp đang khảo sât momen của động cơ sẽ lă hăm tuyín tính 3 đại lượng:

M„=M,(h,o, P,) (1.56) Con momen can sĩ 1a (phuong trinh 1.39): M =M_(L,o)

Bang cach biĩu thị số gia câc momen AM vă AMc ở dạng tuyến tính gần đúng thông qua sô gia câc đại lượng xâc định chúng, ta thu được:

Trang 34

T,y+ 2y = k,x; —keu +k,„@, (1.58)

Trong đó:

Tạ, Z, kụ, kc, được xâc định như đối với động cơ không tăng âp

kpa — hệ sô góc không thứ nguyín của đặc tính tĩnh học ĩ„ = A/„(P,) khi œ vă L lă hằng số: OM pm k= (ae a} -s 0 1.59 @» — su thay dĩi khong thir nguyĩn sĩ gia dp suất tăng âp, theo thời gian AP, P,- Pe Pm pam 9, = Mây nĩn- tuabin

Phương trình động học ban đầu của mây nĩn — tuabin ở dạng SỐ gia:

5, deo) = AM, -AM, (1.60)

Trong đó :

Aoøg — số gia tốc độ góc của trục mây nĩn — tuabin: Ao, =o, - 0%” 3, - momen quân tính câc khối lượng quay của mây nĩn tuabin; AMT - số gia momen của tuabin khí;

AM - số gia momen cản của khí nĩn

Momen cua tuabin la ham số của lượng khí Gy, nó được xâc định bởi

lượng nhiín liệu vă không khí cấp văo động cơ, cũng như tốc độ gÓC cua roto tuabin œx Lượng nhiín liệu vă không khí cấp văo động cơ có thĩ xem 1a đại

lượng phụ thuộc văo toạ độ của cơ quan điều chỉnh h vă tốc độ góc @ của

trục động cơ, cho nín: M; = M;(h,œ,@„ ) (1.61)

Momen can trĩn truc may nĩn: M, = M,(o,,P,) (1.62)

Biểu thị số gia câc momen AM+ vă AM ở dạng tuyến tính gần đúng thông qua số gia câc đại lượng xâc định chúng, ta thu được:

Trang 35

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab y„ — độ thay đổi không thứ nguyín tốc độ của trục mây nĩn - tuabin: oO @, Ty, > Y= dm ®, Z„ — hệ số tự cđn bằng của mây nĩn — tuabin: Z = ĩM,) wen _{ OM, oe

* \ Gam ), Me" | Amy j, M"”

ki — hĩ sĩ gĩc khĩng thir nguyĩn cua dac tinh tinh hoc tac động điíu

chỉnh M; = M;(») khi câc giâ trị œ vă œy không đôi:

6M, Ae

Kix = dh jy Min im?

koe — hĩ sd góc không thứ nguyín của đặc tính tĩnh học tâc động điều

chỉnh M; = M;(œ) khi câc giâ trị h vă œ không đôi:

ôM,\ œ0”

Kar = dm?

60 } 9 M;”"

kx — hĩ sĩ gĩc khĩng thir nguyĩn dac tinh tinh hoc cla may nĩn

M,=M,(P,) khi cac gia tri @x không đối: ôM,\ P” *„=| TT Ta OF; ), M; Cac đại lượng còn lại đê được xâc định ở phđn trín 3% Bình chứa không khí

Quan hệ giữa câc phương trình chuyển động của động cơ vă mây nĩn — tuabin được xâc định bởi sự thay đổi âp suất Ps trong bình chứa không khí

Vì ta bỏ qua quân tính của bình chứa không khí cho nín quan hệ giữa câc

thông số vă toạ độ của nó được biểu thị bằng sự phụ thuộc tĩnh học:

AG,, ~AG, =0 (1.65)

Trong do:

Gra — sản lượng mây nĩn;

Ga — lưu lượng không khí qua động cơ

Sản lượng mây nĩn Gn, khi câc yếu tố bín ngoăi ở câc điều kiện khai thâc

cụ thí không thay đôi, lă hăm của hai thông số œ vă Ps:

G,, = G,,(0,, Ps) "¬ (1.66)

Còn lưu lượng không khí qua động cơ Ga có thí biíu thị như sau:

G, =G,(P,;) (1.67)

V6i phĩp tuyĩn tinh gan dting, bang cach cho AG,,=AG, ta viĩt quan hĩ giữa câc thông số của bình chứa không khí như sau:

ôG, -| —mỊ| |AP,=| “| Ao„- ôG,, aG,, ( ôG, A

(5) l ) ,=( =} 0, (22) a0 68

Trang 36

Sau khi chuyín sang đại lượng không thứ nguyín vă chia tất cả câc hạng

mục cho lưu lượng không khí định mức G7” ta thu được: 240, =kjwTk.y› (1.69) Hoac 9, =ka vy — kz„y (1.70) Trong do Zr — la hĩ so ty can bang của bình chứa (BLE Ss Jo $ /ol 2z

kỹ - hệ số góc không thứ nguyín của đặc tính tĩnh học bình chứa về

phía nhập (của mây nĩn):

(Sle Cw, ), Gz”

ko - hệ số góc không thứ nguyín của đặc tính tĩnh học bình chứa về phía xuất (của động cơ): i= (% ), ĐC 8œ jy Gr” k,, - hĩ sĩ truyền của bình chứa về phía nhập (về phía mây nĩn): ke Kay = > Zp k,„„ - hệ số truyền của bình chứa vẻ phía xuất theo lưu lượng động cơ: k$ k Ra 2, Zp

Ta thay đại lượng thay đổi âp suất không thứ nguyín ở bình chứa tp được xâc định theo phương trình (1.70) văo câc phương trình động học của động cơ vă mây nĩn tuabin, ta thu được câc phương trình:

T,y+ 2 =R,x¿T— kcH + ku (uy, — Kea Y)

Hoặc T7,ÿ+(Z +k,„k„„}y = kuxạ — kẹ + „Em, - (1.71)

e_ Đối với mây nĩn — tuabin, ta có:

1 + Ly = kuX; + Ñÿ — ku„(Emy; —kz„y)

Hoặc 7,ÿ, + +, + uy km i= Xu + (pela +}, (1.72)

Nếu ta kí hiệu: Z+k,ykeg = Zs Zp + Koken = Zl Kpakine = koa 3 Koukna + hor = pả 2

Trang 37

Dĩ tai: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab CHƯƠNG II MÔ PHỎNG HỆ THÓNG TỰ ĐỘNG DIEU CHINH VONG QUAY CUA

DIESEL LAI MAY PHAT DIEN TREN MAY TINH

Mô phỏng một hệ thống vật lý — kỹ thuật trín mây vi tinh thực chất lă giải bằng mây tính hệ thống phương trình toân học mô tả hiện tượng vật lý — kỹ thuật đó Hệ thống phương trình toân học năy có thể lă tương đối đơn giản Nhưng thong thường để mô tả câc hiện tượng vật lý — kỹ thuật xảy ra trong thực tế lă những vi phđn bậc cao khâ phức tạp Thường không thể dung phương phâp giải tích để tìm nghiệm của chúng Tìm nghiệm của hệ thống phương trình năy chỉ có thể lă bằng phương phâp số, với sự hỗ trợ của mây tính Hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay của động cơ diesel lai mây phât điện cũng lă một hệ thống như thế Việc giải bằng phương phâp số hệ thông phương trinh tất/trín mây tính, do đó cũng có thể thực hiện bằng câc ngôn ngữ lập trình khâc nhau Tuy nhiín, với khả năng hỗ trợ toân học rất mạnh của MATLAB cùng với công cụ Simulink của nó, việc mô phỏng cho hệ thống cần nghiín cứu tỏ ra khâ thuận lợi Bằng luận văn năy, chúng tôi muốn chứng tỏ điều đó

2.1 Lợi ích của việc nghiín cứu hệ thống bằng mô phóng trín mây vi tính Trong việc nghiín cứu khoa học kỹ thuật, mô phỏng lă công cụ quan trọng cho phĩp khảo sât câc đối tượng, hệ thống hay quâ trình kỹ thuật — vật lý, mă không nhất thiết phải có đối tượng hay hệ thống thực Được trang bị một công cụ mô phỏng mạnh vă có hiểu biết về câc phương phâp mơ hình hô, người kỹ sư sẽ có khả năng rút ngắn thời gian vă giảm chi phí nghiín

cứu — phât triển sản phđm một câch đâng kể Điều năy đặc biệt có ý nghĩa khi

sản phẩm lă câc hệ thống thiết bị kỹ thuật phức tạp với giâ trị kinh tế lớn Cac khai nệm mô phỏng ÓƒˆL¡ne, Soƒfware-in-the-Loop, Hardware-in-the- Loop (hay Real Time Simulation) va Prototyping dA thí hiện rõ nĩt câc bước của quâ trình phât triển sản phẩm với sự hỗ trợ của mây tính

Mô phỏng còn giúp người kỹ sư xem xĩt, giả sử được một số tình huống

khẩn cấp vă đưa ra câc phương thức giải quyết vấn đề hợp lí vă đâp ứng nhanh, nhằm để phòng câc sự cố xảy ra đột ngột Việc mô phỏng trước câc tình huống năy phât huy khả năng phản ứng của người kỹ sư khi câc sự cố Xđy ra, giảm thiệt hai đâng kế về mặt vật chất lẫn kinh tế

Trong giâo dục đăo tạo, mô phỏng giúp cho sinh viín, học viín tìm hiểu câc hệ thống tự động trong điều kiện không có khả năng tiếp xúc thực tế

Trang 38

Đề tăi: NC hệ thông ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink cla MatLab Hoặc giúp cho sinh viín nắm trước được tình hình trước khi thao tâc trín thực tế

Cũng nhằm câc mục đích trín, việc nghiín cứu hệ thông tự động điều khiĩn vong quay diesel bang mô phỏng trín mây vi tính được thực hiện giúp cho người sĩ quan điều khiển tău hoặc kỹ sư điều khiển mây phât xem xĩt trạng thâi của vòng quay, tính ổn định của hệ thống vă khảo sât sự thay đổi hệ thống Bằng việc mô phỏng, sĩ quan điều khiển hoặc kỹ sư điều khiến có thể giả định trước câc tình huống khẩn cấp (mất tải đột ngột, tăng giảm tải đột ngột, hoặc quâ tải, v.v ) vă đưa ra câc xử lý phù hợp Đề phòng được câc rủi ro gđy thiệt hại có thể xảy ra

Như vậy mô phỏng ‹ đê mang lại câc lợi ích khâ lớn cho công tâc nghiín cứu câc hệ thong, câc đối tượng Ngoăi câc lợi ích trín, nó còn mang đến lợi ích về mặt kinh tế, giảm chỉ phí thử nghiệm thực tế, vă có thể giảm cả về chỉ phí

thiệt hại

2.2Phần mềm MATLAB với việc mô phóng hệ thống điều khiến tự động 2.2.1 Giới thiệu chung về MATLAB

MATLAB lă một bộ chương trình phần mềm lớn của lĩnh vực toân số học

mă thể hiện chính của nó lă câc phĩp tính vector vă ma trận Phần cốt lõi của chương trình bao gồm câc hăm toân, câc chức năng nhập vă xuất cũng như câc khả năng điều khiển chu trình mă nhờ đó ta có thể dung nĩn cac Scripts Thím văo đó, nó còn câc Toolbox với phạm vi chuyín dụng mă người sử dung can nhw: Control System Toolbox, Signal Processing Toolbox,

Optimization Toolbox, Stateflow Blockset, Power System Blockset, Real-Time

Workshop va Simulink

Tín MATLAB lă tín viết tắt từ "MATrix LABoratory", được phât minh

văo cuối thập niín 1970 bởi Cieve Ô4oler, vă sau đó lă bởi chủ nhiệm khoa mây tính tại Đại học New Mexico

MATLAB, nguyín sơ được viết bởi ngôn ngữ Fortran, vă cho đến 1980,

nó vẫn chỉ lă một bộ phận được dùng trong nội bộ của Đại Học Standford

Năm 1983, Jack Little, mĩt nguoi di hoc & MIT vă Stanford, đê viết lại

MATLAB bang ngôn ngữ C vă xđy dựng cho nó thím câc thư viện phục vụ

cho thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống Toolbox (hộp công cụ), mô

phỏng Jack xđy dựng MATLAB trở thănh mô hình ngôn ngữ lập trình cơ sO ma tran (matrix-based programming language) Va Steve Bangert la

người đê thực hiện trình thông dịch cho MATLAB Công trình được thực

hiện trong hơn một năm Sau năy, Jack Little kĩt hop voi Moler va Steve Bangerr quyết định đưa MatLab thănh dự ân thương mại, vì lý do đó công ty The MathWorks da ra doi vao nam 1984

Phiín bản đầu tiín lă MATLAB I.0 ra đời năm 1984 viết bằng C cho

MS-DOS PC được phât hănh đầu tiín tại IEEE Conference on Design and

Control tại Las Vegas, bang Nevada Hoa Kì

Nam 1986, MATLAB 2 ra đời trong đồ có hĩ tro UNIX

Trang 39

Năm 1987, MATLAB 3 được phât hănh

Năm 1990 Simulink 1.0 được phât hănh vă gói chung với MATLAB 3

Năm 1992, MATLAB 4 thím văo hỗ trợ 2-D vă 3-D đồ họa mău vă câc

ma trận truy tìm Trong thời gian năy , công ty The MathWorks cũng cho phât hănh phiín bản MATLAB Student Edition (dănh cho học sinh)

Năm 1993 MATLAB cho MS Windows ra đời Đồng thời công ty cũng bắt đầu có Website lă mathwork.com

Năm 1995 MATLAB cho LINUX ra đời Trình dịch MATLAB có khả

năng chuyển dịch từ ngôn ngữ MATLAB sang ngôn ngữ C cũng được phât hănh trong giai đoạn năy

Nam 1996 MATLAB 5 bao gồm thím câc kiểu đữ liệu, phât triển hình ảnh hoâ, bộ truy sữa lỗi (debugger), vă bộ tạo dựng GŨI

Năm 2000 MATLAB 6 cho đổi mới đesktop MATLAB, thím văo tiện ich LABPACK va Fastest Fourier Transform in the West

Nam 2002 MATLAB 6.5 phat hanh nang cao tốc độ xử lý, sử dung phương phap dich JIT (Just in Time) va tai hỗ trợ MAC

Nam 2004 MATLAB 7 dugc phat hănh, có khả năng chính xâc hơn vă

kiểu nguyín, hỗ trợ hăm lồng nhau, công cụ vẽ điểm, vă phât triển thuật toân

tương tâc

Hiện nay, MATLAB 7 phiín bản 14 đê ra đời hồ trợ cho hệ điều hănh

Window XP Service Pack 3 với cải thiện Simulink cùng hơn 75 sản phẩm

khâc

MatLab được dùng rộng rêi trong giâo dục, phổ biến nhất trong lĩnh vực đại số tuyến tính vă giải tích

2.2.2 Cơ bản về MatLab

2.2.2.1 Khởi đông MATLAB

Để khởi động lăm việc với MATLAB, ta nhap dup vao biểu tượng của MATLAB trín desktop Măn hình nền của MATLAB xuất hiện với câc cửa số chính như hình 2.1bao gồm:

= AA

Trang 40

Đề tăi: NC hệ thống ĐKTĐ ĐC Diezel lai mây phât điện qua mô phỏng Simulink của MatLab TT Ra CN sa Se eB 6 H DF | tarot oer oy

Bande Lien te Hekh gh Mat Mane

Lae get Benen g +e Bagel es LO

nok @

8 hee ‘Pes ee tiẩMhefsd tại âc manh, sả 6e — Fde Ed th “3041 PA

Sa eegans Í Me đôn Pd de ABLE GS Pha

‘ad BES ELLE fie Fớ đc SOE ONT And

lo Syyía Sígg at Teg haute te tg BG aed

Spas Wig Ba âo VTA 6 ER kể

Si eaten eat 1x6 Sạt la AGE % K0 E4 HT ti, 1⁄8 12L4Nf Cat ae oe beats Lwtquamnn ‡ Ki 44âĐ 5 8 PH-

FE COME HS SPS ŸSyaw $ RE AGRE OES Ped

sikh oy #E tặc PERE LOGE Tt ade Fe SS fax Đâ HG ad 6#? Fta

i ae Hee Syauts fe S8 SAMCE 4 BẼ P4

Dp eo" fon MEER xe, a3 1 Bae G07 Se

Bee rower Be THỂ vất Sheen BAP ee saiwetant tam ated were ase A ne “es ayes xi lỚ H12 #.e94, keo

Hình 2.1 Giao diện lăm việc trín MATLAB

Cửa số lệnh Command Windows: Đđy lă cửa số chính của MATLAB

Tại đđy ta thực hiện toăn bộ việc nhập dữ liệu vă xuđt kít quả tính toân Dđu

nhây >> bâo chương trình sẵn săng để gõ câc lệnh

Dữ liệu (lệnh) được thực hiện bằng câch nhập dữ liệu (gõ lệnh) vă kết thúc bằng phím ENTER Một sô lệnh tông quât liín quan đín cửa số năy như sau: clc: xóa cửa số lệnh home: di chuyĩn con chạy lín góc trín trâi của cửa số (khi chạy chương trình)

help: trợ giúp thông tin về một mục năo đó

echo, echo on/off: tắt mở hiển thị câc dòng của file m khi chạy chương

trình

cdit: gọi chương trình soạn file *.m type tĩn_file: doc ndĩi dung file *.m demo: goi chuong trinh demo

quit, exit: thoat chuong trinn MATLAB Ngoăi ra còn có một sô phím hồ trợ thao tâc: Phím Chức nắng Phim Chức năng + Gọi lại hăng trước End Về cuỗi hăng

Vv Goi lai hang kĩ Esc Xóa hang

€ Lui lai một ký tự Delete Xóa ký tự ở con chạy

> Tới một ký tự Backspace | Xóa ký tự trước con chạy

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	4,71 MB