Đề bài tính hệ thống Đctđ tuyến tính liên tục theo các chỉ tiêu chất lượng làm việc cho trước

QUÂN ĐỘI NHÂN DÂN VIỆT NAMHỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ __________ Bộ môn: Tự động và kỹ thuật tính BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: “CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG” Đề bài: Tính hệ thống ĐCTĐ

QUÂN ĐỘI NHÂN DÂN VIỆT NAM

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

 

Bộ môn: Tự động và kỹ thuật tính

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC:

“CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG”

Đề bài: Tính hệ thống ĐCTĐ tuyến tính liên tục theo các chỉ tiêu

chất lượng làm việc cho trước.

Mục lục

Mở đầu

I Lập sợ đồ khối, phân tích chức năng của các phần tử lập sơ đồ chức năng và thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ thống ĐCTĐ

II Phân tính cuấ trúc-lập sơ đồ cấu trúc và xác định hàm số truyên của hệ thống mạch hở

III Khảo sát tính ổn định của hệ thống mạch hở ĐCTĐ IV Dựng các đặc tính biên độ tần số loga Lbđ (ω) và pha tần số loga ban đầu φbđ (ω)

V Tính toán và xây dựng đặc tính tần số log among muốn Lmm (ω) VI Tính toán cấu trúc và thông số của cơ cấu hiệu chỉnh nối tiếp hoặc song song phản hồi

VII Tính toán và phân tích hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh

VIII Mô hình hóa hệ thống ĐCTĐ sau khi hiệu chỉnh

IX Kết luận

Lời nói đầu Môn học “lý thuyết điều chỉnh tự động” đặt nền tảng cho lĩnh vựcĐKTĐ một trong các lĩnh vực mũi nhọn trong khoa học kỹ thuật hiệnđại ngày nay Đặc biệt trong cơ khí chế tạo máy đã khẳng định vai tròcủa việc ứng dụng điều khiển tự động là không thể thiếu.

Đối với mỗi học viên học xong môn “lý thuyết điều chỉnh tựđộng”, thì việc làm bài tập lớn là rất cần thiết Mục đích là để các họcviên hệ thống hóa và củng cố lý thuyết đã học, nắm được các phươngpháp thiết kế tính toán biểu đồ tài liệu kỹ thuật có liên quan

Các hệ thống ĐCTĐ được áp dụng trong các thiết bị kỹ thuật ngàynay có nhiều loại có cấu trúc từ đơn giản đến phức tạp thậm chí có thểrất đa dạng và phức tạp, tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng chung Nhưngbằng các công cụ toán học hay các phần mềm hỗ trợ khác ta có thểchuyển hết các hệ về hệ tuyến tính thuận lợi về mặt toán học phục vụquan trọng của khoa học kỹ thuật nói chung và của kỹ thuật quân sự nóiriêng

Trong khuôn khổ của bài tập lớn tôi áp dụng phương pháp đặc tínhtần số Logarit để khảo sát tính toán và thiết kế hệ thống “ĐCTĐ tốc độđộng cơ” Đây là phương pháp chủ yếu được dùng trong kỹ thuật hiệnnay

Đây là bài tập lớn đầu tiên mà em nghiên cứu, tính toán và thiết kếmột hệ thống ĐCTĐ chắc không tranh khỏi sai sót em rất mong thầy chỉbảo sửa chữa

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Tháng 10 năm 2024

Môn học: Lý thuyết điều chỉnh tự động

Đề bài: Tính hệ thống ĐCTĐ tuyến tính liên tục theo các chỉ tiêu chất

lượng làm việc cho trước.

K ca [v/mv]

K kđđt [v/mv]

T kđđt [ma/v]

K mf [sec]

T mf [sec]

K đc [vòngphút×v]

T đc [sec]

Các cơ cấu sử dụng trong sơ đồ nguyên lý:

1 CA: chiết áp đặt tốc độ của động cơ

2 KĐĐT: khuếch đại điện tử

3 MF: máy phát

4 Đc: động cơ

5 MPTĐ: máy phát đo tốc độ quay của động cơ

A Đặt vấn đề:

Để khảo sát, tính toán nghiên cứu cho hệ thống điều khiển tự độngnhư đề bài yêu cầu ta đề cập và vận dụng những kiến thức đã họctrong chương trình, lựa chọn và sử dụng những pháp tính và phùhợp với các phép tính toán trên giấy, sử dụng MATLAPSIMULINK và kết hợp tra bảng để giải quyết yêu cầu của bài tập

sử dụng các phương pháp để khảo sát như là phương pháp đặc tínhtần số Loga, phương pháp hiệu chỉnh với hệ thống mạch kín và hệ

thống mach hở.

B Các bước Tiến hành:

đồ chức năng và nghiên cứu nguyên lý làm việc của hệ thống điề chỉnh tự động:

Trên cơ sở phân chia hệ thống đã cho thành các phần tử riêngbiệt, ta sẽ lập sơ đồ khối Phân tích chức năng của các phần tửlập sơ đồ chức năng của hệ thống Trên cơ sở phân tích hệthống, ta sẽ thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ thống ở cácchế độ khác nhau (chế độ triệt tiêu sai lệch, chế độ bám…)

II Nhìn vào sơ đồ nguyên lý và chức năng ta có thể khái quát

nguyên lý làm việc của động cơ như sau:

Hệ thống được điều khiển theo nguyên lý điều khiển theomạch kín: kết quả điều khiển được đưa trở lại đầu vào thôngqua mạch phản hồi

- CCFAT: là chiết áp, biến đổi sự dịch chuyển cơ khí thành sựthay đổi điện áp Từ đó làm thay đổi điện áp (dòng) ở đầu racủa khâu

Có HST là: W p1   K2

- KĐĐT: Là phần tử khuếch đại tín hiệu sai lệch

Có HST là:

3 2

- KĐMĐ: là phần tử MĐKĐ từ trường ngang, đầu vào là điện

áp cuộn dây kích từ, đại lượng ra là điện áp máy phát Cóchức năng làm tầng khuếch đại công suất

Có HST là:

5 3

- ĐCCH: là động cơ chấp hành điện một chiều, điều khiển tốc

độ quay của động cơ theo điện áp điều khiển

Có HST là:

6 4

3

( ) (1 )

Đặt: K=K2K3K5K6K1= 1*1,7*40*3,3*2,1= 471

a Hàm số truyền (HST) hệ hở ban đầu là:

1 ( ) ( )

(0,005 1)(0, 015 1)(0,3 1)

471

h k

h k

(0,005 1)(0,015 1)(0,3 1) 471

HST Wh(p) cho lấy hệ hở tương dương với hệ gồm 1 khâu tích phân và

3 khâu quán tính mắc nối tiếp nhau, như sơ đồ sau:

Đa thức đặc trưng: N(p)= 0.0000225p4 0,0195p3 0,365p2  p

III Khảo sát tính ổn định của hệ thống mạch hở ĐCTĐ

Để khảo sát tính ổn định của hệ thống mạch hở ta dùng tiêu chuẩn ổn

định Hurwitz.

Ta nhận thấy rằng ĐTĐT của mạch hở có bậc n=4 , an=0 nên có thểbước đầu kết luận rằng hệ thống nằm trên biên giới ổn định vì PTĐT cónghiệm nằm ở gốn toạ dộ

Ma trận Hurwitz được thành lập như sau:

Dựa vào HST hệ thống mạch hở được xác định ở phần II

- Tương tự, khi 1   2, ta sẽ có phương trình tiệm cận thứ hai:

L2()≈ 20 log 617,1−20 log−20 log 0,25

= 20 log 617,1 – 40 logω – 20 log0,25

= 67,848 – 40 logω

Độ nghiêng của đặc tính thay đổi là (-20db/dc) khi qua khâu quán tính.Khoảng tiệm cận này kéo dài từ tần số gập thứ nhất đến tấn số gập thứhai và có độ nghiêng tổng cộng lúc này là (-40db/dc)

- Khi 2   3ta sẽ có phương trình tiệm cận thứ ba:

L3()≈20 log 471 – 40 logω – 20 log0,015– 20 log0,3ω

= 20 log 471– 60 logω – 20 log 0,015 – 20 log0,3

= 100,396 – 60 logω

Do có khâu quán tính nên độ nghiên đặc tính tiếp tục thay đổi đổi là (-20 db/dc) Đường tiệm cận kéo dài từ cuối đoạn tiệm cận thứ hai đếntần số gặp thứ ba với độ nghiêng là (-60 db/dc)

Khi ω≥ω3, ta có phương trình tiệm cận thứ tư Phương trình đoạn này códạng:

L4(ω)≈ 20 log 471 – 20 log 0,015 – 20 log 0,3 – 40 logω – 20 log 0,006

= 147,179 – 80 logω

Độ nghiêng của đặc tính thay đổi là (-20 db/dc) Như vậy ở đoạn nàyđặc tính có độ nghiêng là (-80 dc/dc) Do đó ta có đặc tính biến độ tần

số logarit của hệ thống có dạng như hình 1:

- ĐTTS pha của hệ thống là tổng giá trị φt(ω) của các khâu:ω) của các khâu:





Với cách khảo sát tương tự như khảo sát đặc tính tần số biên độ logarit

ta có đặc tính tần số pha có dạng dưới đay:

Dùng MATLAB SIMULINK vẽ ta được:

V Tính toán và xây dựng đặc tính tần số biên độ loga mong

Do độ quá chỉnh δmax=24% ta tra theo đồ thị phục lục 4 trang 110

(Hướng dẫn làm bài tập lớn) được:

Đoạn tần số liên hợp giữa phần tần số thấp và phần tần số trung được xác định bởi ω1 và ω2 với độ nghiêng là (-40 1db/dc) Để tìm ω1 ta lập phương trình đường đặc tính phần tần số liên hợp và tìm giao điểm của

nó với đường đặc tính phần tần số thấp

Bằng cách đó ta tìm được:

2 1

0,4*7

0,017 ( / )157

c

mm

rad s K

 20 logK1 – 40 log 0,017 = 20 log 157- 20 log (ω)

+ Vùng liên hợp tần số trung và cao ta lấy Lmm(ω) có độ nghiêng khoảng(-40db/dc) Lmm(ω)= 20 logKlh2 – 40 log(ω)

Tương tự trên ta tìm được (Klh2=K2=ω3*ωc =28*7=196)

+ Vùng cao tần do ít ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống, trong tính toán ta có thể chọn tùy ý

Giả sử chọn ω=142,86[rad/s] là giới hạn vùng tần số cao và ta lấy đặc tuyến là có độ nghiên song song với đặc tuyến Lmm(ω) ban đầu

Lmm(ω)=20 log K3 – 80 log(ω)

Tương tự trên ta tìm được K3= ω2

4*Klh2= 142,862*196 4000160Function f=f5;%dac tinh logarit mong muon;

Từ ĐTTSBĐ loga vừa xây dựng được, ta chọn mạng bốn cực có mạch điện như hình vẽ:

TT a

Wmm(p): là hàm số truyền mong muốn của hệ thống(tức là sau khi đã hiệu chỉnh).

Whđ(p): là hàm số truyền của hệ thống hở ban đầu

Wnt(p): là hàm số truyền của cơ cấu hiệu chỉnh nối tiếp

VII Tính toán và phân tích hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh:

1 Lập sơ đồ nguyên lý của hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh:

Hàm số truyền hở của hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh có dạng là:

Nhận xét: %max% theo yêu cầu nhưng thời gian quá độ ngắn vì

vậy có thể chấp nhận được Như vậy hệ thống sẽ làm việc tương đối tốt

IX Kết luận

Trong bài tập này chúng ta đã nghiên cứu, khảo sát và điều chỉnh, thiết

kế hệ thống “ĐCTĐ tốc độ động cơ” Đây là phương pháp chủ yếu đượcdùng trong kỹ thuật hiện nay Trên cơ sở các yêu cầu chất lượng đối với

hệ thống em đã đưa ra mô hình hệ thống mong muốn (thông qua đặctính tần số loga) Ta có thể áp dụng nội dung nghiên cứu của bài tập này

mở rộng ra với nhiều hệ thống ĐCTĐ khác có cùng dạng hàm số truyền.Bài taosn ổn định hệ thống đã được giải quyết hoàn toàn Hệ thống sau

khi được hiệu chỉnh làm việc ổn định và đạt được các chỉ tiêu chấtlượng đề ra Trong bài có sử dụng nhiều phương pháp khác nhau khitiến hành khảo sát cho thấy rằng việc hiểu rõ bản chất vật lý của các quátrình diễn ra trong hệ có ý nghĩa vô cùng quan trọng Nó giúp cho việcđịnh hướng quá trình khảo sát được hợp lý