thiết kế hệ truyền động cho cân bằng định lượng, chương 7 pot

chng 7: Tổng hợp hệ truyền động 1 . Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại l-ợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại l-ợng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định l-ợng có cấu trúc đ-ợc trình bày ở d-ới, gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy mài tròn Mx và thiết bị biến đổi năng l-ợng - chỉnh l-u cầu ba pha BĐ ( đ-ợc gọi là phần lực ), các thiết bị đo l-ờng ĐL và các bộ điều chỉnh R (đ-ợc gọi là phần điều khiển ). Tín hiệu điều khiển hệ thống đ-ợc gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống. MxR BĐ M ĐL THĐ NL Cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định l-ợng . Động cơ truyền động đ-ợc sử dụng là động cơ một chiều kích từ độc lập và đ-ợc cấp năng l-ợng từ bộ biến đổi chỉnh l-u cầu ba pha có điều khiển. Bộ biến đổi có chức năng biến đổi năng l-ợng điện thích ứng với động cơ truyền động và mang thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi (nh- công suất, điện áp, dòng điện, tần số ). Tín hiệu điều khiển đ-ợc lấy ra từ bộ điều chỉnh R. Các bộ điều chỉnh R ( regulator) nhận tín hiệu thông báo sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông qua so sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo l-ờng các đại l-ợng truyền động. Sự biến thiên của các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh đ-ợc trong quá trình quá độ và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, ta có thể chọn đ-ợc các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp để nâng cao chính xác của hệ thống. 2 . Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số th-ờng phân hệ thành cấu trúc nhiều vòng có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp. Cho đến nay, ph-ơng pháp chung tổng hợp các bộ điều chỉnh trong cấu trúc nối cấp ch-a thật hoàn thiện, chủ yếu do việc chọn thông số tối -u của các bộ điều chỉnh và tính chất phức tạp của hệ thống thực. Vì thế, việc tính toán tổng hợp gần đúng có giá trị to lớn trong thiết kế định h-ớng cũng nh- trong chỉnh định và vận hành hệ thống. Nh- đã trình bày ở trên, để phù hợp với yêu cầu của hệ truyền động, ta chọn hệ điều chỉnh động cơ một chiều điều chỉnh theo nguyên tắc T - Đ. Qua phân tích cơ cấu cân băng, ta thấy rằng hệ truyền động này bao gồm ba mạch vòng điều chỉnh, đó là mạch vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh năng suất. Sơ đồ nối cấp của hệ điều chỉnh đ-ợc trình bày nh- hình vẽ. Q đ + + + i Q R q (p) R (p) R i (p) S i (p) S (p) S q (p) Năng suất của hệ thống cân băng quyết định tốc độ đặt động cơ truyền động để đạt đ-ợc kết quả theo yêu cầu. Qua hệ điều chỉnh tốc độ ta sẽ tạo ra tốc độ điều khiển động cơ- điều khiển thông qua mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Do các yêu cầu công nghệ mà hệ thống cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vô sai cấp hai. Nhiễu chính của hệ thống là mômen cản M c . Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà bộ điều chỉnh tốc độ R có thể đ-ợc tổng hợp theo hai tín hiệu điều khiển hoặc theo nhiễu tải M c . Trong tr-ờng hợp chung, hệ thống phải có đặc tính điều chỉnh tốt cả từ phía tín hiệu điều khiển lẫn phía tín hiệu nhiễu loạn. 2.1 . Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện Trong các hệ truyền động tự động cũng nh- các hệ chấp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản của mạch vòng dòng điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra nó còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện có dạng nh- hình vẽ: Trên sơ đồ ta thấy có hai đại l-ợng đầu vào là tín hiệu đặt U d và tín hiệu nhiễu loạn M c . Khi có sự biến đổi của dòng điện, sẽ có hai sự tác động vào hệ thống: Một tín hiệu qua mạch vòng điện tử để điều chỉnh dòng và một tín hiệu qua mạch vòng cơ đi vào điều khiển mô men. Tuy nhiên, mạch vòng cơ có hệ số quán tính lớn hơn rất nhiều so với mạch vòng điện tử nên ta có thể cắt bỏ, hay nói cách khác, khi tổng hợp mạch vòng dòng điện ta có thể bỏ qua ảnh h-ởng của suất điện động động cơ. Nh- vậy ta có sơ đồ khối tổng hợp mạch vòng dòng điện lúc này có dạng nh- sau: U Iđ U I R I U đk 1+T - p K i K CL 1+ CL p U d I - 1/R - 1+T-p 1/R - 1+fIp K i UIđ UI 1+CLp K CL RI Uđk E K I- 1/Jp M c K Trong đó: K CL : Hệ số khuyếch đại khâu chỉnh l-u dòng điện. K CL = 4,23 10 234 V 10 U dm CL : Hằng số thời gian của khâu chỉnh l-u. CL = 3.33 ms K i : Hệ số khuyếch đại của sensor dòng. K i = 176,1 5,8 V10 I V10 dm fi : Hằng số thời gian của sensor dòng. fi = 0.5 1 ms R - ,L - : Điện trở và điện cảm mạch phần ứng. T - : Hằng số thời gian mạch phần ứng, có giá trị cỡ hàng chục ms. T - = )(014,0 49,2 0345,0 - s R L T V0 = e .m 1,67 ( ms ) Tổng hợp mạch ta có cấu trúc thu gọn: U I U Iđ F R I (1+ CL )(1+T - p)(1+ fI p) K CL .1/R - .K I U I Suy ra hàm truyền mạch: F S = )pT1).(p1( K . pT1 1 . R 1 . p1 K VOfI I uuCL CL Do các giá trị CL và fI là t-ơng đối nhỏ nên ta có thể tổng hợp nh- sau: F S )1)(1( ppT K Iu S Với K S = u ICL R KK . = 11,056 T s = fI + CL + T V0 = 6.10 -3 s F S )1)(1( ppT K Iu S = 25 p10.02,6p0183,01 056,11 )00433,01)(p014,01( 056,11 Tổng hợp mạch vòng theo tiêu chuẩn modul tối -u ta thu đ-ợc cấu trúc của bộ điều chỉnh mạch vòng dòng điện có dạng PI: R I (p) = p.T.K.2 pT1 sS u = p957,0 p014,01 p00433.0.056,11.2 p014,01 Sơ đồ bộ PI - + U iđ U i R 1 R 2 R 3 C C K U Đk Lùa chän c¸c th«ng sè R 1 C = s u ICL T R KK2 = 0,1326 R 3 C = T - = 0,014 Chän C = 100 F Ta tÝnh ®-îc R 1 = s u ICL T CR KK2 = 1326  Chän R 1 = 1,5 k R 3 = C T u = 140  Chän R 3 = 150  Cã thÓ chän R 2 = R 1 = 1,5 k §Ó t¹o läc , th-êng nèi thªm tô C k song song víi ®iÖn trë R 3 sao cho R 3 C k = T f vµ R 3 ( C + C k ) = T - Tõ ®ã ta tÝnh C k = 3 f R T = 42,8 .10 -6 F = 42,8 F Chän C k = 50 F Với các giá trị đã cho ta xây dựng đ-ợc đặc tính quá độ của cấu trúc mạch nh- sau: Đặc tính quá độ của mạch vòng dòng điện Quá trình quá độ sẽ kết thúc sau thời gian T qđ = 0,0363(s) và độ quá điều chỉnh là 4,23% . Với động cơ trong hệ truyền động T - Đ, do không cần phải đảo chiều động cơ nên nói chung ta sẽ phát xung cho hệ trong chế độ dòng điện liên tục, đơn giản và tiện lợi. . tác động của các đại l-ợng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định l-ợng có cấu trúc đ-ợc trình bày ở d-ới, gồm : động cơ truyền. chng 7: Tổng hợp hệ truyền động 1 . Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá. khiển hệ thống đ-ợc gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống. MxR BĐ M ĐL THĐ NL Cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền