CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG - PHẦN V pot

PHẦN V KHẢO SÁT CHỄ ĐỘ TÍNH VÀ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG A. KHẢO SÁT CHỄ ĐỘ TĨNH CỦA HỆ THỐNG: I. KHÁI NIỆM CHUNG: Khảo sát chễ độ tĩnh của hệ thống được tiến hành nhằm mục đích để kiểm tra độ cững đặc tính cơ của hệ thống. Xem có đảm bảo sụt tốc độ tương đối hay không qua đó mô tả được quá trình diễn biến của hệ thống, và các chế độ làm việc của nó, từ đó có thể đánh giá được chất lượng tĩnh của hệ thống truyền động của máy bào giường. Việc khảo sát chễ độ tĩnh của hệ thống máy bào giường được thực hiện thông qua việc xây dựng đặc tĩnh của hệ thống. Xây dựng đặc tĩnh của hệ thống là xây dựng mỗi quan hệ giữa tốc độ với mômen (n=f(M)) hoặc quan hệ tốc độ với dòng điện (n =f (I)). Thông thường thì xây dựng đặc tĩnh cơ điện (n = f(I)), vì dòng điện qua động cơ sẽ phản ánh trực tiếp chế độ tải. Khi xây dựng đặc tính tĩnh, đối với hệ thống truyền động điện có các phần tử làm việc ở vùng phi tuyến và vùng tuyến tính nên ta cần có các giả thiết. - Động cơ làm việc dài hạn với mạch từ chưa bão hoà. - Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi = const. - Tiristor là phần tử làm việc không có quán tính. - Điện trở mạch phần ứng không thay đổi trong suất quá trình làm việc. II. XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH: Căn cứ vào hệ thống thiết kế ta cps sơ đồ cấu trúc như sau. u d (-) k y k  k I  n k  I ng I u - Trong đó: u đ : Tín hiệu điện áp đặt tốc độ (điện áp chủ đạo) k y :Hệ khuếch đại của mạch khuếch đại trung gian k y =20,515. k  : Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi k  = 50,167. k  : Hệ số khuếch đại của động cơ một chiều k  = 2,44. k I : Hệ số khuếch đại của mạch phản hồi dòng điện. * Phương trình đặc tính cơ của hệ thống. ta có u d =((u d - n ).k y - k I (I ư - I ng )). k  (1) Mặt khác lại có  e ud C RIU n    . trong đó C e  =k e mà 1/ k e = k  cuối cùng được n=(u d - I ư .R  ). k   u d =   RI k n U .  (2) Cân bằn hai biểu thức (1) và (2) ta được   RI k n U .  =[( u đ -  n ).k y -k I (I ư -I ng )]. k   n={[( u đ -  n ).k y -k I (I ư -I ng )].k  -I ư .R  }. k      k k RkkIkkIkku n IungId . .1 ).(       Khi khâu hạn chế dòng chưa tác động thì k I = 0 ta đặt k I = k I . 1(I) Khi I > 0 thì 1(I) . k I = k I Khi I > thì 1(I) . k I = 0     k k RkkIkkIIkku n IungId . .1 ).( ).(1.        I ng : Dòng điện hỗ trợ trong mạch hạn chế dòng có ngắt. trị số của I ng đúng bằng trị số của dòng mà tại đó khâu hạn chế bắt đầu tham gai vào mạch. 1. Xây dựng đường đặc tính cao nhất: Ta biết rằng tốc độ lớn nhất của động cơ thường được giới hạn bởi độ bền cơ học của phần tở quay của động cơ. Ở tốc độ cao thì bộ phận này chịu tác động của lợc điện khá lớn nên có thể bị hỏng. Hơn nữa lúc này tia lửa điện giữa chổi than và vành góp sẽ có thể làm hỏng vành góp. Để đảm bảo an toàn cho hệ thống khi làm việc lâu dài thì đường đặc tính cao nhất phải là đường ứng với tốc độ định mức của động cơ n đm =795 (v/p). Căn cứ vào nguyên lý của hệ thống thì mỗi đường đặc tính sẽ có 3 đoạn ứng với 3 trạng thái làm việc của hệ thống. Đoạn 1: Đoạn làm việc ổn định, chỉ có khâu phản hồi âm tốc độ tác động. Đoạn 2: Có đồng thời cả hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện tác động. Đoạn 3: Lúc này tốc độ giảm đủ nhỏ làm cho mạch vòng phản hồi âm tốc độ bị bão hoà nên chỉ còn khâu ngắt dòng tác động. Các đoạn đặc tính đều tuyến tính (đoạn thẳng) nên ta chỉ cần tìm ở mỗi đoạn 2 điểm là có thể xây dựng được đoạn đặc tính cơ. a) Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất: Đây là đoạn làm việc ổn định của hệ thống máy bào giường.Trong đoạn này chỉ có mạch vòng phản hồi âm tốc độ tác động I < 0 nên 1(I).k I = 0. Phương trình đặc tính: k kRIku n ud .1       (I)  k kRIkn u u d   ).1(     Đường đặc tính cao nhất đi qua điểm định mức (I đm , n đm ) nên ta tính được. )(968,2 244,2515 44,2.124,0.2,38)244,2515.00333,01(795 vu d     + Tốc độ không tải lý tưởng (điển ứng với giá trị I ư = 0) )/(229,796 244,2515.00333,01 244,2515.968,2 01 pvn    +Tốc độ ứng với điểm cuối cùng của đoạn đặc tính (n 1 ) ta biết rằng đối với động cơ điện một chiều thì khi I ư tăng (I ư  I dm .1,2) thì phải tiến hành hạn chế sự tăn của dòng điện. Vậy đặt I ng =1,2I đm = 1,2.38,2 = 45,84 (A). Thay I ư =I ng vào biểu thức (I)ta xác định tốc độ n 1 . )/(726,974 244,2515.00333,01 444,2.124,0.84,45244,2515.968,2 1 pvn     Vậy đoạn đặc tính thứ nhất đi qua các điểm A(0 , 796,229) Đ m (38,2, 795) B(45,84, 794,726) b. Xây dựng đường đặc tính thứ hai: Trong đoạn này I ư > I ng nên I  0 do đó 1(I).k I = k I có hai vòng phản hồi cùng tác động. Phương trình đặc tính     k k RkkIkkIkku n IungId . .1 ).(       (II) Đoạn đặc tính thứ hai này đi qua 2 điểm đầu và cuối là B và C trong đó điểm B(45,84, 794,726) đã xác định ở trên phải xác định điểm C. Tại C(I c ,n c ) tốc độ n đủ nhỏ làm cho mạch vòng phản hồi âm tốc độ đặt mức bão hoà. (u đ - n ).k y = const  n c = n bh Do sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán A74 có U mr =14 (v) nên điện áp răng cưa có biên độ cực đại là 14(v). khi sử dụng điện áp tựa này, ta đã tiến hành dịch nó đi theo chiều âm của điện áp so sánh cho trị số = 0 khi  =/2, vị trí này đặt được tại u rc =u rcmax /2=7 (v). Vậy ta điều chỉnh triết áp sao cho U bh =u rcmax /2 =7 (vì phép so sánh chỉ thực hiện với u đkmax ) = u rcmax /2). +Tốc độ bão hoà (n bh ) có (u đ - nbh ). k y = u bh  n bh = )/(825,788 00333,0 515,20 7 968,2 pv k u u y bh d      Để xác định dòng điện tại vị trí bão hoà (I bh ) ta xác định hệ số phản hồi dòng điện như sau: Đối với động cơ truyền động thường chọn: I ng =(1,21,5)I đm và đến khi I ư =(2,2 2,5)I đm thì hệ thống cần dừng làm việc (dòng dừng I d ). Chọn I ng = 1,2I đm = 45,84 (A) I d = 2,3I đm = 2,3.38,2 =87,86 (A) Khi tính k I ta xét sự tác động độc lập của mạch vòng hạn chế dòng điện. Vậy ta có n = [u bh - k I (I ư -I ng )]. k  .k  - I ư .R  . k  Tại điểm dừng: n = 0, I ư = I d ta được 0 = n = [u bh - k I (I ư -I ng )]. k  .k  - I ư .R  . k  161,0 167,50).84,4586,87( 124,0.86,87167,50.7 .).(           kkII kRIkku k ngd dbh I Tại điểm C: I ư = I bh ta được n bh = [u bh - k I (I ư -I ng )]. k  .k  - I ư .R  . k    KKKKR KRKKIIKU I I ngbhIbh bh )].([        )(61,48 44,2).167,50.161,0124,0( 825.788444,2.167,50).161,07( AI bh      Vậy đoạn đặc tính thứ hai đi qua 2 điểm: B(45,84; 794,726) C(48,611; 788,825) C) Xây dựng đoạn đặc tính thứ 3: Lúc này tốc độ của đọng cơ đã đặt đén mức đủ nhỏ, làm cho mạch phản hồi âm tốc độ bão hoà. Vậy chỉ còn mạch vòng hạn chế dòng điện tác động Phương tring đặc tính: n = [u bh - k I (I ư -I ng )]. k  .k  - I ư .R  . k  Đoạn đặc tính này đi qua hai điểm là điểm c(48,611; 788,825) và điểm dừng của động cơ Đ(I d , 0). Tính lại trị số dòng dừng I d tại điểm dừng 0 = n = [u bh - k I (I ư -I ng )]. k  .k  - I ư .R  . k  )(967,87 167,50.161,0124,0 167,50).84,45.161,07( . ) ( A KKR KIKU I I ngIbh d           2. Xây dựng đường đặc tính thấp nhất: Đường đặc tính thấp nhất là đường giới hạn dưới trong phạm vi điều chỉnh D = 30 Điểm ứng với trị số dòng định mức )/(5,26 30 795 pv D n n dm dm  a) Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất: Trị số điện áp chủ đạo nhỏ nhất: 244,2515 444,2.124,0.2,38)244,2515.00333,01()5,26 ).1( min min       K KRIKn U dm d   Tốc độ không tải lý tưởng: )/(632,27 244,2515.00333,01 244,2515.103,0 .1 . min0 pv K KU n dm       Điểm cuối cùng của đoạn đặc tính này B ' (I B ' , n B ' ). Ta có trị số dòng điện ngắt (I ng ) là không đổi với mọi đường đặc tính vậy I B ' =I ng = 45,84 )/(15,26 244,2515.00333,01 44,2.124,0.84,45244,2515.103,0 .1 min ' pv K KRIKU n ngd B            Đoạn đặc tính thứ nhất này đi qua các điểm A ' (0; 27,632) Đ m ' (38,2; 26,51 ) B ' (45,84; 26,15) Đoạn đặc tính cũng có thể xây dựng bằng cách qua các điểm (38,2; 26,5) dùng đoạn song song với đoạn đặc tính trên đường cao nhất. b) Xây xựng đoạn đặc tính thứ hai: Theo các phần tử ở trên phần trước ta có. + Tốc độ bão hoà. )/(971,10 00333,0 103,0 167,50 7 pv U K U n dm bh bh        + Dòng điện.   kKKR nKKIKU I I bhngIbh bh ) ( .) ( ' '     )(399,84 444,2).167,50.161,0124,0( 536,7144,2.67`1,50).84,45.16,07( ' AI bh      Đoạn đặc tính thứ hai của đường đặc tính thấp nhất này đi qua hai điểm đầu và cuối. B ' (38,2; 26,16) C ' (84,336; 71,536) c) Đoạn đặc tính thứ 3. Căn cứ vào phương trình đặc tính (III) nhận thấy rằng các thông số của phương trình là chung cho mọi đường đặc tính. Vậy các đường đặc tính có chung điểm dừng (I d ; 0). Thay các thông số của điểm C ' (84,536; 71,536) vào phương trình (III) thấy các thông số này thoả mãn phương trình kết luộn điểm C ' thoả mãn nằm trên đoạn CD của đường đặc tính giới hạn trên đoạn đặc tính thứ 3 của các đường nằm trên cùng đường thẳng. 3. Biẻu diẽn các đường đặc tính cơ điện như sau. Đặc tính cơ điện ứng với chiều quay thuận của động cơ. Ghi chú: Đặc tính chỉ biểu diễn dạng đặc tính nên tỷ lệ là không chính xác. III. KIỂM TRA CHẾ ĐỘ TÍNH: Sai lệch tốc độ tương đối lớn nhất sảy ra đối với đường đặc tính thấp nhất. Vậy kiểm tra nghiệm chế độ tính đối với đường giới hạn dưới. (%)097,4100. 632,27 5,26632,27 %100.% min0 minmin0      n nn n Theo yêu cầu của hệ thống thấy rằng: n%=4,097% < [n%] =5%. Hệ thống đảm bảo chất lượng tính. * Đặc tính tĩnh của hệ thống (đặc tính cơ điện n=f(I))) như hình vẽ trang bên. Đặc tính tĩnh của hệ thống máy bào giường trên đây biểu diễn minh hoạ (dưới dạng định tính) do đó tỷ lệ giữa các điểm là không chính xác, thông số chính xác của các điểm đã được tính toán ở phần trên. n (v/p) n 01 (796,229) n ®m (795) n 1 (794,) n bh (788,8) I ®m I ng I bh I d n 0min (27,6) n bh (11) I (A) n (v/p) n 01 n ®m n 1 n bh I ®m I ng I bh I d I(A) B. KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VÀ TỔNG HỢP HỆ THỐNG BAWNBẰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU: I. KHÁI NIỆM: Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động do có ảnh hưởng của nhiễu loạn bên ngoài mà hệ thống có thể bị mất cân bằng so với định mức. Khảo sát hệ thống là để xét xem hệ thống đó có ổn định hay không, đẻ từ đó tiến hành hiệu chỉnh hệ thống đảm bảo yêu cầu tin cậy, đặt được các chỉ tiêu mong muốn. Khảo sát chế độ động của hệ thống, là việc khảo sát hệ thống tín hiệu với khái niệm. Khi sự chuyển biến trạng thái của hệ thống sảy ra một cách đột ngột, hoặc rất nhanh mà tốc độ biến thiên năng lượng điện từ, năng lượng điện cơ là không thể bỏ qua nghĩa là các khâu quán tính đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm việc của hệ thống. Khi khảo sát chế động của hệ thống cần nghiên cứu, khảo sát đặc điểm làm việc trong thời gian chuyển từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác. Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian. Để khảo sát hệ thống, ta thành lập sơ đồ cấu trúc của hệ thống và sau đó xây dựng hàm truyền của hệ thống và sử dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để xem hệ thống đó có ổn định hay không. Còn nếu như hệ thống chưa ổn định thì phải hiệu chỉnh để nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống. 1. khảo sát chế độ động của hệ thống: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh. u cđ w 3 w 1 w 2 w 4 w 6 w 5 w 7 (-)  (-) (-) [...]... 0,0551 0 0 1,12527 0,0551 -3 1 = a1=3,417.10 > 0 3,417.1 0-3 1,8592 2 = = 7 -5 1,12527.10 0,0551 = 3,417.1 0-3 .0,0551 - 1,12527.1 0-5 .1,8529=1,6736.1 0-4 > 0 3 = 2.a3 mà a3=1,8592 > 0 2 > 0  3 > 0 Các két quả tính toán trên, rất hợp v i căn cứ v o tiêu chuẩn ổn định Hurwitez Kết luận:Hệ thống tuyến tính ổn định.để nâng cao độ ổn định của hệ thống trong quá trình làm việc,đưa v o hệ thống các nhân hài... w1=wy=ky/Tf.p+1 v i ky, kf là hệ số khuyếch đại của mạch v hằng số thời gian của các bộ phân lọc k cl w2: Hàm truyền của bộ biến đổi w2  w ( p )  v i Tv 0 p  1 k cl  k  Tv 0   ud là hệ số khuyếch đại của chỉnh lưu Tv0 là hằng số thời gian  udk  Trong đó m v  là các pha chỉnh lưu v tần số góc của nguồn  m điện w3, w4, w5: Hàm truyền của các khâu quán tính điện từ, quán tính cơ v nhiễu sức... hơn n v bé hơn 0 đều gi là số 0 VD:Cho hệ thống có phương trình bậc ba a0p3+a1p2+a2p +a3=0 Các định thức Hurwitez sẽ là a1 a3 0 1=a1 3 = a0 a2 0 a1 a3 0 a1 a3 2= = a1a2-a0a3 a0 a2 3=2.a3 + Áp dụng tiêu chuẩn để xét ổn định cho hệ thống Phương trình đặc tính cuả hệ thống 1,12527.1 0-5 p3 + 3,417.1 0-3 p2 + 0,0551p + 1,8592 có hệ số 1,12527.1 0-5 > 0 Các định thức Hurrwitez 3,417.1 0-3 1,8592 0 -5 3... w2 w3 w6 ` w5 ucđ (-) (-) w1 w2 w3 (-) w4 1/w4 w6 w7 wtd 3  wht  wht  w1 wtd 2 1  w1 wtd 2 w7 w1 w2 w3 w4 1  w3 w4 w5  w2 w3 w6  w2 w3 w4 w7 w y w w 1 w 2 wht  1  wi wi wht  1  w wi wI  w y w wi w 2 w K K y K  K  (Tvo p  1)(Tu p  1)TM p  (Tvo p  1)  wht  K  K I TM p  K y K  K   Ru K Tu TM Tvo p 3  (Tu TM  TvoTM ) p 2  ( K  K I TM  TM  Tvo ) p  1   k Ru... chọn S = TS V y hàm truyền của khâu hiệu chỉnh mạch v ng dòng điện Tu p  1 1,586 p  1 RI ( P )   RI ( P )  K cl K I 0,1976 p 2.TS p Ru R HT R1 Ucđ R1 Ui C - +1 5v A741 + -1 5v Uđk Đây là hàm truyền của khâu PI Ta có 1,586 p  1 1,586 p  1 RI ( P )   0,152 0,1976 p 1,586 p Như v y các thông số của khâu PI chon theo điều kiện sau R2.C = R = 0,03 R2/R1 = KR = 0,152 Hàm truyền của mạch v ng dòng... p).(1  Tu p).(1  Ti p) Các hằng số thời gian: mạch điều khiển chỉnh lưu (Tđk), sử chuyền mạch chỉnh lưu (Tv0) v hằng số thời gian xen xơ dòng điện(Ti) là rất nhỏ so v i hằng số thời gian điện từ (Tư).Đặt Ts=Tđk+Tv0+Ti Trong phép tổng hợp này không xét đến các hằng số Ti v Tđk nên Ts= Tv0 V y hàm truyền của đối tượng điều chỉnh K cl K I S 01  Ru (TS p  1).(Tu p  1) Theo tiêu chuẩn mô đun tối... chỉnh R để cho hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh có dạng hàm chuẩn FMC(P) v i phương pháp diễn giải như phần trước ta xác định được hàm truyền của khâu hiệu chỉnh R như sau 1 R  Ru K  1 2  P(  P  1) K I K  TM P(1  2TS P) Chọn R là hàm truyền của khâu tỷ lệ RHT R1 Ucđ R1 Ui C - +1 5v A741 + -1 5v Uđk v y  =2TS ta được K I K  TM K K T 0,161.3,954.0,00215 R   I  M   142,742... nhỏ TS 2= 0,00332 ta được I (P) U id ( P )  1 1 K I 2TS P  1 3 Tổng hợp mạch v ng tốc độ Lấy kết quả mạch v ng dòng điện ở trên ta có sơ đồ cấu trúc của mạch v ng tốc độ như sau T là hằng số thời gian của xen xơ tốc độ, khong xét đến khi không tải MC =0 ta có hàm truyền của mạch v ng tốc độ như sau k /1+TM p U® HCD U - R 1/k S 0  Ru R K 1 1 K   u  K I (1  2TS P) K  TM p K I K  TM P(1... Thay các giá trị của hệ số v các hằng số thời gian ta được  Wht = 260,382 1,12527.10 p  3,417.10 3 p 2  0,0551 p  1,8592 5 3 2.Xét ổn định hệ thống: Xét ổn định cho hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hrwitez + Phát biểu: "điều kiện cần v đủ cho hệ thống tuyến tính ổn định là hệ số a0 > 0 v các định thức Hurwitez dương." +Cách lập định thức Hurwitez Định thức n có n cột v n hàng Đường chéo chính... Tổng hợp mạch nòng dòng điện Sơ đồ cấu trúc của mạch v ng dòng điện như sau E RI K cl (1  T dk p).(1  Tvo p ) KI 1 T0 p 1 / Ru 1  Tp I Tổng hợp không xét đến ảnh hưởng của sức điện độn Ta có hàm truyền của mạch dòng điện (đối tượng điều chỉnh ) như sau Kcl 1/ Ru K Kcl K I / Ru S01  I  (1  Tdk )(1  Tv0 p) 1  Tu p 1  Ti p (1  Tdk )(1  Tv0 p).(1  Tu p).(1  Ti p) Các hằng số thời gian: mạch . của hệ thống, v các chế độ làm việc của nó, từ đó có thể đánh giá được chất lượng tĩnh của hệ thống truyền động của máy bào giường. Việc khảo sát chễ độ tĩnh của hệ thống máy bào giường được. thiết. - Động cơ làm việc dài hạn v i mạch từ chưa bão hoà. - Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi = const. - Tiristor là phần tử làm việc không có quán tính. - Điện trở mạch phần ứng không. RI k n U .  (2) Cân bằn hai biểu thức (1) v (2) ta được   RI k n U .  =[( u đ -  n ).k y -k I (I ư -I ng )]. k   n={[( u đ -  n ).k y -k I (I ư -I ng )].k  -I ư .R  }. k      k k RkkIkkIkku n IungId . .1 ).(