Báo cáo thực hành tự động điều chỉnh và điều khiển hệ động lực

Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc có phản hồi phụ mềm kiểu động học. Bộ điều tốc thủy lực lắp trên động cơ 2D100. 1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Bộ cảm biến của bộ điều tốc gồm quả văng 5, lò xo 3 và khớp trượt lắp với đĩa 4. Con trượt 9 được lắp chặt với khớp trượt. Các chế độ làm việc cuả bộ điều tốc (động cơ) được thực hiện bằng cách thay đổi sức căng lò xo 3 nhờ quay cung răng 1 bằng tay hoặc điều khiển từ xa. Bộ điều tốc có hệ thống dầu khép kín. Dầu có áp lực cao được tạo nên nhờ các lò xo trong bình ổn áp 10 theo đường ống b nạp vào khoang trống trên con trượt 9.

KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO THỰC HÀNH

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

ĐỀ BÀI:

Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc có phản hồi phụ mềm

kiểu động học Bộ điều tốc thủy lực lắp trên động cơ 2D-100.

GVHD : Phạm Đình Bá Sinh viên : Doãn Tuấn Võ

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC BỘ ĐIỀU TỐC 2

1.1 SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG 3

1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 3

1.2.1 Khi tải không đổi 3

1.2.2 Khi tải tăng 3

1.2.3 Khi tải giảm 4

2 XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN THEO THAM SỐ 5

3 XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA HÀM TRUYỀN 5

4 KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ 6

5 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU TỐC BẰNG MATLAB 7

5.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU TỐC- ĐỘNG CƠ- PHỤ TẢI 7

5.2 THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CHO TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ 7

1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC BỘ ĐIỀU TỐC

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc lắp trên đông cơ 2D-100 1-cung răng; 2-thanh răng-cốc tỳ lò xo; 3-lò xo; 4-khớp nối đĩa; 5-quả văng; 6-ổ bi đỡ; 7-khớp chữ thập; 8-xilanh phân phối; 9-con trượt điều khiển; 10-bình ổn áp;11-két dầu; 12-bơm dầu; 13-bánh răng dẫn động; 14-cán piston bộ khuyếch đại; 15-piston chủ động; 16-kim tiết lưu; 17-lò xo; 18-piston bị động; 19-con trượt; 20-xilanh bộ khuyêch đại; 21-piston bộ khuyếch đại; 22- lò xo lực; 23-ống xả dầu an toàn;

a,b,c,d- các ống dẫn dầu

1.1.SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG

Hình 2.Sơ đồ chức năng bộ điều tốc lắp trên động cơ 2D-100

Trên Hình 1 và Hình 2 biểu diễn sơ đồ nguyên lý cấu tạo và sơ đồ chức năng

bộ điều tốc lắp trên động cơ 2D-100 Đây là bộ điều tốc có phản hồi phụ mềm kiểu động học

- Bộ cảm biến bao gồm: quả văng 5, lò xo 3 và khớp trượt lắp với đĩa 4

- Bộ khuyếch đại gồm các khâu: cán piston bộ khuyếch đại 14, xilanh bộ khuyếch đại 20, piston bộ khuyếch đại 21, lò xo lực 22

- Liên hệ ngược mềm bao gồm: piston chủ động 15, kim tiết lưu 16, lò xo

17 và con trượt 19 cùng với piston bị động 18

- Bơm dầu 12 và bình điều áp 10 Nhận xét: Bộ điều tốc 2D-100 là bộ điều tốc có liên hệ ngược mềm bởi thế nó đảm bảo chế độ tốc độ không thay đổi ứng với các tải của động cơ (n  n0)

1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Bộ cảm biến của bộ điều tốc gồm quả văng 5, lò xo 3 và khớp trượt lắp với đĩa 4 Con trượt 9 được lắp chặt với khớp trượt Các chế độ làm việc cuả bộ điều tốc (động cơ) được thực hiện bằng cách thay đổi sức căng lò xo 3 nhờ quay cung răng 1 bằng tay hoặc điều khiển từ xa Bộ điều tốc có hệ thống dầu khép kín Dầu

có áp lực cao được tạo nên nhờ các lò xo trong bình ổn áp 10 theo đường ống b nạp vào khoang trống trên con trượt 9

1.2.1 Khi tải không đổi

Khi chế đọ hoạt động của động cơ cân bằng ổn định, thì lực ly tâm của quả văng 5 của BCB sẽ cân bằng với lực căng của lò xo 3, con trượt điều khiển 9 nằm

ở vị trí đóng kín đường dầu d của BKĐ, thanh răng nhiên liệu ở vị trí đứng yên không thay đổi lượng cấp nhiên liệu

1.2.2 Khi tải tăng

Khi cân bằng bị phá vỡ, ví dụ khi tải tăng, vòng quay của trục động cơ giảm Lực căng lò xo 3 thắng lực ly tâm của quả văng 5, đẩy con trượt điều khiển 9 đi xuống mở đường dầu d của BKĐ Đường dầu d sẽ thông với đường dầu áp lực cao

b Dầu có áp lực cao được tạo nên nhờ các lò xo trong bình ổn 10 đi vào ngăn phía trên của xilanh bộ khuyếch đại Khi đó lò xo 22 của bộ khuyếch đại bị nén, cần 14 kéo thanh răng bơm cao áp lên trên về phía tăng lượng cấp nhiên liệu

Bộ điều tốc 2D-100 là bộ điều tốc có liên hệ ngược mềm bởi thế nó đảm bảo chế độ tốc độ không thay đổi ứng với các tải của động cơ Liên hệ ngược mềm của

bộ điều tốc gồm piston chủ động 15, kim tiết lưu 16, lò xo 17 và con trượt 19 cùng với pistn bị động 18 Khi piston 21 dịch chuyển lên trên tăng lượng cấp nhiên liệu thì piston 15 cũng dịch lên trên Dầu ở khoang phía trên của piston chủ động 15 bị nén làm tăng áp suất Dầu bị nén thông qua ống dẫn dầu c đẩy piston bị động 18

và con trượt 19 đi xuống làm lò xo 17 bị giãn, đồng thời lỗ tại con trượt 19 hở ra làm cho dầu từ khoang trên của xilanh bộ khuyếch đại qua lỗ hở trên con trượt 19 chảy về két 11 thông qua ống dẫn dầu a làm cho lượng dầu cấp vào khoang trên của xilanh bộ khuyếch đại giảm từ từ Quá trình điều chỉnh còn tiếp tục khi áp lực

ở khoang trên của piston chủ động giảm dần do một lượng dầu được hồi về két 11 qua kim tiết lưu 16 mở ra Piston bị động 18 và con trượt 19 từ từ được nâng lên

do lò xo 17 dần trở lại vị trí ban đầu Độ dịch chuyển cần 14 từ từ được hồi phục Quá trình điều chỉnh kết thúc khi con trượt 9 che kín lỗ dầu trên con trượt 19 đồng thời lò xo 17 hết bị dãn nở

1.2.3 Khi tải giảm

Khi tải giảm thì vòng quay trục động cơ tăng Lực ly tâm của quả văng 5 thắng lực căng của lò xo 3 Con trượt 9 dịch chuyển lên phía trên, ống dầu d thôn với ống dầu xả a Do độ chênh áp suất, lò xo 22 dãn ra đẩy piston 21 dịch chuyển xuống, dầu theo ống a chảy về két 11, do vậy cần 14 bị đẩy xuống về phía giảm lượng cấp nhiên liệu Khi piston 21 dịch chuyển xuống dưới thì piston chủ động

15 cũng dịch chuyển xuống dưới Độ chân không hình thành trên khoang phía trên piston chủ động 15, do vậy piston bị động 18 và con trượt 19 bị hút lên làm cho lò

xo 17 bị nén, đồng thời con trượt 9 che kín lỗ trong con trượt 19, do vậy chấm dứt việc chảy dầu từ khoang trên của xilanh bộ khuyếch đại Kết quả là sự dịch chuyển thanh răng của bơm về phía ngắt nhiên liệu dừng lại

Quá trình điều chỉnh còn tiếp tục Độ chân không trong các khoang phía trên piston chủ động 15, piston bị động 18 giảm xuống và piston 18 cùng con trượt 19

hạ xuống từ từ nhờ dầu từ két 11 được hút lên qua kim tiết lưu 16 và nhờ lò xo 17 dãn ra Con trượt 19, con trượt 9 dịch chuyển không tương ứng với nhau và dẫn tới hồi phục từ từ độ dịch chuyển cần 14 Qua trình điều khiển kết thúc khi con trượt 9 che kín lỗ dầu trên con trượt 19 đồng thời lò xo 17 hết dãn nở Quá trình điều chỉnh có thể dừng ứng với vị trí bất kì của piston 21 ( ứng với tải bất kỳ) nên dường đặc tính điều tốc là các đường thẳng đứng

2 XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN THEO THAM SỐ

αd(p)

y(p)

x1 y1

y(p)

Xác định hàm truyền:

Khâu W2 là khâu hồi tiếp của khâu W1

2 1 1

1

w w

w Wa





y1= x1.Wa (y1- α)W3 = y(p) x1= ѱ(p) –y(p) y1= (ѱ(p) –y(p)).Wa [(ѱ(p) –y(p)).Wa- α ]W3 = y(p)W3 = y(p) ѱ(p).Wa.W3- y(p).Wa.W3- α.W3= y(p) ѱ(p).Wa.W3- α.W3 = y(p).(1+ Wa.W3)

3 1

3 )

( 3 1

3

W Wa

W p

WaW

W Wa







3 XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA HÀM TRUYỀN

1 , 0 7 , 1 3 1

1 , 0 5 , 1 1

1 2

2

* 5 , 0 1 , 0 5 , 1

1 1

1 , 0 5 , 1 1

2





















p p

p p p

p p

p Wa

1 , 0 7 , 2 3

1 2

2









p p

p Wa

W2 1

5–2014 15

, 0 65 , 4 7 , 20 18

1 2 5

, 1 6

1 1 , 0 7 , 2 3

1 2 3





















p p

p

p p

p p

p W

Wa

) ( 15 , 0 65 , 4 7 , 20 18

1 2 1

5 , 1 6

1 )

( 15 , 0 65 , 4 7 , 20 18

1 2 1

15 , 0 65 , 4 7 , 20 18

1 2 )

(

2 3

2 3

2 3

p p

p p

p

p p

p p

p

p p p

p

p p



































) ( 15 , 1 65 , 6 7 , 20 18

1 , 0 7 , 2 3 )

( 15 , 1 65 , 6 7 , 20 18

1 2 )

2 2

p p

p

p p

p p

p p

p p























4 KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ

Xét phương trình đặc trưng:

( )p

H = 18 3 20 , 7 2 6 , 65 1 , 15





p

Theo Hurwirtz

Hệ thống điều khiển tự động sẽ ổn định nếu:

- Tất cả các hệ số của phương trình đặc trưng là dương

- Tất cả các định thức Hurwirtz đều dương Như ta đã thấy tất cả các hệ số của phương trình đặc trưng đều dương

Ta xét:

2

 = (a1.a2-a0.a3)= (20,7.6,65-18.1,15)= 116,995 > 0 Vậy hệ đã cho là ổn định

5 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU TỐC BẰNG MATLAB

Hình 3.Sơ đồ cấu trúc hệ điều tốc– động cơ- phụ tải

5.2 THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CHO TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ

a

T 

1

Hình 4.Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc 2D-100 bằng Simulink

Hình 5 Mô phỏng hệ điều tốc- động cơ- phụ tải

5–2014