Giáo trình điều chỉnh tự động truyền tự động

MỤC LỤC CHƯƠNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ 57 Tên học phần : Tự động điều chỉnh TĐĐ Bộ môn phụ trách GD : Truyền động điện Mã học phần :13104 Loại học phần : IV Khoa phụ trách : Điện - ĐTTB Tổng số tín : TS tiết Lý thuyết Thực hành Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học 90 75 15 x Điều kiện tiên quyết Sinh viên phải học thi đạt môn : Lý thuyết mạch , Cơ sở truyền động điện, Lý thuyết điều khiển , Điện tử công suất , Mô hình hóa thiết bị điện ,Kỹ thuật đo trước học môn Mục tiêu học phần Cung cấp cho sinh viên những kiến thức bản mạch vòng điều chỉnh hệ thống truyền động điện , phương pháp xây dựng hàm truyền của điều chỉnh , kiến thức vấn đề điều chỉnh nhiều động , hệ truyền động vị trí thích nghi truyền động điện đại Nội dung chủ yếu - Những vấn đề bản xây dựng hệ thống truyền động điện đại - Điều chỉnh tự động TĐĐ động điện chiều - Điều chỉnh tự động TĐĐ động điện không đồng ba pha - Điều chỉnh tự động TĐĐ động điện đồng - Hệ truyền động nhiều động - Hệ truyền động nhiều vị trí - Hệ truyền động thích nghi Tên chương mục Chương : Những vấn đề bản xây dựng hệ điều chỉnh tự động TĐĐ 1.1 Khái niệm phân loại 1.2 Những vấn đề chung thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh truyền động điện 1.3 Độ xác của hệ điều chỉnh tự động chế độ xác lập tựa xác lập 1.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh số của truyền động điện TS Phân phối số tiết LT BT TH 0,5 1 KT Chương : Điều chỉnh tự động truyền động điện động chiều 2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 2.1.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện 2.1.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện bỏ qua sức điện động động 2.1.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện có tính đến ảnh hưởng của sức điện động động 2.1.4 Tổng hợp mạch vòng dòng điện có tính đến vùng gián đoạn của dòng điện phần ứng 2.1.5 Bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi với từng xung dòng 2.1.6 Bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi có khâu tiền chỉnh phi tuyến 2.2 Tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ 2.2.1 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng điều chỉnh tốc độ tỉ lệ 2.2.2 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng điều chỉnh tốc độ tích phân tỉ lệ PI 2.2.3 Hệ thống điều chỉnh tốc độ không có mạch vòng dòng điện 2.2.4 Hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thông số Chương : Điều chỉnh tự động truyền động điện động không đồng 3.1 Các đặc tính của động không đồng 3.2 Mạch vòng dòng điện stato 3.3 Điều chỉnh điện áp đặt vào động không đồng 3.4 Điều chỉnh điện trở mạch roto động không đồng 3.5 Điều chỉnh công suất trượt bằng hệ nối tầng 3.6 Điều chỉnh tần số động không đồng 3.4.1 Luật điều chỉnh giữ khả tải không đổi 3.4.2 Luật điều chỉnh từ thông không đổi 3.4.3 Luật điều chỉnh tần số trượt không đổi 3.4.4 Điều chỉnh tần số -điện áp động không đồng 3.7 Điều chỉnh trực tiếp momen Chương : Điều chỉnh tự động truyền động điện động điện đồng 4.1 Phân loại hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động đồng 4.2 Điều chỉnh tốc độ TĐĐđộng đồng dùng biến tần nguồn áp 4.3 Truyền động điều chỉnh tốc độ động đồng dùng biến tần nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên 4.4 Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ truyền động động đồng dùng biến tần nguồn dòng 4.5 Hệ truyền động động truyền động điều khiển số Chương : Hệ truyền động nhiều động 5.1 Yêu cầu công nghệ với hệ truyền động nhiều động 5.2 Đặc tính công nghệ hệ truyền động nhiều động 13 12 1TN 1TN 0,5 1 2 1 1.5 12 11 1 1 1 1 0,5 1.5 1.5 1,5 1 ổn định đồng tốc độ 5.3 Điều chỉnh đồng tốc độ hệ truyền động nhiều động với nguồn cấp chung cho truyền động 5.4 Điều chỉnh đồng tốc độ hệ truyền động nhiều động với nguồn cấp riêng cho từng động 5.5 Điều chỉnh tốc độ động sức căng bằng điều chỉnh từ thông với nguồn cung cấp chung 5.6 Điều chỉnh tốc độ động sức căng bằng điều 1,5 chỉnh điện áp phần ứng với nguồn cung cấp riêng 5.7 Điều chỉnh sức căng băng tải thông qua điều chỉnh 1,5 momen Chương : Hệ truyền động điều chỉnh vị trí 7 4.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí 4.2 Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính 4.3 Điều chỉnh vị trí tối ưu theo thời gian 4.4 Các tính chất của hệ điều chỉnh vị trí thực tế 4.5 Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vòng điều chỉnh gia tốc không đổi 4.6 Hệ truyền động điều khiển vị trí làm việc chế độ bám 4.7 Sai lệch của hệ thống truyền động bám có tác động của nhiễu loạn phụ tải Chương : Hệ thống truyền động điện điều chỉnh thích 7.5 nghi 4.5 7.1 Khái niệm chung 0.5 7.2 Cấu trúc mạch điều chỉnh thích nghi 0,5 7.3 Nhận dạng tham số của hệ thống truyền động điện 7.4 Hệ truyền động chiều với mạch vòng dòng 1,5 điện thích nghi 7.5 Hệ truyền động chiều với mạch vòng điều 1,5 chỉnh tốc độ thích nghi 7.6 Hệ truyền động điện mạch vòng vị trí điều chỉnh 1,5 thích nghi Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp đầy đủ chấp hành quy định của Nhà trường Giáo trình và tài liệu tham khảo Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Phạm Quốc Hải – Dương Văn Nghi Điều chỉnh tự động truyền động điện - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2002 Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Nguyễn Thị Hiền -Truyền động điện Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2004 Nguyễn Phùng Quang – Andreas Dittrich - Truyền động điện thông minh Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2002 Nguyễn Phùng Quang - Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha Nhà xuất bản giáo dục 1998 Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: - Thi viết hoặc thi vấn đáp - Sinh viên phải bảo đảm điều kiện theo Quy chế của Nhà trường của Bộ Thang điểm : Thang điểm chữ A,B,C,D,F Điểm đánh giá học phần: Z=0,4X+0,6Y CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN KHI XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Khái niệm & phân loại hệ điều chỉnh tự động truyền động điện 1.1.1 Mục tiêu tổng hợp hệ TĐĐCTĐĐ Đảm bảo giá trị của đại lượng được điều chỉnh theo yêu cầu kỹ thuật (const hoặc var) không hoặc chịu ảnh hưởng bởi tác động của nhiễu loạn lên hệ 1.1.2 Cấu trúc chung hệ TĐĐCTĐĐ Sơ đồ cấu trúc chung của hệ TĐĐCTĐĐ được thể cách tổng thể hình 1.1, nó bao gồm: Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc chung hệ TĐĐCTĐĐ + Khối tạo tín hiệu cho trước (đặt trước), tín hiệu điều khiển hệ thống, nó định giá trị hoặc khoảng thay đổi của đại lượng được điều chỉnh + Khối đo lường ĐL có chức đo biến đổi đại lượng được điều chỉnh sang dạng (thường điện áp, xung, số) thuận tiện cho việc so sánh với tín hiệu đặt trước, tức phản ánh trung thực biến động của đại lượng được điều chỉnh ở dạng điện áp + Khối so sánh tín hiệu đặt trước với tín hiệu phản hồi tạo tín hiệu sai lệch tác động đến điều khiển R; + Chức của điều chỉnh R xử lý tín hiệu sai lệch theo luật điều khiển được chọn trước nhằm đảm bảo tính ổn định chất lượng của hệ thống Tín hiệu của điều chỉnh R trực tiếp đưa tới điều khiển biến đổi + Nguồn cấp trực tiếp cho đ/cơ M lấy từ biến đổi BĐ Chúng có thể chỉnh lưu có điều khiển, biến tần (trực tiếp hoặc gián tiếp), biến đổi điện áp xoay chiều, băm xung điện áp… Chức của BĐ biến đổi dạng lượng điện sang dạng tương thích với loại đ/cơ, đồng thời tín hiệu của nó phải chịu tác động của tín hiệu điều khiển (mang thông tin điều khiển), nó tác động điều chỉnh gửi đến cấu điều chỉnh của đối tượng; + Đối tượng điều khiển của hệ - Động truyền động M lai máy sản xuất Mx Động M có thể chiều, không đồng bộ, đồng loại đ/cơ bước Đại lượng được điều chỉnh của nó có thể mômen, dòng điện, tốc độ quay, góc quay (vị trí của rotor) + Các nhiễu loạn tác động lên hệ thường là: Mômen cản, điện áp nguồn, t0C … Trong thực tế để đảm bảo chất lượng của hệ, thường phải sử dụng số mạch vòng điều chỉnh, tức có tín hiệu phản hồi của hay nhiều đại lượng cần được điều chỉnh hệ Ngoài có thể đưa vào hệ vài khâu khác như: Mạch lọc; Hạn chế… 1.1.3 Phân loại hệ TĐĐCTĐĐ - Theo động thực hiện: DC, AC, step motor… - Theo dạng tín hiệu điều khiển: Analog, Digital & A-D - Theo thuật điều khiển : Thích nghi, véctơ, mờ, noron hay kết hợp… - Theo luật thay đổi của tín hiệu đặt trước: Không đổi, thay đổi tuỳ ý, theo chương trình - Theo số lượng tín hiệu đặt trước (hay theo số mạch vòng): hoặc nhiều - Theo kiểu sơ đồ cấu trúc: Kiểu nối cấp; Kiểu nối tiếp; Kiểu dùng chung điều khiển cho mạch vòng 1.2 Những vấn đề chung thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện Khi thiết kế hệ tự động điều chỉnh TĐĐ cần phải đảm bảo yêu cầu đặt ra, cụ thể là: - Yêu cầu công nghệ; - Yêu cầu tiêu chất lượng ở chế độ động tĩnh; - Yêu cầu tính kinh tế Trong trình thiết kế hệ tự động điều chỉnh TĐĐ chúng ta thường gặp dạng toán tổng hợp hệ: - Bài toán tổng hợp chức dùng trường hợp biết cấu trúc khoảng thay đổi tham số của điều khiển, cần xác định luật điều khiển của điều chỉnh - Bài toán tổng hợp tham số dùng trường hợp biết cấu trúc lượng tác động của tín hiệu vào, cần phải xác định tham số của điều khiển - Bài toán tổng hợp cấu trúc - tham số thực biết qui luật biến thiên của tín hiệu vào, của từng phần tử, cần xác định cấu trúc của hệ tham số của điều khiển * Để giải toán trên, ứng với hệ khác thì phải sử dụng phương pháp khác nhau, ví dụ: - Đối với hệ đơn giản ta dùng phương pháp đặc tính tần số, phương pháp phân bố nghiệm, phương pháp hàm chuẩn modul tối ưu hoặc tối ưu đối xứng; - Đối với hệ phức tạp ta dùng phương pháp không gian trạng thái, dùng máy tính số với phần mềm chuyên dụng; - Đối với hệ điều khiển số có đặc thù riêng mô tả toán học, phương pháp tổng hợp hệ bản phương pháp tổng hợp hệ liên tục; - Đối với hệ phi tuyến cần dùng phương pháp riếng 1.3 Tính xác hệ tđđctđđ - Với bất kỳ hệ TĐĐCTĐĐ đòi hỏi: Đại lượng được điều chỉnh phải bám theo xác tín hiệu điều khiển cả chế độ xác lập, tựa xác lập độ, tức là: + Trước tiên hệ phải ổn định (chỉ tiêu quan trọng số 1) + Sau đó hệ phải đảm bảo độ xác (chỉ tiêu quan trọng số 2) - Dựa theo sở để đánh giá tính xác? Tính xác được đánh giá sở phân tích sai lệch điều chỉnh, mà chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: + Sự biến thiên của tín hiệu đặt (cho trước) gây sai lệch trình độ chế độ xác lập Đôi có thể gây mất ổn định cho hệ + Ma sát tĩnh, khe hở, trôi điểm không, già hoá gây sai lệch chế độ xác lập - Biết sai lệch phải xử lý sao? Trên sở phân tích sai lệch điều chỉnh ta có thể chọn điều chỉnh, mạch bù thích hợp để nâng cao tính xác của hệ 1.3.1 Các hệ số sai lệch: Hình 1.2 Sơ đồ khối a); Các đặc tính độ b) F0(P) Hàm truyền mạch hở TM Thiết bị công nghệ R , r (t) Tín hiệu điều khiển C , c(t) Tín hiệu E , e = R - C = r-c Sai lệch điều chỉnh Ni nhiễu loạn tác động lên hệ thống n C ( p ) = F ( p ).R( p ) + ∑ Fi ( p ).N i ( p ) i =1 F0 ( p ) F ( p) = + F0 ( p ) F i(p) hàm truyền nhiễu loạn Dẫn dắt từ sơ đồ khối đơn giản (Hình 1.2) nhận được hàm sai lệch điều chỉnh e (t) = R(t) - C(t) ở dạng chuỗi : dR(t ) d R(t ) d i R(t ) dN (t ) d i N (t ) e(t ) = C0 R(t ) + C1 + C2 + .Cn i + C0 N N1 (t ) + C1N 1 + CiNi i i + dt dt dt dt d (t ) (1.3) i dN n (t ) d N n (t ) + C0 Nn N n (t ) + C1Nn + CiiNn i + A(t ) dt d (t ) Trong đó A(t) giá trị thặng dư có thể coi A(t) ≈0 Khi biết trước R(t) nhiễu loạn tác động N i(t) thì ta có thể xác định được sai lệch e(t) tính toán được hệ số sai lệch theo tín hiệu đặt theo nhiễu Nếu tất cả hệ số sai lệch bằng không, thì hệ thống đảm bảo xác tuyệt đối Thực tế chúng ta kiểm soát được tín hiệu R(t) không thể kiểm soát được cách dầy đủ hoàn toàn nhiễu loạn N i Vì thường quan tâm đến hệ số sai lệch theo tín hiệu đặt trước: C0 – Sai lệnh vị trí (thành phần tỷ lệ với R(t); C1 – Sai lệnh tốc độ (thành phần liên quan đến đạo hàm bậc của R(t); C2 – Sai lệnh gia tốc(thành phần liên quan đến đạo hàm bậc của R(t); * Có cách tính hệ số sai lệch: a/ Từ hàm truyền Fe(P) được suy từ (1.3) : Fe(p) = (C0 + C1p + C2p2 + Cipi )R(p) Sau đó hệ số sai lệch điều chỉnh được xác định bằng cách lấy giới hạn sau : C = lim p→0 { Fe ( p )} 1  C1 = lim p →0  [ Fe ( p ) − C ]  p  1  C = lim p→0  [ Fe ( p ) − C − C1 p ] p  [ (1.4); ] 1  Ci = lim p→0  i Fe ( p ) − ∑C k p k  p  b/ Từ mối quan hệ giữa hai hàm truyền F e(P) F(P) tín hiệu đặt ở dạng tỷ số giữa đa thức theo toán tử Laplac: Fe(P)= E(P)/R(P) = [R(P)-C(P)] / R(P) = – F(P) thay vào (1.4) nhận được kết quả sau: C0 = – b0 ; C1 = a1 – C0a1– b1 ; C2 = a2 – C1a1 - C0a2 – b2 … Nếu hệ có tất cả hệ số sai lệch bằng không, thì hệ đó xác tuyệt đối 1.3.2 Các tiêu chuẩn chất lượng sai lệch: Để đánh giá hệ thống TĐĐC có chất lượng tốt hay xấu người ta đưa số tiêu chuẩn sai lệch sau đây: 1.3.2.1 Tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch (ISE): ∞ ∫e ∞ T ( t )dt = ∫ e ( t )dt + ∫ e ( t )dt T Trong đó ta phải chọn T cho với t > T thì thành phần thứ của biểu thức đủ nhỏ đến mức bỏ qua Nếu tích phân đạt MIN thì hệ thống tối ưu Đặc điểm của tiêu chuẩn ISE: Đánh giá sai lệch lớn rất nặng, coi nhẹ sai lệch nhỏ Tiêu chuẩn ISE thường được dùng thiết kế hệ có yêu cầu cực tiểu lượng tiêu thụ 1.3.2.2 Tiêu chuẩn tích phân tích thời gian trị tuyệt đối sai lệch (ITAE): ∞ ∫ t e(t ) dt = MIN thì hệ đó tối ưu Đặc điểm của tiêu chuẩn ITAE: Đánh giá nhẹ sai lệch lớn ban đầu (vì thời gian tồn rất ngắn), còn sai lệch nhỏ xuất suốt trình tiếp sau thì bị đánh giá rất nặng 1.3.2.3 Tiêu chuẩn tích phân tích thời gian với bình phương sai lệch (ITSE): ∞ ∫ t.e ( t )dt Tiêu chuẩn có kết luận tương tự tiêu chuẩn ITAE 1.3.2.4 Ảnh hưởng dạng ( luật thay đổi) tín hiệu đặt R(t) đến sai lệch e(t) a/ Hệ bậc không - Hệ hữu sai m F0 (p) = K∏ (1 + T P) ' j j=1 n ∏ (1 + Ti P) i =1 m → F(p) = K∏ (1 + Tj' P) j=1 n m i =1 j=1 ∏ (1 + Ti P) + K∏ (1 + Tj'P) K + b1P + b P + ××× = 1+ K + a1P + a P + ××× hàm truyền hệ kín với phản hồi đơn vị Như hệ số sai lệch vị trí của hệ bậc không là: K c0 = a − b = − = ≠ Vì hệ hữu sai Để giảm sai lệch tĩnh cần phải tăng K 1+ K 1+ K b/ Hệ vô sai cấp 1- Hệ bậc c/ Hệ vô sai cấp 2- Hệ bậc 1.3.3 Bù sai lệch tĩnh e∞ hệ hữu sai Hệ rơi vào trạng thái hữu sai khi: - Hàm truyền hệ hở F0(P) có dạng hữu sai bậc không (đã xét ở 1.3.2.4a) - K của hệ bị suy giảm mức yêu cầu; - Ki của phần tử thứ i đó mạch của hệ sớm bị bão hoà Vấn đề cần giải bằng cách để hệ bậc không có sai số trở thành hệ vô sai ? Có thể giải vấn đề theo hướng tăng K của hệ đến giá trị yêu cầu (bằng cách tăng K của phần tử mạch của sơ đồ cấu trúc; Hoặc giảm K của khâu phẩn hồi) Kết quả của (1.3.2.4.a/) khẳng định hệ hữu sai với phản hồi đơn vị Do ta có thể tính chọn lại mạch phản hồi (Chắc chắn hệ số phản hồi phải nhỏ 1) Cách tiến hành: - Giả định hệ số phản hồi Kz ; - Tính hàm truyền hệ kín F(P); - Lập biểu thức của hệ sai lệch vị trí C0 ; - Tính Kz từ điều kiện C0 = Kết quả Kz = - 1/K Như phản hồi đơn vị còn có thêm phản hồi dương 1/K, nhờ nó mà hệ trở thành vô sai Một cách tương tự ta xác định được quan hệ của hằng số thời gian để hệ số sai lệch tốc độ triệt tiêu, bằng cách : Xuất phát từ điều kiện: b1=a1 (khi C0 bằng 0); Thay Kz = - 1/K vào biểu thức vừa nhận được tính ΣTi’ =ΣTi * Lưu ý: Về sai lệch ở chế độ xác lập (khi hệ đảm bảo xác tuyệt đối C( ∞)=R(∞)=K1) trường hợp: + Với hệ có phản hồi đơn vị thì E(∞)=0; + Với hệ có phản hồi thực tế thì E(∞)= K1/K ≠ –Luôn tồn sai lệch cần thiết 1.3.4 Bù sai lệch vị trí, sai lệch tốc độ và gia tốc hệ vô sai cấp + Mục đích phải tìm hàm truyền khâu phản hồi (hoặc khâu hiệu chỉnh) để hệ không có sai lệch, tức để C0=C1=C2=0 + Cách tiến hành tương tự 1.3.3 Các phương pháp bù tỏ đơn giản tính toán (lý thuyết) Song số trường hợp cụ thể có thể gặp khó khăn giải pháp kỹ thuật (thực tế) 1.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh kiểu nối cấp 1.4.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh kiểu nối cấp: * Thông thường hệ TĐĐCTĐĐ có cấu trúc kiểu nối cấp (hình 1.10): - Hệ có điều khiển thì có bấy nhiêu mạch vòng bao nhau; - Tín hiệu của ĐC vòng tín hiệu đặt trước của vòng * Trình tự tổng hợp ĐC của hệ được thực từ vòng cùng trở Sau tổng hợp xong vòng cùng thì ta hoàn toàn có thể thay nó bằng khâu có hàm truyền tương ứng với F MC hoặc FDX (tuỳ theo lựa chọn tiêu chuẩn để tổng hợp), mà đó hằng số thời gian τσ thông số khác được xác định Đến ta lại tổng hợp mạch vòng tiếp theo, cứ cách tương tự hết * Để tổng hợp ĐC của hệ TĐĐCTĐĐ ta thường dùng phương pháp hàm chuẩn tối ưu: - Hàm theo tiêu chuẩn môdul tối ưu; - Hàm theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng; * Kết quả của việc tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tìm luật điều khiển của ĐC (thường có dạng PID) thông số của nó, đó: - Luật P cho tín hiệu tỷ lệ thuận với tín hiệu vào (sai lệch E(P)) qua hệ số K P – Đây tín hiệu quan trọng, vì nó đảm bảo tính tác động nhanh độ xác của hệ - Luật D cho tín hiệu tỷ lệ với vi phân theo thời gian của tín hiệu vào Nhờ có thay đổi dấu của tín hiệu tín hiệu sai lệch có đổi chiều biến thiên mà nó hỗ trợ cho tín hiệu tỷ lệ e(t) tăng, làm suy giảm tín hiệu tỷ lệ e(t) giảm Vì hệ tác động nhanh, không làm tăng độ chỉnh số lần giao động - Luật I cho tín hiệu tỷ lệ với tích phân theo thời gian của tín hiệu vào, nó có ý nghĩa sai lệch rất nhỏ (trong vùng không nhạy) đến mức mà luật P không xử lý được, biến thiên của nó rất chậm mà luật D không cảm nhận được Luật I đảm bảo độ xác tĩnh của hệ * Để đơn giản cấu trúc của ĐC hệ truyền động điện, cần thiết phải giảm cấp hàm truyền F0(P) của mạch hở (khi có thể) bằng cách bỏ qua hằng số thời gian rất nhỏ (dưới 1ms), hoặc thay 10 bằng thời gian tổng tương đương thời gian nhỏ (vài chục ms) Đối với thời gian được coi lớn (từ 0,1 s trở lên) phải giữ nguyên * Nếu hệ được tổng hợp theo tiêu chuẩn thì hàm truyền hệ kín sau tổng hợp có dạng hàm truyền của tiêu chuẩn đó 1.4.2 Tổng hợp ĐC theo tiêu chuẩn môdul tối ưu 1.4.2.1 Giới thiệu tiêu chuẩn Modul tối ưu * Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn Modul tối ưu có dạng sau: FMC (P) = 1 + 2τσ P + 2τσ2 P (1.12) * Dạng đặc tính tần số hệ kín thì ω → ∞ thì F(jω) → ω → (dải tần thấp) thì F(jω) → * Dạng đặc tính độ: +Độ chỉnh 4,3% +Đặc tính độ qua giá trị đặt t=4,7τσ 8,4τσ * Đặc điểm: +Tiêu chuẩn cho phép hiệu chỉnh lại đặc tính tần số ở vùng thấp trung bình + Không đảm bảo trước được tính ổn định của hệ sử dụng tiêu chuẩn Do đó sau ứng dụng tiêu chuẩn modul tối ưu phải kiểm tra lại tính ổn định của hệ * Các bước tiền hành tổng hợp: + Tính hàm truyền của đối tượng mở rộng - hệ hở S0(p); + Đưa vào hệ khâu ĐC có hàm truyền chưa biết R(p); + Tính hàm truyền hệ kín F(p) gán nó bằng vế phải của FMC(p) + Suy dạng hàm truyền R(p), tức xác định luật điều khiển của ĐC R (p) = (1.13) −1 S0 (p)[ FMC (p) − 1] + Tính tham số của ĐC theo thông số của S0(p) 1.4.2.2 Áp dụng FMC tổng hợp số hệ Ví dụ 1:Ta xét từ hệ hở có hàm truyền dạng tổng quát sau ứng với trường hợp cụ thể: S0 ( p ) = K (1.14) u ∏ (1 + T P) i i =1 a/ Trường hợp u=2 ta có hệ hữu sai- Hệ bậc không: S0 ( p ) = K (1 + T1 P)(1 + T2 P) (1.15) Cho hàm truyền của đối tượng mở rộng S 0(p) với T2>T1, Cần xác định R(p) cho phép bù được hằng số thời gian lớn T2 Kết quả R(p) có cấu trúc PI b/ Trường hợp hằng số thời gian Ti nhỏ (hàm truyền nguyên dạng 1.14) Với Ti hằng số thời gian nhỏ, ta có thể thay T s=ΣTi tức bỏ qua thành phần vô cùng bé bậc cao của toán tử P Kết quả R(p) có cấu trúc I c/Trường hợp có thể chia thành nhóm hằng số thời gian lớn nhỏ Khi đó hàm truyền hệ hở được viết dạng sau: S0 ( p ) = K u ∏ (1 + T P)∏ (1 + T P) K K =1 i =1 (1.16) i Với hằng số Tk > Ti Kết quả R(p) có cấu trúc PID Ví dụ 2:Ta xét từ hệ hở có hàm truyền dạng tổng quát sau ứng với trường hợp cụ thể: S0 (p) = K u P∏ (1 + Ti P) (1.17) i =1 d/Trường hợp hằng số thời gian Ti nhỏ (hàm truyền nguyên dạng 1.17) Khi ta có thể viết lại dạng hàm hệ hở bỏ qua thành phần vô cùng bé bậc cao của toán tử P: 11 S0 (p) = K u P∏ (1 + Ti P) = K P(1 + Ts P) (1.18.a) i =1 với Ts= ΣTi Kết quả R(p) có cấu trúc P: R(p)=1/ 2KTs e/ Trường hợp có hằng số thời gian lớn nhiều Ti còn lại: Khi ta tách riêng thành phần chứa hằng số thời gian lớn dấu tích, bây giờ hàm truyền có dạng sau: S0 (p) = K (1.18.b) u P(1 + TP)∏ (1 + Ti P) i =1 Trong đó T hằng số thời gian lớn Kết quả R(p) có cấu trúc PD Kết luận: + Các hệ hở có dạng hàm tổng quát giống nhau, có số lượng hằng số thời gian khác hoặc tương quan giữa chúng có chênh lệch thì ĐC có luật điều khiển khác (xem kết quả a,b,c d,e) + Trong trường hợp hằng số thời gian τσ rất nhỏ thì ta có thể bỏ qua thành phần bậc của P FMC(p), tức là: FMC (P) = 1 ≈ 2 + 2τσ P + 2τσ P + 2τ σ P (1.19) Khi đó đặc tính độ của hệ kín có dạng quán tính (không có giao động) 1.4.3 Tổng hợp ĐC theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng 1.43.1 Giới thiệu tiêu chuẩn tối ưu đối xứng * Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn Modul tối ưu có dạng sau: FDX (P) = + 4τ σ P + 4τσ P + 8τσ2 P + 8τ3σ P (1.20) * Dạng đặc tính độ: +Độ chỉnh 43,4% thời điểm khoảng 7τσ + Đặc tính độ qua giá trị đặt t=3,1τσ 11,4τσ; + Xác lập sau 16,5τσ với lần giao động * Đặc điểm: +Các hệ số của hàm truyền thoả mãn điều kiện: a 12 − 2a a =  a − 2a 1a = (1.21) + Vì hệ hàm kín có C 0=0 C1=0 nên đảm bảo trước được tính ổn định của hệ sử dụng tiêu chuẩn Nhờ đó mà tiêu chuẩn được áp dụng để tổng hợp điều khiển cho hệ có yêu cầu vô sai cấp cao, điều khiển theo quan điểm nhiễu loạn + Vì có mặt của khâu vi phân 4τσ tử số của FDX(p) gây độ chỉnh lớn cho hệ Để giảm độ chỉnh ta có thể đưa thêm khâu quán tính bậc nhất với hằng số thời gian đúng bằng 4τσ đặt trước mạch so sánh Khi đó đặc tính độ được cải thiện (độ chỉnh giảm còn 8,1%, giao động lần sớm ổn định- sau 13,3τσ ) * Các bước tiến hành tổng hợp: - Phương pháp tắc (tương tự theo tiêu chuẩn modul tối ưu): + Tính hàm truyền của đối tượng mở rộng - hệ hở S0(p); + Đưa vào hệ khâu ĐC có hàm truyền chưa biết R(p); + Tính hàm truyền hệ kín S(p) gán nó bằng vế phải của FDX(p) + Suy dạng hàm truyền R(p), tức xác định luật điều khiển của ĐC R (p) = −1 S0 (p)[ FDX (p) − 1] (1.22) + Tính tham số của ĐC theo thông số của S0(p) - Phương pháp không tắc: + Từ hàm truyền S0(p) được xác định,; + Nếu biết trước luật điều khiển của R(p) (theo kinh nghiệm hoặc được tư vấn), thì ta gán cho nó biểu thức (phù hợp với luật điều khiển biết) có chứa tham số cần xác định; 12 - Đặt tín hiệu ban đầu cho cả dây chuyền từ triết áp, qua tổ hợp triết áp, hoặc mạch phân chia điện tử tạo tín hiệu đặt trước riêng biệt cho truyền động thành phần để điều chỉnh tốc độ quay của chúng theo qui định cụ thể - Tín hiệu đặt ban đầu đưa tới hệ truyền động thành phần Khi trục của nó quay, thông qua senser tốc độ của nó tín hiệu đặt trước cho hệ truyền động thành phần còn lại Khiến hệ quay đồng theo hệ truyền động 5.2.3 Đặc tính công nghệ máy cán liên tục Nếu dây chuyền máy cán liên tục có n trục cán, thì theo yêu cầu công nghệ của nó ta phải đáp ứng là: F1v1 = F2v2 = …Fivi = … = Fnvn (5.1) Trong đó: Fi - Tiết diện (hoặc chiều dầy) tấm vật liệu thứ i vi - Tốc độ đầu vào của tấm vật liệu thứ i Tốc độ đầu của trục cán thứ i i+1 được tính theo công thức: ωi d i (1 + Si ) ; v i+1 = ωi+1d i+1 (1 + Si+1 ) 2 ω i +1 v i +1 d i (1 + Si ) = Từ đó suy ωi v i d i +1 (1 + Si +1 ) v i = Trong đó Si - Hệ số trượt theo tốc độ Kết hợp với điều kiện (7.1) ta có Trong đó λ i +1 = ωi +1 d (1 + Si ) = λ i +1 i ωi d i +1 (1 + S+1i ) (5.2) (5.3) (5.4) v i +1 Fv i +1 = v i Fra i +1 Điều kiện 7.4 ứng với chế độ cán thô không yêu cầu lực kéo Khi cần lực kéo ta phải đưa vào 7.4 thành phần δ > tùy theo lực kéo yêu cầu: ω i +1 d (1 + Si ) = λ i +1δ i ωi d i +1 (1 + S+1i ) (5.5) Như động dây chuyền thép phải ổn định tốc độ theo tỷ lệ yêu cầu 5.2.4 Đặc tính công nghệ máy xeo giấy Đối với dây chuyền xeo giấy có khoảng hàng chục truyền động, chúng không những đảm bảo yêu cầu đồng tốc độ mà còn phải đảm bảo sức căng không đổi tốc độ dài băng giấy không đổi 5.3 Điều chỉnh đồng tốc độ hệ truyền động với nguồn cấp chung cho động 5.3.1 Điều chỉnh đồng tốc độ bằng điều chỉnh từ thông 58 Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng tốc độ với nguồn Uư chung Trong trường hợp nguồn cấp chung cho tất cả phần ứng của động (Hình 5.1) thì việc điều chỉnh tốc độ của truyền động thành phần được thực thông qua điều chỉnh từ thông Với mô men cản lớn ta có tương quan: ω1 I k1 ≈ ω I k2 (7.6) Với mục đích điều khiển cho tốc độ dài V = V1 nên ta dùng cảm biến chiều dài P L Dễ dàng nhận thấy hàm truyền của nó có dạng của khâu tích phân: FRL (P) = U L ( P) K L = ∆ω(P) P (7.7) Tín hiệu điều khiển kích từ: Uđk= Uω1 - Uω2 + UL = (Kω + KL /P).∆ω , từ ta có hàm truyền khâu điều chỉnh kích từ có dạng PI sau: U dk (P) + PK ω / K L K = Kω + L = KL ∆ω(P) P P (7.8) Thành phần vượt trước tử số của 7.8 cho phép cải thiện tính quán tính mạch kích từ của hệ 5.3.2 Điều chỉnh đồng tốc độ bằng điều chỉnh bù điện áp phần ứng Bên cạnh phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ của động để thực đồng tốc độ, chúng ta có thể dùng phương pháp bù điện áp phần ứng (hình 7.2) Trong trường hợp có khác phương pháp ở chỗ: 59 Hình 7.2 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng tốc độ với điều chỉnh bù Uư Từ thông kích từ của tất cả động không đổi; Phần ứng của chúng cùng lấy từ nguồn chung thông qua điều chỉnh xung áp (băm xung điện áp); - Tín hiệu Uđk nhận được không đưa đến điều chỉnh I k2 mà điều chỉnh bù thêm điện áp phần ứng Uư2 của động thứ Phương pháp có cấu trúc phức tạp, cho khả tác động nhanh phương pháp điều chỉnh kích từ Thực chất của phương pháp qui đổi lượng thay đổi U k cần thiết thành lượng thay đổi Uư tương ứng Nhưng bản chất phi tuyến của mạch kích từ nên việc qui đổi gặp khó khăn - 5.4 Điều chỉnh đồng tốc độ hệ truyền động với nguồn cấp riêng cho động Phương pháp cấp điện áp cho phần ứng từ nguồn chung có cấu trúc đơn giản, phương pháp hiệu quả nhiều dây chuyền công nghệ có yêu cầu thay đổi loại, độ dày vật liệu, yêu cầu có chênh lệch tốc độ dài của băng vật liệu trước sau trục quay Trong trường hợp ta nên dùng phương pháp điều chỉnh đồng tốc độ bằng cách điều chỉnh U từ nguồn cấp riêng Trên hình 7.3 giới thiệu sơ đồ chức của hệ theo phương án BĐ Hình 5.3 Sơ đồ khối điều chỉnh đồng tốc độ từ nguồn cấp riêng CÂU HỎI ÔN TẬP CUỐI CHƯƠNG Xây dựng sơ đồ cấu trúc của mạch điều chỉnh đồng tốc độ hệ truyền động nhiều động với nguồn cấp chung cho truyền động Xây dựng sơ đồ cấu trúc của mạch điều chỉnh đồng tốc độ hệ truyền động nhiều động với nguồn cấp riêng cho truyền động Trình bày điều chỉnh đồng tốc độ sức căng bằng điều chỉnh từ thông với nguồn cấp 60 chung CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỀU CHỈNH VỊ TRÍ 6.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí 6.1.1 Khái niệm chung Hệ thống truyền động điện điều chỉnh vị trí được sử dụng rộng rãi máy gia công kim loại CNC, công nghệ robot, quân sự… Công suất của động truyền động khoảng vài chục W đến hàng trăm kW Thông thường hệ thống truyền động điện điều chỉnh vị trí phải đáp ứng yêu cầu tác động nhanh, tức phải điều chỉnh tối ưu theo thời gian (ngắn nhất) cần thiết để chuyển dịch hệ đến vị trí yêu cầu Dạng tín hiệu đặt (ϕw) theo thời gian hệ thống truyền động điện điều chỉnh vị trí định cấu trúc điều khiển hệ Hàm ϕw(t) thường có dạng nhảy bậc, hoặc tuyến tính toàn phần hay từng đoạn, hoặc phi tuyến Tuỳ theo dạng tín hiệu đặt mà yêu cầu hệ phải đảm bảo hệ số sai lệch cần thiết bằng không Hệ thống truyền động điện điều chỉnh vị trí được phân dạng: Cho cấu chuyển dịch cho chế độ bám (tuỳ động) Đối với hệ điều chỉnh vị trí cho chế độ bám, ta thường quan tâm đến sai lệch tĩnh ∆ϕ(t) Đối với hệ điều chỉnh vị trí cho cấu chuyển dịch, ta thường quan tâm đến tính tác động nhanh (nhưng phải bảo đảm qui trình công nghệ chất lượng sản phẩm) - Điều có liên quan tới quĩ đạo pha chuyển động giản đồ tối ưu tốc độ ω(t), gia tốc ε(t) 6.1.2 Quĩ đạo pha chuyển động 61 Hình 4.1.Diễn biến theo thời gian ε, ω, ϕ ứng với dạng gia tốc khác Nếu ứng với tín hiệu đặt ϕw nhảy cấp ta có giản đồ diễn biến của ε, ω, ϕ theo thời gian hình 6.1 6.1.2.1 Trường hợp quãng đường dịch chuyển ngắn (Hình 6.1.a) Trong trường hợp thời gian thực dịch chuyển không đủ dài để hệ có giai đoạn trì tốc độ quay không đổi, mà có giai đoạn tăng tốc giảm tốc Trong giai đoạn tăng tốc ứng với khoảng thời gian < t < T/2 ta có: ω (t) = εmax t ; ϕ1 (t) = εmax t2 /2 (6.1) Tại thời điểm t = T/2 thì tốc độ của hệ có giá trị lớn nhất ωmax = εmax T/2 độ dài di chuyển được ϕ1 = εmax T2 /8 Trong giai đoạn giảm tốc (hãm) ứng với khoảng thời gian T/2< t Mđt thì mô men hãm lớn thực tế cần có Truyền động hãm thời điểm muộn rất nhiều với mô men điện từ nhỏ Cho nên tốt ta nên chọn Mđ < Mđt tức hệ được điều chỉnh với mô men hãm nhỏ thực tế cần có Hãm xảy ở điểm A ( Sớm so với điểm B ) Điều dẫn đến dao động mô men ở hai giá trị ± M dt , làm thay đổi cực tính của sai lệch tốc độ ∆ω = ωW − ω , những dao động xảy thời gian ngắn gây nên tượng giật phần truyền động Vì ta phải chọn điều chỉnh tốc độ Rω ba vị trí thay cho hai vị trí Nhưng với điều chỉnh Rω thì giá trị mô men biến thiên liên tục giới hạn ( - M đt Mđt ) kết quả thời gian hãm trường hợp Mđ < Mđt lớn so với thời gian hãm tối ưu - Khi hãm với mô men điện từ cực đại có thể làm cho điều chỉnh bão hòa sai lệch tốc độ ∆ω = ωW − ω nhỏ bằng cách chọn hệ số khuếch đại tỷ lệ của điều chỉnh lớn lên Điều làm cho đặc tính độ của hệ ở thời điểm kết thúc trình bị dao động Để dập dao động phải chỉnh định hệ số khuếch đại của hệ điều chỉnh tốc độ dòng điện - Có sai lệch giữa hệ thực tế với lý thuyết ở phần hệ số khuếch đại của điều chỉnh vị trí Thực tế hệ số khuếch đại của điều chỉnh Rϕ hữu hạn , lý thuyết quĩ đạo pha parabol lại cần có hệ số khuếch đại ở tọa độ đầu vô cùng - Ngoài điều chỉnh vị trí cần phải nghiên cứu cả ảnh hưởng phần truyền động Thực tế tồn thành phần mô men ma sát khô Thành phần gây quán tính chậm trễ trình động đặc biệt ở cuối trình hãm phải đảm bảo M dt < M ms thì không gây dao động 6.5 Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vòng điều chỉnh gia tốc không đổi Trong hệ thống điều chỉnh vị trí ta mong muốn gia tốc không đổi Nhưng vì ảnh hưởng của mômen cản (Mc) lớn đến hệ khiến việc giữ gia tốc không đổi gặp khó khăn, nên ảnh hưởng đến độ xác của hệ Vì cần thiết đưa thêm vào hệ mạch vòng gia tốc (nhằm giữ ε=const) Mạch vòng ε nằm giữa mạch vòng tốc độ mạch vòng dòng điện Sau tổng hợp mạch vòng dòng điện, ta có thể coi gần đúng hàm truyền kín của mạch vòng có dạng khâu quán tính bậc nhất: FI ( p) = 1/ K i + τi P Khi đó mạch vòng gia tốc có sơ đồ cấu trúc hình 6.4 65 Hình 6.4 sơ đồ cấu trúc mạch vòng gia tốc Hàm truyền đạt của đối tượng mở rộng là: Fsε (p) = K ω CuP K ωCu ε( P ) = ≈ t ω (P) K i JP(1 + τ i P)(1 + τ f P) K i J (1 + τ si P) với τsi = τi + τ f Tổng hợp mạch vòng theo tíêu chuẩn của FMC với việc chọn τ=τsi ta có: K i J (1 + τ si P) Rε = = 2τP(1 + τP)Fsε 2τP(1 + τP)K ωCu KiJ K = × = ε 2τsi K ωCu P P Hoặc có thể giữ ε= const bằng cách sử dụng hạn chế εω cách phù hợp (trước đó có thể phải tăng Kp của Rω ) 6.6 Hệ truyền động điều khiển vị trí làm việc chế độ bám Yêu cầu chế độ bám: ∆ϕ < ∆ϕcho phép Có yếu tố ảnh hưởng tới độ xác của bám: + Quan hệ giữa ϕω cấu trúc hệ (dạng biến thiên của ϕω(t)) + Ảnh hưởng của nhiễu lên ∆ϕ 6.6.1 Độ xác phụ thuộc ϕω + Dạng ϕω(t) của hệ thường có dạng bất kỳ (thậm trí trước) + Nếu Rϕ được tích hợp theo FDX có hàm truyền PI, cho phép không có sai lệch với ϕω(t) dϕ ( t ) đường thẳng ( ω = const ) Tức cấu trúc hệ vô sai cấp dt + Nếu d ϕ ω ( t ) d2t = const (gia tốc biến thiên của ϕω(t) khác ) thì cần đưa cấu trúc hệ vi sai cấp Tuy nhiên đó độ dự trữ ổn định giảm… + ϕω(t) có dạng điều hoà, cần tăng biên độ đặc tính tần số logarit hệ hở ở tần số ω = Ωmax Kết luận: Muốn tăng độ xác thì phải: + Tăng hệ số phẩm chất + Tăng cấp vô sai của hệ Tuy nhiên phải chấp nhận: + Giảm độ dự trữ ổn định tức giảm phạm vi thay đổi của ϕω(t) + Tăng ảnh hưởng của nhiễu hệ, cần chỉnh lại tham số Rωhoặc dùng phương pháp bù theo ϕω 6.4.2 Nâng cao độ xác bằng phương pháp điều khiển bù theo ϕω(t) Dùng thêm khâu bù có hàm truyền Wb đưa vào hệ (hình 6.7) Hình 8-7 Cấu trúc hệ điều khiển bù theo lượng điều khiển 66 Theo điều khiển bất biến lượng đặt ϕω ta có ∆ϕ = thì Wb = W " ( p) Vì: W0 (P)  Wb ( P)  + W ′′( P) Wb ( P) ∆ϕ ϕω − ϕ ϕ = =1 − = − WK ( P) = − 1+ = Muốn cho ∆ϕ = thì tử số ϕω ϕω ϕω + W0 (P)  W ′(P)  + W0 (P) của biểu thức phải bằng không, tức hàm truyền khâu bù nghịch đảo của W”(P): W(p) = 1/W’’(p) CÂU HỎI ÔN TẬP CUỐI CHƯƠNG Trình bày nguyên tắc xây dựng hệ truyền động điện điều khiển vị trí Trình bày hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính Hệ điều chỉnh vị trí tối ưu theo thời gian Các tính chất của hệ điều khiển vị trí Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vòng điều chỉnh gia tốc không đổi Hệ truyền động điều khiển vị trí làm việc chế độ bám CHƯƠNG : HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỀU CHỈNH THICH NGHI 7.1 Khái niệm chung Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện trình làm việc thường bị thay đổi tham số cấu trúc của mạch : mạch từ bị bão hòa , điện trở thay đổi theo nhiệt độ Nếu hệ truyền động có cấu trúc , tham số điều chỉnh cố định được chỉnh định theo tiêu chuẩn tối ưu đó ở giá trị xác định của hệ thì chất lượng của hệ không đảm bảo mà tham số , cấu trúc của hệ bị thay đổi Vì vây hệ điều chỉnh tự động truyền động điện yêu cầu chất lượng cao , cần phải có mạch điều chỉnh với cấu trúc , tham số của nó có thể thay đổi đáp ứng theo biến thiên của hệ cho đảm bảo yêu cầu chất lượng của hệ Hệ thống đó gọi hệ thống điều chỉnh thích nghi Cấu trúc của hệ thống điều chỉnh thích nghi được thể hình vẽ 7.1 67 Trong sơ đồ cấu trúc ta nhận thấy hệ điều chỉnh thích nghi có phần bản hệ điều chỉnh có thêm phần điều chỉnh thích nghi Tất cả thay đổi tham số của đối tượng điều chỉnh nhiễu loạn phụ tải tín hiệu điều khiển được đưa vào mạch nhận dạng I , kết quả nhận dạng được đưa vào mạch tính toán Dựa tiêu chuẩn chất lượng yêu cấu , mạch tính toán xác định tín hiệu điều khiển cho mạch thích nghi A , từ đó tác động lên điều chỉnh để thay đổi tham số hoặc cấu trúc của nó cho chất lượng của hệ đạt yêu cầu mong muốn Hệ truyền động điều chỉnh thích nghi có nhiều dạng khác , có phương án phân loại sau : Phân loại theo mục đích + Hệ truyền động điều chỉnh thích nghi tối ưu theo tiêu chuẩn tối ưu định trước + Hệ truyền động điều chỉnh thích nghi bất biến đảm bảo đặc tính động theo yêu cầu mà không phụ thuộc vào nhiễu loạn phụ tải + Hệ truyền động thích nghi tự chỉnh Phân loại theo phương pháp nhận dạng + Hệ điều khiển với mạch thích nghi kiểu hở , đó tham số điều chỉnh được chỉnh định trực tiếp dựa việc đo tham số của hệ + Hệ điều khiển với mạch thích nghi kiểu kín , đó mạch nhận dạng được thực nhận dạng hệ qua việc so sánh đặc tính yêu cầu thực tế của hệ , từ đó thực việc điều khiển hệ + Hệ tự tìm kiếm , đó phát ảnh hưởng của thay đổi tính chất điều chỉnh lên tính chất của hệ Phân loại theo tiêu chuẩn thich nghi + Hệ điều khiển đảm bảo giữ vài đại lượng của hệ không thay đổi hay thay đổi theo qui luật cho trước + Hệ điều khiển với tiêu chuẩn cực trị , hệ thường mạch thích nghi kiểu kín Có thể đảm bảo giá trị cực tiểu của sai lệch mạch thích nghi eA từ tiêu chuẩn Q = eA (t ) Q = eA2 (t ) n Q = ∑ qi ( d i e A (t ) dt i i=0 n Q = ∑ qi ( d i e A (t ) dt i=0 i ) )2 Trong đó qi hệ số trọng lượng Mặt khác có thể giữ giá trị cực trị của tiêu chuẩn tích phân sai lệch t Q = ∫ eA (t ) dt t Q = ∫ eA (t ) dt t t Q = ∫ e (t ) dt = ∫ t eA (t ) dt A 0 Trong hệ truyền động điện điều chỉnh thích nghi thường hay sử dụng hệ thích nghi tối ưu bất biến với mạch nhận dạng bằng việc đo trực tiếp 7.2 Cấu trúc mạch điều chỉnh thích nghi Trong LTĐKTĐ có rất nhiều mạch điểu chỉnh hích nghi hệ truyền động thường sử dụng vài loại Một cấu trúc đơn giản nhất mạch điều chỉnh thích nghi có mạch nhân dạng kiểu hở 68 Hình 7.1 : Điều chỉnh thích nghi với mạch nhận dạng kiểu hở Trong mạch ta sử dụng mạch đo trực tiếp hoặc gián tiếp tham số biến đổi của đối tượng điều chỉnh Fs Trong mạch tính toán thường thiết lập thuật toán cố định để tính toán tham số mạch điều chỉnh Rp Các thuật toán phụ thuộc vào tiêu chuẩn thích nghi Mạch điều chỉnh thích nghi bất biến thường được dùng hệ truyền động có cấu trúc hình 7.2 Hinh7.2 : Mạch điều chỉnh thích nghi theo nguyên tắc bất biến FR ( p ) FS ( p ) + FK ( p ) FS ( p ) Hàm truyền của hệ F ( p ) = + FR ( p ) FS ( p ) Khi đảm bảo điều kiện FK ( jω ) FS ( jω ) = thì những thay đổi tham số của đối tượng hệ không bị ảnh hưởng Mạch điều chỉnh thích nghi với mạch thích nghi kiểu kín thường dùng hệ truyền động điện mạch thích nghi với mô hình cố định song song hình 7.3 Hinh7.3 : Điều chỉnh thích nghi dùng mô hình Trong mô hình FM(p) mô hình cố định của hệ theo tiêu chuẩn tối ưu định trước Sai lệc giưa tín hiệu của hệ tín hiệu của mô hình e A được đưa vào khối bù F K(p) tác động lên hệ ở đầu của điều chỉnh FR(p) cho tín hiệu của hệ gần với tín hiệu của mô hình Ta có F F + FM ( p ) FK ( p ) FS ( p ) F ( p) = R ( p ) S ( p ) + FR ( p ) FS ( p ) + FK ( p ) FS ( p ) Hàm truyền FK được chọn theo tiêu chuẩn thích nghi Khi F K(p) = K với K>>1 thì hàm truyền F(p) = FM(p) Tuy nhiên cần phải kiểm tra ổn định của hệ Mạch điều chỉnh thích nghi với mạch thích nghi kiểu kín hệ thống truyền động điện phức tạp thường sử dụng mạch vi xử lý Trong đó khâu nhận dạng mô hình , thuật toán được mô tả bằng phương pháp không gian trạng thái 69 7.3 Nhận dạng tham số hệ thống truyền động điện Trong hệ thống truyền động điện điều chỉnh thích nghi , việc đo giá trị tức thời của tham số hệ thống thường sử dụng phương pháp đo gián tiếp Tuy vây phương pháp lại phụ thuộc vào thời gian vì thời gian đo phải chọn cho trình đo , tham số thay đổi nhất Việc nhận dạng tham số của hệ truyền động điện thường dựa phương pháp tính toán tham số bằng giải phương trình vi phân theo số liệu của tham số đo lường được Đối với phương trình vi dy (t ) + y (t ) = Kx(t ) phân bậc nhất ta có : τ dt Tiến hành giải phương trình khoảng thời gian 0< t < t1 , trường hợp hằng số thời gian ٦ không đổi t1 K= τ [ y (t1 ) − y (0) ] + ∫ y (t )dt t1 ∫ x(t )dt Trong trường hợp hệ số khuếch đại K không đổi τ= t1 t1 0 K ∫ x(t )dt − ∫ y (t )dt y (t1 ) − y (0) Việc tính toán hệ số khuếch đại K hoặc hằng số thời gian thực τ được thực bằng phương pháp số hoặc tương tự Sơ đồ xác định τ K được hình 7.4 Hình 7.4 : Nhận dạng tham số khâu quán tính bậc 7.4 Hệ truyền động chiều với mạch vòng dòng điện thích nghi ( Xem chương ) 7.5 Hệ truyền động chiều với mạch vòng điều chỉnh tốc độ thích nghi 7.6 Hệ truyền động điện mạch vòng vị trí điều chỉnh thích nghi Mục 7.5 , 7.6 xem tài liệu “ Điều chỉnh tự động truyền động điện “ NXB KHKT 2002 trang 413-416 Câu : Trình bày cấu trúc chung hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện ( điểm ) Câu : Trình bày về tiêu chuần modul tối ưu ( điểm ) Câu : Tổng hợp hệ hở có hàm truyền vôTHI sai cấp MỘTdạng SỐ ĐỀ MẪU1 (u=1) ( điểm ) PHIẾU THI HẾT ĐỀ THI SỐ CHỮ KÝ TRƯỞNG BỘ MÔN K MÔN K p) =ĐỘNGu ĐIỀU CHỈNH = TĐĐ MÔN THIS0: (TỰ với T>>Ti , theo tiêu chuẩn tối ưu TP (1 + Ts P) TP ∏ (1 + T P) THỜI GIAN : 90 phút i =1 LỚP : ĐTT i 01 đối xứng Câu : Trình bày điều chỉnh tích phân ( I ) dùng KĐTT ( điểm ) Câu : Trình bày sơ đồ cấu trúc điều chỉnh điện áp động KĐB roto dây quấn ( điểm ) 70 Sinh viên không sửa chữa , tẩy xóa làm bẩn phiếu thi PHIẾU THI HẾT MÔN MÔN THI : TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TĐĐ THỜI GIAN : 90 phút LỚP : ĐTT ĐỀ THI SỐ CHỮ KÝ TRƯỞNG BỘ MÔN 02 Câu : Phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền động ( điểm ) Câu : Trình bày về tiêu chuần tối ưu đối xứng ( điểm ) Câu : Tổng hợp hệ có hàm truyền đối tượng mở rộng So(P) là khâu hữu sai K bậc không S0 ( p) = với T2>T1, theo tiêu chuẩn modul tối ưu.( (1 + T1 p)(1 + T2 p) điểm ) Câu : Trình bày điều chỉnh tích phân – tỉ lệ ( PI ) dùng KĐTT ( điểm ) Câu : Trình bày sơ đồ cấu trúc điều chỉnh điện áp động KĐB roto lồng sóc ( điểm ) Sinh viên không sửa chữa , tẩy xóa làm bẩn phiếu thi Câu : Trình bày vế cách tính hệ số sai lệch ( điểm ) PHIẾU THIvề HẾT THI(SỐ Câu : Trình bày tiêuMÔN chuần tối ưu đối ĐỀ xứng điểm )CHỮ KÝ TRƯỞNG BỘ MÔN MÔN THI : TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TĐĐ Câu : Tổng hợp hệ có hàm truyền đối tượng mở rộng S0(p) ( điểm ) THỜI GIAN : 90 phút K K LỚP : ĐTT S (p) = u = P(1 + Ts P) với Ts= ΣTi , theo tiêu chuẩn modul tối ưu P∏ (1 + Ti P) 03 i =1 Câu : Trình bày điều chỉnh PID dùng KĐTT ( điểm ) Câu : Tổng hợp mạch vòng dòng điện E=0 ( điểm ) 71 Sinh viên không sửa chữa , tẩy xóa làm bẩn phiếu thi PHIẾU THI HẾT MÔN MÔN THI : TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TĐĐ THỜI GIAN : 90 phút LỚP : ĐTT ĐỀ THI SỐ CHỮ KÝ TRƯỞNG BỘ MÔN 04 Câu : Nêu tiêu chuẩn sai lệch điều chỉnh tự động truyền động điện (1 điểm ) Câu : Trình bày về tiêu chuần tối ưu đối xứng ( điểm ) Câu : Tổng hợp hệ có hàm truyền đối tượng mở rộng S0(p) K S ( p) = u với số thời gian Ti đều nhỏ, theo tiêu chuẩn ∏ (1 + Ti P) i =1 modul tối ưu ( điểm ) Câu : Trình bày điều chỉnh tích phân – tỉ lệ ( PI ) dùng KĐTT ( điểm ) Câu : Trình bày mô hình động điện chiều từ thông kích từ không đổi ( điểm ) Sinh viên không sửa chữa , tẩy xóa làm bẩn phiếu thi 72 [...]... P 2 (1 + Ts P) i =1 CHƯƠNG 2 : ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 2.1.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện Trong các hệ thống truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản Bởi vì trong hệ thống truyền động một chiều và xoay chiều mạch vòng điều chỉnh dòng điện thực hiện các... mạch kích từ thay đổi rất mạnh khi điều chỉnh Điều chỉnh theo phương pháp này đóng vai trò quan trọng trong các hệ truyền động công suất không đổi hoặc khi cần điều khiển đồng bộ tốc độ nhiều động cơ trên một dây chuyền công nghệ 2 Điều chỉnh sức điện động Việc điều chỉnh sức điện động E của động cơ được đặt ra trong các hệ thống liên quan đến đến điều chỉnh sức căng trong các hệ thống... R2 Trong đó, R2 là bộ điều chỉnh dòng điện với giá trị đặt là U iđ Cấu trúc này cho phép điều khiển độc lập từng vòng Cấu trúc điều chỉnh dòng điện được sử dụng rộng rãi nhất trong truyền động điện tự động được mô tả trên hình 2.1.c – Đó là cấu trúc nối cấp Trong đó, R i là bộ điều chỉnh dòng điện, Rω là bộ điều chỉnh tốc độ Mỗi mạch vòng có bộ điều chỉnh riêng và có thể... đó 1 là đặc tính điều chỉnh dòng điện trong vùng liên tục còn 2 là vùng dòng điện gián đoạn Như vậy trong vùng dòng điện liên tục bộ điều chỉnh nên có cấu trúc kiểu PI còn trong vùng gián đoạn bộ điều chỉnh có cấu trúc kiểu I và để hệ có thể đáp ứng được tính chất động tốt hơn thì hệ số khuyếch đại của bộ điều chỉnh phải tự động thay đổi 19 2.1.5 Bộ điều chỉnh dòng điện... Trong các hệ truyền động điện đặc biệt , cần điều chỉnh cả điện áp phần ứng và từ thông kích từ Ta có thể điều chỉnh lần lượt hoặc đồng thời Chí ý rằng khi điều chỉnh từ thông thì mô men cho phép của động cơ cũng sẽ giảm theo Một trong các phương án xây dựng cấu trúc hệ thống điều chỉnh hai thông số là ghép nối đồng thời hai sơ đồ điều chỉnh tốc độ và sức điện động , trong đó khối... s th còn mô men tới hạn của động cơ thì không thay đổi Sơ đồ của mạch điều chỉnh như sau : 35 Điện áp roto ur được chỉnh lưu bởi cầu chỉnh lưu CL qua điện cảm lọc và cấp song song cho điện trở phụ R1 và bộ điều chỉnh xung BĐX Khi điều chỉnh tương quan giữa thời gian dẫn t 2 và thời gian khoá t1 , hoặc điều chỉnh tần số đóng cắt của BĐX ta có thể điều chỉnh trơn được giá trị của... sai cấp 1 đối với tín hiệu điều khiển Nếu hệ thống có hằng số thời gian cơ học T c nhỏ thì tương ứng nên giảm hệ số khuyếch đại của mạch vòng điều chỉnh , nghĩa là nên chọn a > 1 26 2.2.5 Hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thông số 1 Điều chỉnh từ thông kích từ Trong trường hợp điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh từ thông kích từ thì hàm truyền của đối tượng có dạng... trúc tuyến tính hoá của động cơ điện một chiều Xây dựng sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều trong trường hợp từ thông kích từ không đổi Khái niệm về mạch vòng điều chỉnh dòng điện Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện của động cơ điện một chiều khi E = 0 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện của động cơ điện một chiều khi E ≠ 0 Trình bày về bộ điều chỉnh dòng điện thích... vòng dòng điện Trong trường hợp nào thì không dùng mạch vòng dòng điện Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều khi có sự tham gia của mạch vòng dòng điện 29 CHƯƠNG 3 :TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.1 Mô tả chung về động cơ không đồng bộ Nếu động cơ KĐB là đối xúng , mạch từ là tuyến tính và khe hở không khí là đều thì mỗi phương trình... thì bộ điều chỉnh có cấu trúc PI và trong thời gian gián đoạn thì bộ điều chỉnh có cấu trúc I Ta có sơ đồ chức năng bộ điều chỉnh thích nghi như sau : Khi chuyển mạch CM ở vị trí trên thì bộ điều chỉnh gồm khâu tỷ lệ P nối tiếp với khâu tích phân I và ta có bộ điều chỉnh có cấu trúc kiểu I Khi chuyển mạch ở vị trí bên dưới khâu PD nối tiếp với khâu I ta có bộ điều chỉnh có ... động truyền động điện động điện đồng 4.1 Phân loại hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động đồng 4.2 Điều chỉnh tốc độ TĐ động đồng dùng biến tần nguồn áp 4.3 Truyền động điều chỉnh tốc độ động đồng... chuyển mạch tự nhiên 4.4 Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ truyền động động đồng dùng biến tần nguồn dòng 4.5 Hệ truyền động động truyền động điều khiển số Chương : Hệ truyền động nhiều động 5.1... động nhiều động với nguồn cấp chung cho truyền động 5.4 Điều chỉnh đồng tốc độ hệ truyền động nhiều động với nguồn cấp riêng cho từng động 5.5 Điều chỉnh tốc độ động sức căng bằng điều chỉnh