Hệ thống điều khiển tự động thủy lực trần xuân tùy

y o c u -tr a c k c TS Trần Xuân Tùy Hệ thống Điều khiển tự động thủy lực Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội - 2002 12 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c Lời giới thiệu Truyền động thủy lực máy công cụ, thiết bị thuộc lĩnh vực kỹ thuật tiên tiến khí hóa tự động hóa trình sản xuất công nghiệp Với cách mạng khoa học công nghệ thời truyền động thủy lực phát triển công nghệ cao Đó điều khiển tự động hệ thủy lực cho máy công cụ, trung tâm gia công CNC, dây chuyền tự động linh hoạt robot hóa Việc đào tạo đội ngũ kỹ thuật chuyên gia lĩnh vực Việt Nam thời kỳ công nghiệp hóa đại hóa quan trọng cấp thiết Những năm trớc đây, việc đào tạo ngành khí trờng đại học kỹ thuật - công nghệ, có giảng dạy, thí nghiệm, thiết kế tốt nghiệp, viết giáo trình, sách tham khảo truyền động thủy lực máy công cụ thiết bị nhng cha đề cập đến phần đại đáp ứng cho trình công nghiệp hóa, tự động hóa trình độ cao Đó điều khiển tự động hệ thống thủy lực Để viết sách này, tác giả dành nhiều thời gian khảo cứu lý thuyết, xây dựng thí nghiệm, nghiên cứu khoa học ứng dụng thực tiễn, nh tham quan, thực tập tiến hành thí nghiệm nớc lĩnh vực điều khiển tự động thủy lực Chơng tổng hợp có tính hệ thống, phân tích, tính toán thông số mạch truyền động thủy lực Chơng trình bày đặc trng chủ yếu nh độ đàn hồi dầu, độ cứng thủy lực, tần số dao động riêng nhằm phục vụ cho nghiên cứu động lực học truyền động thủy lực chơng 3, kết giúp cho việc nghiên cứu điều khiển hệ thủy lực làm việc ổn định, tin cậy, xác Nội dung chơng súc tích Từ chơng đến trình bày nội dung với phơng pháp tính toán thiết kế đại Tác giả viết sở ứng dụng điều khiển học kỹ thuật để phân tích sai số, xác định hàm truyền số mạch điều khiển, điều khiển vị trí, vận tốc, tải trọng với phần tử điều khiển hệ điều khiển tự động thủy lực nh van điều khiển, khuếch đại, loại cảm biến Từ tính toán thiết kế mạch điều khiển tự động thủy lực với nhiều ví dụ cụ thể có chọn lọc Phần tin học ứng dụng để phục vụ cho nghiên cứu, thiết kế, thí nghiệm điển hình điều khiển tự động hệ thủy lực, nh điều khiển tự động thủy-khí, tác giả thực thu đợc kết đáng kể, đợc tiếp tục tài liệu sau Trên sở 28 tài liệu tham khảo đợc công bố năm gần tác giả viết sách này, với " Điều khiển tự động lĩnh vực khí" (Nhà xuất Giáo dục- 1998) tạo kết hợp hoàn chỉnh hớng chuyên môn hẹp đại ngành khí, giúp cho công việc giảng dạy, đào tạo, nghiên cứu chuyển giao công nghệ thuộc lĩnh vực truyền động điều khiển tự động hệ thủy lực có hiệu cao PGS.TS Phạm Đắp Khoa khí Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội 13 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c lời nói đầu "Điều khiển tự động hệ thủy lực" giáo trình phục vụ cho đối tợng học tập, nghiên cứu điều khiển tự động ngành khí tự động hoá trờng đại học kỹ thuật, trờng cao đẳng kỹ thuật sở sản xuất, nghiên cứu Đây tập giáo trình" Điều khiển tự động lĩnh vực khí" Nhà xuất Giáo dục phát hành năm 1998 Kỹ thuật truyền động điều khiển hệ thủy lực phát triển mạnh nớc công nghiệp Kỹ thuật đợc ứng dụng để truyền động cho cấu có công suất lớn, thực điều khiển logic cho thiết bị dây chuyền thiết bị tự động, đặc biệt nhờ khả truyền động đợc vô cấp mà đợc ứng dụng để điều khiển vô cấp tốc độ, tải trọng vị trí cấu chấp hành Hiện nay, hệ thủy lực đợc sử dụng để điều khiển thiết bị nh máy ép điều khiển số, robot công nghiệp, máy CNC dây chuyền sản xuất tự động Giáo trình chủ yếu trình bày phơng pháp tính toán thiết kế cho hệ điều khiển vô cấp mà tài liệu khác cha bàn đến đề cập mức sơ lợc Nội dung giáo trình bao gồm vấn đề sau : Phơng pháp phân tích tính toán thông số mạch điều khiển thủy lực; tính toán độ đàn hồi dầu, độ cứng thủy lực tần số dao động riêng hệ thủy lực; toán nghiên cứu động lực học hệ thủy lực; giới thiệu phần tử điều khiển hệ thủy lực; kỹ thuật điều khiển vị trí, tốc độ tải trọng, tài liệu giới thiệu lý thuyết tính toán thiết kế mạch điều khiển tự động hệ thủy lc ví dụ minh hoạ Đây giáo trình chuyên ngành mang tính nghiên cứu ứng dụng, vấn đề lý thuyết ví dụ trình bày giúp cho ngời đọc tiếp cận nhanh với toán thực tế, giai đoạn nay, kỹ thuật điều khiển tự động có khuynh hớng phát triển mạnh, thiết bị dây chuyền sản xuất tự động ứng dụng kỹ thuật điều khiển thủy lực thâm nhập vào Việt Nam ngày nhiều nên việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật để thiết kế, bảo dỡng khai thác có hiệu việc làm thiết thực Chúng mong giáo trình giúp ích cho đối tợng học tập, nghiên cứu làm việc lĩnh vực điều khiển hệ thủy lực mong nhận đợc ý kiến đóng góp để lần tái tới, giáo trình hoàn thiện Tác giả 14 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c Chơng Phơng pháp phân tích tính toán thông số mạch điều khiển thủy lực 1.1 quan hệ áp suất lu lợng 1.1.1 Nguồn thủy lực Hiện ngời ta chia nguồn thủy lực thành hai dạng sau : - Nguồn lu lợng không đổi - Nguồn áp suất không đổi Theo ISO R1219, nguồn thủy lực đợc ký hiệu nh hình 1.1 I I b) a) Hình 1.1 Ký hiệu nguồn thủy lực a- Nguồn lu lợng không đổi; b- Nguồn áp suất không đổi Ký hiệu thực chất ký hiệu bơm dầu, có thêm chữ I, có nghĩa nguồn cung cấp lý tởng (không có tổn thất lu lợng tổn thất áp suất bơm) Công suất mạch thủy lực đợc xác định theo : N= hay : : dE với E = dt N = P P.dV dV = P.Q dt E - đặc trng cho công; V - thể tích chất lỏng truyền đợc; N - công suất truyền; P - áp suất chất lỏng 15 (1.1) (1.2) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c Tùy thuộc vào thứ nguyên áp suất P lu lợng Q mà công thức (1.2) có thêm hệ số Nra = Nvào Mô hình tính toán nguồn lu lợng lý tởng : nghĩa : P.Q = MX. : Mx - mômen xoắn trục vào bơm; (1.3) - vận tốc góc trục bơm Nếu gọi V thể tích chất lỏng bơm đợc, D dung tích làm việc bơm radian góc quay bơm, ta có quan hệ : V = D Lấy đạo hàm ( ) : mà : (1.4) dV d = D dt dt dV d = Q = dt dt nên Q = D. Thay (1.5) vào (1.3) : P.Q = P.D. = Mx hay : Mx = P.D (1.5) (1.6) Nếu dung tích đo vòng quay bơm Dvg : D= : D vg ; 2. Q = Dvg Mx = P.D 2. n 60 (1.7) (1.8) Trờng hợp với nguồn áp suất không đổi lu lợng thay đổi theo hàm nhng áp suất không đổi Các công thức sử dụng để tính toán cho động dầu 1.1.2 Mạch thủy lực có tiết diện chảy ghép nối tiếp ghép song song Khi chất lỏng chảy qua khe hẹp lu lợng tỷ lệ với bậc hiệu áp trớc sau khe hẹp : Q = K0 P : (1.9) P - hiệu áp trớc sau khe hẹp; K0 - hệ số liên quan đến sức cản thủy lực đợc xác định thực nghiệm theo công thức : K0 = Q thực nghiêm Pthực nghiệm 16 (1.10) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c Lu lợng áp suất xác định theo công thức (1.9) dòng chất lỏng chảy rối Đây trờng hợp phổ biến dòng chất lỏng chảy hệ thống kín Tuy nhiên thực tế có không trờng hợp chất lỏng thực dòng chảy tầng, quan hệ áp suất lu lợng tuyến tính : Q = K.P (1.11) K hệ số liên quan đến sức cản thủy lực chảy tầng Nếu giả thiết tổn thất lu lợng không đáng kể phơng trình liên tục dòng chảy thể tổng lu lợng vào nút tổng lu lợng nút : Qvào = Qra (1.12) Để nghiên cứu mạch thủy lực ta có khái niệm loại mạch ghép nối tiếp ghép song song nh sau : - Mạch nối tiếp mạch mà phân nhánh lu lợng nơi đờng truyền dẫn - Mạch song song mạch phân nhánh hiệu áp nhánh A Q1A Q2B QA2 C PS QB3 QA A PA Q3C QC4 P3 QT B P2 QB B PC PB P5 P4 QC C b) a) Hình 1.2 Sơ đồ ghép nối tiếp ghép song song a - Sơ đồ ghép nối tiếp; b - Sơ đồ ghép song song Trên hình 1.2a, khe hẹp A, B C (hay gọi tiết diện chảy) đợc ghép nối trình tự - A - - B - - C - Lu lợng chất lỏng mạch nh nhau, tức : Q1A = QA2 = Q2B = QB3 = Q3C = QC4 (1.13) hình 1.2b, khe hẹp A, B C đợc ghép song song với nhau, hiệu áp đợc tính : PS = P2 + P3 + PC + P4 + P5 Nếu Tơng tự ta có : (1.14) P2 = P3 = P4 = P5 PS = PC PS = PC = PB = PA 17 (1.15) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c Q T = QA + QB + QC Lu lợng : (1.16) Trong loại van trợt điều khiển chất lỏng chảy qua khe hẹp có tiết diện chảy thay đổi quan hệ lu lợng độ dịch chuyển điều chỉnh tiết diện chảy van xác định theo công thức sau : : : Q = Kv f(x) P (1.17) Qđm = Kv.f(xmax) Pdm (1.18) Kv - hệ số; Qđm Pđm - lu lợng hiệu áp định mức van; f(xmax)- hàm quan hệ tiết diện chảy độ dịch chuyển lớn van Đặc tính quan hệ lu lợng Q độ dịch chuyển trợt x van theo công thức (1.17) thể hình 1.3a Các nhà thiết kế, chế tạo van mong muốn quan hệ Q- x tuyến tính, loại van điện thủy lực quan hệ lu lợng Q dòng điện điều khiển van i, ngời ta mong muốn tuyến tính nh hình 1.3b Q = K Q i i max với < i < imax P Vùng sử dụng (1.19) Q Tuyến tính (i) (i) x x a) b) Hình 1.3 Đồ thị quan hệ Q x, Q i van trợt điều khiển a - Đặc tính thực; b - Đặc tính lý thuyết tuyến tính hoá 1.1.3 Các mạch thủy lực thờng gặp Mạch thủy lực có tiết diện chảy ghép nối tiếp (hình 1.4) Hiệu áp mạch nối tiếp hình 1.4a xác định : PS = P1 + P2 + + Pi + Pn Tức hiệu áp tổng hiệu áp thành phần 18 (1.20) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c Nh ta biết với dòng chảy rối : hay Pi = Q = Ki Pi Q2 K 2i (1.21) Thay (1.21) vào (1.20) ta có : PS = n Q2 Q2 Q2 Q2 + + + + = Q 2 2 K1 K Ki Kn i =1 K i PS = Q2 hay : Với KT = K 2T n (1.23) K i =1 P1 P2 K1 K2 (1.22) Pi Pn Ki Kn i Q Q Q KT PS PS a) b) Hình 1.4 Sơ đồ ghép nối tiếp a - Sơ đồ ghép nối tiếp; b - Sơ đồ tơng đơng Hoặc thay (1.23) vào (1.21) : Pi = PS K 2T = K 2i PS n i =1 K i K 2i (1.24) Nh mạch thủy lực chảy rối có tiết diện chảy ghép nối tiếp nh hình 1.4a tơng đơng với mạch thủy lực có tiết diện chảy nh hình 1.4b có hệ số KT xác định theo công thức (1.23) Mạch thủy lực có tiết diện chảy ghép song song (hình 1.5) Khi tiết diện chảy ghép song song lu lợng tổng cộng tổng lu lợng thành phần, nghĩa : QT = Q1 + Q2 + Q3 + + Qi + Qn hay : QT = K1 PS + K PS + K PS + + K i PS + K n PS = K T PS 19 (1.25) (1.26) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c QT Q1 Q2 Q3 Qi Qn K1 K2 K3 Ki Kn PS KT QT PS a) b) Hình 1.5 Sơ đồ ghép song song a - Sơ đồ ghép song song; b - Sơ đồ tơng đơng n KT = K1+ K2 + K3 + + Ki + Kn = : Ki (1.27) i =1 Nh vậy, có n tiết diện chảy ghép song song thay tiết diện chảy có hệ số KT tổng giá trị Ki thành phần Mô hình hình 1.5a đợc thay mô hình tơng đơng nh hình 1.5b Mạch thuỷ lực có tiết diện chảy ghép phối hợp PS KS QS P1 Q2 I P0 P2 PL P3 K1 Q3 Q1 Q3 Q1 QS K3 P1 PL K1 P3 K3 P4 K4 QL QL KL P4 K2 I Ps Q4 P2 K4 K2 b) a) Hình 1.6 Sơ đồ ghép phối hợp a- Sơ đồ có nhánh liên kết KL; b- Sơ đồ nhánh liên kết Mạch phối hợp hình 1.6a gọi mạch bắc cầu, có giá trị tổn thất áp suất giá trị lu lợng Giá trị hệ số KL nhánh bắc cầu định giá trị lu 20 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c lợng qua QL Mạch thờng thấy van điện- thủy lực, trợt van đợc điều khiển điện từ có phối hợp ống phun dầu Phơng trình liên tục lu lợng : QS = Q1 + Q3 ; Q2 = Q1 QL ; Q4 = QL + Q3 (1.28) Phơng trình cân áp suất : P0 = PS + P1 + P2 ; P1 = P3 PL ; P2 = PL + P4 : Q 22 Q 32 Q 24 Q2S Q 21 Q2 PS = ; P1 = ; P2 = ; P3 = ; P4 = ; PL = L2 KL K S K1 K2 K3 K4 (1.29) (1.30) Thay (1.28) (1.30) vào (1.29) ta có : P0 = Qs2 Q2l (Q1 Q L ) + + ; K 22 K2l Ks2 Q32 Q2L Q2l = K2l K32 K2L Q2L (Q1 Q L ) (Q L + Q ) = + K 22 K 24 K2L : P0 = Q12 Kl2 + QS2 + ; KS Q L )2 (Q K 22 (Q1 QL ) K22 + (1.31) Q2L Q3 Q2l + =0 K3 K2l KL (1.32) Q2L (Q L + Q ) + =0 K 24 K2L Nếu coi sức cản thủy lực tiết diện KS không tức KS = sức cản tiết diện KL vô cùng, tức KL = hai nhánh ghép song song bị ngăn cách (QL = 0); Khi sơ đồ hình 1.6a đơn giản đợc thể hình 16b, quan hệ áp suất xác định : P2 = PS K 12 K 12 + K 22 (1.33) P4 = PS K 32 K 32 + K 24 (1.34) PL = P2 P4 (1.35) Nếu thay (1.33) (1.34) vào (1.35) : K 12 K 32 2 2 K1 + K K + K PL = Ps Khi mối liên kết có áp suất cân (PL = 0), ta có : 21 (1.36) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c IC Xa Xe UC C (D) a) c) Hình 7.21 Sơ đồ ví dụ ký hiệu đặc tính khâu vi phân a- Sơ đồ ví dụ; b- Ký hiệu 7.5.6 Phần tử trễ theo thời gian (Tt) Ví dụ : Cân định lợng hình 7.22a có phơng trình mô tả sau : Phễu Cân định lợng (t) Xe Xa(t) v(t) x A - Diện tích bể L h(t) Bể chứa a) Xa Xa Xe (Tt) t b) c) Hình 7.22 Sơ đồ ví dụ ký hiệu đặc tính khâu Tt a- Sơ đồ ví dụ; b- Đặc tính; c- Ký hiệu Thời gian vật liệu hết quãng đờng L cân : Tt = L , với L- chiều dài băng ; v - vận tốc băng v 203 (10.17) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c t Chiều cao vật liệu bể chứa : h(t) = X a dt A0 (7.66) Xa(t) = Xe (t Tt) (7.67) h(s) = L-1[h(t)]= hay : e S Tt A.S (7.68) 7.5.7 Các khâu phối hợp Ngoài khâu trên, khuếch đại có khâu sau : X a (s) K = KP + I X e (s) S - Khâu điều chỉnh PI : (7.69) Xe KI Xa KP (PI) t a) b) Hình 7.23 Đặc tính ký hiệu khâu PI a- Đặc tính; b- Ký hiệu X a (s) = KP + KD.S X e (s) - Khâu điều chỉnh PD : (7.70) X Xa KP t a) b) Hình 7.24 Đặc tính ký hiệu khâu PD a - Đặc tính ; b - Ký hiệu - Khâu điều chỉnh PD - T1 : X a (s) = (KP + KD.S) X e (s) T1 S + 204 (7.71) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c KD T1 Xe Xa KP t T1 b) a) Hình 7.25 Đặc tính ký hiệu khâu PD - T1 a - Đặc tính ; b - Ký hiệu - Khâu điều chỉnh PID : K X a (s) = KP + I + KDS X e (s) S (7.72) Xe KI Xa KP t a) b) Hình 7.26 Đặc tính ký hiệu khâu PID a - Đặc tính; b - Ký hiệu - Khâu điều chỉnh PID - T1 : K X a (s) = (KP + I + KDS) X e (s) S T1 S + KD T (7.73) Xe Xa KP T1 t b) a) Hình 7.27 Đặc tính ký hiệu khâu PID - T1 a - Đặc tính; b - Ký hiệu 205 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c 7.6 Một số ví dụ sơ đồ khối mô tả đặc tính động lực học mô tả toán học phần tử mạch điều khiển tự động thủy lực 7.6.1 Sơ đồ khối đặc tính động lực học Sơ đồ đặc tính động lực học hệ thủy lực chuyển động quay điều khiển vị trí thể hình 7.28a Bộ khuếch đại Động dầu Van servo P w XW Truyền động khí i Q X MU XF Cảm biến vị trí a) Bộ khuếch đại Xylanh thủy lực Van servo p w XW i Q X XF b) Hình 7.28 Sơ đồ khối thể đặc tính hệ điều khiển thủy lực a- Hệ chuyển động quay; b- Hệ chuyển động thẳng : - Bộ khuếch đại khâu PID - T1; - Van servo khâu PT2; 206 X d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c - Động dầu gồm hai khâu : P - T2 khâu I ; - Cảm biến vị trí khâu P Sơ đồ đặc tính động lực học hệ thủy lực chuyển động thẳng điều khiển vị trí thể hình 7.28b, khuếch đại khâu PI khâu khác giống trờng hợp hình 7.28a 7.6.2 Sơ đồ khối mô tả toán học I UF UW + Van servo X,X Xylanh Cảm biến vị trí F M FS A a) Xylanh Bộ khuếch đại UW + U KP.KI Van servo KQ I 1+ UF 2d v v S + s 2 z Q+ + + - K PQ Cảm biến vị trí A KH b) 207 1/ A Q 1+ 2Dz z S + S 2 z X S d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c Bộ khuếch đại UW + U KP.KI I Xylanh Van servo Q Q KQ + X X dt X A UF K PQ Cảm biến vị trí A KH c) Hình 7.29 Sơ đồ khối mô tả toán học phần tử điều khiển mạch điều khiển vị trí a - Sơ đồ nguyên lý hoạt động; b - Sơ đồ khối mô tả toán học trình động lực học; c - Sơ đồ khối mô tả toán học trính xác lập Trong trình động lực học, thông số phụ thuộc thời gian lại thông số không phụ thuộc vào thời gian, tức tồn hệ số khuếch đại Nên hình 7.29b trạng thái xác lập hình 7.29c Hệ số khuếch đại hệ : KH A KP - hệ số khuếch đại khuếch đại; KV = KP.KI.KQ : , 1/s KI - hệ số khuếch đại công suất; KQ - hệ số khuếch đại lu lợng; A - diện tích pittông; KH - hệ số khuếch đại cảm biến vị trí ; KPQ = KQ KP cm / s - hệ số khuếch đại áp suất - lu lợng; bar V - tần số riêng van; z - tần số riêng xylanh; dV - hệ số tắt dần van; DZ - hệ số tắt dần xylanh.; x - hành trình điều khiển 208 (7.74) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c 7.6.3 Một số ví dụ sơ đồ mô tả chức phần tử điều khiển mạch điều khiển thủy lực X Hành trình M x v= x t A t X t B U T p U I + Chạy Bộ phận khuếch đại van servo Bộ phát Rampe RA1 Hình 7.30 Sơ đồ mạch điều khiển vị trí xylanh thủy lực (1) -Biến trở điều chỉnh điện áp vào (Potentionmetre); (2) -Bộ khống chế; (3) -Bộ khuếch đại tơng thích; (4) -Cảm biến vị trí (hành trình- điện áp); (5) -Bộ điều chỉnh PI; (6) -Bộ khuếch đại công suất (điện áp-dòng); (7) -Van servo; (8) -Xylanh; (9) -Bàn máy 209 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c 10 PI -X XW A B T U W P I Hình 7.31 Sơ đồ mạch điều khiển vận tốc động dầu (1) - Biến trở điều chỉnh điện áp vào (Potentionmetre); (2) - Bộ phát Rampe (bộ khống chế)- RA1; (3) - Bộ đảo tín hiệu; (4) - Bộ tổng; (5) - Bộ khuếch đại công suất (điện áp- dòng); (6) - Van tỷ lệ; (7) - Động dầu; (8) - Cảm biến tốc độ quay (máy phát tốc hay gọi Dinamo tachymétrique); (9) - Bộ khuếch đại tơng thích; (10)- Bộ điều chỉnh PI 210 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c U V A B T I p II X XW I U I + Bộ phận khuếch đại van servo a) R1 XW C R0 y + b) Hình 7.32 Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ xylanh thủy lực a- Sơ đồ ; b - Sơ đồ khuếch đại làm PI (1) - Biến trở điều chỉnh điện áp vào; (2) - Bộ khống chế (phát Rampe RA1); (3) - Bộ điều chỉnh PI (hay gọi làm PI); (4) - Bộ khuếch đại công suất (điện áp U - dòng điện I); (5) - Van servo; (6) - Xylanh thủy lực; (7) - Cảm biến tốc độ (Capteur de vitesse); (8) - Bộ khuếch đại tơng thích RA1; (9) - Bộ khuếch đại giao hoán BG1 211 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c P P U B A II I T p -X XW W I U I + Chạy Hình 7.33 Sơ đồ mạch điều khiển áp suất hệ thuỷ lực chuyển động tịnh tiến (7) cảm biến áp suất (Capteur de pression) ký hiệu khác giống sơ đồ hình 7.32 Trong điều khiển áp suất nh hình 7.33 ta có : - Hệ số khuếch đại lớn : GP = 2.dV.V.TP : dV - hệ số tắt dần van; V - tần số riêng van (1/s); TP - số thời gian điều khiển áp suất Với TP xác định nh sau : Q V TP = ; K PQ = max Pmax B.K PQ : V- thể tích dầu có áp suất, (cm ); B- môđun đàn hồi dầu 1,4.105 , (N/cm2); 212 (10.27) (10.28) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c (cm /s) KPQ- hệ số khuếch đại áp suất / lu lợng van , bar - Hệ số khuếch đại tối u thờng lấy nh sau : GP0 GP ) 2d V (10.30) (A V / 20) (10.31) - Biên độ AV trợt : AV = 20log ( - Hệ số tắt dần dV : dV = 10 213 (10.29) d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c d o Các ký hiệu, đợn vị ý nghĩa công thức Ký hiệu Đơn vị ý nghĩa Hệ mét Hệ Anh a cm/s2 in/s2 Gia tốc dài AP (A1) cm2 in2 Diện tích pittông phía áp suất cao AR (A2) cm2 in2 Diện tích pittông phía áp suất thấp rad/s rad/s Gia tốc góc B kg/cm.s2 lbf/in2 Môđun đàn hồi dầu CH N/m lbf/in Độ cứng thủy lực hệ chuyển động thẳng (CH) N.m/rad lbfin/rad Độ cứng thủy lực hệ chuyển động quay Dm cm3/vg in3/vg Thể tích riêng động dầu 3 D cm /rad in /rad Hệ số kết cấu động dầu fV Hz Hz Tần số riêng van fn Hz Hz Tần số riêng truyền tải (xylanh động dầu) FE daN daN Ngoại lực FS daN daN Lực ma sát xylanh FC daN daN Lực ma sát phận tải GA mA/v mA/v Hệ số khuếch đại khuếch đại GAI (mA/s)/v (mA/s)/v Hệ số khuếch đại tích phân GV (cm3/s)/mA (cm3/s)/mA Hệ số khuếch đại van Hx (KC) V/cm V/in Hệ số khuếch đại cảm biến vị trí chuyển động thẳng H V/rad V/rad Hệ số khuếch cảm biến đo góc quay HV V/(cm/s) V/(in/s) Hệ số khuếch đại cảm biến đo vận tốc dài H V/(rad/s) V/(rad/s) Hệ số khuếch đại cảm biến đo vận tốc góc HP V/bar V/PIS Hệ số khuếch đại cảm biến áp suất J N.ms2 inlbf.s2 214 Mômen quán tính khối lợng m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c KV s-1 s-1 Hệ số khuếch đại hệ thống WL kg.cm/s lbf Trọng lực m kg lbfs2/in Khối lợng M N.m Inlbf Mômen xoắn P bar PSI Hiệu áp P/t bar/s PSI/s Tốc độ biến đổi áp suất P bar PSI áp suất 3 d o Q cm /s in /s Lu lợng V cm/s in/s Vận tốc chuyển động thẳng VL1, VL2 cm3 in3 Thể tích dầu đờng ống V1, V2 cm3 cm3 Thể tích dầu buồng xylanh rad/s rad/s Vận tốc góc rad/s rad/s Tần số riêng x cm In Sai số vị trí chuyển động thẳng rad rad Sai số góc quay nm vg/p vg/p Số vòng quay động dầu 215 m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] Clarence W.de Silva, Control sensors and actuators, Prentice Hall Inc Printed in USA, 1989 Wayne Anderson, Controlling eletrohydraulic systems, Printed in USA, 1988 M Guillon, Hydraulic servo systems analysis and design, London, Butterworths, 1969 Jack L Johnson, PE, Design of electrohydraulic systems for indutrial motion control Senior lecturer, Milwaukee School of Engineering, USA , 1991 Russell W Henke, P.E, Fluid power systems & circuits, printed in USA, 1983 Herbert E.Merritt, Hydraulic control systems, Printed in USA, 1967 William J.Palm, Modeling, analysis and control of dynamic systems, printed in USA, 1983 Richard C Dorf, Robert H Bishop, Modern control systems Wesley publishing company, Inc, printed in the USA, 1998 S Le Quoc, Professor, University of Quebec (ETS), Montreal, Canada Tuning an electrohydraulic servovalave to obtain a high amplitide ratis and a low resonance peak The Journal of fluid control, Volume 20, Number 3, March 1990 (30 - 47) BD90, BD95 servo amplifier installation guide, Bulletin N0.IG 1463-000/USA, Parker electrohydraulic Vickers Closed loop electrohydraulic systems manual, Frist edition 1993 Printed in USA DAQ.Lab-PC+User manual, National instruments corporation, June, 1996 DAQ SC-207X Series user manual, National instruments corporation November 1995 Double A Closed loop trainng manual proportional & servo-valve US -B-AA16-12-1989 Printed in USA IEEE-488 and VXI bus control, data acquisition, and analysis National instruments corporation, 1995 Using industrial hydraulics Printed in USA, 1984 Parker series BD062, BD760 servo valve Parker electrohydraulic, Printed in USA, 1995 Technical University Munich, Institute for Machine Tools and industrial Management Production Engineering, Vol.II/2 1995 Claude Ducos Oléo - Hydraulique Technique et documentation, Lavoisier, Paris 1988 Jean-Charles Gill Dynamique de la commande linéaire Dunod, Paris 1991 Michel Gondran Informatique et asservissement Mécanique, électronique, électricité, hydraulique Editions Casteilla 25, rue Monge -75005 Paris, Achevé d'imprimer en mars 1989 216 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c y o c u -tr a c k c [22] J Mainguenaud Cours d'automatique, Correction d'un systeme asservi linéaire calcul analogique Masson et Cie, Paris 1974 [23] Gérard Marie L'hydraulique pratique commentée pour l'industrie et le BTP édition de l' USINE, Paris 1982 [24] Maurice Rivoir, Jean-Louis Ferrier Cours d'automatique édition de l'Eyrolles, Paris 1990 [25] Patrick Siarry Automatique de base Ellipses, Paris 1989 [26] Cours d'oléodynamique Tous droits réservés la société de publications mécaniques, Paris1966 [27] Technologuide E Adepa-agence nationale pour le développment de la productique applicquée l'industrie, 1989 [28] Winfried Oppielt Kleines Handbuch Technischer Regebvorgange, Verlag Chemie G.m.b.H, Weinheim - Bergstr, 1964 217 d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c