Nghiên cứu ứng dụng các loại van tỷ lệ trong hệ điều khiển vị trí

Nghiên cứu ứng dụng các loại van tỷ lệ trong hệ điều khiển vị tríNghiên cứu ứng dụng các loại van tỷ lệ trong hệ điều khiển vị tríNghiên cứu ứng dụng các loại van tỷ lệ trong hệ điều khiển vị tríNghiên cứu ứng dụng các loại van tỷ lệ trong hệ điều khiển vị tríNghiên cứu ứng dụng các loại van tỷ lệ trong hệ điều khiển vị tríNghiên cứu ứng dụng các loại van tỷ lệ trong hệ điều khiển vị trí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC LOẠI VAN TỶ LỆ TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Chủ nhiệm đề tài: TH.S VŨ THỊ THU Hải Phòng, tháng 4/2016 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG CÁC LOẠI VAN TỶ LỆ DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 1.1.KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI VAN ĐIỆN – THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 1.2.VAN ĐIỆN TỪ (SOLENOID VALVES) 1.3 VAN PHÂN PHỐI TỶ LỆ (PROPORTIONAL VALVES) 1.4 VAN SERVO (SERVO VALVES) 1.5 KẾT LUẬN 13 CHƯƠNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ỨNG DỤNG CÁC LOẠI VAN TỶ LỆ 14 2.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG DÙNG VAN TỶ LỆ KHÔNG CÓ PHẢN HỒI 14 2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG DÙNG VAN TỶ LỆ CÓ PHẢN HỒI 16 2.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG DÙNG VAN TỶ LỆ HIỆU SUẤT CAO 16 CHƯƠNG KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ DÙNG VAN TỶ LỆ 18 3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ SỬ DỤNG VAN TỶ LỆ 18 3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 22 KẾT LUẬN 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 LỜI NÓI ĐẦU Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Đất nước ta tiến nhanh, tiến mạnh đường công nghiệp hóa đại hóa đất nước Cùng với nỗ lực bên trong, kết hợp với mở rộng hợp tác đầu tư với nước ngoài, kinh tế nước ta có bước tăng trưởng mạnh mẽ để hòa nhập với khu vực giới Đi đôi với phát triển không ngừng lực lượng sản xuất, kỹ thuật thủy lực có phát triển nhảy vọt Đó nhờ kết hợp chặt chẽ lý thuyết động lực học, kỹ thuật thủy lực van điều khiển đại Nhờ kết hợp loại van điện – thủy lực đại hệ thống điện – thủy lực ngày linh hoạt ứng dụng ngày rộng rãi hệ thống công nghiệp Do đó, việc nghiên cứu loại van điện – thủy lực đại từ ứng dụng xây dựng hệ thống điều khiển với độ xác cao áp dụng sản xuất để nâng cao hiệu sản xuất điều cần thiết Tổng quan tình hình nghiên cứu Hiện hệ thống điều khiển điện – thủy lực ứng dụng công nghiệp với nhiều yêu cầu khác nhau, tùy theo mục đích cụ thể mà thực điều khiển vận tốc, điều khiển vị trí hay điều khiển mômen Trong hệ thống chức điều khiển thực thông qua van điện – thủy lực Các đề tài nghiên cứu lĩnh vực thường nghiên cứu hệ thống cụ thể với yêu cầu điều khiển khác Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Trong phạm vi đề tài giải vấn đề sau: - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động loại van tỷ lệ - Xây dựng hệ điều khiển vị trí dùng cấu chấp hành thủy lực - Xây dựng hệ thống điều khiển điện – thủy lực điều khiển vị trí ứng dụng van tỷ lệ - Mô đánh giá hệ thống Đề tài tập trung vào tìm hiểu loại van điện – thủy lực, sâu nghiên cứu van tỷ lệ ứng dụng van tỷ lệ hệ thống điện – thủy lực điều khiển vị trí Phương pháp nghiên cứu, kết cấu công trình Trên sở tìm hiểu loại van tỷ lệ ứng dụng hệ thống thủy lực, xây dựng hệ thống điều khiển vị trí với hệ thống động lực dùng cấu chấp hành thủy lực với độ xác cao Mô hệ thống điều khiển vị trí tương ứng với van tỷ lệ, phân tích đánh giá hiệu hệ thống Kết cấu đề tài gồm ba chương : Chương Các loại van tỷ lệ dùng hệ thống điều khiển thủy lực Chương Cấu trúc hệ thống điều khiển vị trí ứng dụng loại van tỷ lệ Chương Khảo sát hệ thống điều khiển vị trí dùng van tỷ lệ Kết đạt đề tài Ý nghĩa khoa học Trên sở nghiên cứu van tỷ lệ ứng dụng van điều khiển vị trí hệ thống thủy lực tạo tiền đề để xây dựng hệ điều khiển vị trí với độ xác cao, ứng dụng kỹ thuật điều khiển đại ứng dụng công nghiệp Ý nghĩa thực tiễn Làm tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành với học phần: Kỹ thuật điều khiển thủy khí, PLC, Trang bị điện máy công nghiệp dùng chung… CHƯƠNG CÁC LOẠI VAN TỶ LỆ DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC 1.1 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI VAN ĐIỆN – THỦY LỰC TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC Hệ thống điều khiển tự động thủy lực thực chức điều khiển điều khiển vị trí (tịnh tiến quay); điều khiển vận tốc (tịnh tiến quay) hay điều khiển tải trọng (lực, mômen xoắn hay áp suất) [3] Trong chức điều khiển vị trí di chuyển cấu chấp hành đến vị trí theo yêu cầu Nếu xylanh thủy lực vị trí hành trình dịch chuyển pittông, động dầu vị trí góc quay trục động dầu Tuy nhiên tùy theo yêu cầu mà pittông- xylanh động dầu truyền đến hệ truyền động khí Chức điều khiển vị trí thực thông qua van điều khiển với cấu trúc điều khiển thể hình 1.1 Hình 1.1 Hệ thống điều khiển vị trí cấu chấp hành thủy lực Hiện van điều khiển thủy lực chia làm ba loại, theo chất lượng điều khiển người ta xếp theo trình tự từ thấp đến cao bao gồm [4]: - Van điện từ (solenoid valves) : + Van điện từ đóng mở (on/off solenoid valves) + Van điện từ điều khiển (on/off solenoid valves with spool control) - Van phân phối tỷ lệ (proportional valves): + Van phân phối tỷ lệ không phản hồi (non-feedback proportional valves) + Van phân phối tỷ lệ có phản hồi (feedback proportional valves) + Van phân phối tỷ lệ hiệu suất cao (high performance proportional valves) - Van servo (servo-valves): + Van servo + Van servo kỹ thuật số (digitally controlled servo-valves) 1.2 VAN ĐIỆN TỪ (SOLENOID VALVES) Van điện từ loại van ứng dụng rộng rãi hệ thống điều khiển tự động thủy lực khí nén Hình 1.2 Cấu tạo ký hiệu van điện từ a- Cấu tạo ký hiệu van điện từ điều khiển trực tiếp ( 1, - vít hiệu chỉnh vị trí lõi sắt từ; 2, - lò xo; 3, - cuộn dây nam châm điện); b- Cấu tạo ký hiệu van điện từ điều khiển gián tiếp (1 -van sơ cấp; -van thứ cấp) Van điện từ (hình 1.2) gồm hai loại: loại điều khiển trực tiếp loại điều khiển gián tiếp Loại điều khiển trực tiếp (hình 1.2a) có cấu tạo gồm phận là: thân van, trượt hai nam châm điện Loại điều khiển gián tiếp (hình 1.2b) gồm có van sơ cấp 1, cấu tạo van sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp van thứ cấp điều khiển trượt dầu ép, nhờ tác động van sơ cấp Con trượt van hoạt động hai ba vị trí tùy theo tác động nam châm Có thể gọi van điện từ loại van điều khiển có cấp [3] Van điện từ gồm có hai loại: - Van điện từ đóng mở: Loại van thực nhiệm vụ đóng mở đường dẫn dầu đến xylanh (hoặc động dầu) mà tác dụng điều khiển lưu lượng dầu Dòng điện cung cấp cho van chiều (DC) xoay chiều (AC) Tùy theo kích thước van mà thời gian đóng mở phạm vi 20100ms Hình 1.3 Ứng dụng van điện từ hệ thống điều khiển vị trí Hình thức điều khiển sử dụng loại van đơn giản, giá thành thấp phù hợp với yêu cầu nhiều thiết bị, dây chuyền tự động (hình 1.3) Tuy nhiên khóa giới hạn (công tắc hành trình) bị tác động bàn máy dừng mà phải khoảng thời gian Điều dẫn tới vị trí dừng bàn máy không xác ảnh hưởng nhiều yếu tố như: thời gian đáp ứng van, khối lượng vận tốc chuyển động, thể tích chứa dầu xylanh đường ống dẫn, ma sát phận chuyển động, thời gian tác động khoát giới hạn rơle, thời gian nhận tín hiệu phản hồi điều khiển… Các yếu tố khó xác định cách xác chúng thay đổi suốt trình hoạt động máy Nên vị trí dừng bàn máy nằm vùng định [3] -Van điện từ điều khiển: Van điện từ điều khiển có khả điều khiển số vị trí trượt nhờ kết cấu khống chế hành trình Ứng với nấc điều chỉnh cho giá trị lưu lượng Nhờ lỗ tiết lưu đường dẫn dầu hai phía trượt mà trượt di chuyển đều, không va đập, tức có thời gian định để tăng giảm tốc, nhiên vị trí dừng pittông bị ảnh hưởng nhiều yếu tố nên để pittông dừng vị trí cần hiệu chỉnh thời gian tác động khóa giới hạn 1.3 VAN PHÂN PHỐI TỶ LỆ (PROPORTIONAL VALVES) Khác với van điện từ, van phân phối tỷ lệ có khả điều khiển vô cấp lưu lượng qua van Cấu tạo van phân phối tỷ lệ gồm ba phận chính: thân van, trượt nam châm điện Để thay đổi tiết diện chảy van, tức thay đổi hành trình trượt cách thay đổi dòng điện điều khiển nam châm Ứng với giá trị dòng điện I, phải có giá trị tương ứng độ dịch chuyển nòng van s Như điều khiển trượt vị trí phạm vi điều chỉnh nên van tỷ lệ gọi loại van điều khiển vô cấp Đối với loại van này, nam châm điện trực tiếp kéo trượt di chuyển nên dòng điều khiển lớn Đối với loại van này, nam châm điện trực tiếp kéo trượt di chuyển nên dòng điều khiển lớn.[2] Van phân phối tỷ lệ bao gồm ba loại : - Van tỷ lệ phản hồi: Cấu tạo ký hiệu van phân phối tỷ lệ phản hồi thể hình 1.4 Nếu hai cuộn dây điện từ (1) (5) điện, nòng van nằm vị trí giữ hai lò xo hai phía nòng van, tất cửa van bị chặn Nếu hai cuộn dây điện từ có dòng điện, nòng van dịch chuyển phía tương ứng, cửa van thay đổi phù hợp Đồng thời thay đổi độ lớn dòng điện vào cuộn dây diện từ, vị trí nòng van dịch chuyển, vị trí mép điều khiển đóng vai trò tiết lưu thay đổi từ thay đổi lưu lượng qua van Hình 1.4 Cấu tạo ký hiệu van tỷ lệ phản hồi - Van tỷ lệ có phản hồi: Khi van làm việc, yếu tố ma sát nòng van, áp lực dòng chảy độ trễ lò xo ảnh hưởng đến độ xác van, để khắc phục người ta sử dụng van có phản hồi Hình 1.5 Van phân phối tỷ lệ điều khiển trực tiếp có phản hồi 1.Cơ cấu đo vị trí nòng van; Biến trở; Bộ khuếch đại điều chỉnh; Mạch phản hồi; Ký hiệu van Hình 1.6 Van phân phối tỷ lệ điều khiển gián tiếp có phản hồi Van chính; Van phụ trợ; Cơ cấu đo lường; Biến trở; Bộ khuếch đại - Van tỷ lệ hiệu suất cao: Van tỷ lệ có hiệu suất cao phận khả điều khiển van tỷ lệ thông thường có thêm thiết bị dò hành trình di chuyển trượt Các phận van gồm (hình 1.5) : Thân van trượt; Nam châm điện; Cảm biến vị trí đo lượng di chuyển trượt (LVDT) Với giá trị dòng điện điều khiển vào cuộn dây nam châm điện trượt van di chuyển đến vị trí tương ứng Vị trí trượt định tiết diện chảy vị trí van Các lò xo có tác dụng phục hồi trượt vị trí ban đầu Cảm biến vị trí dạng biến trở (potentiometer) ký hiệu LVDT, đo vị trí trượt truyền tín hiệu dạng điện áp khuếch đại van, khuếch đại tín hiệu phản hồi so sánh với tín hiệu điều khiển Do hoàn thiện thiết kế ,khả chế tạo với độ xác cao mà van servo có đặc tính tốt nay, phù hợp với hệ thống điều khiển tự động thủy lực chất lượng cao Van servo ứng dụng vào ngành hàng không nhiều năm qua gần ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác Tuy nhiên với tiến kỹ thuật, nhiều hãng sản xuất chế tạo van tỉ lệ có đặc tính gần giống với đặc tính van servo giá thành lại thấp hơn, nên tùy theo yêu cầu thiết bị mà chọn van cần cân nhắc yêu cầu kỹ thuật lẫn giá thành chúng a, b Bản vẽ thể dạng kết cấu van servo; c Ký hiệu van servo Hình 1.10 Bản vẽ thể kết cấu ký hiệu van servo 12 1.5 KẾT LUẬN Trên sở phân tích ta thấy, hệ thống điều khiển xy lanh thủy lực điều khiển vận tốc, điều khiển vị trí hay điều khiển tải trọng, van điện – thủy lực đóng vai trò van điều khiển hệ thống Các van điều khiển điện – thủy lực đáp ứng nhiều yêu cầu khác Đối với hệ thống điều khiển vị trí đơn giản, không yêu cầu thay đổi vận tốc, việc sử dụng van điện từ (solenoid valves) tương đối hiệu Trong hệ thống điều khiển vận tốc điều khiển vị trí xác xy lanh, van tỷ lệ có đặc tính phù hợp Do đó, việc khảo sát đặc tính van tỷ lệ từ ứng dụng van hệ thống điều khiển bám vị trí nhiệm vụ cần giải chương tiếp sau 13 CHƯƠNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ỨNG DỤNG CÁC LOẠI VAN TỶ LỆ 2.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG DÙNG VAN TỶ LỆ KHÔNG CÓ PHẢN HỒI Từ nghiên cứu van tỷ lệ chương ta thấy van tỷ lệ có khả điều khiển vô cấp lưu lượng qua van Khi thay đổi dòng điện điều khiển van thay đổi hành trình dịch chuyển trượt, làm cho tiết diện chảy van thay đổi dẫn đến lưu lượng qua van thay đổi Từ ta xây dựng hệ thống điều khiển vị trí dịch chuyển xy lanh thủy lực sử dụng van tỷ lệ phản hồi hình 2.1 Qua khuếch đại, dòng điện điều khiển van điều khiển tín hiệu điện áp vào Độ dốc đặc tính Q (hoặc v) hiệu chỉnh khuếch đại Hình 2.1 Sơ đồ mạch điều khiển vị trí hệ hở ứng dụng van tỷ lệ phản hồi a- Sơ đồ nguyên lý ; b- Đặc tính lưu lượng (vận tốc) 14 Các mạch điều khiển vị trí ứng dụng van vị trí phản hồi ứng dụng để điều khiển logic, nhiên có cảm biến vị trí cung cấp tín hiệu phản hồi liên tục ta mạch điều khiển vị trí liên tục hình 2.2 Việc điều khiển vị trí sơ đồ hình 2.2 thực thông qua việc so sánh tín hiệu đặt tín hiệu phản hồi từ cảm biến vị trí gửi Khi cho tín hiệu điện áp đặt C (dạng tín hiệu điện áp), khuếch đại tạo dòng điện I tương ứng để điều khiển tiết diện chảy van từ thay đổi lưu lượng qua van cung cấp cho xylanh làm pittông dịch chuyển đạt vị trí theo yêu cầu từ tín hiệu đặt Cảm biến vị trí dạng biến trở gần đầu pittông dịch chuyển, tạo điện áp phản hồi F truyền khuếch đại so sánh với điện áp điều khiển C nhằm san sai lệch E Khi điện áp so sánh có sai lệch E = pittông dừng vị trí tương ứng Hình 2.2 Mạch điều khiển vị trí hệ kín sử dụng van tỷ lệ phản hồi 15 Trong mạch điều khiển này, hành trình h pittông, chiều dài điện áp cảm biến vị trí điện áp tín hiệu vào phải có quan hệ tương thích 2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG DÙNG VAN TỶ LỆ CÓ PHẢN HỒI Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ có phản hồi Khác với van tỷ lệ phản hồi, van tỷ lệ có phản hồi có khuếch đại phận phản hồi vị trí trượt riêng tích hợp van Khi sử dụng van tỷ lệ có phản hồi, ta sử dụng cấu trúc hệ thống điều khiển hình 2.3 So với van tỷ lệ phản hồi van tỷ lệ có phản hồi có thời gian đáp ứng nhanh hơn, thông thường từ 12ms đến 37ms sai số nhỏ tượng từ trễ nhỏ, khoảng 1% [3] 2.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG DÙNG VAN TỶ LỆ HIỆU SUẤT CAO Đối với van tỷ lệ hiệu suất cao, phân tích chương 1, kết cấu van nam châm điều khiển trượt có cảm biến vị trí LVDT (Linear Variable Differantial Tranformer) Cảm biến có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu vị trí trượt cho khuếch đại van Nhờ phối hợp nam châm điện, cảm biến vị trí khuếch đại mà trượt nhạy tín hiệu điều khiển,đặc biệt vùng chết trượt.Thời gian đáp ứng nhanh,ví dụ điều khiển tín hiệu step với giá trị cực đại khoảng 10ms Nhờ hoàn thiện kết cấu chất lượng điều khiển mà van tỷ lệ hiệu suất cao sử dụng thiết bị có yêu cầu chất lượng điều khiển cao Sơ đồ mạch điều khiển loại van tương tự mạch điều khiển van 16 tỷ lệ phản hồi, điều khiển theo mạch vòng kín mạch vòng hở 17 CHƯƠNG KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ DÙNG VAN TỶ LỆ 3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ SỬ DỤNG VAN TỶ LỆ Để khảo sát trình hoạt động van phân phối tỷ lệ, ta xét van tỷ lệ cửa, vị trí, Series VPWP-4 hãng Festo sản xuất có thông số bảng 3.1 A B P T Y a.Van tỷ lệ có vị trí không A B 1Y 1Y P T b Van tỷ lệ vị trí không Hình 3.1 Hình ảnh ký hiệu van tỷ lệ 4/3 hãng Festo Bảng 3.1 Thông số van phân phối tỷ lệ VPWP-4 Thông số Giá trị Áp suất làm việc 210 bar (3000psi) Giá trị điều khiển 0V→10V (van có vị trí không) -10V→10V (van vị trí không) Thời gian để đạt 75% giá trị đỉnh On :50ms ; Off :40ms Dải thay đổi dòng chảy ±15-75% dòng tiêu chuẩn(ΔP=hằng số) Giá trị ngưỡng đầu vào 25%-30% giá trị tín hiệu vào 18 Để đánh giá hoạt động van tác động tới cấu chấp hành tùy theo tín hiệu đầu vào khác ta xây dựng mô hình mạch điều khiển vị trí sử dụng phần mềm Festo FluidSim – Hydraulic hình 3.2 Trong mô hình cấu chấp hành xy lanh thủy lực tác động kép có thông số bảng 3.2 Bảng 3.2 Thông số xy lanh tác động kép Thông số Giá trị Hành trình cực đại 1000mm Đường kính piston 36mm Đường kính trục piston 20mm X +24V F=600 +24V A B 10V Z X Y P T Y V 0V 0V Hình 3.2 Mô hình hệ điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ có vị trí không Description Quantity v alue 10 11 12 10 Function generator Voltage V 1000 800 Double acting cy linder Position mm 600 400 200 0.2 Double acting cy linder Velocity m/s 0.15 0.1 0.05 0.50 4/3-way s control v alv e Position -0.50 -1 a Khi tín hiệu đặt 10V- tương ứng hành trình h=1000mm 19 Description Quantity v alue Function generator Voltage V 1000 800 Double acting cy linder Position mm 600 400 200 0.2 Double acting cy linder Velocity m/s 0.15 0.1 0.05 0.50 4/3-way s control v alv e Position -0.50 -1 b Khi tín hiệu đặt 5V- tương ứng hành trình h=500mm Description Quantity v alue 0.80 Function generator Voltage V 0.60 0.40 0.20 1000 800 Double acting cy linder Position mm 600 400 200 0.16 Double acting cy linder Velocity 0.12 m/s 0.08 0.04 0.50 4/3-way s control v alv e Position -0.50 -1 c Khi tín hiệu đặt 1V- tương ứng hành trình h=100mm Hình 3.3 Kết hoạt động hệ thống sử dụng van có vị trí không với giá trị đặt khác 20 X +24V F=600 +24V A B 10V Y1 X Y2 P T V 0V 0V X +24V F=600 +24V A B Y1 10V Y1 X Y2 P Z Y2 T 0V V 0V Hình 3.4 Mô hình hệ điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ vị trí không Description Quantity v alue 1.50 Function generator Voltage V 0.50 -0.50 -1 -1.50 -2 1000 800 Double acting cy linder Position 600 mm 400 200 0.2 0.15 Double acting cy linder Velocity m/s 0.1 0.05 -0.05 -0.1 a Khi tín hiệu đặt 2V- tương ứng hành trình h=200mm 21 Description Quantity v alue Function generator Voltage V -1 -2 -3 -4 1000 800 Double acting cy linder Position 600 mm 400 200 0.2 0.15 Double acting cy linder Velocity 0.1 m/s 0.05 -0.05 b Khi tín hiệu đặt 4V- tương ứng hành trình h=400mm Hình 3.5 Kết hoạt động hệ thống sử dụng van vị trí không với giá trị đặt khác 3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ Trong mạch điều khiển trên, hành trình h pittông, chiều dài điện áp cảm biến vị trí điện áp tín hiệu vào có quan hệ tương thích Khi pittông vị trí điện áp phản hồi phải báo giá trị V Khi pittông vị trí max (h = 1000 mm) cảm biến vị trí có giá trị + 10 V Tương ứng với mối quan hệ tín hiệu điện áp điều khiển thay đổi từ đến +10V Khi vào so sánh, tín hiệu phản hồi ngược dấu với tín hiệu vào thực san điện áp Ví dụ, cần điều khiển pittông di chuyển 500 mm tín hiệu vào dạng step tương đương +5 vôn Khi pittông chưa di chuyển (ở thời điểm ban đầu) tín hiệu phản hồi F = lúc tín hiệu so sánh E = C − F = V − = V Bộ khuếch đại có tín hiệu vào V sinh dòng điện tương ứng để điều khiển van Giả sử V tương ứng với vận tốc pittông 200 mm/s di chuyển hết quãng đường 500 mm với thời gian 2,5s Sau 1s pittông di chuyển 200 mm/s tương 22 ứng với tín hiệu phản hồi F V tín hiệu so sánh : V − V = V Nếu tín hiệu so sánh giảm từ V xuống 3V vận tốc pittông giảm từ 200 mm/s xuống 120 mm/s Hình 3.6 Đồ thị so sánh tín hiệu đặt tín hiệu phản hồi Hành trình pittông di chuyển sau 2s : 200 + 120 = 320 mm Cứ tiếp tục trình tín hiệu so sánh E = pittông di chuyển hết hành trình khoảng thời gian 2,5s (hình 3.6) Để thời gian đáp ứng nhanh ta tăng tốc độ chuyển động pittông cách tăng hệ số khuếch đại Một vấn đề cần quan tâm vùng chết van trượt điều khiển (hình 3.7) Khi trượt di chuyển hết hành trình x0 dầu bắt đầu qua van Thông thường x0= 25% giá trị lượng dịch chuyển cực đại Điều có nghĩa tín hiệu so sánh giảm 25% pittông dừng sau 250 mm di chuyển Để khắc phục sai số người ta tăng độ nhạy van cách tăng hệ số khuếch đại khuếch đại Tạo hệ số khuếch đại chuẩn để tự động điều khiển trượt với tín hiệu vào nhỏ di chuyển trượt qua vùng "chết" Với phương pháp vùng "chết" giảm xuống 1% giá trị max Ngoài tượng từ trễ (2 đến 8%) ảnh hưởng đến độ xác vị trí điều khiển Như qua khảo sát sử dụng van tỷ lệ phản hồi cho mạch điều khiển vị trí ta thấy mạch hoàn toàn đáp ứng yêu cầu điều khiển vị trí xy lanh thủy lực xác theo tín hiệu đặt, hoàn toàn ứng dụng vào 23 hệ thống điều khiển vị trí công nghiệp Hình 3.7 Đồ thị nghiên cứu vùng chết van tỷ lệ điều khiển a - Kết cấu van; b - Đặc tính Q-x (I); c - Đặc tính điều khiển thê sai số vùng chết; d - Đặc tính Q-x (I) cải tiến 24 KẾT LUẬN Đề tài đạt kết sau đây: Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động loại van điện – thủy lực : van điện từ, van phân phối tỷ lệ, van servo Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vị trí xy lanh thủy lực ứng dụng loại van: van tỷ lệ phản hồi, van tỷ lệ có phản hồi van tỷ lệ hiệu suất cao Xây dựng mô hình mô đánh giá hệ thống điều khiển vị trí xy lanh thủy lực sử dụng van tỷ lệ phản hồi phần mềm FluidSim Từ kết mô ta thấy hệ thống điều khiển vị trí xy lanh thủy lực sử dụng van tỷ lệ phản hồi, tương ứng với giá trị đặt khác hệ thống hoàn toàn đáp ứng yêu cầu điều khiển vị trí đặt ra, với sai lệch điều khiển xấp xỉ Từ nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển vị trí dùng van tỷ lệ ứng dụng công nghiệp Hướng phát triển đề tài: Xây dựng hệ thống điều khiển vị trí cho xy lanh ứng dụng công nghiệp Trên sở nghiên cứu cấu tạo, đặc tính thiết bị chấp hành điều khiển hệ thống thủy lực từ đề tài để xác định mô hình toán học cho phần tử hệ thống thủy lực 3.Thiết kế triển khai điều khiển vị trí cho thiết bị chấp hành thủy lực sở van điều khiển tỷ lệ, ứng dụng thuật toán điều khiển thông minh điều khiển mờ, điều khiển thích nghi… để nâng cao chất lượng điều khiển 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO Th.S Lê Văn Tiến Dũng, Điều khiển khí nén thủy lực, Đại học kỹ thuật công nghệ Tp.HCM – 2004 Nguyễn Ngọc Phương, Hệ thống điều khiển thủy lực, Nhà xuất giáo dục, 2006 Trần Xuân Tùy, Hệ thống tự động thủy lực, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng , 2005 Trần Xuân Tùy - Trần Minh Chính - Trần Ngọc Hải, Giáo trình hệ thống truyền động thủy khí, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng , 2005 Yuken Kogyo Co., Hydraulics & Applications, LTD Lab-Volt, Hydraulics Applications, 2000 26 [...]... đặc tính của van tỷ lệ từ đó ứng dụng của van trong hệ thống điều khiển bám vị trí là những nhiệm vụ cần giải quyết trong các chương tiếp sau 13 CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ ỨNG DỤNG CÁC LOẠI VAN TỶ LỆ 2.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG DÙNG VAN TỶ LỆ KHÔNG CÓ PHẢN HỒI Từ những nghiên cứu về van tỷ lệ trong chương 1 ta thấy van tỷ lệ có khả năng điều khiển được vô cấp lưu lượng qua van Khi thay... thấy hệ thống điều khiển vị trí xy lanh thủy lực sử dụng van tỷ lệ không có phản hồi, tương ứng với các giá trị đặt khác nhau hệ thống hoàn toàn đáp ứng yêu cầu điều khiển vị trí đặt ra, với sai lệch điều khiển xấp xỉ bằng 0 Từ đó có thể nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển vị trí dùng van tỷ lệ trong các ứng dụng công nghiệp Hướng phát triển của đề tài: 1 Xây dựng những hệ thống điều khiển vị trí. .. đây: 1 Nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại van điện – thủy lực : van điện từ, van phân phối tỷ lệ, van servo 2 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vị trí xy lanh thủy lực ứng dụng các loại van: van tỷ lệ không có phản hồi, van tỷ lệ có phản hồi và van tỷ lệ hiệu suất cao 3 Xây dựng mô hình mô phỏng và đánh giá hệ thống điều khiển vị trí xy lanh thủy lực sử dụng van tỷ lệ không... đồ mạch điều khiển vị trí hệ hở ứng dụng van tỷ lệ không có phản hồi trong a- Sơ đồ nguyên lý ; b- Đặc tính lưu lượng (vận tốc) 14 Các mạch điều khiển vị trí ứng dụng van vị trí không có phản hồi trong có thể ứng dụng để điều khiển logic, tuy nhiên nếu có cảm biến vị trí cung cấp tín hiệu phản hồi liên tục thì ta sẽ được mạch điều khiển vị trí liên tục như ở hình 2.2 Việc điều khiển vị trí trong sơ... thể điều khiển theo mạch vòng kín hoặc mạch vòng hở 17 CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ DÙNG VAN TỶ LỆ 3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ SỬ DỤNG VAN TỶ LỆ Để khảo sát quá trình hoạt động của van phân phối tỷ lệ, ta xét một van tỷ lệ 4 cửa, 3 vị trí, Series VPWP-4 do hãng Festo sản xuất có các thông số như bảng 3.1 A B P T Y a .Van tỷ lệ có vị trí không A B 1Y 1 1Y 2 P T b Van tỷ lệ không... 2.3 Sơ đồ khối mạch điều khiển vị trí sử dụng van tỷ lệ có phản hồi Khác với van tỷ lệ không có phản hồi, van tỷ lệ có phản hồi sẽ có bộ khuếch đại và bộ phận phản hồi vị trí con trượt riêng tích hợp trong van Khi đó nếu sử dụng van tỷ lệ có phản hồi, ta sử dụng cấu trúc hệ thống điều khiển như hình 2.3 So với van tỷ lệ không có phản hồi thì van tỷ lệ có phản hồi có thời gian đáp ứng nhanh hơn, thông... cho các xy lanh trong các ứng dụng công nghiệp 2 Trên cơ sở những nghiên cứu về cấu tạo, đặc tính của các thiết bị chấp hành và điều khiển trong hệ thống thủy lực từ đề tài này để xác định mô hình toán học cho các phần tử của hệ thống thủy lực 3.Thiết kế và triển khai các bộ điều khiển vị trí cho các thiết bị chấp hành thủy lực trên cơ sở các van điều khiển tỷ lệ, ứng dụng các thuật toán điều khiển. .. đóng vai trò là van điều khiển chính trong hệ thống Các van điều khiển điện – thủy lực này có thể đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau 2 Đối với những hệ thống điều khiển vị trí đơn giản, không yêu cầu thay đổi vận tốc, việc sử dụng các van điện từ (solenoid valves) tương đối hiệu quả Trong những hệ thống điều khiển vận tốc hoặc điều khiển vị trí chính xác của xy lanh, thì van tỷ lệ có các đặc tính phù... van tỷ lệ không có phản hồi cho mạch điều khiển vị trí ta thấy mạch hoàn toàn đáp ứng yêu cầu điều khiển vị trí của xy lanh thủy lực chính xác theo tín hiệu đặt, do đó hoàn toàn có thể ứng dụng vào 23 các hệ thống điều khiển vị trí trong công nghiệp Hình 3.7 Đồ thị nghiên cứu vùng chết của van tỷ lệ điều khiển a - Kết cấu van; b - Đặc tính Q-x (I); c - Đặc tính điều khiển thê hiện sai số do vùng chết;... với điện áp điều khiển C nhằm san bằng sự sai lệch E Khi điện áp so sánh có sai lệch E = 0 thì pittông sẽ dừng ở vị trí tương ứng Hình 2.2 Mạch điều khiển vị trí hệ kín sử dụng van tỷ lệ không có phản hồi 15 Trong mạch điều khiển này, hành trình h của pittông, chiều dài và điện áp của cảm biến vị trí và điện áp tín hiệu vào phải có quan hệ tương thích 2.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG DÙNG VAN TỶ LỆ CÓ PHẢN HỒI