đề cương môn tổng hợp hệ điện cơ

Câu 1: Trình bày tiêu chuẩn modul tối ưu +Cấu trúc: (hình) Fs: đối tượng điều khiển biết, Fr: điều khiển +hàm chuẩn modul tối ưu modul hàm truyền hệ thống kín.Hàm chuẩn có dạng: F= 2τ p + 2τ p + τ0 2 Trong đó: -tổng số thời gian nhỏ hệ, p-tốn tử laplace +Đặc tính q độ (hình / 20) độ điều chỉnh ≤ 4,3% e∞ ≤ 2% n ≤ 3% Tqđ =8,4 τσ tλ = 4, 7τ σ +Đặc điểm: khơng đảm bảo tính ổn định trước hệ thống, cho phép hiệu chỉnh đặc tính tần số vùng thấp trung bình Câu 2: Trình bày tiêu chuẩn modul tối ưu đối xứng +hàm chuẩn có dạng: F= + 4τ σ p + 4τ σ p + 8τ σ2 p + 8τ σ3 p +Đặc tính độ(hình 1.17/23) Độ điều chỉnh 43,4%, , , n , Tqd = 16,5, =3,1 +Do từ số hàm chuẩn tối ưu đối xứng có thành phần đạo hàm, mà độ điều chỉnh đặc tính độ lớn (43%)  Thêm lọc  Hàm truyền mạch điều chỉnh: F Câu 3: Trình bày hệ số sai lệch(vị trí, tốc độ, gia tốc) +Xét hệ thống tự động có cấu trúc tối giản (hình /10) N1 N : nhiễu loạn F0(p) : hàm truyền mạch hở TM: thiết bị cơng nghệ R: tín hiệu điều khiển C: tín hiêu E = R-C sai lệch điều chỉnh +Xét loạt tín hiệu điều khiển R(t) nhiễu loạn Ni(t) thỏa mãn điều Trong đó: - hệ số sai lệch vị trí , - hệ số sai lệch tốc độ, -hệ số sai lệch gia tốc +Có thể viết hàm truyền dạng tỷ số đa thức  Sử dụng cơng thức tính hệ số sai lệch điều chỉnh ta suy hệ số sai lệch sau: Để hệ khơng có sai lệch Câu 4:Trình bày cấc tiêu chuẩn sai lệch tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch +Biều diễn biểu thức: Trong thay cận khơng xác định thời gian hữu hạn T đủ lớn cho t > T e(t) đủ nhỏ đến mức bỏ qua Hệ thống tối ưu hệ thống làm cho tích phân cực tiểu +Tiêu chuẩn ISE đánh giá sai lệch lớn nặng đánh giá sai lệch nhỏ nhẹ Một hệ thống thiết kế theo tiêu chuẩn ISE làm cho sai lệch lớn ban đầu giảm nhanh, có tốc độ đáp ứng phải nhanh kết hệ ổn định Tiêu chuẩn ISE thường áp dụng để thiết kế hệ thống có yêu cầu cực tiểu hóa tiêu thụ lượng tiêu chuẩn tích phân thời gian giá trị tuyệt đối sai lệch +Biểu diễn biểu thức: +Tiêu chuẩn đánh giá nhẹ sai lệch lớn ban đầu, sai lệch sai xuất trình độ bị đánh giá nặng Hệ thống thiết kế theo tiêu chuẩn cho đáp ứng có độ điều chỉnh nhỏ khả làm suy giảm nhanh dao động trình điều chỉnh Tiêu chuẩn tích phân giá trị tuyệt đối sai lệch +Theo tiêu chuẩn IAE, chất lượng hệ thống đánh giá tích e dt phân sau: ∫ +Tiêu chuẩn IAE có mức đánh giá trung bình nên có đáp ứng mức trung bình thời gian độ sai lệch tĩnh e Câu Trình bày cấu trúc chung hệ tự động truyền động điện +Cấu trúc: (hình / 7) Trong đó: M-động truyền động // Mx-máy sản xuất // BĐ-thiết bị biến đổi lượng // ĐL-các thiết bị đo lường // R-các điều chỉnh R // THĐ-tín hiệu đặt // NL-tín hiệu nhiễu loạn +Động truyền động thường dùng động chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng loại động bước Các động điện cấp lượng từ biến đổi BĐ (thyristor,tranzitor, ) Bộ biến đổi có chức năng: biến đổi lượng điện từ dạng sang dạng khác thích ứng với động truyền động mang thông tin điều khiển để điểu khiển tham số đầu biến đổi.Tín hiệu điều khiển lấy từ điều chỉnh R Các điều chỉnh R nhận tín hiệu thông báo sai lệch trạng thái làm việc truyền động thông qua so sánh THĐ tín hiệu đo lường đại lượng truyền động Câu 6: Trình bày cấu trúc điều khiển PID +Bộ điều khiển PID chế phản hồi vòng điều khiển tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp đặc biệt điều khiển phản hồi +Sơ đồ cấu trúc Việc tính tốn điều khiển PID bao gồm thông số riêng biệt: giá trị tỉ lệ(P), tích phân(I), đạo hàm(D) Giá trị tỉ lệ xác định tác động tác động sai số tại, giá trị tích phân xác định tác động tổng sai số khứ, giá trị vi phân xác định tác động tốc độ biến đổi sai số Tổng ba tác động dùng để điều chỉnh q trình thơng qua phần tử điều khiển vị trí van điều khiển hay nguồn phần tử nhiệt Câu 7: Trình bày quy tắc Nichols-Ziggler -Quy tắc naỳ ta xác định hệ số KP,TI,TP -Áp dụng cho trường hợp tín hiệu đáp ứng có dạng chữ S -(hình 11 đề cương) -Đặc tính S đặc trưng số thời gian: thời gian chết L số thời gian T Các đại lượng xác định tang góc hợp đường thẳng qua đường cong điểm tuyến tính tiếp tuyến với -Hàm truyền đối tượng: G(s) = (K.e-2s) / (TS+1) -Bảng xác định hệ số KP,TI,TP theo quy tắc Bộ ĐK KP TI TD P T/L ∞ PI 0,9T /L L /0,3 PID 1,2T /L 2L 0,5L Câu 8: Trình bày quy tác Nichols-Ziggler -Đi xác định hệ số KP,TI,TP PID dựa vào tựa vào thực nghiệm hoạt động hệ thống tín hiệu lặp tín hiệu đơn vị -Đặt Ti = Td = 0, tăng Kp từ 0-> Kcr =>tín hiệu cho kết dao động -(hình 12 đề cương) -Bảng đặc tính hệ số KP,TI,TP theo quy tắc Bộ ĐK KP TI TD P 0,5KCN ∞ PI 0,45KC PCN/1,2 N PID 0,6KCN 0,5PCN 0,125PC N Câu 9: Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện +Khái niệm đơn giản để điều chỉnh dòng điện có cấu trúc hình a dùng điều chỉnh tốc độ điện áp R có dạng khuếch đại tổng mạch phản hồi dòng điện phi tuyến P Khi tín hiệu dòng điện chưa đủ để khâu phi tuyến khỏi vùng nhạy điều chỉnh làm việc điều chỉnh tốc độ mà ko có mạch phản hồi dòng điện Khi dòng đủ lớn, khâu P làm việc vùng tuyến tính đặc tính hạn chế dòng điều chỉnh R +Khái niệm thứ mơ tả hình b, có mạch vòng với điều chỉnh riêng biệt R1,R2 R2 điều chỉnh dòng điện với giá trị đặt Id Cấu trúc cho phép điều chỉnh độc lập mạch vòng +Khái niệm điều chỉnh dòng sử dụng rộng TĐĐ tự động hình c, R1 điều chỉnh dòng điện, Rw điều chỉnh tốc độ Mỗi mạch vòng có điều chỉnh riêng tổng hợp từ đối tượng riêng theo tiêu chuẩn riêng +Hình a,b,c /240 Câu 10: Trình bày nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí +Trong hệ điều khiển vị trí đại lượng điều khiển có ý nghĩa quan trọng định cấu trúc điều khiển hệ Thông thường đại lượng điều khiển hàm thời gian, hàm nhảy cấp, hàm tuyến tính hàm parabol (hình /387) +Trong hệ truyền động điều khiển vị trí, người ta quan tâm đến giản đồ tối ưu tốc độ w(t), gia tốc Để xây dựng hệ điều khiển , ta dựa quy luật tối ưu tác động nhanh TĐĐ việc nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động < t < T/2 T/2 < t < T  +Hình (8.5 / 390) cấu trúc điều khiển biến trạng thái hệ truyền động điều khiển vị trí Câu 11: Trình bày điều chỉnh PI sử dụng khuếch đại thuật toán Tính chọn giá trị tụ điện, điện trở mạch sử dụng với hệ số cho (Hình 232/115) +Chọn Ta có hàm truyền Câu 12: Trình bày điều chỉnh P sử dụng khuếch đại thuật tốn Tính chọn giá trị tụ điện, điện trở mạch sử dụng với hệ số cho (Hình 228/113) Hàm truyền Câu 13: Trình bày điều chỉnh I sử dụng khuếch đại thuật tốn Tính chọn giá trị tụ điện, điện trở mạch sử dụng với hệ số cho (Hình 230/115) Chọn Hàm truyền: với số thời gian tích phân Câu 14: Trình bày điều chỉnh PID sử dụng khuếch đại thuật tốn Tính chọn giá trị tụ điện, điện trở mạch sử dụng với hệ số cho (Hình 235a/117) Có với Hàm truyền: với ; Nhóm 2(4 điểm) Câu Xây dựng sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa động điện chiều +Mạch phần ứng: ] +Mạch kích từ: +Phương trình chuyển động học: ] +Nếu bỏ qua vô bé bậc cao từ phương trình viết phương trình tuyến tính hóa: Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa động điện chiều (hình 45/234)  Câu 2:Xây dựng sơ đồ cấu trúc thu gọn động điện chiều trường hợp từ thơng kích từ khơng đổi với đầu tốc độ theo đầu vào U Mc +Khi dòng điện kích từ động khơng đổi động kích thích nam châm vĩnh cửu từ thơng kích từ số: +Sơ đồ cấu trúc động từ thơng ko đổi(Hình 46/234) +Đặt hệ số khuếch đại động cơ: , số thời gian học: =>Áp dụng phương pháp đại số sơ đồ cấu trúc ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn động điện chiều với từ thơng kích từ ko đổi với đầu tốc độ (Hình 47a/235) Câu 3: Xây dựng sơ đồ cấu trúc thu gọn động điện chiều trương hợp từ thơng kích từ ko đổi với đầu dòng điện theo đầu vao U Mc (Giống cấu 2) =>Áp dụng phương pháp đại số sơ đồ cấu trúc ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn động điện chiều với từ thơng kích từ ko đồi với đầu tốc độ (hình 47b/235) Câu 4: Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện động điện chiều khơng tính đến ảnh hưởng sức điện động (E=0) Điều kiện : Để bỏ qua sức điện động động số thời gian học động lớn nhiều so với số thời gian điện từ coi ΔE=0;E=0 Sơ đồ cấu trúc sau : Trong F= số thời gian lọc chọn 0.005s Ri : điều khiển dòng điện BD =Kcl /(1+Tdk p)(1+Tvo p) ,Kcl,Tdk,Tvo hệ số chỉnh lưu , số thời gian điều khiển , số thời gian biến đổi điện áp M= (1/Rư)/(1+Tưp) hàm truyền động điện chiều Si= Ki/(1+pTi) hàm truyền cảm biến dòng điện Từ sơ đồ ta có đối tượng cần điều chỉnh S0(p) = [(KclKi)/Rư] /(1+Tsp)(1+Tưp) Ts = Tf +Tvo+Tdk +Ti Và Ts Bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI Như đầu điều khiển có dạng sau I(p) /Ud(p) = /[Ki.(1+2Tsp+2(pTs)2 ] Câu 5: Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện động điện chiều tính đến ảnh hưởng sức điện động (E0) +Cấu trúc mạch vòng dòng điện có tính đến SĐĐ động Trong có hai khối MME = (p.Tc/Rư) /(1+Tcp+TcTưp2) MMC= (1/K) /(1+Tcp+ TcTưp2 Là hai khối tổng hợp từ thông không đổi Trong Tc=JRư/(K)2 gọi số thời gian khí Khi tổng hợp tìm điều khiển ta giả thiết động chạy chế độ không tải Theo tiêu chuẩn mơ dul tối ưu ta tìm điều khiển Ri(p) = (1+Tcp+TưTcp2) /[(KclKiTc /Rư) 2Tsp2] (*) Và trường hợp Tc >4Tu lớn ta coi điều khiển Ri =(1+Tưp) /[(KclKi /Rư).2Tsp] Nếu phần tử (*) mà có nghiệm ta tách thành điều khiển PI mắc nối tiếp với nhau\ Câu 6: Trình bày điều chỉnh thích nghi với xung dòng +Nhờ vào thơng tin từ sensor tính liên tục dòng điện chiếu từ vùng dòng điện liên tục sang vùng dòng điện gián đoạn mà thay đổi cấu trúc điều khiển từ PI sang I ngược lại +Sơ đồ chức điều chỉnh thích nghi (Hình 417/245) +Khi chuyển mạch CM điều chỉnh gồm nối tiếp khâu tỷ lệ P với khâu tích phân I điều chỉnh có cấu trúc kiểu I Khi chuyển mạch CM vị trí điều chỉnh gồm khâu tỷ lệ đạo hàm PD nối tiếp khâu tích phân I điều chỉnh kiểu PI +Khâu so sánh SS đóng vai trò sensor phát tính liên tục dòng điện cách so sánh giá trị dòng điện sau Si vơi giá trị phát lệnh logic uo điều khiển chuyển mạch CM +Sơ đồ nguyên lý (Hình 4.18/246) Chuyển mạch CM thực băng tranzitor trường T có điện trở thay đổi mạnh trạng thái khóa bão hòa Hàm truyền PD mạch là: U1(p) /Ui(p) = -(2R2/R0) (1+ pR2C1 /2) Khi tranzitor bão hòa RT Ta thấy mạch vòng điều chỉnh tốc độ sử dụng điều chỉnh PI vô sai cấp tín hiệu điều khiển Câu 8: Chứng minh mạch vòng tốc độ động điện chiều sử dụng điều chỉnh PI vô sai cấp với tín hiệu nhiễu (Giống câu 7) Thêm: +Sai số tốc độ tương ứng nhiễu tải có dạng số w(p) = [I(p) – Ic(p)] Rư / KTc p = ( - 4Ts’RưIc / KTc) [8Ts’p (1+2Ts’p) / 8Ts’p [(1+2Ts’p).4Ts’p+1] +1 ] =>Ta thấy mạch vòng điều chỉnh tốc độ sử dụng điều chỉnh PI vơ sai cấp tín hiệu nhiễu Câu 9: Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ động điện chiều khơng có mạch vòng dòng điện Trong trường hợp ko dùng mạch vòng dòng điện + Khơng dùng mạch vòng dòng điện khi: biến đổi động có khả q dòng lớn lại khơng có u cầu cao điều chỉnh gia tốc, sử dụng truyền động công suất nhỏ dùng băm xung áp có tần số làm việc lớn đến mức khơng xuất dòng điện gián đoạn +Xây dựng sơ đồ cấu trúc -Khi Tc > 4Tư hàm truyền đối tượng S02(p) = Ks / (1+pTb)(1+pTw)(1+pT1)(1+pT2) -Sơ đồ cấu trúc (Hình 428/254) -Với Ks=KbKdKw -Giả sử T2 > T1 >> Tb,Tw theo tiêu chuẩn module tối ưu tổng hợp  điều chỉnh tốc độ kiểu PID có hàm truyền sau Rw(p) = (1+pT1)(1+pT2) / 2TsKspa với Ts = Tb +Tw -Với a = hàm truyền hệ kín Uw(p) / Uwd(p) = / [2Tsp(1+2Tsp)+1] Hệ thống đạt vơ sai cấp với tín hiệu điều khiển Câu 10: Trình bày ngun lý tựa từ thơng rotor T4R +Các vecto vecto Is , vecto Us , quay với vân tốc Ws = 2πfs với fs tần số điện áp cấp vào stator nên có hệ trục quay với tần số Ws đại lượng đứng yên Khi quan sát hệ trục này, đặt hệ trục dq có gốc chung với tâm đơng cơ, trục d trùng trục , trục q vng góc trục d gốc tọa độ +Quan hệ từ thơng tỷ lệ với dòng Ed momen tỷ lệ với dòng E M= Với Lm – hệ số hỗ cảm cuộn rotor stator ; TR =LR / RR –hằng số thời gian mạch rotor ( LR-điện cảm mạch rotor ,RR-điện trở mạch rotor ), PC-số cặp cực động +Nếu điều khiển isd điều khiển từ thơng động Nếu thành cơng việc trì Ed hệ thống động số +Nếu điều khiển isq điều khiển momen động Câu 11:Xây dựng cấu trúc điều khiển động khơng đồng rotor lồng sóc theo ngun lý T4R +Vì stator quay với tốc độ wr trục d q quay với tốc độ w = wswr tương ứng với hệ tọa độ quay đồng Ta có hệ phương trình isd = ws.isq + .isq = -ws.isd (1+Tr.p) = Lm.isd w = ws-wr = phương trình momen hệ tọa độ dq m = 3/2 (Lm/Lr) p( +Cấu trúc điều khiển (hình/ sách xanh 45) +trong đó: ĐCVTKQ- khâu truyền đạt trung thành pha // CTĐu- khâu chuyển hệ tọa độ điện áp // MTu – mạng tính áp //MTi – mạng tính dòng //M – ĐCKĐB //ĐCid- điều chỉnh dòng isd //ĐCiq-điều chình dòng isq //ĐCw- điều chỉnh vận tốc Câu 12: Xây dựng cấu trúc điều khiển động đồng kích thích vĩnh cửu theo nguyên lý T4R +Giống 11 +Cấu trúc điều khiển (hình /sách xanh 59) +Giống thích Câu 13:Xây dựng mơ hình động đồng hệ tọa độ dq +phương trình điện áp usd = Rsisd+Lsd(disd / dt) –wsLsqisq usq = Rsisq+Lsq(disq / dt) –wsLsdisd+wsp =>phương trình trạng thái disd /dt = - isd/Tsd + wsisqLsq /Lsd +usd /Lsd disq /dt = - wsisdLsd /Lsq - isq/Tsq + usq /Lsq - wsp / Lsq +momen quay động mM = 3/2 pc(sdisq – sqisd) +mơ hình động đồng (hình/ sách xanh 56) Câu 14 Xây dựng mơ hình động không đồng hệ toạ độ dq +giống 13 +Mơ hình động KĐB (hình / sách thường 273) Câu 15 Tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn module tối ưu +Giống 16 +Áp dụng tiêu chuẩn module tối ưu RW = / [SW.2S.(1+S)] (thay SW tính điều khiển P) Câu 16 Tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn module tối ưu đối xứng +Xuất phát từ cấu trúc điều khiển tốc độ (hình / camera) +Để tổng hợp mạch vòng tốc độ ta bỏ qua sđđ E nhiễu Mc +Bộ điều khiển dòng điện tổng hợp theo tiêu chuẩn module tối ưu nên hàm kín có dạng: FI = (1/ KI ) / (1+2T∑S+2T∑2S2) Do T∑ số thời gian nhỏ nên coi T ∑2 hàm kín mạch vòng dòng điện có dạng FI (1/ KI ) / (1+2T∑S) =>Mơ hình tính điều khiển tốc độ có dạng (hình / camera) + Với SW hàm truyền đối tượng điều khiển điều khiển tốc độ SW = [(1/ KI ) /(1+2T∑S)] (CU /JS) KW /(1+TWS) +Do T∑ TW số thời gian nhỏ nên xấp xỉ hàm truyền w SW (KW.Cu) / [JKIS(1+’S)] +Với T∑2 = 2T∑ + TW Áp dụng tiêu chuẩn module tối ưu đối xứng ta có RW = (1+4S) / [SW 82S2.(1+S)] (Thay SW tính PI)