Bai giang TDD

- Bài toán tổng hợp: + Tổng hợp chức năng + Tổng hợp tham số + Tổng hợp cấu trúc.. Độ chính xác của hệ thống TĐ Đ tự động 3.. 2.3 Các bộ điều chỉnh:. 2.3.1 Nguyên tắc tạo hàm chức năn[r]

{Hà nội năm 2007}

Bộ công thương Trường ĐHCN Hà nội

Khoa Điện-Bộ môn Tự Động Hóa

Bài giảng mơn CD TD D

Phụ lục

Chương1: Những nguyên tắc xây dựng hệ…

1 Khái niệm chung:

2 Những vấn đề chung thiết kế hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ Độ xác hệ thống TĐ Đ tự động

Tài liệu:

1 Điều chỉnh tự động truyền động điện : T/g Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải…

2 Truyền Động Điện Thông Minh:T/g Nguyễn Phùng Quang 3 Matlab & Simulink : T/g Nguyễn Phùng Quang

Chương 1: Những nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ

1.Khái niệm chung:

- Mục tiêu điệuchỉnh tự động TĐ Đ đảm bảo giá trị yêu cầu

của đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc nhiễu tác động - Cấu trúc hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ:

X R BBĐ ĐC MSX

ĐL NL từ luới điện

- Phân loại: Theo nhiệm vụ chung

+ Hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ điều chỉnh trì theo lượng đặt + Hệ điều chỉnh tuỳ động ( hệ bám): lượng đặt biến thiên tuỳ ý + Hệ điều khiển chương trình

2 Những vấn đề chung thiết kế hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ - yêu cầu : đảm bảo thực yêu cầu đặt ra: công nghệ, tiêu chất lượng , kinh tế

- Khi thiết kế phải thực tốn phân tích tổng hợp để tìm cấu trúc mạch đk, luật điều khiển tham số cua mạch điều khiển

3 Độ xác hệ thống TĐ Đ tự động 3.1 Các hệ số sai lệch:

- xét hệ thống có cấu trúc hình vẽ:

F0(p) TM

R E C

N1 N

n

-F0(p) hàm truyền hệ hở TM : thiết bị cơng nghệ R : tín hiệu điều khiển C tín hiệu

E = R-C sai lệch điều chỉnh Ni nhiễu loạin

C(p) = F(p).R(p)+Fi(p).Ni(p)

F(p)=

Fi(p) hàm truyền nhiễu loạn

) (

) (

0

p F

p F

Hàm truyền hệ thống sai lệch:

Fe(p) =

) ( ) ( ) ( 1 ) ( ) (

0 N p

p M p F p R p E   

Fe(p)=(C0 + C1p+… + Cipi)R(p)  Tính hệ số sai lệch theo:

C0= Fe( )

lim p

p

C1=

        e ) ( F p

lim p C

p

C2=

         p C C p

p e

) ( F p lim

Ci= 

Nếu biết hàm truyền hệ thống với th điều khiển: F(p)= ) ( ) ( ) ( ) ( 0 p F p F p R p C  

 F(p)= n , m<=n

n m m p a p a p b p b b       1 1

 Các sai lệch:

C0 = 1- b0 C1=a1-C0a1-b1

3.2 Tiêu chuẩn sai lệch

- Tiêu chuẩtn tích phân bình phương sai lệch ( ISE)

- Tiêu chuẩtn tích phân tích số thời gian giá trị tuyệt đối sai lệch ( ITAE)

 

0

2 (t)dt

e





0

) (

.e t dt t

- Hệ thống hữu sai- hệ bậc không

Hàm truyền: F0 (p)=

 

 

 

n k

k m

i

i

p T

p T K

1

) 1

(

) 1

Nếu hệ thống có phản hồi hàm truyền hệ kín:

F(p) =

Hệ số sai lệch vị trí

C0

=1- ) ( ) ( ) ( ) ( 2 2 0           p a p a p b p b K K p F p F p R p C K K 

R(t) = const

e= R

K



1 C(t)

R(t) = kt

e(t)=C0kt+C1k

C(t)

- Hệ vô sai cấp - hệ bậc một

Nếu hàm truyền hệ hở: F0 (p)=

Hàm truyền hệ kín:

F(p) = F(p) = ) 1 )( 1 ( ) ' 1 )( ' 1 ( 2 p T p T p p T p T Kv     ) )( ( ) ' )( ' ( ) ' )( ' ( 2 p T p T p p T p T K p T p T K v v                 ) ' ( ) ' ( 2 2 p a p T K p b p T i v i

Hệ số sai lệch vị trí: C 0=1-1=0

R(t) = const

e=0 C(t)

R(t) = kt

e=k/Kv

C(t)

R(t) =0+k1t+k2t

e= kt

K k

v

2 12

C(t)

- Hệ thống vô sai cấp 2- hệ bậc hai

Hàm truyền hệ hở: F0=

) )( ( ) ' )( ' ( 2 p T p T p p T p T Ka    

Hàm truyền hệ kín:

Các sai lệch: C0=a0-b0=0 C1=a1-b1=0 C2=a2-b2=1/Ka

R(t)=kt

e=0

C(t)

R(t)=0+k1t+k2t2

e=

a

K k2

C(t)

Chương Một số phần tử tự động hệ thống Điều chỉnh tự độngTĐ Đ

1.Khuếch đại thuật toán

+

-+ Vcc

- Vcc

T/h T/h vào

- Sơ đồ nguyên lý:

- Thông số lý tưởng:

Hệ số khuếch đại điện áp A=

Trở kháng vào Zv = 

Trở kháng Zr=0 Giản tần 0

- Tham số thực tế:

Hệ số khuếch đại điện áp A=5.104

Trở kháng vào Zv = 1M

Trở kháng Zr=100

Giản tần 0vài KHz

Độ không đối xứng điện áp đầu vào ( OFFSET): 1mV

Độ khơng đối xứng dịng điện đầu vào ( OFFSET): 10-8 A

Điện áp nguồn cấp  15V

Dịng điện 3mA

cơng suất tiêu thụ 50mW

2 Các mạch dùng khuếch đại thuật toán:

+

-R2 R1a

R1b R1n u1a

u1b

u1n u2

2.1 cộng tín hiệu

Nếu R1a=R1b= =R1n=R2 :

u2= -(u1a+u1b+ +u1n)

)

(

1 1

1

1 2

n n b

b a

a

R u R

u R

u R

2.2 Mạch so sánh:

- Dùng so sánh tín hiệu điện áp ( ví dụ mạch điều khiển thysritor) - Sơ đồ mạch so sánh 2tín hiệu U1, U2 :

-+ U1

U2 U0

LM131

U0

15v

-15v

(U2-U1)

Uo = U0max sign(U2-U1) = Uomax U1<=U2

2.3Mạch hạn chế:

- Mạch hạn chế điều khiển thường bố trí để hạn chế lượng đặt dịng điện mơmen

- Sơ đồ mạch hạn chế:

-+

U2 U2

LM131

D+

D

-U+ U

-+Un P -Un

2 P

1 U1

U+

U

-U1

Khi U1 >0 U1 >U+ D+ dẫn U

2=U+

Khi U1 <0 |U1| >|U-| D- dẫn U

2=U

2.3 Các điều chỉnh:

2.3.1 Nguyên tắc tạo hàm chức điều khiển điều chỉnh. -

+ -Yw(p) Y2(p)

Y(p)

Iw I2

I1

U1w

U1

U2

Sơ đồ

U1w tín hiệu đặt U1 tín hiệu đo lường( tín hiệu pjản hồi), U2 tín hiệu điều chỉnh - Ta có I1w+I1+I2=0 đó:

I1w = Y1w(p).U1w; I1=Y(p).U1w ; I2=Y2(p)U2

- Thay biêu thức ta được: ( ) ]

) ( [

) (

) (

1

1

2 U

p Y

p Y U

p Y

p Y

U w

w w

 

2.3.2 Bộ điều chỉnh tỷ lệ P dùng KĐTT - Sơ đồ nguyên lý:

+

-R2

R1

R1

U1w

U1 U2

U2

t

0

- Hàm truyền điều chỉnh:

R

R K

R R p

F  

1

2.3.3 Bộ điều chỉnh tích phân (I) - Sơ đồ nguyên lý:

+

-C2 R1

R1 U1w

U1 U2

U2

t

0

- Hàm truyền:

Với 1=R1C1

1

2

1

) (



p R

pC p

FR  

2.3.4 Bộ điều chỉnh tỷ lệ tích phân ( PI): - Sơ đồ nguyên lý:

+

-C2

R1

R1

U1w

U1 U2

R2

U2

t

0

Hàm truyền đạt:

KR = R2/R1 , FI = RK1C2 I p R

R



1

 

Bộ điều chỉnh PI có nhược điểm việc chỉnh định độc lập hai

tham số KR I thay

thế sơ đồ PI chỉnh độc lập hai tham số sau:

+

-C2

R1

R1

U1w

U1 U2

2.3.5 Bộ điều chỉnh PID - Sơ đồ:

- Hàm truyền đạt:

p p p K p F I I D I R R     ) (   

Với ;

1 3 R C C R R R KR    3 2

1 ; C

R R R C

R D

I   



Nếu chọn tham số: R2C2 + R3C3 >> R3C2 R2>>R3 R2/R3 +C3/C2 >> R2/(R2+R3) =

Lúc hàm truyền điều chỉnh là:

p

p p

K p

FR R

2

3 )(1 ) ( ) (      

Trong đó: KR=R2/R1 ; 2 = R2 C2 ; 3 = R3C3

+ -C2 R1 R1 U1w

U1 U2

R2

C3

- Đặc tính độ:

KRU1(1+2/3)

U1 2/KR

U2

t

U1

Đặc tính lý tưởng PID

KRU1(1+2/3)

U1 2/KR

U2

t

U1

2.4 Thiết bị đo lường

2.4.1 Đo dịng điện, điện áp chiều có cách ly

- Sơ đồ:

+- +

-+

-+

-+

-Rs U=

A

B

C

C

+

+

-+

-Yêu cầu: Đảm bảo độ xác, đảm bảo cách ly mạch lực mạch điều khiển

- Các khâu:

+ Mạch dao động xung tam giác đốI xứng + Mạch so sánh

+ Mạch truyền xung + Mạch tích phân

+U= A

B

C

D

+U*=

t

+U= A

B

C

D

-U*=

t

- Mạch xác định giá trị dấu đạI lượng cần đo 2.4.2 Đo dòng xoay chiều

R0

R0

R0 Ia Ib Ic

I2

R1

Ð0

U2I

U2I0

R

C

-Đo dòng xoay chiều pha đơn giản dùng biến dịng, sau đưa qua chỉnh lưu để dòng chiều

- Sơ đồ nguyên lý: Điện áp chỉnh lưu Ud=R1 Id

Trong

Hàm truyền đo

2

3

I Id





fI I I

p K p

F



 

1 ) (

2.4.3.1 Máy phát tốc chiều: - Mạch nguyên lý:

- Điện áp đầu máy FT U = K  - RưI - Uct

Nếu chọn Rt đủ lớn U = K 

- Hàm truyền đạt:

K hệ số tỷ lệ, I dòng điện máy phát, Rư điện trở phần ứng máy phát

FT số thời gian lọc

C

Rt



R

U

p K p

p U p

F

FT FT

) (

) ( )

(

 

 

2.4.3.2 Đo tốc độ xung số ( Encorder)

- Máy phát tốc xung phát z xung vòng quay, tần số xung f= Z./2

Để đo tốc độ xung thường dùng hai loại: loại dùng điện từ loại dùng bán dẫn

&

- - Để tăng độ xác phép đo cần tăng số lượng xung ( dùng nhân xung) - - Để đámh giá chiều quay ta phải dùng đầu đo đặt lệch 900 như

Ví dụ Roto Encorder OMRON

Dimensions 25 dia x 29 L mmwith mm dia shaft (0.98 x 1.14 in with 0.16 in dia shaft)

40 dia x 39 L mmwith mm dia shaft (1.57 x 1.54 in.with 0.24 in dia shaft)

Type Incremental Incremental

Description Miniature size encoder fits space-confined installations Smalloperating torque makes it ideal forsmall and high-density equipment.Zero index function for positioningapplications available

Small, rugged encoder handles most general-purpose applications.Extended signal transmissiondistances, zero phase can be adjusted with ease using originindicating function Available with line driver output

Resolution 10 to 360 pulses/revolution 10 to 2,000 pulses/revolution

Output Phase(s) Output A

Outputs A & B(100, 200 pulses/rev only) Outputs A, B & Z (100, 200 pulses/rev only)

Output Phase Difference

90° ± 45° 90° ± 45°

Maximum Response Frequency

(pulses per second)

30 kHz

(30,000 pulses/sec)

100 kHz

(100,000 pulses/sec)

Maximum rpm 5,000 rpm 3,000 rpm

Supply Voltage to 12 VDC 12 to 24 VDC

5 to 12 VDC to 24 VDC VDC

Current

Consumption

50 mA max 50 mA max

Output Form and Capacity

2 kW output impedance (voltage output)

30 mA (open collector output)

2 k(voltage output)

Shaft Loading:

Radi al

1 kgf (7.2 ft-lbs.) kgf (21.7 ft-lbs.)

Axia l

0.5 kgf (3.6 ft-lbs.) kgf (14.5 ft-lbs.)

Starting Torque 10 g-cm (0.14 oz.-inch) 10 g-cm (0.14 oz.-inch)

Degree of

Protection: IEC 144

IP50 IP50

Degree of

Protection: IEC 144

IP50 IP50

Ambient Operating -10° to 55°C -10° to 70°C

Temperature (14° to 131°F) (14° to 158°F)

Shaft Coupler E69-C04B supplied, two mm dia shafts