chng 6: Tổng hợp các bộ điều chỉnh 2-6-1 Tổng hợp hệ theo hàm chuẩn: Cấu trúc hệ gồm các mạch vòng điều chỉnh lệ thuộc lẫn nhau (cấu trúc mạch vòng phù hợp với các hệ điều chỉnh công nghiệp) Hình 2-20: Cấu trúc tổng quát một hệ điều chỉnh *Đặc tính động của hệ: là đáp ứng của hệ khi l-ợng vào là hàm nhảy cấp 1(t). - Tốc độ điều chỉnh: (gia tốc của hệ thống) =w/T v - Độ quá điều chỉnh: (mong muốn nhỏ): %=100(y m =w)/w - Số lần dao động. - Thời gian điều chỉnh: T đc , cần nhỏ Hình 2-21: Đặc tính quá độ của hệ thống . R 1 R 2 R 3 Fs 3 Fs 2 Fs 1 y M y s% % y T đc 2% T v w Việc điều chỉnh các thông số trên phụ thuộc lẫn nhau. Ví dụ nếu giảm Tđc sẽ làm tăng %. Vậy phải đ-a ra một sự dung hoà giữa các tiêu chuẩn để có đ-ợc hệ thống tối -u. * Tiêu chuẩn môđun tối -u: Đặc tính mođun của hàm truyền kín của hệ là một hàm không tăng, không cộng h-ởng và = 1 trong dải tần số sao cho rộng nhất. - Hàm không tăng: 0 )( 2 2 H - Không cộng h-ởng: 0 )( )( 22 2 H - Bằng 1: limH( 2 ) =1 Hình 2-22: Đặc tính tần của hàm truyền kín tối -u Từ tiêu chuẩn đó muốn môđun hệ kín là một khâu bậc hai thì hàm chuẩn bậc hai có dạng: 2 2 221 1 pTpT F cc ch (tiêu chuẩn môđun tối -u) Nếu muốn môđun hệ kín là một khâu bậc ba thì hàm chuẩn bậc ba có dạng: 3 3 2 2 8841 41 pTpTpT pT F ccc c ch (tiêu chuẩn môđun tối -u đối xứng) Trong đó T c đ-ợc chọn sao cho nhỏ nhất để c =1/T c là lớn nhất. H( ) c =1/T c có cộng h-ởng 1 Hàm truyền kín của mỗi môđun dạng: ss ss RF RF .1 . . Nếu đã biết hàm truyền hệ thống Fs ta có thể dựa vào các tiêu chuẩn tối -u để xác định hàm truyền bộ điều chỉnh R s . 2-6-2 Tuyến tính hoá mô hình động cơ Hệ ph-ơng trình (2-17) mô tả động cơ hệ ph-ơng trình phức tạp, có độ phi tuyến cao dẫn đến một sơ đồ rất phức tạp và khó có thể tổng hợp mạch theo các ph-ơng pháp thông th-ờng đ-ợc. Do vậy ta phải dùng ph-ơng pháp tuyến tính hoá quanh điểm làm việc: Gọi điểm làm việc ổn định của động cơ là điểm có tốc độ 0 ứng mômen tải m 0 (và gọi tất cả các thông số tại điểm đó đều có chỉ số d-ới là 0 ). Hệ thống xê dịch quanh điểm làm việc ổn định một l-ợng rất nhỏ kéo theo tất cả các đại l-ợng cũng đều bị thay đổi một l-ợng rất nhỏ nào đó, ví dụ = o + Thay tất cả các đại l-ợng biến đổi đ-ợc vào (2-17): i sq =i s q 0 +i s q , = o + , m=m 0 +m ta đ-ợc: ) ( 2 3 1 .).1( . 1 . 1 . 1 1 . 1 . 1 1 00 0 0 0000 00 rdsqsqrd r m M rdrsq r m rd r sdmrdr sq s rd m rd m ssdsdssq sd s rd rm ssqsqssd ii L L pm i T L iLpT u LLL iii T pT u LTL iii T pT (2-28) Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc động cơ đã tuyến tính hoá: Hình 2-23: Sơ đồ mô tả động cơ trên hệ toạ độ dq đã tuyến tính hoá quanh điểm làm việc 2-6-3 Tổng hợp Ri sq và R Sơ đồ trên còn nhiều phức tạp mặc dù đã bỏ bớt khâu nhân và chia. Ta còn phải tiếp tục làm đơn giản bớt bằng các giả thiết sau: Giả thiết điều chỉnh tốc độ động cơ ở mức d-ới tốc độ định mức. Khi đó giống nh- điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, ta sẽ theo L m . 1+T r p u sd i sd m m c - u sq rm TL 1 Lm . T r rd0 i sq0 s0 s0 i sd0 m L 1 rd0 - - - i sq - rd s r r 0 rd0 rd0 m L 1 0 i s T 1+T T 1+T p 1 . L s 1 . L s P c pJ 3L m .p c 2L r luËt tõ th«ng kh«ng ®æi  nh¸nh tõ ho¸  rd cã  rd = 0. Theo ph-¬ng tr×nh 2 cña (2-17) ta suy ra i sd = 0. VËy (2-28) cã d¹ng:   ).( 2 3 . 1 . 1 . 1 1 0 0 00 sqrd r m M sq rdr r sq s rd m ssdmsq i L L pm i T u LL iLi T pT                                  H×nh 2-24: S¬ ®å cÊu tróc khi  r = const BiÕn ®æi s¬ ®å : i sd0  rd0 Lm . T r  rd0 3L m p c 2L r P c pJ  u sq  i sq  m  m c   - - T  . 1+T  p m L    1  rd0 1 . L s  rd0 3L m p c 2L r P c pJ  u sq  i sq  m  m c   - - T  . 1+T  p C p 1 . p+D L m i sd0  rd0 T r 1 . L s A Hình 2-25: Mô hình sau khi đã biến đổi. Đặt rrd m T 0 sd0 iL A B = m L 1 rd0 + i sd0 JL pL C r cmrd 2 3 2 0 A T D pTAT T pT T A pT T Dp 1 )1( 1 .1 1 1 Tổng hợp mạch: mạch điều khiển gồm khâu điều chỉnh tốc độ và khâu điều chỉnh dòng điện. Coi khâu nghịch l-u có quán tính rất nhỏ, cỡ 1ms (T nl = 0.001) R R i sq 1 . p+D C p B * u sq * i sq * i sq K nl 1+T nl p 1 . L s Hình 2-26: Tổng hợp các mạch vòng dòng điện và tốc độ. Nhận thấy t-ơng tự nh- khi tổng hợp mô hình động cơ một chiều, khâu phản hồi B giống khâu phản hồi sức điện động. Mà ta biết quán tính của khâu này thì rất nhỏ so với quán tính cơ nên một cách gần đúng có thể bỏ qua để tổng hợp đ-ợc. Fs i = ) 1 1)(1( K ))(1( K nlnl p D pTL pDpTL nls nls Theo tiêu chuẩn tối -u môđun ta có: pT L K Dp pT DL K p D nl s nl nl s nl 22 1 1 Ri sq Nh- vậy theo luật điều khiển môđun tối -u hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện là: 2 2 2 21 1 pTpT F nlnl ki Để đơn giản bớt cho phần tổng hợp sau ta bỏ bớt thành phần bậc 2 của F ki : pT F nl ki 21 1 . Hàm truyền đối t-ợng của mạch vòng tốc độ Rs : p C pT F nl s . .21 1 Đối với mạch điều chỉnh tốc độ, do quán tính của hệ thống lớn nên khi tổng hợp theo chuẩn tối -u ta không thể đặt hằng số T c cỡ miligiây nh- khi áp dụng cho mạch vòng dòng điện đ-ợc.Nếu đặt Tc quá nhỏ sẽ gây hai bất lợi: thứ nhất để tốc độ ổn định từ 0 tới định mức trong khoảng thời gian miligiây thì dòng sinh mômen lúc đó phải có giá trị rất lớn, cỡ vài nghìn ampe, điều này không thể chấp nhận đ-ợc. Thứ hai là tín hiệu đặt của mạch vòng dòng điện là tín hiệu đầu ra của mạch vòng tốc độ. Nếu tần số dao động của mạch vòng ngoài đ-a vào cũng xấp xỉ tần số dao động của mạch vòng trong thì hệ thống dễ mất ổn định. Ta phải làm sao cho chu kỳ dao động của mạch vòng trong rất nhỏ so với mạch vòng ngoài thì hệ kín mới đảm bảo ổn định đ-ợc. áp dụng tiêu chuẩn môđun tối -u đối xứng ở (2-68) cho mạch vòng tốc độ ta đ-ợc: pT pT pT pT C pTpTC pTpT R pTpT pT R p C pT F F RF F RF RF c c c nl cc cnl cc c nl ch ch s ch s s 1 41 . 8 .21 . 1 )1(8. )41).(.21( 88 41 .21 1 1 1 22 3 3 2 2 Nếu đơn giản chỉ lấy R là khâu PI: pTC pTT R c cnl 2 8. )2(21 2-6-4 Tổng hợp Ri sd : Để giảm bớt phức tạp trong việc tổng hợp ta dựa vào lý luận sau: Khi khởi động ta làm theo quy trình nh- máy điện một chiều: sau khi ổn định việc cấp nguồn phía kích từ i sd xong mới cấp mômen quay i sq nên có thể coi khi đ-a i sd vào thì mạch phía phần ứng ch-a có hoạt động. Nhờ vậy ta có thể bỏ qua ảnh h-ởng của phía phần ứng trong quá trình khởi động . Lúc đó mạch (2-23) có dạng: Hình 2-27: Nhánh kích từ của mô hình động cơ trên hệ toạ độ dq. u sd i sd m m c i sq0 r0 rd0 i sq0 - Ri sd rm TL 1 1 . L s T 1+T p K nl 1+T nl p 3L m .p c 2L r P c pJ L m . 1+T r p u sd i sd i sq0 0 0 0 1 sq rd r rm i TL Ri sd 1 . L s K nl 1+T nl p T . 1+T p L m . 1+T r p i sq0 3L m p c 2 2L r J.p . hàm truyền hệ thống Fs ta có thể dựa vào các tiêu chuẩn tối -u để xác định hàm truyền bộ điều chỉnh R s . 2 -6- 2 Tuyến tính hoá mô hình động cơ Hệ ph-ơng trình (2-17) mô tả động cơ hệ ph-ơng. trúc tổng quát một hệ điều chỉnh *Đặc tính động của hệ: là đáp ứng của hệ khi l-ợng vào là hàm nhảy cấp 1(t). - Tốc độ điều chỉnh: (gia tốc của hệ thống) =w/T v - Độ quá điều chỉnh: (mong muốn. chng 6: Tổng hợp các bộ điều chỉnh 2 -6- 1 Tổng hợp hệ theo hàm chuẩn: Cấu trúc hệ gồm các mạch vòng điều chỉnh lệ thuộc lẫn nhau (cấu trúc mạch vòng phù hợp với các hệ điều chỉnh công