Đang tải... (xem toàn văn)
BĐ Bộ biến đổi là các bộ chỉnh lưu thyristor, biến tần, điều áp xoay chiều thyristor, bộ băm xung điện áp, v.v…Các bộ biến đổi có hai chức năng: là biến đổi năng lượng điện, từ dạng này sang dạng khác thích ứng với động cơ truyền động và mang thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra bộ biến đổi (như công suất, điện áp, dòng điện, tần số,…).
Môn học: Tự động điều chỉnh truyền động điện số tiết: 45 Chương (5 tiết) nguyên tắc xây dựng hệ truyền động điện tự động 1.1 Khái niệm phân loại Khái niệm Điều chỉnh tự động truyền động điện phải đảm bảo giá trị yêu cầu đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh NL THĐ R BĐ M MX ĐL Hình 1-1 Cấu trúc chung hệ điều chỉnh tự động truyền động điện M - Động truyền động thường dùng động điện chiều, xoay chiều không đồng bộ, xoay chiều đồng loại động bước BĐ - Bộ biến đổi chỉnh lưu thyristor, biến tần, điều áp xoay chiều thyristor, băm xung điện áp, v.v Các biến đổi có hai chức năng: biến đổi lượng điện, từ dạng sang dạng khác thích ứng với động truyền động mang thông tin điều khiển để điều khiển tham số đầu biến đổi (như công suất, điện áp, dòng điện, tần số,) R - điều chỉnh: nhận tín hiệu thông báo sai lệch trạng thái làm việc truyền động thông qua so sánh tín hiệu đặt THĐ tín hiệu đo lường ĐL đại lượng truyền động Tín hiệu sai lệch qua điều chỉnh khuếch đại tạo hàm chức điều khiển cho đảm bảo chất lượng động tĩnh hệ thống truyền động Trong thực tế đại lượng điều chỉnh truyền động mômen quay, tốc độ, vị trí Để đảm bảo chất lượng hệ, thường có nhiều mạch vòng điều chỉnh điện áp, dòng điện, tốc độ, từ thông, tần số, công suất, mômen, v.v MX: máy sản xuất; ĐL: thiết bị đo lường TĐH: tín hiệu đặt ; NL: nhiễu loạn Phân loại Theo nhiệm vụ chung hệ thống ta phân ba loại: - Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện điều chỉnh trì theo lượng đặt trước không đổi Ví dụ trì tốc độ không đổi, mômen công suất không đổi - Hệ điều chỉnh tuỳ động (hệ bám) hệ điều chỉnh vị trí cần điều khiển truyền động theo lượng đặt trước biến thiên tuỳ ý, Ví dụ truyền động quay anten, rađa, cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, v.v -Hệ điều khiển chương trình: Thực chất hệ điều khiển vị trí đại lượng điều khiển lại tuân theo chương trình đặt trước 1.2 Những vấn đề chung thiết kế hệ truyền động điện tự động Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ thực tất yêu cầu đặt ra, yêu cầu công nghệ, tiêu chất lượng yêu cầu kinh tế Chất lượng hệ thể trạng thái động tĩnh + Trạng thái tĩnh yêu cầu quan trọng độ xác điều chỉnh + Trạng thái động có yêu cầu ổn định tiêu chất lượng động độ điều chỉnh, tốc độ điều chỉnh, thời gian điều chỉnh số lần dao động hệ điều chỉnh tự động truyền động điện, cấu trúc mạch điều khiển, luật điều khiển tham số điều khiển có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ Vì thiết kế hệ ta phải thực toán phân tích tổng hợp Đối với toán rổng hợp hệ, người ta thường đưa ba loại: tổng hợp chức năng, tổng hợp tham số tổng hợp cấu trúc- tham số - Bài toán tổng hợp chức thực biết cấu trúc tham số mạch điều khiển ta phải xác định luật điều khiển đầu vào cho hệ đảm bảo chất lượng - Bài toán tổng hợp tham số: Thực biết cấu trúc hệ lượng tác động đầu vào hệ ta cần xác định tham số hệ điều khiển - Bài toán tổng hợp cấu trúc- tham số thực biết quy luật biến thiên lượng đầu vào phần tử hệ thống, ta cần xác định cấu trúc hệ đặc tính tham số điều chỉnh 1.3 Độ xác hệ truyền động điện- tự động (TĐĐ-TĐ) chế độ xác lập tựa xác lập Bất hệ thống tự động điều chỉnh đòi hỏi đại lượng điều chỉnh phải bám theo xác tín hiệu điều khiển chế độ xác lập, tựa xác lập độ Độ ổn định độ xác điều chỉnh hai tiêu kỹ thuật quan trọng bậc hệ thống tự động Độ xác đánh giá sở phân tích sai lệch điều chỉnh, sai lệch phụ thuộc nhiều yếu tố 1.3.1 Các hệ số sai lệch Xét hệ thống tự động điều chỉnh có cấu trúc tối giản sau: N1 R E - Nn C F0(p) TM a, Trong đó: F0(p)- hàm truyền mạch hở; TM- thiết bị công nghệ; R, r(t)- tín hiệu điều khiển; C, c(t)- tín hiệu ra; E: sai lệch điều chỉnh; Ni- nhiễu loạn Hàm truyền hệ kín F0 ( p ) F ( p) = + F0 ( p ) Vậy sai lệch điều chỉnh e(t) = r(t) C(t) Được viết dạng hàm tín hiệu vào thỏa mãn điều kiện Me.Laurin 1.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh kiểu nối cấp dùng phương pháp hàm chuẩn môđun tối ưu: - Xét hệ thống có cấu trúc chung hình vẽ: F F02 F1 F01 P1 X1nd Rn(p) - X1d X2d R1(p) R2(p) - S01(p) Pn P2 X1 X2 S02(p) - Hình 1-10 Hệ truyền động có điều chỉnh nối theo cấp S0n(p) Xn - Trong đó: + X1ữXi: n thông số, + R1(p) ữ Rn(p): n điều chỉnh + S1(p) ữ Sn(p): n đối tượng(Hệ thống) + P1 ữ Pn: n nhiễu loạn tác động lên hệ Giả thiết: + Các mạch điều chỉnh đại lượng có chứa phần có số thời gian lớn, thí dụ số thời gian điện cơ, số thời gian cuộn dây kích từ v.v + Mạch có chứa Các số thời gian nhỏ, thí dụ số thời gian xen xơ, mạch điều khiển thyristor v.v - Hàm truyền đối tượng có dạng: K (1 + T j p ).e m S ( p) = Td p j =1 v u k =1 s =1 ( p i (1 + Tk p ). + Ts' p ) - Td số thời gian khâu trễ - Việc tổng hợp điều chỉnh tiến hành cho bù khâu có số thời gian tương đối lớn Tk, cách ta giảm cấp cho mạch hở, khâu có số thời gian tương đối nhỏ Ts không bù -Trong kỹ thuật truyền động điện bỏ qua số thời gian nhỏ miligiây, số thời gian cỡ vài chục miligiây coi nhỏ (Ts), số thời gian cỡ 0,1 giây trở lên coi lớn (Tk) - Ưu cấu trúc nối cấp điều chỉnh chỗ giá trị lượng đặt Xđi hạn chế đoạn bão hoà đặc tính điều chỉnh Ri+1 , giá trị hạn chế số thay đổi - Mỗi mạch vòng điều chỉnh có điều chỉnh hệ thống điều chỉnh bao gồm đối tượng điều chỉnh S0 mạch vòng phụ, thí dụ; R1 ( p ).S 01 ( p ) F1 ( p ) = R1 ( p ).S 01 ( p ) + F02 ( p ) = S 02 ( p ).F1 ( p ) F0i ( p ) = S 0i ( p ).Fi ( p ) -Việc tổng hợp điều chỉnh thực theo mạch vòng, từ mạch vòng đến mạch vòng thứ n - Trong hệ thống truyền động điện điều chỉnh, thường sử dụng phương pháp hàm chuẩn tối ưu để tổng hợp thông số điều chỉnh cho mạch vòng 1.4.1 áp dụng tiêu chuẩn môđun tối ưu: + Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn môdul tối ưu, hàm có dạng: FMC ( p ) = 2 p + p + + Tiêu chuẩn môdul tối ưu hiệu chỉnh lại đặc tính tần số vùng tần số thấp trung bình không đảm bảo trước tính ổn định hệ thống Do đó, sau ứng dụng tiêu chuẩn môdul tối ưu cần phải kiểm tra ổn định hệ + Dải tần thấp nhất, hàm truyền phải đạt điều kiện: F( j ) Hình 1-11 a, Đặc tính tần số; b, Đặc tính độ a.Trường hợp hệ hữu sai có hàm truyền: K1 S ( p) = (1 + T1 p )(1 + T2 p ) Trong T2>T1 Xd R(p) S0(p) - Hình 1-12 a, Cấu trúc hệ + Để hệ kín có hàm truyền F(p)= FMC(p) thì: R ( p ).S ( p ) = FMC ( p ) + R ( p ).S ( p ) FMC ( p ) R( p) = S ( p )[ FMC ( p ) + 1] R( p) = S ( p )2 p (1 + p ) X + Nếu chọn điều chỉnh kiểu PI + Tp R( p) = KT0 p + Khi ta bù số thời gian lớn: 1+Tp= 1+ T2p Hàm truyền hệ hở là: K1 F0 ( p ) = R ( p ).S ( p ) = KT0 p + T1 p + Hàm truyền mạch kín: F ( p) = K1 = KT0 p(1 + T1 p ) + K 1 1+ KT0 KT0T1 p+ p K1 K1 Để F(p)= FMC(p) thì: KT0= 2T1K1 , đó: F ( p) = + 2T1 p + 2T12 p Từ đó, ta có hàm hiệu chỉnh: + T2 p R( p) = K 1T1 p b.Trường hợp hệ có hàm truyền: S ( p) = K (1 + T p ) u ' s s =1 Trong Ts số thời gian nhỏ, theo thủ tục ta tìm điều chỉnh có cấu trúc tích phân: R( p) = KTs p u Với: Ts = T s =1 ' s c.Trường hợp hệ có hàm truyền: S ( p) = K (1 + T p ). (1 + T p ) u k k =1 ' s s =1 Tức hàm truyền có dạng tích hàm truyền hai trường hợp ta có điều chỉnh PID: R( p) = (1 + T p ) k k =1 K 2Ts p d.Trường hợp hệ có hàm truyền: S ( p) = K u ( p. + Ts' p s =1 ) Khi ta có điều chỉnh tỷ lệ: Kết luận: R( p) = 2Ts p Tuỳ thuộc vào hàm đối tượng S0(p), theo phương pháp môdul tối ưu ta tổng hợp điều chỉnh R(p) khác để đáp ứng yêu cầu chất lượng đặt 1.4.2 áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng: + Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng hàm truyền có dạng: + p FDX ( p) = + p + p + p +Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thường áp dụng để tổng hợp điều chỉnh mạch có yêu cầu vô sai cấp cao, áp dụng có hiệu để tổng hợp điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn [...]... được tính ổn định của hệ thống Do đó, sau khi ứng dụng tiêu chuẩn môdul tối ưu cần phải kiểm tra sự ổn định của hệ + Dải tần thấp nhất, hàm truyền phải đạt được điều kiện: F( j ) 1 Hình 1-11 a, Đặc tính tần số; b, Đặc tính quá độ a.Trường hợp hệ hữu sai có hàm truyền: K1 S 0 ( p) = (1 + T1 p )(1 + T2 p ) Trong đó T2>T1 Xd R(p) S0(p) - Hình 1-12 a, Cấu trúc hệ + Để hệ kín có hàm truyền F(p)= FMC(p) thì:... P2 X1 X2 S02(p) - Hình 1-10 Hệ truyền động có các bộ điều chỉnh nối theo cấp S0n(p) Xn - Trong đó: + X1ữXi: là n thông số, + R1(p) ữ Rn(p): là n bộ điều chỉnh + S1(p) ữ Sn(p): là n đối tượng (Hệ thống) + P1 ữ Pn: là n nhiễu loạn tác động lên hệ Giả thiết: + Các mạch điều chỉnh của mỗi đại lượng có chứa một phần có các hằng số thời gian lớn, thí dụ hằng số thời gian điện cơ, hằng số thời gian của cuộn... (t ) i i dt dt dt Một hệ thống chính xác tuyệt đối là hệ có mọi hệ số sai lệch đều bằng không Hàm truyền đạt của hệ thống đối với sai lệch là: E ( p) 1 M ( p) Fe ( p ) = = = R ( p ) 1 + F0 ( p) N ( p ) Nếu đem chia đa thức M(p) cho đa thức N(p) thì ta có cách viết hàm sai lệch như sau: Fe(p)= (C0+ C1p+ C2p2+ + Cipi)R(p) Từ đó suy ra cách tính các hệ số sai lệch điều chỉnh: C0- hệ số sai lệch vị trí;... p) = KT0 p + Khi đó ta bù được hằng số thời gian lớn: 1+Tp= 1+ T2p Hàm truyền hệ hở bây giờ sẽ là: K1 1 F0 ( p ) = R ( p ).S 0 ( p ) = KT0 p 1 + T1 p + Hàm truyền mạch kín: F ( p) = K1 = KT0 p(1 + T1 p ) + K 1 1 1+ KT0 KT0T1 2 p+ p K1 K1 Để F(p)= FMC(p) thì: KT0= 2T1K1 , khi đó: 1 F ( p) = 1 + 2T1 p + 2T12 p 2 Từ đó, ta có hàm hiệu chỉnh: 1 + T2 p R( p) = 2 K 1T1 p b.Trường hợp hệ có hàm truyền: S 0... phân: 1 R( p) = 2 KTs p u Với: Ts = T s =1 ' s c.Trường hợp hệ có hàm truyền: S 0 ( p) = K (1 + T p ). (1 + T p ) 2 u k k =1 ' s s =1 Tức là hàm truyền có dạng là tích của hàm truyền trong hai trường hợp trên thì ta có bộ điều chỉnh PID: 2 R( p) = (1 + T p ) k k =1 K 1 2Ts p d.Trường hợp hệ có hàm truyền: S 0 ( p) = K u ( p. 1 + Ts' p s =1 ) Khi đó ta có bộ điều chỉnh tỷ lệ: Kết luận: 1 R( p) = 2Ts... các hệ thống tự động điều chỉnh, thường định ra các chỉ tiêu chất lượng nhất định đối với sai lệch để đánh giá một hệ thống là tốt hoặc là xấu 1 Tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch (ISE) - Nội dung: chất lượng của hệ thống được đánh giá bởi tích phân sau đây: e ( t ) dt 2 0 Cận trên không xác định thay thế bằng thời gian hữu hạn T đủ lớn sao cho ở t > T thì e(t) đủ nhỏ đến mức có thể bỏ qua Hệ. .. trình quá độ thì bị đánh giá rất nặng + Hệ thống được thiết kế theo tiêu chuẩn này sẽ cho đáp ứng có độ quá điều chỉnh nhỏ và có khả năng làm suy giảm nhanh các dao động trong quá trình điều chỉnh + Thường dùng để thiết kế các hệ thống có yêu cầu số lần dao động ít 1.4 Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh kiểu nối cấp dùng phương pháp hàm chuẩn môđun tối ưu: - Xét hệ thống có cấu trúc chung như hình vẽ:... đầu giảm rất nhanh, do đó có tốc độ đáp ứng phải rất nhanh và kết quả là hệ kém ổn định + Tiêu chuẩn ISE thường áp dụng để thiết kế các hệ thống có yêu cầu cực tiểu hoá tiêu thụ năng lượng 2 Tiêu chuẩn tích phân của tích số giữa thời gian và giá trị tuyệt đối của sai lệch (ITAE) - Nội dung: Theo tiêu chuẩn ITAE, hệ thống tự động điều chỉnh là tối ưu nếu nó làm cực tiểu tích phân sau đây: t e(t )... chỉnh có một bộ điều chỉnh và hệ thống được điều chỉnh bao gồm đối tượng điều chỉnh S0 và mạch vòng phụ, thí dụ; R1 ( p ).S 01 ( p ) F1 ( p ) = R1 ( p ).S 01 ( p ) + 1 F02 ( p ) = S 02 ( p ).F1 ( p ) F0i ( p ) = S 0i ( p ).Fi 1 ( p ) -Việc tổng hợp các bộ điều chỉnh được thực hiện theo từng mạch vòng, từ mạch vòng đầu tiên đến mạch vòng thứ n - Trong hệ thống truyền động điện điều chỉnh, thường sử dụng... = lim{ Fe ( p )} p0 C1- hệ số sai lệch tốc độ; 1 C1 = lim [ Fe ( p) C0 ] p 0 p C2- hệ số sai lệch gia tốc; 1 C 2 = lim 2 [ Fe ( p ) C0 C1 p ] p 0 p Cũng có thể tính E ( p) R( P) C ( P) C ( P) Fe ( p ) = = =1 R( p) R( P) R( P) Nếu viết Fe(P) dưới dạng phân thức Nếu viết Fe(P) dưới dạng phân thức b0 + b1 p + b2 p + + bm p Fe ( P) = 2 n 1 + a1 p + a2 p + + an p 2 Hệ số sai lệch được tính ... lượng điều khi n lại tuân theo chương trình đặt trước 1.2 Những vấn đề chung thiết kế hệ truyền động điện tự động Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ thực tất... ĐL Hình 1-1 Cấu trúc chung hệ điều chỉnh tự động truyền động điện M - Động truyền động thường dùng động điện chiều, xoay chiều không đồng bộ, xoay chiều đồng loại động bước BĐ - Bộ biến đổi... điều chỉnh số lần dao động hệ điều chỉnh tự động truyền động điện, cấu trúc mạch điều khi n, luật điều khi n tham số điều khi n có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ Vì thiết kế hệ ta phải thực toán