Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn chi tiết. cụ thể môn Lý thuyết điều khiển tự động 1, đề số 6 hệ thống điện cơ dùng để ổn định và điều khiển tháp pháo trên mặt phẳng nằm ngang trên xe tăng, có kèm file matlab và hình ảnh. Dành cho mọi đối tượng từ tham khảo tới copy
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BÀI TẬP LỚN MÔN: Lý thuyết điều khiển tự động Đề số 2: Hệ thống điện dùng để ổn định điều khiển tháp pháo m ặt phẳng nằm ngang (β) xe tăng Bộ số liệu 17 Giáo viên hướng dẫn: Trương Xuân Tùng Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Tài Lớp: ĐTVT18 Hà Nội 2018 Mục Lục Lời mở đầu ……………………………………………………………………………………………………………………… A Đề bài: …………………………………………………………………………………………………………………………… B Các bước tiến hành ………………………………………………………………………………………………… I Nguyên lý làm việc: …………………………………………………………………………………………… II Sơ đồ khối hàm số truyền hệ thống ……………………………………………… Sơ đồ khối chức phần tử …………………………………………… Sơ đồ chức ………………………………………………………………………………………………… Sơ đồ cấu trúc ……………………………………………………………………………………………………… Hàm số truyền hệ thống ………………………………………………………………………… Hàm số truyền phần tử …………………………………… …………………… Hàm số truyền hệ hở……………………………………………….……………………………… … Hàm số truyền hệ kín…………………………………………………………………….…………… III Khảo sát tính ổn định ………………………………………………………………………………………… Khảo sát tính ổn định hệ thống mạch hở……………………………………… Khảo sát tính ổn địnhcủa hệ thống mạch kín……………………………………… IV Xây dựng đặc tính tần số Logarit ……………………………… ………………… ………… 10 V Xây dựng đặc tính tần số Logarit đặc tính pha mong muốn Lmm(ω) …………………………………………………………………………………………………………………………… 12 Phần tần số thấp……………………………………………………………………………………………… 12 Phần tần số trung……………………………………………………………………………………… …… 13 Phần tần số cao………………………………………………………………………………………….……… 13 VI Tính tốn cấu hiệu chỉnh………………………………………………………………….……… 14 VII Hệ thống sau hiệu chỉnh…………………………………………………….…………… 17 C Kết luận………………………………………………………………………………………………………………………… 18 D Tài liệu tham khảo:……………………………………………………………………………….…………… … 18 Lời mở đầu Hệ thống điều khiên tự đông từ đời khăng định đươc vai tro chúng nhiều linh vực đời sống Sự phát triên vu bão cuôc cách mạng khoa hoc- ki thuật, đặc biệt cuôc cách mạng công nghệ 4.0 tạo đươc điều kiện cho H ệ thống điều khiên tự đơng (HTĐKTD) ngày hồn thiện đại đồng thời cung tạo ngày nhiều hệ thống điều khiên (HTĐK) khác Nhờ khả ứng dụng rông rãi HTĐKTĐ, bên cạnh linh vực đời sống, hệ th ống điều khiên điều chỉnh tự đ ông đươc sử dụng rông rãi linh vực quân Cụ thê ky thuật điều khiên trang thiết bị vu khí, khí tài quân Tr ước đây, h ệ th ống đươc xây dựng từ phần tử truyền thống, đo phần tử c ần tác đông liên tục (chiết áp, quay, khuyếch đại điện tử, đông c điện ) Ngày nay, với phát tri ên ky thuật số máy tính ện tử, hệ th ống đươc số hoa s d ụng máy tính số nh m ơt khâu xử lý tín hiệu trinh điều khiên Trong phạm vi tập lớn tơi sử dụng đặc tính tần số Logarit đê khảo sát, tính tốn thực hiệu chỉnh môt hệ thống “điện dùng để ổn định điều khiển tháp pháo mặt phẳng nằm ngang (β) xe tăng” Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Trương Xuân Tùng tận tinh giảng dạy giúp tơi co thê hồn thành nôi dung hoc lý thuyết cung tập lớn môn Lý thuyết điều khiên tự đông A Đề Sơ đồ nguyên lý: +E ~3x 36V ~36V 400HZ 400HZ KĐ ĐT CQ Tháp pháo P1 R2 ĐT P R1 BAQ KĐMĐ KĐR ĐCCH Trong đo: CQ : Con quay ba bậc tự dùng đê đo lường goc sai lệch tháp pháo BAQ : Biến áp quay biến đổi tín hiệu goc sai lệch thành ện áp xoay chiều KĐĐT: Khuếch đại điện tử nhạy pha dùng đê khuếch đại s bơ tín hiệu sai lệch KĐR : Khuếch đại rơle đê khuếch đại tín hiệu sai lệch KĐMĐ : Khuếch đại máy điện dùng đê khuếch đại tín hiệu m ặt công suất ĐCCH : Đông chấp hành điện môt chiều ĐT : Cơ cấu đổi tốc ĐTĐC : Đối tương điều chỉnh Các thông số cho trước phần tử hệ thống: Tên phần tử CQ Kí hiệu Kcq thơng số thứ ngun [®é/ ®é] Kí hiệu K1 BAQ Kbaq [V/®é ] K3 KĐĐT Kk® Tk® ®t ®t [mA/V ] K4 KĐR KĐMĐ ĐCCH Kk®r Kkđmđ Tkđmđ Kđc Tđc Kđt=1/i [mA/mA] [V/ma] [sec] [độ/V] [sec ] [®é/® é] K5 T2 K6 T3 K7 [sec] T1 ĐT K2 Giá trị tra theo bảng 70 240 0.00 1.5 2.8 0.02 0.1 0.00 Khảo sát hệ thống ĐCTĐ tổng hơp cấu hiệu chỉnh đê h ệ th ống thoả yêu cầu tiêu chất lương sau: - Điều khiên tháp pháo với tốc đô cực đại: Vmax=32(mm/s), sai số không =0.14 (mm/s) - Các tiêu chất lương trinh đô: δmax=30(%), tđc=1.1(s), n=2 B Các bước tiến hành I Nguyên lý làm việc - Hệ thống làm việc dựa nguyên lý sai lệch Khi đặt goc quay cho tháp pháo, đồng thời quay ba bậc tự đặt tháp pháo đo goc lệch mặt phăng β, truyền tín hiệu ngươc lại đầu vào cho biết vị trí thực tế tháp pháo tạo tín hiệu goc sai lệch, biến áp quay biến đổi goc sai lệch thành tín hiệu điện xoay chiều, goc lệch lớn mức điện áp cao - Do tín hiệu điện ban đầu nhỏ, tín hiệu điện đươc đưa t ới b ô khuyếch đại điện tử nhạy pha đê khuếch đại sơ bơ Tín hiệu tiếp tục đươc khuếch đại đê đáp ứng mức tín hiệu cần thiết cho tầng - Tín hiệu đưa tới đơng chấp hành (ĐCCH), qua bô đổi tốc thực điều chỉnh tháp pháo - Khi mức tín hiệu sai lệch “0” hệ thống đạt đươc goc quay mong muốn II Sơ đồ khối hàm số truyền hệ thống Sơ đồ khối chức phần tử CCCT: cấu chương trinh, nhiệm vụ tạo quy luật thay đổi mong muốn tín hiệu vào ĐLSS - Đo lường so sánh quay ba bậc tự co tác dụng đo lường goc sai lệch tháp pháo mặt nằm ngang ĐLBĐ – Đo lường biến đổi (biến áp quay) dùng đê biến đổi tín hiệu goc sai lệch thành điện áp xoay chiều KĐĐT - Khuếch đại điện tử nhạy pha dùng đê khuếch đại sơ bơ tín hiệu sai lệch KĐR - Khuếch đại rơ le tiếp tục khuếch đại tín hiệu sai lệch KĐMĐ - Khuếch đại máy điện co tác dụng khuếch đại tín hiệu mặt cơng suất ĐCCH - Đông chấp hành điện môt chiều ĐT - Cơ cấu đổi tốc ĐTĐC - Đối tương điều chỉnh (Tháp pháo) Sơ đồ chức Trong đo: CCCT: cấu chương trinh, nhiệm vụ tạo quy luật thay đổi mong muốn tín hiệu vào CQ: cấu đo lường so sánh, cấu tạo tín hiệu sai lệch BAQ: biến đổi lương sai lệch thành mơt dạng tín hiệu KĐĐT: khuếch đại sơ bơ tín hiệu sai lệch đảm bảo mức tín hiệu đủ lớn cho tầng KĐ KĐR: khuếch đại tín hiệu sai lệch KĐMĐ: khuếch đại cơng suất thực chức biến đổi tín hiệu cho phù hơp với làm việc phần tử đứng sau no ĐCCH: cấu chấp hành tạo tác đông điều khiên,tác đông tr ực tiếp lên đối tương điều khiên nhằm bảo đảm thay đổi quy luật điều khiên mong muốn ĐT: Cơ cấu đổi tốc ĐTĐC: đối tương điều chỉnh thiết bị mà c ần phải ều khiên điều chỉnh tham số chúng, tháp pháo Sơ đồ cấu trúc Hàm số truyền hệ thống Hàm số truyền phần tử: - Phần tử ĐLSS: W1 = K1 - Phần tử ĐLBĐ: W2 = K3 - Phần tử KĐĐT: W3 = - Phần tử KĐR: W4 = K2 - Phần tử KĐMĐ: W5 = - Phần tử ĐCCH: W6 = - Phần tử ĐT: W7 = K7 Hàm số truyền hệ hở: Wh (p) = = = Với: K=141.12 N(p)= Hàm số truyền hệ kín: Với N(p) đa thức đặc trưng hệ thống hở, D(p) đa thức đặc tr ưng hệ thống kín III Khảo sát tính ổn định Khảo sát tính ổn định HST hệ thống hở Cho N(p)=0 ta đươc phương trinh đặc trưng hệ thống mạch hở: p(T1p+1)(T2p+1)(T3p+1) = ⇔p(0.006p+1)(0.025p+1)(0.11p+1) = Phương trinh co nghiệm: p1=0; p2= < 0; p3=-40 a1 = > a2 = >0 a3 = > a4 = > Ta co ma trận Hurwitz: H= 1 = a1 = > 2 == a1a2 - a0a3 = > 3 == a32 - a1= < 4 = a43 = -0.18839 < Ta thấy 3 < 0; 4 < mà điều kiện đê hệ thống ổn định là: Do đo hệ thống kín cho không ổn định Vi ta phải tiến hành hi ệu chỉnh đê đưa hệ thống mức ổn định Đặc tính độ hệ thống kín ban đầu: IV Xây dựng đặc tính tần số Logarit Từ hàm số truyền hệ hở: Wh (p) = Ta thấy hệ thống gồm: - Môt khâu khuếch đại: Kkđ(p) = 141.12 10 - Mơt khâu tích phân: Ktp(p) = - Ba khâu quán tính: K1(p) = K2(p) = K3(p) = Các khâu đươc mắc nối tiếp với Tương ứng với khâu ta co đặc tính biên Logarit lần lươt là: L1(ω);L2(ω);L3(ω);L4(ω);L5(ω) Các tần số gập tương ứng: ωg1 = (sec-1) ωg2 = (sec-1) ω g3 = (sec-1) Thay p=jω ta đươc đặc tính tần số pha hệ hở: Wh(j== Ah( Ah(= Đặc tính biên tần số Logarit co dạng: Lh( Đặc tính tần số Logarit Khâu khuếch đại: L1(ω)= 141.12 Đường đặc tính L1(ω) đườg thăng song song với trục hoành, cắt trục tung điêm co toa đô 20lg(141.12) Đường đặc tính φ1(ω) trùng với trục hồnh Khâu tích phân: L2 Đường đặc tính L2 đường thăng co nghiêng -20dB/dc, cắt trục hoành điêm ω=1 Vi: ωg3 < ωg2 < ωg1 ⇔ 9.09 < 40 < 166.6 nên ta co Khâu quán tính thứ nhất: L3 Dựng L3 phương pháp tiệm cận o o o o Lấy L3 Bởi vi Lấy L3khi Bởi vi 11 Với giá trị đặc tính trùng với trục hồnh Tại tần số gập đặc tính gập xuống với nghiêng -20dB/dc Khâu quán tính thứ hai: L4 Dựng L4 phương pháp tiệm cận o o o o Lấy L4 Bởi vi Lấy L4khi Bởi vi Với giá trị đặc tính trùng với trục hồnh Tại tần số gập đặc tính gập xuống với nghiêng -20dB/dc Khâu quán tính thứ ba: L5 Dựng L5 phương pháp tiệm cận: o o o o Lấy L5 Bởi vi Lấy L3khi Bởi vi Với giá trị đặc tính trùng với trục hồnh Tại tần số gập đặc tính gập xuống với nghiêng -20dB/dc Nhận xét: Do ảnh hưởng khâu khuếch đại, đường đặc tính điêm co tung 20lg141.12 42.99 (dB) Trong khoảng tần số 1: Do đặc tuyến khâu tích phân, đường đặc tính nghiêng với đô dốc -20dB/dc Trong khoảng tần số : Do ảnh hưởng khâu quán tính co số thời gian T=0.11[sec], đường đặc tính nghiêng thêm -20dB/dc Đô dốc tổng hơp -40dB/dc Trong khoảng tần số : Do ảnh hưởng khâu quán tính co số thời gian T=0.025[sec], đường đặc tính nghiêng thêm -20dB/dc Đô dốc tổng hơp -60dB/dc 12 Trong khoảng tần số: Do ảnh hưởng khâu quán tính co số thời gian T=0.006[sec], đường đặc tính nghiêng thêm -20dB/dc Đơ dốc tổng hơp -80dB/dc V Xây đựng đặc tính tần số Logarit đặc tính pha mong muốn Lm(ω) Ta hiệu chỉnh hệ thống với yêu cầu cho trước sau: Tốc đô cực đại: Vmax=32(mm/s), sai số không v =0.14 (mm/s) Các tiêu chất lương trinh đô: δmax=30(%), tđc=1.1(s), n=2 Hệ thống co mơt khâu tích phân, đo bậc phiếm tinh hệ thống ν = Hệ số truyền K hệ thống phải thoả mãn: Kv = 228.57; ⟹ Ta chon Km = 230 Phần tần số thấp Khoảng tần số thấp tính từ tần số tối thiêu đến tần số liên h ơp Khoảng tần số đặc tính tần số biên Logarit tương ứng với trạng thái xác lập đặc tính q Như ta biết, sai s ố tr ạng thái xác lập phụ thuôc vào hệ số truyền K bậc phiếm tinh hệ thống mạch hở Phương trinh đặc tính Lm() co dạng: Lm() = 20lg(230)- 20lg Đơ nghiêng đoạn đặc tính tần số thấp -20db/dc Và đo ạn đặc tính qua điêm co toạ đô = 1, Lm( =1) = 20lgKm = 20lg230 47.2 Phần tần số trung (sec-1) Chon Tần số gập : (s) - Tần số gập 13 ⟹ - Tần số gập : =>(sec-1) = 0.05 (s) Phần tần số cao Đặc tính phần tương ứng với quãng đầu q trinh q đơ, ảnh hưởng đến hinh dạng đặc tính mong muốn, đê tránh phức tạp, dựng đặc tính mong muốn co nghiêng đặc tính đầu chưa hiệu chỉnh Đê giảm chỉnh, cần tăng đô rông vùng trung tần, tr ường h ơp ta chon T3m = T2bđ = 0.025s T4m = T1bđ = 0.006s Vậy hàm truyền mong muốn co dạng : VI Tính tốn cấu hiệu chỉnh Ta xây dựng cấu hiệu chỉnh nối tiếp cho hệ thống hở đê đảm bảo yêu cầu chất lương đươc đặt Sau mắc cấu hiệu chỉnh thi hàm số truyền hệ thống mạch hở đươc xác định biêu thức: Wm(p) =Wbđ(p).Whc(p) (6.1) Wm(p) - hàm số truyền mong muốn cho hệ thống Wbđ(p)- hàm số truyền hệ thống ban đầu Whc(p) - hàm số truyền cấu hiệu chỉnh nối tiếp Từ công thức (6.1) chuyên sang hàm số truyền tần số ta co: 14 Wm(j) =Whc(j).Wbđ(j) (6.2) Và chuyên sang đặc tính biên tần số loga: Lm(j) =Lhc(j)+Lbđ(j) Lhc(j) =Lm(j) – Lbđ(j) (6.3) Đặc tính tần số ban đầu : Đặc tính tần số mong muốn : 15 Khi co Lbđ()và Lm() đê tiến hành xây dựng đường Lhc(), ta sử dụng phương pháp trừ đồ thị cho vi L hc()= Lm()- Lbđ()bằng cách đo ta xây dựng đươc Lhc() co dạng : Dựa vào Lbđ() Lm() ta tim hàm số truyền khâu hiệu chỉnh nối tiếp: 16 Co thê tim Lhc() = Lm() – Lbđ() sau đo tim hàm truyền khâu nối tiếp Co thê từ Lm() tim hàm truyền Wm(p) Whc() = Ta co: Wbđ(p)= với Khc = ==1.63; T2m= 0.42s T1m = 14.3s T2bđ = 0.025s T3bđ = 0.11s VII Hệ thống sau hiệu chỉnh Mắc khâu hiệu chỉnh dạng nối tiếp, ta đươc sơ đồ khối : Sau hiệu chỉnh thi hệ thống gồm Wbđ(p)mắc nối tiếp với Whc(p) Do đo hàm số truyền sau hiệu chỉnh Wm(p) = Wbđ(p).Whc(p) tức là: Sau hiệu chỉnh hệ thống bao gồm khâu sau: Khâu khuyếch đại K=230, khâu tích phân W 1(p)= , khâu vi phân bậc mơt W2(p) = 0.42p +1 Và khâu qn tính W3(p)= ; W4(p)= ; W5(p)= ; W6(p) = Đặc tính độ hệ thống sau hiệu chỉnh : 17 Nhận xét: Quan sát đặc tính q hệ thống sau hiệu chỉnh ta thấy: Số lần dao đông : n = Đô chỉnh : Thời gian điều chỉnh: tđc =1.1(s) Từ đồ thị ta thấy hệ thống sau hiệu chỉnh thỏa mãn tiêu chất lương theo yêu cầu đề C.Kết luận Hệ thống “Điện dùng để ổn định điều khiển tháp pháo mặt phẳng nằm ngang () xe tăng.” với tham số cho ban đầu hệ thống ổn định chưa đạt đươc tiêu chất lương đề Sau tính tốn, xây dựng sơ đồ hiệu chỉnh thực hiệu chỉnh cấu hiệu chỉnh nối tiếp ta thu đươc hệ thống tương đối ổn định qua khảo sát chất lương đạt đươc gần với tiêu chất lương đề D Tài liệu tham khảo Giáo trinh Lý thuyết Điều khiên tự đông (Nguyễn Tăng Cường) Hướng dẫn làm tập lớn môn hoc Lý thuyết điều chỉnh tự đông – Khảo sát tính tốn hệ thống ĐCTĐ liên tục, tuyến tính (HVKTQS) Tài liệu thí nghiệm Lý thuyết điều khiên tự đông (HVKTQS) 18 19