bài giảng tổng hợp hệ thống điện cơ

Ch ơng 1: những nguyên tắc cơ bản khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện 1.1.Khái niệm và phân loại 1.1.1.Cấu trúc chung của hệ thống điều chỉnh tự động Tđđ đL T/h đặt T

Tr ờng đại học công nghiệp hà nội

Khoa điện

Ch ơng 1: những nguyên tắc cơ bản khi thiết kế hệ điều

chỉnh tự động truyền động điện

1.1.Khái niệm và phân loại

1.1.1.Cấu trúc chung của hệ thống điều chỉnh tự động Tđđ

đL

T/h đặt

T/h Phản hồi

Hình1-1: Sơ đồ cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tự động

1.1.2 Phân loại

• Phân loại theo động cơ có hệ Tđ một chiều, hệ Tđ xoay chiều

• Phân loại theo tín hiệu điều chỉnh có bộ điều chỉnh t ơng tự và bộ

điều chỉnh số

• Phân loại theo thuật toán điều chỉnh có hệ Tđ thích nghi, hệTđ điều

chỉnh vectơ

1 2.Nh ng vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động T ững vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động T đđ

Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động Tđđ cần ph i đ m b o hệ thực hiện đ ợc ải đảm bảo hệ thực hiện được ải đảm bảo hệ thực hiện được ải đảm bảo hệ thực hiện được tất c các yêu cầu đặt ra, đó là các yêu cầu về công nghệ, các chỉ tiêu chất l ải đảm bảo hệ thực hiện được ợng và yêu cầu về kinh tế Chất l ợng của hệ thống đ ợc thể hiện trong trạng thái động và tĩnh Trạng thái tĩnh yêu cầu quan trọng nhất là độ chính xác

điều chỉnh ối với trạng thái động có các yêu cầu về ổn định và các chỉ tiêu

về chất l ợng động là độ quá điều chỉnh, tốc độ điều chỉnh, thời gian điều

chỉnh và số lần giao động

1.3 ộ chính xác của hệ thống T tự động trong chế độ xác lập và tựa xác lập

ộ chính xác đ ợc đánh giá trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, các sai lệch này phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh sự biến thiên của tín hiệu đặt, ma sát tĩnh,

sự trôi điểm không, sự già hoá v.v…

Các thành phần quá độ của C(t) phụ thuộc vào đặc tính của mạch vòng điều chỉnh và vào tín hiệu điều khiển.

Xét R(t) và Ni(t) th a mãn điều kiện Mc.Laurin, sai lệch e(t)= R(t)- C(t) có ỏa mãn điều kiện Mc.Laurin, sai lệch e(t)= R(t)- C(t) có thể viết

i n i iNn

n Nn

1 n

Nn 0

i 1 i 1 iN

1 1

N 1 1

1 N 0

i

i i 2

2 2 1

0

dt

t N d C

dt

t dN C

t N C

dt

t N d C

dt

t dN C

t N C

dt

t R d C dt

t R d C dt

t dR C

t R C t

e

) (

) ( )

(

) (

) ( )

(

) (

) ( )

( )

( )

1.4 Tæng hîp c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh kiÓu nèi cÊp dïng ph ¬ng ph¸p hµm chuÈn m«®un tèi u.

1.4.1 Một số chú ý cơ b n tr ớc khi tổng hợp mạch vòng nối cấp ản trước khi tổng hợp mạch vòng nối cấp

Trong tr ờng hợp chung hàm truyền của đối t ợng có dạng

) (

).

(

) (

)

(

pT1p

T1p

epT1

Kp

S

s

u 1 s k

v 1 k i

p T j

m 1 j 0

Trong kỹ thuật truyền động điện có thể bỏ qua các hằng số thời gian nhỏ hơn 1

Việc tổng hợp các bộ điều chỉnh đ ợc thực hiện theo từng mạch vòng, từ vòng đầu tiên

đến mạch vòng thứ n

Thực chất của việc tổng hợp bộ điều chỉnh là đi tim cấu trúc và bộ tham số tối u cho bộ

điều chỉnh theo một tiêu chuẩn nào đó để đạt đ ợc chất l ợng cho hệ thống điều khiển

1.4.2 áp dụng các tiêu chuẩn tối u để tổng hợp thông số

1.4.2.1 áp dụng tiêu chuẩn môdun tối u

Nội dung tiêu chuẩn:

ở hệ thống kín, khi tần số tiến đến vô hạn thi môđun của đặc tính tần số – biên

độ ph i tiến đến không Vi thế ở d i tần thấp nhất, hàm truyền ph i đạt đ ợc điều ải đảm bảo hệ thực hiện được ải đảm bảo hệ thực hiện được ải đảm bảo hệ thực hiện được kiện

F ( j  )  1

Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn môđun tối u

2 2 MC

p2p21

1p

ặc tính tần và đặc tính quá độ của hàm chuẩn

4,7 8,4

F(j)

 0

a)

b)

Tiêu chuẩn môđun tối u hiệu

chỉnh lại đặc tính tần số ở vùng

tần số thấp và trung binh,

không đ m b o tr ớc tính ổn ải đảm bảo hệ thực hiện được ải đảm bảo hệ thực hiện được

định của hệ thống Do đó sau

khi áp dụng cần ph i kiểm tra ải đảm bảo hệ thực hiện được

sự ổn định của hệ thống

Ví dụ áp dụng:

1 ối t ợng điều chỉnh là hệ h u sai có hàm truyền ững vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động T

) )(

(

)

(

p T 1 p T 1

K p

S

2 1

1 0





 Với T1 > T2Tim bộ điều chỉnh R(p) theo tiêu chuẩn môđun tối u

Từ sơ đồ cấu trúc ta tính đ ợc hàm truyền hệ kín

) ( ).

(

) ( ).

( )

(

pSpR1

pSp

Rp

)

( )

( )

( )

( ).

(

) ( ).

( )

(

p F

1 p S

p

F p

R p

F p

S p R 1

p S p

R p

F

MC 0

MC MC

.

) )(

( ) (

p 2 K

P T 1 p T

1 p

1 p 2 p S

1 p

R

1

2 1

p T K 2

p T

1 )

p (

R

1 1

1p 2T pT

21

1p

2 èi t îng ®iÒu chØnh lµ hÖ cã hµm truyÒn

) (

)

(

'

p T 1

K p

S

s

u 1 s

pT1

Kp

T1

Kp

S

s s

u 1 s

pKT2

1p

R

s



) ( cã cÊu tróc cña bé ®iÒu chØnh tÝch ph©n

3 èi t îng ®iÒu chØnh cã hµm truyÒn

) (

T1

Kp

S

s

u 1 s k

2 1 k

s s

u 1 s

0

KT 2

1 p

R p

T 1 p

K p

u 1 s

0

KT2

Tp1

p

Rp

T1Tp

1p

Kp

( ) (

)

(

'

Nhận xét: Cấu trúc và tham số của bộ điều chỉnh phụ thuộc vào hàm

truyền của đối t ợng điều chỉnh S0(p)

1.4.2.2 áp dụng tiêu chuẩn tối u đối xứng

Nội dung tiêu chuẩn:

• Tiêu chuẩn tối u đối xứng th ờng áp dụng để tổng hợp các bộ

điều chỉnh trong mạch có yêu cầu vô sai cấp cao

• Hàm chuẩn tối u đối xứng có dạng

3 3 2

2 DX

p8p

8p41

p41p

3,1 16,5

VÝ dô ¸p dông:

1 èi t îng ®iÒu chØnh cã hµm truyÒn

) (

)

(

s 1

1 0

pT 1

pT

K p

Từ sơ đồ cấu trúc ta tính đ ợc hàm truyền hệ kín

) ( ).

(

) ( ).

( )

(

p S p R 1

p S p R p

) ( )

( )

( )

( ).

(

) ( ).

( )

(

p F 1 p S

p F p

R p

F p

S p R 1

p S p R p

F

DX 0

DX DX

.

) )(

( )

( ).

(

)

(

p1

p8K

p41PT1p

Tp

1p8pS

p41p

1

s 1

2 2

T K 8

p T 4 1 p

s 1

s





) ( Có cấu trúc của bộ PI

Vµ hµm truyÒn cña hÖ kÝn thu ® îc

3 3 s 2

2 s s

s

p T 8 p T 8 p T 4 1

p T 4 1 p

2 èi t îng ®iÒu chØnh cã hµm truyÒn

p T

T K 8

p T 1 p T 4 1 p

R p

R p

T 1 p T 1 pT

K p

S

1

2 s 1

2 s

s 2

1

1 0

) )(

( ) ( )

( )

Kiểm tra điều kiệnCâu 1: Phân tích nguyên lý điều chỉnh tốc độ của sơ đồ cấu trúc sau

Chỉnh

l u ĐK

Động cơ DC

Đo tốc đô

p 003 , 0 1 )(

p 002 , 0 1 )(

p 2 , 0 1

0( p )

p 001 , 0 1

1 ,

0

i( p )

R(p) S0(p)

1 1

Ch ơng 2 Một số phần tử tự động trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện

2.1 khuếch đại thuật toan

Khuếch đại thuật toỏn là phần tử cơ bản để xõy dựng mạch tương tự

Ký hiệu khuếch đại thuật toán

+

-

-+

Đầu ra

Đầu vào

H2.1: Ký hiệu KĐTT

Tính chất và tham số cơ b n của K TT ải đảm bảo hệ thực hiện được

4.      Gi i tần 0 ải đảm bảo hệ thực hiện được  

5.      i m trôi điêm không bằng không ểm trôi điêm không bằng không

6 Tuyến tính và đối xứng

2.2.Các mạch cơ b n dùng khuếch đại thuật toán ản trước khi tổng hợp mạch vòng nối cấp

2.2.1.Mạch cộng tín hiệu

+ -

(

n

n b

b a

1

a 1 2

2

R

U R

U R

U R

Nếu ta chọn R1a = R1b = … = R1n = R2 thi ta cộng các tín hiệu điện áp

U2 = -(U1a + U1b +… + U1n)

2.2.2 Mạch lặp điện áp

+ -

H2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch lặp

điều khiển ( tr ớc đầu vào của mạch so sánh

trong mạch mạch điều khiển chỉnh l u)

Mạch lặp hay dùng để lặp các tín hiệu

2.2.3.Mạch đ o tín hiệu ản trước khi tổng hợp mạch vòng nối cấp

+ -

2.2.4.Mạch so sánh

+ -

H2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh

U1 R

U2R

2.3 Các bộ điều chỉnh

Bộ điều chỉnh là một trong các phần tử quan trọng nhất trong hệ điều chỉnh

tự động T bởi vi nó đ m b o chất l ợng động và tĩnh của hệải đảm bảo hệ thực hiện được ải đảm bảo hệ thực hiện được

Bộ điều chỉnh có hai nhiệm vụ

1.      Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ của hệ

2 Tạo hàm điều khiển đ m b o chất l ợng động và tĩnh của hệải đảm bảo hệ thực hiện được ải đảm bảo hệ thực hiện được

Tuỳ theo loại tín hiệu điều khiển mà ta có các bộ điều chỉnh t ơng tự, bộ

điều chỉnh xung và bộ điều khiển số

2.3.1.Một số bộ điều chỉnh t ơng tự

2.3.1.1.Bộ điều chỉnh tỷ lệ P

H2.8: Sơ đồ mạch nguyên lý

+ -

Hàm truyền đạt của bộ điều chỉnh

R 1

2 1

2 p

R

RU

U



) ( U2=KR.U1

2.3.1.2.Bộ điều chỉnh tích phân (I)

H2.10: Sơ đồ mạch nguyên lý

+ -

2

R

p

1R

pC

1p

thời gian tích phâ