Tiểu luận - đề tài - Hệ thống bám điện cơ dùng xenxin

Đề bài:Hệ thống bám điện cơ dùng xenxin

A) Mở đầu

1) Sơ đồ hệ thống:

Trong đó:

- CCCT: Cơ cấu chương trình dùng để tạo tín hiệu vào dưới dạng góc quay αvào

- HTXX: hệ thống xenxin bao gồm xenxin phát( XX-P) và xenxin thu( XX-T)

- KĐĐT: Khuyếch đại điện tử

- KĐMĐ: Khuyếch đại máy điện

- ĐCCH: Động cơ chấp hành điện 1 chiều

- ĐT: Cơ cấu đổi tốc

-ĐTĐC: Đối tượng điều chỉnh

2) Các thông số cho trước của các phần tử trong hệ thống

HTXX KĐĐT KĐMĐ ĐCCH ĐT CCCT

- Sơ đồ khối là sơ đồ trên đó trình bày các phần tử, cơ cấu của hệ thống ĐCTĐ

dưới dạng các ô chữ nhật trên đó ghi tên của các phần tử, cơ cấu đó và chiều truyềntín hiệu dưới dạng mũi tên

- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đã cho như sau:

2) Sơ đồ chức năng

- CCCT: Cơ cấu chương trình

- ĐLBĐ: Đo lường biến đổi của xenxin biến áp

- KĐSB: Khuyếch đại sơ bộ

- KĐCS: Khuyếch đại công suất

- ĐCCH: Động cơ chấp hành

- BĐ: Biến đổi

- ĐTĐC: Đối tượng điều chỉnh

3) Thuyết minh nguyên lý làm việc

- Nguyên lý làm việc của hệ thống bám điện cơ dùng xenxin:

Hệ thống xenxin sử dụng xenxin phát( XX-P) và xenxin thu( XX-T) làm việc

ở chế độ biến áp để đo sai lệch góc giữa trục phát và trục thu là Δα = αvào – αthu, biếnđổi thành điện áp ra của hệ thống xenxin Uxx

Điện áp Uxx được đưa đến bộ khuyếch đại điện tử (KĐĐT) tín hiệu được khuyếch đại sơ bộ tạo thành dòng điện I điều khiển chạy trong cuộn dây điều khiểncủa bộ khuyếch đại máy điện (KĐMĐ)

Bộ khuyếch đại máy điện (KĐMĐ) có vai trò khuyếch đại công suất và đầu

ra là điện áp U điều khiển động cơ chấp hành (ĐCCH) làm việc

Động cơ chấp hành (ĐCCH) quay qua hộp đổi tốc (ĐT) làm đối tượng chấp hành (ĐTCH) quay, đồng thời qua trục phản hồi cơ khí roto của XX-T cũng quay làm cho góc lệch giảm dần

Quá trình điều khiển kết thúc khi ĐCCH và roto của XX-T cùng quay góc α ( αvào = αra) Δα = 0 Đây là chế độ làm việc khử sai lệch của hệ thống đảm bảo ĐCCH có thể quay theo 2 chiều khác nhau( thuận và ngược chiều kim đồng hồ )

- Đầu vào αvào , đầu ra αra qua cơ cấu so sánh ta có sai số Δα = αvào - αra

- Cơ cấu đo lường biến đổi của xenxin biến áp là 1 khâu không quán tính với lượngvào là αvào và đầu ra là Uxx có hàm số truyền là

- Động cơ chấp hành (ĐCCH) là 1 khâu tích phân quán tính với đầu vào U và đầu

ra β( góc quay của động cơ chấp hành) ta có hàm truyền :

W5(s)= α ra ( s)

β ( s) = KDT (5)

2) Lập sơ đồ cấu trúc:

Sơ đồ cấu trúc miêu tả về mặt toán học những tính chất động học của các phần tử

và mối liên hệ trong quá trình truyền và biến đổi tín hiệu trong các mạch kín của hệthống ĐCTĐ

 Theo sơ đồ ta tính được hàm số truyền mạch hở:

 Khái niệm: Hàm số truyền hệ thống kín, ký hiệu là WK(p) là tỉ số của lượng

ra trên lượng vào trong hệ thống mạch kín và coi các tác động khác bằng không

 Hàm truyền của hệ thống kín: Từ hàm truyền của hệ thống hở ta có hàm truyền của hệ thống kín

 Theo tiêu chuẩn Hurwitz thì hệ thống hở nằm trên biên giới ổn định

 Sơ đồ cấu trúc hệ thống hở trên Matlab- Simulink

 Mô phỏng đáp ứng h(t) kh chưa hiệu chỉnh với tín hiệu vào = 1 Ta có:

 Nhận xét: Đáp ứng tiến tới vô hạn theo thời gian.Kết quả trên giống với quá trình khảo sát tính ổn định của hệ thống hở

2) Tính ổn định của hệ thống kín

 Hàm truyền của hệ thống kín ký hiệu WK(p):

0 0 91.2 0

 Mô phỏng đáp ứng h(t) khi chưa hiệu chỉnh với tín hiệu vào = 1 Ta có:

 Nhận xét: Đáp ứng quá độ tăng vô hạn theo thời gian, hệ thống kín không

ổn định Kết quả mô phỏng trên giống với quá trình khảo sát tính ổn địnhcủa hệ kín

Hệ thống ĐCTĐ kín không ổn định, vậy ta phải hiệu chỉnh để hệ thống hoạtđộng ổn định

3) Kết luận

 Hệ hở của hệ thống nằm ở biên giới ổn định, còn hệ kín không ổn định Vìvậy chúng ta phải hiệu chỉnh để hệ thống hoạt động ổn định.

IV) Xây dựng đặc tính tần số biên độ loga L bđ(ω) và biên độ pha φbđ(ω)

1) Xây dựng Lbđ(ω) và φbđ(ω) theo phương pháp tiệm cận

 Đặc tính biên độ tần số loga ban đầu của hệ thống :

Lbđ(ω) = 20log(91.2) – 20log(0.004ω) – 20log(0.01ω) – 20log(ω) – 20log(0.13 ω)

 Đặc tính pha loga của hệ thống:

 Xây dựng ĐTTSBĐ loga trên miền ω<ωg3 = 7.6923

Biểu thức ĐTTS biên độ loga L(ω) xấp xỉ:

Lbđ(ω) = 20log(91.2) – 20log(ω)

Đặc tính tần số biên độ loga trong miền tần số này chính là đặc tínhtần số biên độ loga của khâu không quán tính và khâu tích phân, đặctính có độ nghiêng (-20 dB/dk), đi qua điểm ω =1,

Lbđ(ω) = 20log(91.2) = 39.2

 Xây dựng ĐTTSBĐ loga trên miền ωg3 = 7.6923<ω <ωg2 = 100

Biểu thức ĐTTS biên độ loga L(ω) xấp xỉ:

Lbđ(ω) = 20log(91.2) – 20log(ω) – 20log(0.13 ω)

Do ảnh hưởng của khâu quán tính với T3= 0.13(s) nên đặc tính có độ nghiêng thêm -20dB/dk Khi này, tổng độ nghiêng của đặc tính là -40 db/dk

 Xây dựng ĐTTSBĐ loga trên miền ωg2 = 100 <ω <ωg1= 250

Biểu thức ĐTTS biên độ loga L(ω) xấp xỉ:

Lbđ(ω) = 20log(91.2)– 20log(0.01ω) – 20log(ω) – 20log(0.13 ω)

Do ảnh hưởng của khâu quán tính với hằng số thời gian T2 = 0,01(s),nên đặc tính nghiêng thêm -20dB/dk Khi này là có độ nghiêng tổngcộng là -60 dB/dk

 Xây dựng ĐTTSBĐ loga trên miền ωg1= 250 <ω

Biểu thức ĐTTS biên độ loga L(ω) xấp xỉ:

Lbđ(ω) = 20log(91.2) – 20log(0.004ω) – 20log(0.01ω) – 20log(ω) – 20log(0.13 ω)

Do ảnh hưởng của khâu quán tính với hằng số thời gian T1= 0,004 (s), nên đặc tính nghiêng thêm -20dB/dk tức là có tổng độ nghiêng là -

80 dB/dk

 Vậy ta có đặc tính L bđ(ω) tiệm cận như hình vẽ

Dùng phần mềm Matlab- Simulink ta vẽ các đặc tính tần số biên độ loga

Lbđ(ω) và đặc tính tần số pha loga φbđ(ω) của hệ thống với lệnh sau:

Bode(w)

Kết quả các đặc tính biên độ và pha loga như sau:

 Nhận xét:Từ ĐTTS Lbđ(ω) theo phương pháp tiệm cận trên hình vẽ và ĐTTS Lbđ(ω) theo phương pháp dùng máy tính, nhận thấy đường đặc tính của Lbđ(ω) theo 2 cách dựng là như xấp xỉ nhau Sai số phương pháp tiệm cận nằm trong giới hạn cho phép

V) Tính toán tham số và xây dựng đặc tính biên độ tần số loga mong muốn Lmm(ω)

1) Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ thống:

2) Xây dựng Lmm(ω) theo các chỉ tiêu đánh giá chất lượng chất lượng hệ thống

- Tính toán mối liên hệ giữa các chỉ tiêu chất lượng của quá trình

quá độ với tần số cắt và độ dự trữ ổn định theo pha:

- Đặc tính quá độ của hệ thống mong muốn:

Độ dự trữ biên độ logarit ∆L = 23.1(dB)

Độ dự trữ pha ∆ω = 1170

3) Xây dựng đặc tuyến tần số của khâu hiệu chỉnh

Lhcnt = Lm(s) – Lbđ(s)

Thực hiện trừ đồ thị ta nhận được đặc tính tần số logarit của khâu hiệu chỉnh do

đó ta nhận được hàm số truyền khâu hiệu chỉnh là:

4) Chọn khâu hiệu chỉnh thực hiện hóa trong hệ thống:

- Ta chọn các khâu tích phân và vi phân để thực hiện hiệu chỉnh:

a) Khâu tích phân

1 1+R vp 2

R vp 1+R vp 3

R vp 1 = K m

K bđ = 2.41

T1vp = 0.13(s); T2vp = 0.00859(s); Kvp = 0.0628

VII) Phân tích kiểm tra chất lượng hệ thống

Hàm số truyền của khâu hiệu chỉnh bằng hai khâu vi phân và tích phân mắc nối tiếp nhau Ta có:

- Đặc tính quá độ của hệ thống mong muốn: