CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG - PHẦN V pot

Xem có đảm bảo sụt tốc độ tương đối hay không qua đó mô tả được quá trình diễn biến của hệ thống, và các chế độ làm việc của nó, từ đó có thể đánh giá được chất lượng tĩnh của hệ thống t

PHẦN V KHẢO SÁT CHỄ ĐỘ TÍNH VÀ ĐỘNG CỦA HỆ

THỐNG

A KHẢO SÁT CHỄ ĐỘ TĨNH CỦA HỆ THỐNG:

I KHÁI NIỆM CHUNG:

Khảo sát chễ độ tĩnh của hệ thống được tiến hành nhằm mục đích để kiểm tra độ cững đặc tính cơ của hệ thống Xem có đảm bảo sụt tốc độ tương đối hay không qua đó mô tả được quá trình diễn biến của hệ thống, và các chế độ làm việc của nó, từ đó có thể đánh giá được chất lượng tĩnh của hệ thống truyền động của máy bào giường Việc khảo sát chễ độ tĩnh của hệ thống máy bào giường được thực hiện thông qua việc xây dựng đặc tĩnh của

hệ thống

Xây dựng đặc tĩnh của hệ thống là xây dựng mỗi quan hệ giữa tốc độ với mômen (n=f(M)) hoặc quan hệ tốc độ với dòng điện (n =f (I)) Thông thường thì xây dựng đặc tĩnh cơ điện (n = f(I)), vì dòng điện qua động cơ sẽ phản ánh trực tiếp chế độ tải

Khi xây dựng đặc tính tĩnh, đối với hệ thống truyền động điện có các phần tử làm việc ở vùng phi tuyến và vùng tuyến tính nên ta cần có các giả thiết

- Động cơ làm việc dài hạn với mạch từ chưa bão hoà

- Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi = const

- Tiristor là phần tử làm việc không có quán tính

- Điện trở mạch phần ứng không thay đổi trong suất quá trình làm việc

II XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH:

Căn cứ vào hệ thống thiết kế ta cps sơ đồ cấu trúc như sau

u d

(-)

k I



n

k 

I ng

I u

-Trong đó:

uđ: Tín hiệu điện áp đặt tốc độ (điện áp chủ đạo)

ky:Hệ khuếch đại của mạch khuếch đại trung gian ky=20,515

k: Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi k = 50,167

k: Hệ số khuếch đại của động cơ một chiều k = 2,44

kI: Hệ số khuếch đại của mạch phản hồi dòng điện

* Phương trình đặc tính cơ của hệ thống

ta có

ud =((ud-n ).ky - kI (Iư - Ing )) k (1)

Mặt khác lại có



e

u d

C

R I U





trong đó Ce =kemà 1/ ke = k cuối

cùng được n=(ud - Iư.R ) k  ud=



 I R k

n

U



(2) Cân bằn hai biểu thức (1) và (2) ta được

 I R

k

n

U



=[( uđ - n).ky -kI (Iư-Ing)] k

 n={[( uđ - n).ky -kI (Iư-Ing)].k -Iư R } k







R k k I k k I k k u

1

)

(









Khi khâu hạn chế dòng chưa tác động thì kI = 0 ta đặt kI = kI 1(I)

Khi I > 0 thì 1(I) kI = kI

Khi I > thì 1(I) kI = 0

 







R k k I k k I I k k u

1

)

(

)

( 1











Ing: Dòng điện hỗ trợ trong mạch hạn chế dòng có ngắt trị số của Ing đúng bằng trị số của dòng mà tại đó khâu hạn chế bắt đầu tham gai vào mạch

1 Xây dựng đường đặc tính cao nhất:

Ta biết rằng tốc độ lớn nhất của động cơ thường được giới hạn bởi độ

bền cơ học của phần tở quay của động cơ Ở tốc độ cao thì bộ phận này chịu

tác động của lợc điện khá lớn nên có thể bị hỏng

Hơn nữa lúc này tia lửa điện giữa chổi than và vành góp sẽ có thể làm hỏng vành góp Để đảm bảo an toàn cho hệ thống khi làm việc lâu dài thì đường đặc tính cao nhất phải là đường ứng với tốc độ định mức của động cơ

nđm =795 (v/p)

Căn cứ vào nguyên lý của hệ thống thì mỗi đường đặc tính sẽ có 3 đoạn ứng với 3 trạng thái làm việc của hệ thống

Đoạn 1: Đoạn làm việc ổn định, chỉ có khâu phản hồi âm tốc độ tác động

Đoạn 2: Có đồng thời cả hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện tác động

Đoạn 3: Lúc này tốc độ giảm đủ nhỏ làm cho mạch vòng phản hồi âm tốc độ bị bão hoà nên chỉ còn khâu ngắt dòng tác động

Các đoạn đặc tính đều tuyến tính (đoạn thẳng) nên ta chỉ cần tìm ở mỗi đoạn 2 điểm là có thể xây dựng được đoạn đặc tính cơ

a) Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất:

Đây là đoạn làm việc ổn định của hệ thống máy bào giường.Trong đoạn này chỉ có mạch vòng phản hồi âm tốc độ tác động I < 0 nên 1(I).kI

= 0

Phương trình đặc tính:

k

k R I k u

1









  (I)



k

k R I k n

 ) 1

(







Đường đặc tính cao nhất đi qua điểm định mức (Iđm, nđm) nên ta tính được

) ( 968 , 2 244

, 2515

44 , 2 124 , 0 2 , 38 ) 244 , 2515 00333 ,

0 1 ( 795

v

+ Tốc độ không tải lý tưởng (điển ứng với giá trị Iư = 0)

) / ( 229 , 796 244

, 2515 00333 ,

0 1

244 , 2515 968 , 2





+Tốc độ ứng với điểm cuối cùng của đoạn đặc tính (n1) ta biết rằng đối với động cơ điện một chiều thì khi Iư tăng (Iư  Idm.1,2) thì phải tiến hành hạn chế sự tăn của dòng điện Vậy đặt Ing=1,2Iđm = 1,2.38,2 = 45,84 (A) Thay Iư =Ing vào biểu thức (I)ta xác định tốc độ n1

) / ( 726 , 974 244

, 2515 00333 ,

0 1

444 , 2 124 , 0 84 , 45 244 , 2515 968 , 2







Vậy đoạn đặc tính thứ nhất đi qua các điểm

A(0 , 796,229)

Đm(38,2, 795) B(45,84, 794,726)

b Xây dựng đường đặc tính thứ hai:

Trong đoạn này Iư > Ing nên I  0 do đó 1(I).kI = kI có hai vòng phản hồi cùng tác động

Phương trình đặc tính







R k k I k k I k k u

1

)

(









Đoạn đặc tính thứ hai này đi qua 2 điểm đầu và cuối là B và C trong

đó điểm B(45,84, 794,726) đã xác định ở trên phải xác định điểm C Tại

C(Ic,nc) tốc độ n đủ nhỏ làm cho mạch vòng phản hồi âm tốc độ đặt mức bão hoà

(uđ-n).ky = const  nc = nbh

Do sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán A74 có Umr=14 (v) nên điện áp răng cưa có biên độ cực đại là 14(v) khi sử dụng điện áp tựa này, ta

đã tiến hành dịch nó đi theo chiều âm của điện áp so sánh cho trị số = 0 khi

 =/2, vị trí này đặt được tại urc =urcmax/2=7 (v) Vậy ta điều chỉnh triết áp sao cho Ubh=urcmax/2 =7 (vì phép so sánh chỉ thực hiện với uđkmax) =

urcmax/2)

+Tốc độ bão hoà (nbh) có

(uđ-nbh) ky = ubh  nbh = 788,825( / )

00333 ,

0

515 , 20

7 968

, 2

p v k

u u

y

bh d









Để xác định dòng điện tại vị trí bão hoà (Ibh) ta xác định hệ số phản hồi dòng điện như sau:

Đối với động cơ truyền động thường chọn: Ing =(1,21,5)Iđm và đến khi Iư

=(2,2 2,5)Iđm thì hệ thống cần dừng làm việc (dòng dừng Id)

Chọn Ing = 1,2Iđm = 45,84 (A)

Id = 2,3Iđm = 2,3.38,2 =87,86 (A) Khi tính kI ta xét sự tác động độc lập của mạch vòng hạn chế dòng điện Vậy

ta có

n = [ubh - kI (Iư -Ing )] k .k - Iư R k

Tại điểm dừng: n = 0, Iư = Id ta được

0 = n = [ubh - kI (Iư -Ing )] k .k - Iư R k

161 , 0 167 , 50 )

84 , 45 86 , 87 (

124 , 0 86 , 87 167 , 50 7

)

(

























k k I I

k R I k k u k

ng d

d bh

I

Tại điểm C: Iư = Ibh ta được

nbh = [ubh - kI (Iư -Ing )] k .k - Iư R k













K K K K R

K R K K I I K U

I

I

ng bh I bh bh

)]

( [

















) ( 61 , 48 44

, 2 )

167 , 50 161 , 0 124 , 0 (

825 788 444

, 2 167 , 50 )

161 , 0 7 (

A









Vậy đoạn đặc tính thứ hai đi qua 2 điểm:

B(45,84; 794,726) C(48,611; 788,825)

C) Xây dựng đoạn đặc tính thứ 3:

Lúc này tốc độ của đọng cơ đã đặt đén mức đủ nhỏ, làm cho mạch

phản hồi âm tốc độ bão hoà Vậy chỉ còn mạch vòng hạn chế dòng điện tác

động

Phương tring đặc tính:

n = [ubh - kI (Iư -Ing )] k .k - Iư R k

Đoạn đặc tính này đi qua hai điểm là điểm c(48,611; 788,825) và

điểm dừng của động cơ Đ(Id, 0)

Tính lại trị số dòng dừng Id tại điểm dừng

0 = n = [ubh - kI (Iư -Ing )] k .k - Iư R k

) ( 967 , 87 167

, 50 161 , 0 124 , 0

167 , 50 )

84 , 45 161 , 0 7 (

)

(

A K

K R

K I K U I

I

ng I bh















2 Xây dựng đường đặc tính thấp nhất:

Đường đặc tính thấp nhất là đường giới hạn dưới trong phạm vi điều

chỉnh D = 30

Điểm ứng với trị số dòng định mức 26,5( / )

30

795

p v D

n

n dm

a) Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất:

Trị số điện áp chủ đạo nhỏ nhất:

244 , 2515

444 , 2 124 , 0 2 , 38 ) 244 , 2515 00333 ,

0 1 () 5 , 26

) 1 (

min min











K

K R I K n

Tốc độ không tải lý tưởng:

) / ( 632 , 27 244 , 2515 00333 ,

0 1

244 , 2515 103 , 0

1

min

K

K U













Điểm cuối cùng của đoạn đặc tính này B ' (IB', nB') Ta có trị số dòng

điện ngắt (Ing) là không đổi với mọi đường đặc tính vậy IB

' =Ing = 45,84

) / ( 15 , 26 244

, 2515 00333 ,

0 1

44 , 2 124 , 0 84 , 45 244 , 2515 103 , 0

1

min

'

p v K

K R I K

U

















Đoạn đặc tính thứ nhất này đi qua các điểm

A'(0; 27,632)

Đm' (38,2; 26,51 )

B'(45,84; 26,15) Đoạn đặc tính cũng có thể xây dựng bằng cách qua các điểm (38,2; 26,5) dùng đoạn song song với đoạn đặc tính trên đường cao nhất

b) Xây xựng đoạn đặc tính thứ hai:

Theo các phần tử ở trên phần trước ta có

+ Tốc độ bão hoà

) / ( 971 , 10 00333

, 0

103 , 0 167 , 50

7

p v

U K

U n

dm bh













+ Dòng điện









k K K R

n K K I K U I

I

bh ng

I bh bh

)

(

)

'











) ( 399 , 84 444

, 2 )

167 , 50 161 , 0 124 , 0 (

536 , 71 44 , 2 67

` 1 , 50 )

84 , 45 16 , 0 7 (

'

A









Đoạn đặc tính thứ hai của đường đặc tính thấp nhất này đi qua hai điểm đầu và cuối

B'(38,2; 26,16)

C'(84,336; 71,536)

c) Đoạn đặc tính thứ 3

Căn cứ vào phương trình đặc tính (III) nhận thấy rằng các thông số của phương trình là chung cho mọi đường đặc tính Vậy các đường đặc tính

có chung điểm dừng (Id; 0) Thay các thông số của điểm C' (84,536; 71,536) vào phương trình (III) thấy các thông số này thoả mãn phương trình kết luộn điểm C' thoả mãn nằm trên đoạn CD của đường đặc tính giới hạn trên đoạn đặc tính thứ 3 của các đường nằm trên cùng đường thẳng

3 Biẻu diẽn các đường đặc tính cơ điện như sau

Đặc tính cơ điện ứng với chiều quay thuận của động cơ

Ghi chú: Đặc tính chỉ biểu diễn dạng đặc tính nên tỷ lệ là không chính xác

III KIỂM TRA CHẾ ĐỘ TÍNH:

Sai lệch tốc độ tương đối lớn nhất sảy ra đối với đường đặc tính thấp nhất Vậy kiểm tra nghiệm chế độ tính đối với đường giới hạn dưới

(%) 097 , 4 100 632 , 27

5 , 26 632 , 27

% 100

%

min 0

min min 0













n

n n

n

Theo yêu cầu của hệ thống thấy rằng:

n%=4,097% < [n%] =5% Hệ thống đảm bảo chất lượng tính

* Đặc tính tĩnh của hệ thống (đặc tính cơ điện n=f(I))) như hình vẽ trang bên

Đặc tính tĩnh của hệ thống máy bào giường trên đây biểu diễn minh hoạ (dưới dạng định tính) do đó tỷ lệ giữa các điểm là không chính xác, thông số chính xác của các điểm đã được tính toán ở phần trên

n (v/p)

I®m Ing Ibh I

d

n0min(27,6)

nbh(11)

I (A)

n (v/p)

n01

n®m

n1

nbh

I®m Ing Ibh Id I(A)

B KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VÀ TỔNG HỢP

HỆ THỐNG BAWNBẰNG PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU:

I KHÁI NIỆM:

Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động do có ảnh hưởng của nhiễu loạn bên ngoài mà hệ thống có thể bị mất cân bằng so với định mức

Khảo sát hệ thống là để xét xem hệ thống đó có ổn định hay không, đẻ

từ đó tiến hành hiệu chỉnh hệ thống đảm bảo yêu cầu tin cậy, đặt được các chỉ tiêu mong muốn

Khảo sát chế độ động của hệ thống, là việc khảo sát hệ thống tín hiệu với khái niệm Khi sự chuyển biến trạng thái của hệ thống sảy ra một cách đột ngột, hoặc rất nhanh mà tốc độ biến thiên năng lượng điện từ, năng lượng điện cơ là không thể bỏ qua nghĩa là các khâu quán tính đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm việc của hệ thống Khi khảo sát chế động của

hệ thống cần nghiên cứu, khảo sát đặc điểm làm việc trong thời gian chuyển

từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác

Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian Để khảo sát hệ thống, ta thành lập sơ đồ cấu trúc của hệ thống và sau đó xây dựng hàm truyền của hệ thống và sử dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để xem hệ thống đó có ổn định hay không Còn nếu như hệ thống chưa

ổn định thì phải hiệu chỉnh để nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống

1 khảo sát chế độ động của hệ thống:

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh

u cđ

w 3

w 6

w 5

w 7

(-)

 (-)

(-)

Trong đó:

ucđ: Tín hiệu đặt điện áp tốc độ (điện áp chủ đạo)

w1 Hàm truyền của mạch khuyếch đại trung gian w1=wy=ky/Tf.p+1 với ky, kf là hệ số khuyếch đại của mạch và hằng số thời gian của các bộ phân lọc

w2: Hàm truyền của bộ biến đổi

1 0 ) ( 2







p T

k w

w

v

cl p

udk

ud

cl k k





 

 là hệ số khuyếch đại của chỉnh lưu Tv0 là hằng số thời gian

m

T v

0





 Trong đó m và  là các pha chỉnh lưu và tần số góc của nguồn điện

w3, w4, w5: Hàm truyền của các khâu quán tính điện từ, quán tính cơ

và nhiễu sức điện động của động cơ

1

1

) ( 1 3







p T

R w

w

u

u p



p T

k R w

w

M

u p





)

( 2

4  



k

w5  1

1

1

2 5

4 3

4 3













p T p T T

k w

w w

w w w

M u

M





Với : Rư, Lư là điện trở điện cảm mạch phần ứng động cơ

Tư là hằng số thời gian của mạch phần ứng: Tư=Lư/Rư

TM là hằng số thời gian cơ học: TM = J.Rư/(k)2

k là hệ số khuếch đại của động cơ

w6 là hàm truyền của khâu phản hồi âm dòng có ngắt w6=wI=kI/Tip+1

Ti là hằng số thời gian của mạch lọc trong xen xơ dòng điện

w7 là hàm truyền của khâu phản hồi âm tốc độ w7=w =k /T p+1

a) Tính toán các hằng số thời gian và hệ số khuyếch đại (theo góc tốc độ

 )

) ( 586 , 1 024 , 0

036 , 0

s R

L

T u

u    (hắng số thời gian điện từ)

u dm dm dm

dm

u M

R I U K

K

R J T







; ) (

2





Trong đó J = 1,48 (kgm2)

55 , 9

795 55

, 9 60

2







 dm dm dm

n n





) ( 00215 ,

0 ) 945 , 3 (

027 , 0 48 , 1 945

, 3 25

, 83

027 , 0 2 , 38 330

T

) ( 0033 , 0 3 50 14 , 3 2

; 167 ,

m

T U

U K

dk

d













253 , 0 954 , 3

1 1







dm

K

K



515 , 20

) (

55 , 9

55 , 9

) (

) (

n

n

y

K K

n K

K K

n K K

K

K K

















có 0,0033 0,0033.9,55 0,032













n

R I U n

H

H u H

K= KY.K.K =20,515.50,167.0,253=260,382

Trong các phép tính trên sử dụng các đại lượng k(n), K(n), (n) là các hệ số tính theo tốc độ

b) Xây dựng hàm truyền của hệ thống

Để xây dựng hàm truyền của hệ thống ta biến đổi tương đương sơ đồ cấu trúc của hệ thống

Sang dạng tương đương

u cđ

w 3

w 6

w 5

w 7

(-)

 (-)

(-)

Hàm truyền tương đương

5 4 3

4 3 1

1

w w w

w w

w td





6 3 2 5 4 3

4 3 2

4 6 2 1

1 2 2

1

1

1

w w w w w w

w w w

w w w w

w w w

td

td td











`

7 2 1

2 1 3

1

w w w

w w w

w

td

td ht

td







7 4 3 2 6 3 2 5 4 3

4 3 2 1

1

w w w w w w w w w w

w w w w

w ht

































w w w w w w w w K w w

w w w w w

i y

I i i

i

y ht

1 1

2

2 1





















)

1 (

) 1 )(

1 (

K K K R

p T K K p

T p T p T p

T

K K K w

y u

M I vo

M u

vo

y ht















k p

T T R

T K K p

T T T T p T

T

T

K w

vo M u

M I M

vo M u vo

M

u

ht





















1 )

( )

(

Thay các giá trị của hệ số và các hằng số thời gian ta được

u cđ

w 3

w 6

w 5

w 7

(-)

 (-)

(-)

1/w 4