đề cương môn tổng hợp hệ điện cơ

Câu 3: Trình bày về các hệ số sai lệchvị trí, tốc độ, gia tốc +Xét 1 hệ thống tự động có cấu trúc tối giản hình /10 N1...N : các nhiễu loạn F0p : hàm truyền mạch hở TM: thiết bị công ngh

Câu 1: Trình bày về tiêu chuẩn modul tối ưu

+Cấu trúc: (hình)

Fs: đối tượng điều khiển đã biết, Fr: bộ điều khiển

+hàm chuẩn modul tối ưu là modul của hàm truyền hệ thống kín.Hàm chuẩn có dạng:

2 2

1

F

=

Trong đó: τ 0 -tổng hằng số thời gian nhỏ của hệ, p-toán tử laplace

+Đặc tính quá độ (hình / 20)

độ quá điều chỉnh ≤ 4,3%

2%

e∞ ≤

n≤ 3%

Tqđ =8,4τσ

4,7

tλ = τσ

+Đặc điểm: không đảm bảo tính ổn định trước của hệ thống, cho phép hiệu chỉnh đặc tính tần số ở vùng thấp và trung bình

Câu 2: Trình bày về tiêu chuẩn modul tối ưu đối xứng

+hàm chuẩn có dạng:

1 4

1 4 8 8

p F

σ

σ σ σ

τ

+

=

+Đặc tính quá độ(hình 1.17/23)

Độ quá điều chỉnh 43,4%, , , n , Tqd = 16,5, =3,1

+Do ở từ số của hàm chuẩn tối ưu đối xứng có thành phần đạo hàm, vì thế mà độ quá điều chỉnh của đặc tính quá độ là lớn (43%)

 Thêm bộ lọc

 Hàm truyền của mạch điều chỉnh: F

Câu 3: Trình bày về các hệ số sai lệch(vị trí, tốc độ, gia tốc)

+Xét 1 hệ thống tự động có cấu trúc tối giản (hình /10)

N1 N : các nhiễu loạn

F0(p) : hàm truyền mạch hở

TM: thiết bị công nghệ

R: tín hiệu điều khiển

C: tín hiêu ra

E = R-C sai lệch điều chỉnh

+Xét loạt tín hiệu điều khiển R(t) và các nhiễu loạn Ni(t) thỏa mãn điều

Trong đó: - hệ số sai lệch vị trí , - hệ số sai lệch tốc độ, -hệ số sai lệch gia tốc

+Có thể viết hàm truyền ở dạng tỷ số các đa thức

 Sử dụng công thức tính hệ số sai lệch điều chỉnh ta suy ra các hệ

số sai lệch sau:

Để hệ không có sai lệch thì

Câu 4:Trình bày về cấc tiêu chuẩn sai lệch

tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch

+Biều diễn bởi biểu thức:

Trong đó có thể thay thế cận trên không xác định bằng thời gian hữu hạn

T đủ lớn sao cho t > T thì e(t) đủ nhỏ đến mức có thể bỏ qua Hệ thống tối ưu là hệ thống làm cho tích phân này cực tiểu

+Tiêu chuẩn ISE đánh giá các sai lệch lớn rất nặng và đánh giá các sai lệch nhỏ rất nhẹ Một hệ thống được thiết kế theo tiêu chuẩn ISE làm cho các sai lệch lớn ban 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 hóa tiêu thụ năng lượng

tiêu chuẩn tích phân giữa thời gian và giá trị tuyệt đối của sai lệch

+Biểu diễn bằng biểu thức:

+Tiêu chuẩn này đánh giá nhẹ các sai lệch lớn ban đầu, còn các sai lệch sai xuất hiện trong cả quá 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 khả năng làm suy giảm nhanh các dao động trong quá trình điều chỉnh

Tiêu chuẩn tích phân giá trị tuyệt đối của sai lệch

+Theo tiêu chuẩn IAE, chất lượng của hệ thống được đánh giá bởi tích

phân sau: ∫ e dt

+Tiêu chuẩn IAE có mức đánh giá trung bình nên nó cũng có đáp ứng ở mức trung bình cả về thời gian quá độ và sai lệch tĩnh e

Câu 5 Trình bày về cấu trúc chung của hệ tự động truyền động điện +Cấu trúc: (hình / 7)

Trong đó: M-động cơ truyền động // Mx-máy sản xuất // BĐ-thiết bị biến đổi năng lượng // ĐL-các thiết bị đo lường // R-các bộ điều chỉnh

R // THĐ-tín hiệu đặt // NL-tín hiệu nhiễu loạn

+Động cơ truyền động thường dùng động cơ một chiều, xoay chiều đồng

bộ, không đồng bộ và các loại động cơ bước Các động cơ điện được cấp năng lượng từ các bộ biến đổi BĐ (thyristor,tranzitor, ) Bộ biến đổi có

2 chức năng: 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 điểu khiển các tham số đầu ra bộ biến đổi.Tín hiệu điều khiển được lấy ra từ bộ điều chỉnh R Các bộ điều chỉnh R nhận tín hiệu thông báo sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông qua so sánh giữa THĐ và tín hiệu đo lường các đại lượng của truyền động

Câu 6: Trình bày về cấu trúc bộ điều khiển PID

+Bộ điều khiển PID là 1 cơ chế phản hồi vòng điều khiển tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp đặc biệt trong các bộ điều khiển phản hồi

+Sơ đồ cấu trúc

Việc tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt: các giá trị tỉ lệ(P), tích phân(I), đạo hàm(D) Giá trị tỉ lệ xác định tác động tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ, giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai

số Tổng của ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua 1 phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần

tử ra nhiệt

Câu 7: Trình bày quy tắc 1 của Nichols-Ziggler

-Quy tắc naỳ ta đi xác định các hệ số KP,TI,TP

-Áp dụng cho trường hợp tín hiệu đáp ứng có dạng chữ S

-(hình 11 đề cương)

-Đặc tính chứ S đặc trưng bằng 2 hằng số thời gian: thời gian chết L và hằng số thời gian T Các đại lượng này xác định bằng tang của góc hợp

bởi đường thẳng đi qua đường cong tại điểm tuyến tính và tiếp tuyến với nó

-Hàm truyền đối tượng: G(s) = (K.e-2s) / (TS+1)

-Bảng xác định các hệ số KP,TI,TP theo quy tắc 1

Câu 8: Trình bày quy tác 2 của Nichols-Ziggler

-Đi xác định các hệ số KP,TI,TP của bộ PID dựa vào tựa vào thực nghiệm hoạt động của hệ thống khi 1 tín hiệu lặp là tín hiệu đơn vị

-Đặt Ti = và Td = 0, tăng Kp từ 0-> Kcr =>tín hiệu này cho ra kết quả dao động

-(hình 12 đề cương)

-Bảng đặc tính các hệ số KP,TI,TP theo quy tắc 2

N

PCN/1,2 0 PID 0,6KCN 0,5PCN 0,125PC

N

Câu 9: Khái niệm về mạch vòng điều chỉnh dòng điện

+Khái niệm đơn giản nhất để điều chỉnh dòng điện có cấu trúc như hình

a dùng bộ điều chỉnh tốc độ hoặc điện áp R có dạng bộ khuếch đại tổng

và mạch phản hồi dòng điện phi tuyến P Khi tín hiệu dòng điện chưa đủ

để khâu phi tuyến ra khỏi vùng kém nhạy thì bộ điều chỉnh làm việc như

bộ điều chỉnh tốc độ mà ko có mạch phản hồi dòng điện Khi dòng đủ lớn, khâu P sẽ làm việc ở vùng tuyến tính của đặc tính và hạn chế dòng của bộ điều chỉnh R

+Khái niệm thứ 2 được mô tả ở hình b, có 2 mạch vòng với 2 bộ điều chỉnh riêng biệt R1,R2 trong đó R2 là bộ điều chỉnh dòng điện với giá trị đặt Id Cấu trúc này cho phép điều chỉnh độc lập từng mạch vòng

+Khái niệm điều chỉnh dòng được sử dụng rộng nhất trong TĐĐ tự động như hình c, R1 là bộ điều chỉnh dòng điện, Rw là bộ điều chỉnh tốc độ

Mỗi mạch vòng có bộ điều chỉnh riêng được tổng hợp từ đối tượng riêng theo các tiêu chuẩn riêng

+Hình a,b,c /240

Câu 10: Trình bày nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí

+Trong hệ điều khiển vị trí đại lượng điều khiển có ý nghĩa quan trọng quyết định cấu trúc điều khiển hệ Thông thường đại lượng điều khiển là

1 hàm của thời gian, có thể là hàm nhảy cấp, hàm tuyến tính hoặc hàm parabol (hình /387)

+Trong hệ truyền động điều khiển vị trí, người ta quan tâm đến giản đồ tối ưu về tốc độ w(t), gia tốc Để xây dựng hệ điều khiển , ta dựa trên quy luật tối ưu tác động nhanh TĐĐ bằng việc nghiên cứu quỹ đạo pha chuyển động

0 < t < T/2 thì

T/2 < t < T thì



+Hình (8.5 / 390) là cấu trúc điều khiển biến trạng thái của hệ truyền động điều khiển vị trí

Câu 11: Trình bày về bộ điều chỉnh PI sử dụng khuếch đại thuật toán Tính chọn các giá trị của tụ điện, điện trở trong mạch sử dụng với các hệ

số đã cho

(Hình 232/115)

+Chọn

Ta có hàm truyền

Câu 12: Trình bày về bộ điều chỉnh P sử dụng khuếch đại thuật toán Tính chọn các giá trị của tụ điện, điện trở trong mạch sử dụng với các hệ

số đã cho

(Hình 228/113)

Hàm truyền

Câu 13: Trình bày về bộ điều chỉnh I sử dụng khuếch đại thuật toán Tính chọn các giá trị của tụ điện, điện trở trong mạch sử dụng với các hệ

số đã cho

(Hình 230/115)

Chọn

Hàm truyền: với là hằng số thời gian tích phân

Câu 14: Trình bày về bộ điều chỉnh PID sử dụng khuếch đại thuật toán Tính chọn các giá trị của tụ điện, điện trở trong mạch sử dụng với các hệ số đã cho

(Hình 235a/117)

Có với

Hàm truyền: với ;

Nhóm 2(4 điểm)

Câu 1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa của động cơ điện 1 chiều

+Mạch phần ứng:

]

+Mạch kích từ:

+Phương trình chuyển động cơ học:

]

+Nếu bỏ qua các vô cùng bé bậc cao thì từ các phương trình trên có thể viết được các phương trình tuyến tính hóa:

 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa của động cơ điện 1 chiều

(hình 45/234)

Câu 2:Xây dựng sơ đồ cấu trúc thu gọn của động cơ điện 1 chiều trong trường hợp từ thông kích từ không đổi với đầu ra là tốc độ theo 2 đầu vào là

U và Mc

+Khi dòng điện kích từ động cơ không đổi hoặc khi động cơ được kích thích bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số:

+Sơ đồ cấu trúc động cơ khi từ thông ko đổi(Hình 46/234)

+Đặt hệ số khuếch đại động cơ: , hằng số thời gian cơ học:

=>Áp dụng phương pháp đại số sơ đồ cấu trúc ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn động cơ điện 1 chiều với từ thông kích từ ko đổi với đầu ra là tốc độ

(Hình 47a/235)

Câu 3: Xây dựng sơ đồ cấu trúc thu gọn của động cơ điện 1 chiều trong trương hợp từ thông kích từ ko đổi với đầu ra là dòng điện theo 2 đầu vao là

U và Mc

(Giống cấu 2)

=>Áp dụng phương pháp đại số sơ đồ cấu trúc ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn động cơ điện 1 chiều với từ thông kích từ ko đồi với đầu ra là tốc độ

(hình 47b/235)

Câu 4: Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện của động cơ điện 1 chiều khi không tính đến ảnh hưởng của sức điện động (E=0)

Điều kiện : Để bỏ qua được sức điện động của động cơ khi hằng số thời gian cơ học của động cơ lớn hơn rất nhiều so với hằng số thời gian điện

từ coi ΔE=0;E=0

Sơ đồ cấu trúc như sau :

Trong đó

F= là hằng số thời gian của bộ lọc chọn 0.005s

Ri : là bộ điều khiển dòng điện

BD =Kcl /(1+Tdk p)(1+Tvo p) ,Kcl,Tdk,Tvo là hệ số chỉnh lưu , hằng số thời gian của bộ điều khiển , hằng số thời gian của bộ biến đổi điện áp

M= (1/Rư)/(1+Tưp) là hàm truyền của động cơ điện 1 chiều

Si= Ki/(1+pTi) hàm truyền của bộ cảm biến dòng điện

Từ sơ đồ trên ta có đối tượng cần điều chỉnh là

S0(p) = [(KclKi)/Rư] /(1+Tsp)(1+Tưp) trong đó Ts = Tf +Tvo+Tdk +Ti Và

Ts << Tư

Theo tiêu chuẩn mô dul tối ưu ta chọn được bộ điều khiển như sau

Ri(p)=(1+Tưp)/[(KclKi /Rư) 2Tsp] =>Bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI

Như vậy đầu ra của bộ điều khiển có dạng như sau

I(p) /Ud(p) = 1 /[Ki.(1+2Tsp+2(pTs)2 ]

Câu 5: Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện của động cơ điện 1 chiều khi tính đến ảnh hưởng của sức điện động (E0)

+Cấu trúc mạch vòng dòng điện có tính đến SĐĐ động cơ

Trong đó có hai khối

MME = (p.Tc/Rư) /(1+Tcp+TcTưp2)

MMC= (1/K) /(1+Tcp+ TcTưp2

Là hai khối được tổng hợp khi từ thông không đổi

Trong đó Tc=JRư/(K)2 gọi là hằng số thời gian cơ khí

Khi tổng hợp tìm bộ điều khiển ta giả thiết động cơ chạy ở chế độ không tải

Theo tiêu chuẩn mô dul tối ưu ta tìm được bộ điều khiển

Ri(p) = (1+Tcp+TưTcp2) /[(KclKiTc /Rư) 2Tsp2] (*)

Và nếu trường hợp Tc >4Tu lớn ta có thể coi bộ điều khiển như là

Ri =(1+Tưp) /[(KclKi /Rư).2Tsp]

Nếu phần tử của (*) mà có 2 nghiệm ta có thể tách ra thành 2 bộ điều khiển PI mắc nối tiếp với nhau\

Câu 6: Trình bày về bộ điều chỉnh thích nghi với từng xung dòng

+Nhờ vào thông tin từ sensor về tính liên tục của dòng điện khi chiếu từ vùng dòng điện liên tục sang vùng dòng điện gián đoạn mà thay đổi cấu trúc bộ điều khiển từ PI sang I và ngược lại

+Sơ đồ chức năng bộ điều chỉnh thích nghi

(Hình 417/245)

+Khi chuyển mạch CM ở trên thì bộ điều chỉnh gồm nối tiếp khâu tỷ lệ P với khâu tích phân I được bộ điều chỉnh có cấu trúc kiểu I Khi chuyển mạch CM ở vị trí dưới thì bộ điều chỉnh gồm khâu tỷ lệ đạo hàm PD nối tiếp khâu tích phân I được bộ điều chỉnh kiểu PI

+Khâu so sánh SS đóng vai trò sensor phát hiện tính liên tục của dòng điện bằng cách so sánh giá trị dòng điện sau Si vơi giá trị 0 và phát lệnh logic uo điều khiển chuyển mạch CM

+Sơ đồ nguyên lý (Hình 4.18/246)

Chuyển mạch CM được thực hiện băng tranzitor trường T có điện trở trong thay đổi rất mạnh trong các trạng thái khóa và bão hòa Hàm truyền PD của mạch là:

U1(p) /Ui(p) = -(2R2/R0) (1+ pR2C1 /2)

Khi tranzitor bão hòa thì RT << R2 và ta có hàm truyền P

U1(p) /Ui(p) = -R1/R0

+Để duy trì chức năng đạo hàm của bộ điều chỉnh, các thông số cần chọn sao cho :

Câu 7: CHứng minh rằng mạch vòng tốc độ của động cơ điện 1 chiều khi

sử dụng bộ điều chỉnh PI là vô sai cấp 2 đối với tín hiệu điều khiển

+Hàm truyền của bộ điều chỉnh có dạng:

Rw(p) = (1+T0p) / (KT0p)

+Hàm truyền mạch hở sẽ là:

F0(p) = [(1+T0p) / (KT0p)] (RưKw / KiKTc) 1 / p(2Ts’p +1)

+Nếu chọn

Ts’=Ts , T0=8Ts thì

K= (RưKw / KiKTc ) 8(2T’s)2 / 8Ts’ = RưKw.4Ts’ / KiKTc

Rw(p) = (KiKTc / RưKw) (1 / 4Ts’) (1+ 1/8Ts’p)

+Khi có thêm khâu tạo tín hiệu đặt ở bên ngoài mạch vòng điều chỉnh tốc độ thì hàm truyền mạch kín của hệ thống:

Fw(p) = Uw(p) / Uwd(p) = (1+8Ts’p) / (8Ts’p [(1+2Ts’p).4Ts’p+1] +1)

=>Ta thấy mạch vòng điều chỉnh tốc độ khi sử dụng bộ điều chỉnh PI là vô sai cấp 2 đối với tín hiệu điều khiển

Câu 8: Chứng minh rằng mạch vòng tốc độ của động cơ điện 1 chiều khi sử dụng bộ điều chỉnh PI là vô sai cấp 1 với tín hiệu nhiễu

(Giống câu 7)

Thêm:

+Sai số tốc độ tương ứng khi nhiễu tải có dạng hằng số

w(p) = [I(p) – Ic(p)] Rư / KTc p = ( - 4Ts’RưIc / KTc) [8Ts’p (1+2Ts’p) / 8Ts’p [(1+2Ts’p).4Ts’p+1] +1 ]

=>Ta thấy mạch vòng điều chỉnh tốc độ khi sử dụng bộ điều chỉnh PI là vô sai cấp 1 đối với tín hiệu nhiễu

Câu 9: Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ của động cơ điện 1 chiều khi không có mạch vòng dòng điện Trong trường hợp nào thì ko dùng mạch vòng dòng điện

+ Không dùng mạch vòng dòng điện khi: cả bộ biến đổi và động cơ đều có khả năng quá dòng lớn lại không có yêu cầu cao về điều chỉnh gia tốc, hoặc khi sử dụng các truyền động công suất nhỏ dùng bộ băm xung áp có tần số làm việc lớn đến mức không xuất hiện dòng điện gián đoạn

+Xây dựng sơ đồ cấu trúc

-Khi Tc > 4Tư thì hàm truyền của đối tượng là

S02(p) = Ks / (1+pTb)(1+pTw)(1+pT1)(1+pT2)

-Sơ đồ cấu trúc (Hình 428/254)

-Với Ks=KbKdKw

-Giả sử T2 > T1 >> Tb,Tw thì theo tiêu chuẩn module tối ưu tổng hợp được bộ điều chỉnh tốc độ kiểu PID có hàm truyền như sau

Rw(p) = (1+pT1)(1+pT2) / 2TsKspa với Ts = Tb +Tw

-Với a = 1 thì hàm truyền hệ kín là

Uw(p) / Uwd(p) = 1 / [2Tsp(1+2Tsp)+1]

 Hệ thống đạt vô sai cấp 1 với tín hiệu điều khiển

Câu 10: Trình bày nguyên lý tựa từ thông rotor T4R

+Các vecto như vecto Is , vecto Us , đều quay với vân tốc Ws = 2πfs với fs là tần

số điện áp cấp vào stator nên nếu có 1 hệ trục cùng quay với tần số Ws thì các đại lượng này đứng yên Khi quan sát trên hệ trục này, đặt 1 hệ trục dq có gốc chung với tâm đông cơ, trục d trùng trục , trục q vuông góc trục d ở gốc tọa độ

+Quan hệ từ thông tỷ lệ với dòng Ed và momen tỷ lệ với dòng E

M =

Với Lm – hệ số hỗ cảm giữa cuộn rotor và stator ; TR =LR / RR –hằng số thời gian mạch rotor ( LR-điện cảm mạch rotor ,RR-điện trở mạch rotor ), PC-số cặp cực động cơ

+Nếu điều khiển được isd thì sẽ điều khiển được từ thông động cơ Nếu thành công trong việc duy trì Ed thì hệ thống động cơ sẽ là hằng số

+Nếu điều khiển được isq thì sẽ điều khiển được momen động cơ

Câu 11:Xây dựng cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc theo nguyên lý T4R

+Vì stator quay với tốc độ wr do đó các trục d và q sẽ quay với tốc độ w = ws

-wr tương ứng với hệ tọa độ quay đồng bộ Ta có hệ phương trình

.isd = ws.isq +