Mục lục: Phần 1: Lý thuyết điều chỉnh tự động phần 2: Các thiết bị điều chỉnh tự động phần 3: Một số hệ thống điều chỉnh đối tượng nhiệt trong thực tế
Trang 1CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT CỦA CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH VÀ CÁCH XÂY
DỰNG PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC CỦA CHÚNG
3.1: Cấu tạo của bộ điều chỉnh :
Bộ điều chỉnh được cấu tạo bởi 3 phần tử chính;
* Phần tử đo lường
* Phần tử điều khiển
* Phần tử Chấp hành 3.1.1: Phần tử đo lường :
Dùng đo độ sai lệch thông số điều chỉnh khỏi giá trị qui định và chuyển đổi đến thành tín hiệu phù hợp với phần tử điều khiển gồm phần tử nhạy cảm và bộ chuyễn đổi đo lường
* Phần tử nhạy cảm : dùng để nhận biết thông tin về thông số điều chỉnh
Gồm các loại :
* So với trong đo lường bộ phận nhạy cảm trong điều chỉnh :
- Bảng đo hẹp hơn
- Công suất lớn hơn
Ống buốc đông
x
x x
t
E
x
x
Màng lượn sóng Màng phẳng
Trang 2* Bộ chuyển đổi đo lường :
Các dạng :
- Đặc tính tinh (phụ thuộc cấu tạo)
- Đặc tính động (làm việc) 3.1.2: Phần tử điều khiển:
Nhiệm vụ : - Khuếch đại tiếp độ sai lệch từ phàn tử đo lường
- Hình thành thuật toán điều chỉnh
- Điều khiển phần tử chấp hành Phần tử chính là bộ khuếch đại sau đó là các mạch liên hệ nghịch ( để thành lập thuật toán )
+ Bộ khuếch đại : - điện tử - khuếch đại từ - thủy lực - bán dẫn - khí nén
+ Mạch liên hệ nghịch : - Cơ khí - điện - thủy lực Có thể dạng : bao cơ cấu chấp hành hoặc không bao cơ cấu chấp hành nhưng lúc nào nó cũng bao bộ khuếch đại
Kiểu sắt động Kiểu ống phun tấm chắn
x
Z
Z
1
2
x
x
e 1
e 2
u
Kiểu cảm ứng
2
p
p
2 x
MLHN
Trang 33.1.3: Phần tử chấp hành:
Nhiệm vụ : chuyển đổi tín hiệu từ phần tử điều khiển thành sự chuyển dịch của
cơ quan chấp hành Dựa trên cơ sở sử dụng năng lượng phụ mà chia ra các loại ;
- điện
- khí nén
- thủy lực Chia theo tốc độ của nó thì ta có các loại:
- Có tốc độ không đổi ( động cơ điện )
- Có tốc độ thay đổi ( thủy lực và khí nén )
3.2: Phân loại các bộ điều chỉnh:
3.2.1: Theo qui luật điều chỉnh (thuận toán điều chỉnh )
Nhiệm vụ của hệ thống điều chỉnh tự động (BĐC) là giữ ổn định một đại lượng điều chỉnh (ĐLĐC) nào đó bằng cách tác động lên đối tượng điều chỉnh (ĐTĐC) thông qua cơ quan điều chỉnh (CCĐC) Khi xuất hiện một sai lệch của ĐLĐC khỏi giá trị định trước (định trị) thì BĐC sẽ tác động lên ĐTĐC theo hướng đưa đại lượng điều chỉnh trở về giá trị ban đầu (bằng định trị) Tác động điều chỉnh này có thể mang tính qui luật định trước, trong công nghiệp để đạt chất lượng điều chỉnh cao, đối với mổi đại lượng điều chỉnh người ta phải xác định cho BĐC một qui luật điều chỉnh thích hợp
Vậy qui luật điều chỉnh : là mối quan hệ toán học giữa sự chuyển dịch tương đối của cơ quan điều chỉnh và sự sai lệch tương đối của thông số điều chỉnh, hay nói cách khác là mối quan hệ giữa sự thay đổi tín hiệu ra và sự thay đổi tín hiệu vào cho trước ϕ → µ
⇒ qui luật là quan hệ µ = f (ϕ)
3.2.1.1 Loại qui luật điều chỉnh tuyến tính :
3.2.1.1.1 Qui luật điều chỉnh tỷ lệ
(qui luật điều chỉnh P)
µ = - KP ϕ ( có xu hướng dập tắt sai lệch )
KP - hệ số tỷ lệ của bộ điều chỉnh P
t
t ϕ
µ
ϕ
O
O
−Κ ϕp
Trang 43.2.1.1.2 Qui luật điều chỉnh tích phân
( Qui luật điều chỉnh I ):
K ( t ) dt d I ϕ µ = −
KI - hệ số tỷ lệ “ tốc độ chuyển dịch của cơ quan điều chỉnh tỷ lệ với thông số điều chỉnh “ ⇒ µ = − KI∫ ϕ d t
“ Độ chuyển dịch của cơ quan điều chỉnh
tỷ lệ với tích phân độ sai lệch của
thông số điều chỉnh “
3.2.1.1.3 Qui luật điều chỉnh tỷ lệ - tích phân (Qui luật điều chỉnh P - I ) Quan hệ : µ = − K Pϕ − K1∫ ϕ dt
⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − = ⇒ ∫ dt K K K P I P ϕ ϕ µ
Ký hiệu : K K T P I I = là thời gian tích phân
⇒ = − ⎛ + ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ∫ µ K ϕ ϕ T d t P I 1 3.2.1.1.4 Qui luật điều chỉnh Tỷ lệ - Tp -Vi phân ( Qui luật điều chỉnh P I D)
µ = − ⎛ ϕ + ϕ + ϕ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ∫ K T d t T d d t P I D 1
KP - Hệ số tỷ lệ
TI - Thời gian tích phân
TD - thời gian vi phân
t
t ϕ
µ
ϕ
O
α
.
Κ ϕ p O
t
t ϕ
µ
ϕ
O
α
.
t
t ϕ
µ
ϕ
O
α
Trang 53.2.1.1.5- Qui luật điều chỉnh tỷ lệ - vi phân
(Qui luật điều chỉnh PD )
µ = − K ⎛ ⎝⎜ ϕ + T d ϕ ⎞ ⎠⎟
d t
P D
* Các thg số mà ta có thể tác động lên bộ điều chỉnh được gọi là các thông số hiệu chỉnh của bộ điều chỉnh đó là :
KP ; KI ; TI ; TD 3.2.1.2 Qui luật điều chỉnh phi tuyến :
Thường có hai dạng
- Bộ điều chỉnh nhiều vị trí ( thông thường 2 - 3 vị trí là phổ biến )
3.2.2 Theo năng lượng được sử dụng
3.2.2.1 Bộ điều chỉnh tác động trực tiếp :
Là bộ điều chỉnh mà để chuyển dịch cơ quan điều chỉnh sử dụng trực tiếp năng lượng do phần tử đo lường sinh ra mà không cần năng lượng khác
3.2.2.2 Bộ điều chỉnh gián tiếp :
Để chuyển dịch cơ quan điều chỉnh ta dùng năng lượng bên ngoài
- điện - khí nén - thủy lực
t
t
µ
ϕ
ϕ
O
Κ ϕ
O
p
µ
µ
ϕ
µ
ϕ
µ Đặc tính lý tưởng Đặc tính thực tế
Đặc tính thực tê 3 vị tríú Đặc tính BĐC cơ cấu chấp hành không đổi
d dt
Trang 63.2.2.3 Phân loại căn cứ vào mối đặc trưng liên hệ giữa các phần tử của bộ điều chỉnh
+ Bộ điều chỉnh tác động liên tục : các thông tin được truyền liên tục giữa các phần tử
+ Bộ điều chỉnh tác động gián đoạn :
0 : 1
3.2.2.4 Căn cứ vào quá trình điều chỉnh hoặc thông số cần điều chỉnh
+ Bộ điều chỉnh quá trình cháy, sấy + Bộ điều chỉnh áp suất, nhiệt độ, lưu lượng
3.3: Cách xây dựng phương trình động học của các phần tử của bộ điều chỉnh
Ví dụ:
l
m
Qv, Pv
Qr, Pr F
Bộ giảm chấn
P
PA R
T a
b
∆X γ
fp
∆H Ho
∆H - Sự biến thiên của thông số điều chỉnh ( giả sử mức nước giảm )
∆X - Sự biến thiên của tọa độ của phao và có diện tích fp
t
ϕ
t ϕ
Kiểu rơ le Kiểu xung
m
l
Trang 7Phân tích các lực tác dụng lên hệ thống
- khi tấm chắn chuyển dịch ⇒ có lực ma sát khô T
- trong lực của phao P
- lực ma sát T gây ra tại phao T a
b
- lực ma sát lỏng do dầu trong xi lanh bị giảm châõn R
- lực đâíy Asimét tác dụng lên phao P A
* Lực ma sát T a
b có dấu phụ thuộc vào hướng chuyển động (Cùng dấu X’) Hay có thể viết T a
b sign ( X’)
* Lực giảm chấn R tỷ lệ với tốc độ chuyển động ( tỷ lệ với X’) Hay R = K X’
* Lực đẩy Asimét PA = fP γ h ( h - phần ngậûp của phao trong nước)
Vậy phương trình chuyễn động của phao:
b
a T X K P P X
g
P
−
ở trạng thái tĩnh ta có:
0 = P - PA0 ⇒ P = PA0 (2) Lấy (1) - (2) ta có:
b
a T X K P
P X
g
P
A
Do X’ = dX
dt =
dt
= d X
dt
(∆ ) = ∆ X’ nên ta có
) ' ( '
)
'
b
a T X K P
X g
P
∆
=
∆
Trong đó ∆PA = fP γ (∆H - ∆X ) độ biến thiên lực Asimét
) ' (
' )
'
b
a T H
f X f X K X
g
P
P
+
∆ +
Đây là phương trình của phân tử đo lường viết dưới dạng số gia Bây giờ ta chuyển về dạng không thứ nguyên
Chia cả 2 vế cho γ fP Ho và nhân rồi chia một lượng Xm ⇒
o m
o m o
P o
H X
X H
X Xm
X H
f
Xm K
Xm
X H
f g
Xm
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ ∆ +
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ ∆ +
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
γ γ
'
.
1
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ ∆
−
=
Xm
X sign H
f b
a T
o o
γ
Trang 8Đặt :
*
P Xm
γ = 2 - hằng số thời gian đặc trưng cho quá tính của phao
phụ thuộc khối lượng của phao
*
K Xm
.
γ = - hằng số thời gian đặc trưng cho ma sát lỏng (hằng số thời gian cảm dịch)
*
Xm
Ho = δDL - độ không đồng đều của phân tử đo lường
*
b
γ = ε - độ không nhạy của bộ điều chỉnh
*
∆Η
Ho = ϕ - là sự thay đổi tương đối của thông số điều chỉnh
* ∆ = ζ
Xm
X
- tọa độ phần tử đo lường (zeta)
TP2 ζ '' + TC ζ ' + δDL ζ − ϕ = − ε sign ( ζ ' ) (6)
( 6) là phương trình động của phân tử đo lường viết dưới dạng không có thứ nguyên
- Trong nhiều trường hợp bỏ qua ε = 0
T P 2
ξ’’ + T C ξ’ + δ ĐL ξ = ϕ (7)
- Bỏ qua trọng lượng phao
T C ξ’ + δ ĐL ξ = ϕ (8)
- Bỏ qua lực ma sát
δ ĐL ξ = ϕ (9)
Đây là phương trình động của phân tử đo lường lý tưởng
Phương trình cánh tay đòn
∆ X ∆
X
m m
=
max
mà ∆ = µ
max
m m
= > ζ = µ Phương trình động của phần tử điều khiển