Tính hệ thống điều chỉnh tự động tuyến tính liên tục theo các chỉ tiêu chất lượng làm việc cho trước

Quân đội nhân dân việt nam
Học viện kỹ thuật quân sự
---------*---------
Bộ môn : tự động và kỹ thuật tính
Bài tập lớn môn học:
cơ sở lý thuyết điều chỉnh tự động
Đề bài: Tính hệ thống ĐCTĐ tuyến tính liên tục theo các
các chỉ tiêu chất lợng làm việc cho trớc .
Ngời thực hiện : Nguyễn Văn Thụ
Lớp : Điều Khiển Tự Động
Khoá : K13
Giáo viên hớng dẫn : Đỗ Quang Thông
Ng y ho n th nh : 02/07/2010
Năm học 2009-2010
Đề bài: Bài số 1
Tính toán hệ thống ĐCTĐ tuyến tính liên tục theo các yêu cầu chỉ tiêu chất
lợng làm việc cho trớc của hệ thống bám điện cơ dùng xenxin
Mở đầu:
Ngày nay, với dự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ ,trong đời
sống kỹ thuật đã có rất nhiều phát minh ứng dụng của khoa học công nghệ vào
trong đời sống , sản xuất .Trong các dây truyền sản xuất dần máy móc đã thay
thế hầu hết sức lao động trực tiếp của con ngời .Nhiều dây truyền sản xuất tự
động ra đời với công suất lớn và hiệu suất lao động cao. Vì thế trong thời đại
ngày nay nếu con ngời không nắm bắt đợc những công nghệ mới sẽ không bắt
kịp đợc thời đại , sẽ bị tụt hậu so với Xã hội . Đặc biệt trong đó,con ngời cần
phải nắm bắt và điều khiển đợc những dây truyền sản xuất tự động không cần
sự tham gia trực tiếp sức lao động của con ngời .
Với sự tiến bộ của Xã hội ,càng cần đòi hỏi nhiều hệ thống tự động không
ngừng đợc cải tiến để có trình độ tự động hóa cao hơn .Muốn vậy những nhà
khoa học cần phải nắm rất chắc kiến thức điều khiển tự động mà cơ sở trong đó
là kiến thức cơ sở về Lý thuyết điều khiển tự động để thiết kế hệ thống xác

định sai số ,tính ổn định và hiệu chỉnh chúng.
I. Lập sơ đồ khối phân tích chức năng của các phần tử ,lập sơ đồ chức năng
và thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ thống ĐCTĐ.
Sơ đồ của hệ thống :
U
U
U
xx

vào
i
i
1
+
ĐT
ra

i
2
-
XX-P XX-T

HTXX
ra
KĐMĐ ĐCCH
Trong đó :
CCCT: Cơ cấu chơng trình dùng để tạo tín hiệu vào dới dạng góc quay
vao
HTXX : Hệ thống xenxin bao gồm xen xin phát(XX-P) và xenxin thu (XX-
T).

KĐĐT : khuyếch đại diện từ
KĐMĐ : khuyếch đại máy điện
ĐCCH : Động cơ chấp hành điện một chiều .
ĐT : Cơ cấu đổi tốc
ĐTĐC : Đối tợng điều chỉnh(Anten Rađa ,tên lửa ,Pháo cao xạ.._)
Các thông số cho trớc của các phần tử có trong hệ thống :
Tên phần tử HTXX KĐĐT KĐMĐ ĐCCH ĐT
Tín hiệu các
thông số và thứ
nguyên
Kxx
[v/độ]
K
kddt
[ma/v]
T
kddt
[sec]
K
kdmd
[v/ma]
T
kdmd
[sec]
K
dcch
[độ/v]
T
dcch
[sec]

K
d
=1/i
[độ/độ]
Giá trị
(tratheo bảng)
K3
25
K4
220
T1
0.007
K5
4.2
T2
0.025
K6
2.2
T3
0.15
K7
0.004

CCCT
KĐĐT
ĐTĐC
Các chỉ tiêu chất lợng của quá trình quá độ:
max
=27%; t
ĐC

=1,3[sec]; n=2. tốc độ
bám và sai số bám Vmax=18; V=0.22.
Trên sơ đồ của hệ thống ta có sơ đồ khối của hệ thống nh sau :
1. Sơ đồ khối chức năng
Nguyên lý làm việc của hệ thống bám dùng xenxin.
Cơ cấu dùng để tạo ra tín hiệu vào dới dạng góc quay
vào
.Hệ thống xenxin
dùng xenxin phát (XX-P) và xenxin thu (XX-T) làm việc ở chế độ biến áp để đo
sai lệch góc giữa trục phát (trục vào) và trục thu (trục ra) =
vào
-
ra
, biến đổi
thành điện áp ra của hệ thống xenxin U
xenxin
, điện áp này đa qua bộ khuếch đại
điện tử, ở đây tín hiệu đợc khuếch đại sơ bộ, tạo thành dòngđiện điều khiển
chạy trong cuộn dây của bộ khuếch đại máy điện (KĐMĐ). Bộ KĐMĐ đóng
vai trò bộ khuếch đại công suất và tín hiệu ra là điện áp điều khiển động cơ
chấp hành một chiều (ĐCCH) làm việc. Động cơ chấp hành quay qua hộp đổi
tốc (ĐT) làm đối tợng điều khiển quay, tín hiệu này đơc đa về đầu vào qua phản
hồi âm nhờ cơ cấu cơ khí. Khi đầu vào nhận đợc tín hiệu phản hồi tiến hành so
sánh làm xenxin thu quay để làm giảm sai lệch góc. Quá trình điều khiển sẽ kết
thúc khi tín hiệu phản hồi về là
ra
=
vào
hay sai lệch góc = 0. Đó là chế độ
làm việc khử sai lệch của hệ thống.Chế độ này cho phép điều khiển góc quay

của ĐTĐK ở hai chiều khác nhau.
*Phân tích hệ thống :
Hệ thống xenxin là phần tử nhạy cảm làm việc ở chế độ biến áp gồm một
xenxin phát và một xenxin thu.Nó tơng đơng một cơ cấu trừ và bộ khuyếch đại
hiệu tín hiệu sai lệch góc đầu vào và đầu ra. Hàm số truyền của hệ thống xenxin
ký hiệu là W
3
(p) = K
3
Khâu KĐĐT là khâu biến đổi từ tín hiệu điện áp thành tín hiệu dòng điện do
vậy nó là một khâu quán tính có hằng số thời gian T = T
KĐĐT
, hệ số truyền là K
= K
KĐĐT
từ đó suy ra hàm số truyền của khâu KĐĐT ký hiệu là W
4
(p) = K
4
/
(1+T
KĐĐT
p).
Khâu KĐMĐ là khâu biến đổi từ tín hiệu dòng điện thành tín hiệu điện áp
do vậy nó là một khâu quán tính có hằng số thời gian T = T
KĐMĐ
,có hệ số truyền
K = K
KĐMĐ
từ đó ta có hàm số truyền của khâu KĐMĐ ký hiệu là W

5
(p) = K
5
/
(1+T
KĐMĐ
).
Khâu ĐCCH là khâu biến đổi từ tín hiệu điện áp thành tốc độ quay của động
cơ chấp hành, do vậy nó gồm có một khâu tích phân và một khâu quán tính, từ
đó suy ra hàm số truyền của khâu ĐCCH ký hiệu là W
6
(p) = K
6
/p(1+T
ĐCCH
).
Khâu đổi tốc là một khâu không quán tính nên suy ra hàm số truyền của
khâu ĐT ký hiệu là: W
7
(p) = K
7
.
II. Phân tích cấu trúc, lập sơ đồ cấu trúc, các dạng hàm số truyền của
hệ thống:
1. Phân tích cấu trúc:
Tín hiệu vào hệ thống dới dạng góc quay (t), qua hệ thống xenxin làm việc ở
chế độ biến áp cho tín hiệu ra là điện áp U
XX
. Hàm số truyền của HTXX ký
hiệu là:

W
1
(p)=K
3
=
)p(
)p(U
1

[V/Độ].
Trong đó (p) =
1
(p)-
2
(p) là sai số bằng hiệu số góc quay của trục xenxin phát
và trục xenxin thu.
Hàm số truyền của bộ khuếch đại điện tử là:
W
2
(p)=
)p(U
)p(I
1
2
=
1
4
pT1
K
+

[mA/V]
Trong đó K
4
là hệ số khuếch đại, T
1
là hằng số thời gian của bộ khuếch đại.
Hàm số truyền của bộ khuếch đại máy điện là W
3
(p):
W
3
(p)=
)p(I
)p(U
2
3
=
2
5
pT1
K
+
[V/mA]
Trong đó K
5
[V/mA] là hệ số khuếch đại, T
2
là hằng số thời gian của bộ khuếch
đại.
Hàm số truyền của động cơ chấp hành là W

4
(p):
W
4
(p)=
)(
3
pU
dc

=
)1(
3
6
pTp
K
+
Trong đó K
6
là hệ số truyền của động cơ theo tốc độ, T
3
là hằng số thời gian
điện cơ của động cơ,
dc
(p) là góc quay của trục động cơ.
Hàm số truyền của bộ đổi tốc là W
5
(p)=
)(
)(

2
p
p
dc


=K7
2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống:
Dựa vào sơ đồ chức năng của hệ thống, hàm số truyền của từng khâu ta suy ra
sơ đồ cấu trúc của hệ thống có dạng sau:


vào
U
1
U
2
u
3

ĐC

ra

+
-
ra

Tìm hàm số truyền của hệ thống mạch hở ban đầu :
Từ sơ đồ cấu cấu trúc của hệ thống ta có :

W
1
(P)=K
1
=

1
u
(V/rad)

W
2
(P) =
)(
)(
1
2
PU
PU
=
1
4
+PT
K
KDDT


W
3
(P)=

)(
)(
2
3
PU
PU
=
1
5
+PT
K
KDMD

W
4
(P)=
)(
3
PU
DC

=
)1(
6
+PTP
K
DCCH

)(
5

P
W
=
DC
ra


=
K
4

Hàm số truyền của hệ thống hở là:

=
W
H
W
1
(P)
W
2
(P)
W
3
(P)
W
4
(P)
W
5

(P)
)1T)(1T)(1T(
K
DCCHKDMDKDDT
76543
+++
=
PPPP
KKKK
W
H
=
)115,0)(1025,0)(1007,0(
004,0*2,2*2,4*220*25
+++ PPPP
=
)115,0)(1025,0)(1007,0(
28,203
+++ PPPP
=
)10000182048263,0(10
28,203
2344
PPPP +++

=
)](10000)(1820)(48)(263,0[10
28.203
2344
jwjwjwjw

+++

=
)](1000048()1820263,0[(10
83,203
3244
jwwjww


III. Khảo tính ổn định của hệ thống mạch hở ,mạch kín ĐCTĐ.
Ta áp dụng tiêu chuẩn ổn định Hurwitz để khảo sát hệ kín.
W
k
(p)=
)(1
)(
pWh
pWh
+
;
Từ đó ta xác định đợc phơng trình đặc trng của hệ đã cho là:
1+W
h
(p) = 0;
Thực hiện thay biểu thức của W
h
(p) vào ta có:
K
3
K

KĐMĐ
(1+K
KĐMĐ
p)
K
7
K
KĐĐT
(1+T
KĐĐT
p)
K
ĐCCH
p(1+K
ĐCCH
p)