LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN, chương 6 ppt

Chương 6: Nguyên tắc xây dựng hệ
điều chỉnh vò trí
Hệ thống truyền động điện điều khiển vò trí thuộc loại hệ
thống được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như trong cơ cấu
truyền động cho tay máy, người máy, cơ cấu ăn dao, máy gọt
kim loại, quay anten, kính viễn vọng v.v Tùy thuộc vào cơ cấu
mà công suất truyền động nằm trong dài rộng từ vài chục W đến
vài trăm kW.
Trong hệ điều khiển vò trí đại lượng điều khiển (lượng đặt


) có ý nghóa quan trọng quan trọng quyết đònh cấu trúc điều
khiển hệ. Thông thường lượng điều khiển


là một hàm của
thời gian, có thể là một hàm nhảy cấp, hàm tuyến tính hoặc
tuyến tính từng đoạn theo thời gian, hàm parapol và hàm điều
hòa.
Tùy thuộc vào lượng điều khiển mà ta có hệ truyền động
điều khiển vò trí cho cơ cấu chuyển dòch và hệ truyền động điều
khiển vò trí theo chế độ bám (hệ tùy động).
Trong hệ truyền động điều khiển vò trí chuyển dòch trong
các chỉ tiêu chất lượng chung người ta quan tâm đền độ tác động
nhanh của hệ. Điều này có liên
Hình 2.25 Lượng điều khiển

w
(t)
a) Hàm nhảy cấp; b) Hàm tuyến tính; c) Hàm parapol.

quan về giản đồ tối ưu về tốc độ

(t), gia tốc

(t) và vò trí

(t).
Để xây dựng hệ điều khiển người ta dựa trên quy luật tối ưu tác
động nhanh truyền động điện bằng việc nghiên cứu quỹ đạo pha
chuyển động.
Hình 2.26 a) Lượng điều khiển

w
(t);
b)

(t),

(t), và

(t); c) Quỹ đạo pha chuyển động
Nếu lượng điều khiển là hàm nhảy cấp ta có giản đồ

(t),

(t),

(t) và quỹ đạo pha tối ưu trên hình 2.19
Đối với giản đồ


(t),

(t), và

(t) ta có:
2
T
t0
 thì

(t) = 
max
t

(t) =
2
1

max
t
2
(1)
2
T
t0
 thì

(t) = 
max
(T-t)

(t) = 
max
(T
t
-
4
T
2
t
22

) (2)
Ta tính được
T =2.
max
k



max
= 
max
.
2
T
=
mk
.

trong đó thời điểm hãm t =

2
T
với  = 
max
, 
k
là độ dài dòch
chuyển.
Hình 2.27 Giản đồ

w
(t), M(t),

(t), Δ

(t) và quỹ đạo pha chuyển
động.
Đối với quỹ đạo pha chuyển động: đường nét đậm là quỹ
đạo chuyển (đường hãm), đường 1 và 3 ứng với độ dài dòch
chuyển nhỏ với sai lệch vò trí
Δ
1
(0) và Δ
3
(0), đường 2 ứng với
độ dài dòch chuyển lớn can thời gian chạy ổn đònh với
 = 
max
.
Trên hình 2.27 và hình 2.28 ứng với lượng điều khiển 


(t)
là tuyến tính và hàm parapol. Trên hình 2.29 là cấu trúc điều
khiển biến trạng thái của hệ truyền động điều khiển vò trí, trong
đó các tọa độ trạng thái X
1
= , X
2
= , X
3
= .
Hình 2.28 Giản đồ

w
(t),

w
(t),

w
(t) và quỹ đạo pha chuyển động
Hình 2.29 Cấu trúc điều khiển biến trạng thái
2.5 Hệ điều chỉnh vò trí tuyến tính
Hệ điều chỉnh vò trí tuyến tính mà ta nghiên cứu ở đây có
bộ điều chỉnh vò trí R

là tuyến tính: giả sử các mạch vòng trong
đã được tổng hợp theo phương pháp module tối ưu dạng chuẩn,
hàm truyền kín của mạch vòng tốc độ là:
22

k
p2p21
k
)p(F






Hàm truyền của sensor vò trí là khâu tích phân


p
1
)p(F
S

Hình 2.30 Cấu trúc hệ điều chỉnh vò trí tuyến tính
Ta có cấu trúc của hệ như hình 2.30
Tiến trình tổng hợp tham số điều chỉnh vò trí R

cũng tương
tự như các mạch vòng khác. Tất nhiên ở đây với cấu trúc trên
hình 2.30 thì hàm truyền bộ điều chỉnh vò trí sẽ không có thành
phần tích phân tức là chỉ có P hoặc PD.
Bộ điều chỉnh vò trí ở đây được tính chọn theo điều kiện
với gia tốc hãm cực đại

hmax

đối với quãng đường hãm cực đại
Δ
hmax
sao cho thời gian hãm không vượt quá t
max
. Tại thời điểm
hãm, tương ứng với điều kiện là tín hiệu sai lệch tốc độ
Δ ở
đầu vào bộ điều chỉnh tốc độ bằng không. Ta có biểu thức gần
đúng là:
Δ
h
.F
R
= 
h
(3)
Ở đây
Δ
h
, 
h
là tín hiệu về quãng đường và tốc độ tại
điểm bắt đầu hãm. Vì vậy quãng đường hãm cực đại sẽ được
tính theo (1), (2)
Δ
hmax
=
2
1

maxh
2
max
C



 (4)

hmax
-gia tốc hãm cực đại;
C

-hệ số đo lường vò trí;
C

=

1
Giải kết hợp (3), (4) ta có:
F
R
=
2
max
max
2
max
maxh
C

2
C
2




 =K
R
(5)
Ở đây

hmax
= 
max
.
Từ (5) cho ta thấy bộ điều chỉnh vò trí được tính theo quan
hệ phi tuyến giữa tốc độ và vò trí (parapol). Nhưng khi thực hiện
nó lại là tuyến tính và không đổi. Do điều này dẫn đến kéo dài
quá trình với quãng đường khác nhau. Thí dụ khi cần dòch
chuyển một lượng
Δ
2
< Δ ta cần K
R

2
> K
K
 nhưng vì K

R
 là
không đổi nên tốc độ hãm sẽ nhỏ hơn dẫn đến kéo dài thời gian
hãm một lượng
Δt = t
2
– t
1
.
Điều chỉnh vò trí tuyến tính thường hay dùng trong truyền
động máy nâng, thang máy, các máy khai thác mỏ.