thiết kế hệ truyền động cho cân bằng định lượng, chương 7 pot

chng 7:
Tổng hợp hệ truyền động
1 . Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền
động điện
Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện
là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại l-ợng điều chỉnh mà
không phụ thuộc vào tác động của các đại l-ợng nhiễu lên hệ điều
chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ
truyền động cân băng định l-ợng có cấu trúc đ-ợc trình bày ở d-ới,
gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy mài tròn Mx và
thiết bị biến đổi năng l-ợng - chỉnh l-u cầu ba pha BĐ (
đ-ợc gọi là
phần lực
), các thiết bị đo l-ờng ĐL và các bộ điều chỉnh R (đ-ợc
gọi là phần điều khiển
). Tín hiệu điều khiển hệ thống đ-ợc gọi là
tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác
động lên hệ thống.
MxR BĐ M
ĐL
THĐ
NL
Cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ
truyền động cân băng định l-ợng .
Động cơ truyền động đ-ợc sử dụng là động cơ một chiều kích
từ độc lập và đ-ợc cấp năng l-ợng từ bộ biến đổi chỉnh l-u cầu ba
pha có điều khiển. Bộ biến đổi có chức năng biến đổi năng l-ợng
điện thích ứng với động cơ truyền động và mang thông tin điều
khiển để điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi (nh- công
suất, điện áp, dòng điện, tần số ). Tín hiệu điều khiển đ-ợc lấy ra
từ bộ điều chỉnh R. Các bộ điều chỉnh R (

regulator) nhận tín hiệu
thông báo sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông
qua so sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo l-ờng các đại
l-ợng truyền động. Sự biến thiên của các tín hiệu đặt gây ra các sai
lệch không tránh đ-ợc trong quá trình quá độ và cũng có thể gây
sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở phân tích các sai lệch điều
chỉnh, ta có thể chọn đ-ợc các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích
hợp để nâng cao chính xác của hệ thống.
2 . Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh
Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số th-ờng phân hệ
thành cấu trúc nhiều vòng có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp. Cho
đến nay, ph-ơng pháp chung tổng hợp các bộ điều chỉnh trong cấu
trúc nối cấp ch-a thật hoàn thiện, chủ yếu do việc chọn thông số tối
-u của các bộ điều chỉnh và tính chất phức tạp của hệ thống thực.
Vì thế, việc tính toán tổng hợp gần đúng có giá trị to lớn trong thiết
kế định h-ớng cũng nh- trong chỉnh định và vận hành hệ thống.
Nh- đã trình bày ở trên, để phù hợp với yêu cầu của hệ
truyền động, ta chọn hệ điều chỉnh động cơ một chiều điều chỉnh
theo nguyên tắc T - Đ. Qua phân tích cơ cấu cân băng, ta thấy rằng
hệ truyền động này bao gồm ba mạch vòng điều chỉnh, đó là mạch
vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch
vòng điều chỉnh năng suất. Sơ đồ nối cấp của hệ điều chỉnh đ-ợc
trình bày nh- hình vẽ.
Q
đ
+ + + i

Q
R
q

(p) R

(p) R
i
(p) S
i
(p) S

(p)
S
q
(p)
Năng suất của hệ thống cân băng quyết định tốc độ đặt động
cơ truyền động để đạt đ-ợc kết quả theo yêu cầu. Qua hệ điều
chỉnh tốc độ ta sẽ tạo ra tốc độ điều khiển động cơ- điều khiển
thông qua mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Do các yêu cầu công
nghệ mà hệ thống cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vô sai cấp hai. Nhiễu
chính của hệ thống là mômen cản M
c
. Tuỳ theo yêu cầu công nghệ
mà bộ điều chỉnh tốc độ R

có thể đ-ợc tổng hợp theo hai tín hiệu
điều khiển hoặc theo nhiễu tải M
c
. Trong tr-ờng hợp chung, hệ
thống phải có đặc tính điều chỉnh tốt cả từ phía tín hiệu điều khiển
lẫn phía tín hiệu nhiễu loạn.
2.1 . Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Trong các hệ truyền động tự động cũng nh- các hệ chấp hành

thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức
năng cơ bản của mạch vòng dòng điện là trực tiếp hoặc gián tiếp
xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra nó còn có chức năng
bảo vệ, điều chỉnh gia tốc
Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện có dạng nh- hình vẽ:

Trên sơ đồ ta thấy có hai đại l-ợng đầu vào là tín hiệu đặt U
d
và tín hiệu nhiễu loạn M
c
. Khi có sự biến đổi của dòng điện, sẽ có
hai sự tác động vào hệ thống: Một tín hiệu qua mạch vòng điện tử
để điều chỉnh dòng và một tín hiệu qua mạch vòng cơ đi vào điều
khiển mô men. Tuy nhiên, mạch vòng cơ có hệ số quán tính lớn
hơn rất nhiều so với mạch vòng điện tử nên ta có thể cắt bỏ, hay
nói cách khác, khi tổng hợp mạch vòng dòng điện ta có thể bỏ qua
ảnh h-ởng của suất điện động động cơ.
Nh- vậy ta có sơ đồ khối tổng hợp mạch vòng dòng điện lúc
này có dạng nh- sau:

U
Iđ
U
I
R
I
U
đk
1+T
-

p
K
i

K
CL
1+

CL
p
U
d
I
-
1/R
-
1+T-p
1/R
-
1+fIp
K
i
UIđ
UI
1+CLp
K
CL
RI
Uđk
E

K

I-
1/Jp
M
c
K

Trong đó:
K
CL
: Hệ số khuyếch đại khâu chỉnh l-u dòng điện.
K
CL
= 4,23
10
234
V
10
U
dm


CL
: Hằng số thời gian của khâu chỉnh l-u.
CL
= 3.33
ms
K
i

: Hệ số khuyếch đại của sensor dòng.
K
i
= 176,1
5,8
V10
I
V10
dm


fi
: Hằng số thời gian của sensor dòng.
fi
= 0.5

1 ms
R
-
,L
-
: Điện trở và điện cảm mạch phần ứng.
T
-
: Hằng số thời gian mạch phần ứng, có giá trị cỡ
hàng chục
ms. T
-
= )(014,0
49,2

0345,0
-
s
R
L

T
V0
=
e
.m


1,67 ( ms )
Tổng hợp mạch ta có cấu trúc thu gọn:

U
I
U
Iđ
F
R
I
(1+

CL
)(1+T
-
p)(1+

fI
p)
K
CL
.1/R
-
.K
I
U
I
Suy ra hàm truyền mạch:
F
S
=
)pT1).(p1(
K
.
pT1
1
.
R
1
.
p1
K
VOfI
I
uuCL
CL

Do các giá trị
CL
và
fI
là t-ơng đối nhỏ nên ta có thể tổng
hợp nh- sau:
F
S

)1)(1( ppT
K
Iu
S


Với K
S
=
u
ICL
R
KK
.
= 11,056
T
s
=
fI
+

CL
+ T
V0
= 6.10
-3
s
F
S

)1)(1( ppT
K
Iu
S


=
25
p10.02,6p0183,01
056,11
)00433,01)(p014,01(
056,11






Tổng hợp mạch vòng theo tiêu chuẩn modul tối -u ta thu
đ-ợc cấu trúc của bộ điều chỉnh mạch vòng dòng điện có dạng PI:
R

I
(p) =
p.T.K.2
pT1
sS
u

=
p957,0
p014,01
p00433.0.056,11.2
p014,01




Sơ đồ bộ PI
-
+
U
iđ
U
i
R
1
R
2
R
3
C

C
K
U
Đk
Lùa chän c¸c th«ng sè
R
1
C =
s
u
ICL
T
R
KK2
= 0,1326
R
3
C = T
-
= 0,014
Chän C = 100
F
Ta tÝnh ®-îc R
1
=
s
u
ICL
T
CR

KK2
= 1326 
Chän R
1
= 1,5 k
R
3
=
C
T
u
= 140 
Chän R
3
= 150 
Cã thÓ chän R
2
= R
1
= 1,5 k
§Ó t¹o läc , th-êng nèi thªm tô C
k
song song víi ®iÖn trë R
3
sao cho
R
3
C
k
= T

f
vµ R
3
( C + C
k
) = T
-
Tõ ®ã ta tÝnh C
k
=
3
f
R
T
= 42,8 .10
-6
F = 42,8 F
Chän C
k
= 50 F
Với các giá trị đã cho ta xây dựng đ-ợc đặc tính quá độ của
cấu trúc mạch nh- sau:
Đặc tính quá độ của mạch vòng dòng điện
Quá trình quá độ sẽ kết thúc sau thời gian T
qđ
= 0,0363(s) và
độ quá điều chỉnh là 4,23% . Với động cơ trong hệ truyền động T -
Đ, do không cần phải đảo chiều động cơ nên nói chung ta sẽ phát
xung cho hệ trong chế độ dòng điện liên tục, đơn giản và tiện lợi.