hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ, chương 6 doc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (230.48 KB, 11 trang )

chng 6: Tổng hợp các bộ điều chỉnh
2-6-1 Tổng hợp hệ theo hàm chuẩn:
Cấu trúc hệ gồm các mạch vòng điều chỉnh lệ thuộc lẫn nhau
(cấu trúc mạch vòng phù hợp với các hệ điều chỉnh công nghiệp)
Hình 2-20: Cấu trúc tổng quát một hệ điều chỉnh
*Đặc tính động của hệ: là đáp ứng của hệ khi l-ợng vào là hàm
nhảy cấp 1(t).
- Tốc độ điều chỉnh: (gia tốc
của hệ thống) =w/T
v
- Độ quá điều chỉnh: (mong
muốn nhỏ):
%=100(y
m
=w)/w
- Số lần dao động.
- Thời gian điều chỉnh: T
đc
,
cần nhỏ
Hình 2-21: Đặc tính quá độ của hệ thống .
R
1
R
2
R
3
Fs
3
Fs
2

Fs
1
y

M
y
s%

%
y
T
đc
2%
T
v
w
Việc điều chỉnh các thông số trên phụ thuộc lẫn nhau. Ví dụ nếu
giảm Tđc sẽ làm tăng
%. Vậy phải đ-a ra một sự dung hoà giữa
các tiêu chuẩn để có đ-ợc hệ thống tối -u.
* Tiêu chuẩn môđun tối -u:
Đặc tính mođun của hàm truyền kín của hệ là một hàm không
tăng, không cộng h-ởng và = 1 trong dải tần số sao cho rộng nhất.
- Hàm không tăng:
0
)(
2
2

H
- Không cộng h-ởng:
0
)(
)(
22
2

H
- Bằng 1: limH(
2
) =1
Hình 2-22: Đặc tính tần của hàm truyền kín tối -u
Từ tiêu chuẩn đó muốn môđun hệ kín là một khâu bậc hai thì
hàm chuẩn bậc hai có dạng:
2
2
221
1
pTpT
F
cc

ch

(tiêu chuẩn
môđun tối -u)
Nếu muốn môđun hệ kín là một khâu bậc ba thì hàm chuẩn bậc
ba có dạng:
3
3
2
2
8841
41
pTpTpT
pT
F
ccc
c
ch

(tiêu chuẩn môđun tối -u
đối xứng)
Trong đó T
c
đ-ợc chọn sao cho nhỏ nhất để
c
=1/T
c
là lớn nhất.

H(

)

c
=1/T
c
có cộng h-ởng
1
Hàm truyền kín của mỗi môđun dạng:
ss
ss
RF
RF
.1
.

. Nếu đã biết hàm
truyền hệ thống Fs ta có thể dựa vào các tiêu chuẩn tối -u để xác
định hàm truyền bộ điều chỉnh R
s
.
2-6-2 Tuyến tính hoá mô hình động cơ
Hệ ph-ơng trình (2-17) mô tả động cơ hệ ph-ơng trình phức tạp,
có độ phi tuyến cao dẫn đến một sơ đồ rất phức tạp và khó có thể
tổng hợp mạch theo các ph-ơng pháp thông th-ờng đ-ợc. Do vậy ta
phải dùng ph-ơng pháp tuyến tính hoá quanh điểm làm việc:
Gọi điểm làm việc ổn định của động cơ là điểm có tốc độ

0
ứng
mômen tải m
0
(và gọi tất cả các thông số tại điểm đó đều có chỉ số
d-ới là
0
). Hệ thống xê dịch quanh điểm làm việc ổn định một
l-ợng rất nhỏ kéo theo tất cả các đại l-ợng cũng đều bị thay đổi
một l-ợng rất nhỏ nào đó, ví dụ
=
o
+
Thay tất cả các đại l-ợng biến đổi đ-ợc vào (2-17): i
sq
=i
s
q
0
+i
s
q
, =
o
+ , m=m
0
+m ta đ-ợc:
) (
2
3

1
.).1(
.
1
.
1
.
1

1
.
1
.
1

1
00
0
0
0000
00
rdsqsqrd
r
m
M
rdrsq
r
m
rd

r
sdmrdr
sq
s
rd
m
rd
m
ssdsdssq
sd
s
rd
rm
ssqsqssd
ii
L
L
pm
i
T
L
iLpT
u
LLL
iii
T
pT
u
LTL
iii

T
pT

(2-28)
Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc động cơ đã tuyến tính hoá:
Hình 2-23: Sơ đồ mô tả động cơ trên hệ toạ độ dq
đã tuyến tính hoá quanh điểm làm việc
2-6-3 Tổng hợp Ri
sq
và R

Sơ đồ trên còn nhiều phức tạp mặc dù đã bỏ bớt khâu nhân và
chia. Ta còn phải tiếp tục làm đơn giản bớt bằng các giả thiết sau:
Giả thiết điều chỉnh tốc độ động cơ ở mức d-ới tốc độ định mức.
Khi đó giống nh- điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, ta sẽ theo
L
m

.
1+T
r
p

u
sd

i
sd

m

m
c

-

u
sq
rm
TL

1
Lm
.
T

r

rd0
i
sq0

s0

s0
i
sd0
m
L

1

rd0
-
-
-

i
sq
-

rd

s

r

r 0

rd0

rd0
m
L

1

0
i
s
T

1+T

T

1+T

p
1
.
L
s
1
.
L
s
P
c
pJ
3L
m
.p
c
2L
r
luËt tõ th«ng kh«ng ®æi  nh¸nh tõ ho¸ 
rd
cã 
rd
= 0. Theo
ph-¬ng tr×nh 2 cña (2-17) ta suy ra
i
sd
= 0.
VËy (2-28) cã d¹ng:
 

).(
2
3
.
1
.
1
.
1

1
0
0
00
sqrd
r
m
M
sq
rdr
r
sq
s
rd
m
ssdmsq
i
L
L
pm

i
T
u
LL
iLi
T
pT


































H×nh 2-24: S¬ ®å cÊu tróc khi

r
= const
BiÕn ®æi s¬ ®å :
i
sd0

rd0
Lm
.
T
r

rd0
3L
m
p
c
2L

r
P
c
pJ

u
sq

i
sq

m

m
c


-
-
T


.
1+T

p
m
L




1

rd0
1
.
L
s

rd0
3L
m
p
c
2L
r
P
c
pJ

u
sq

i
sq

m

m
c



-
-
T


.
1+T

p
C
p
1
.
p+D
L
m
i
sd0

rd0
T
r
1
.
L
s
A
Hình 2-25: Mô hình sau khi đã biến đổi.

Đặt
rrd
m
T
0
sd0
iL
A

B =
m
L

1

rd0
+ i
sd0

JL
pL
C
r
cmrd
2
3
2

0

A
T
D
pTAT
T
pT
T
A
pT
T
Dp

1

)1(
1
.1
1
1

Tổng hợp mạch: mạch điều khiển gồm khâu điều chỉnh tốc độ và
khâu điều chỉnh dòng điện. Coi khâu nghịch l-u có quán tính rất
nhỏ, cỡ 1ms (T
nl
= 0.001)
R

R
i
sq
1
.
p+D
C
p
B

*
u
sq
*
i
sq
*

i
sq

K
nl
1+T
nl
p
1
.
L
s
Hình 2-26: Tổng hợp các mạch vòng dòng điện và tốc độ.
Nhận thấy t-ơng tự nh- khi tổng hợp mô hình động cơ một
chiều, khâu phản hồi B giống khâu phản hồi sức điện động. Mà ta
biết quán tính của khâu này thì rất nhỏ so với quán tính cơ nên một
cách gần đúng có thể bỏ qua để tổng hợp đ-ợc.
Fs
i
=
)
1
1)(1(
K
))(1(
K
nlnl
p
D
pTL

pDpTL
nls
nls

Theo tiêu chuẩn tối -u môđun ta có:
pT
L
K
Dp
pT
DL
K
p
D
nl
s
nl
nl
s
nl

22
1
1
Ri
sq
Nh- vậy theo luật điều khiển môđun tối -u hàm truyền kín của
mạch vòng dòng điện là:

2
2
2 21
1
pTpT
F
nlnl

ki

Để đơn giản bớt cho phần tổng hợp sau ta bỏ bớt thành phần bậc
2 của F
ki
:
pT
F
nl
ki
21
1

.
Hàm truyền đối t-ợng của mạch vòng tốc độ Rs

:
p
C
pT
F
nl
s
.
.21
1

Đối với mạch điều chỉnh tốc độ, do quán tính của hệ thống lớn
nên khi tổng hợp theo chuẩn tối -u ta không thể đặt hằng số T
c
cỡ
miligiây nh- khi áp dụng cho mạch vòng dòng điện đ-ợc.Nếu đặt
Tc quá nhỏ sẽ gây hai bất lợi: thứ nhất để tốc độ ổn định từ 0 tới
định mức trong khoảng thời gian miligiây thì dòng sinh mômen lúc
đó phải có giá trị rất lớn, cỡ vài nghìn ampe, điều này không thể
chấp nhận đ-ợc. Thứ hai là tín hiệu đặt của mạch vòng dòng điện
là tín hiệu đầu ra của mạch vòng tốc độ. Nếu tần số dao động của
mạch vòng ngoài đ-a vào cũng xấp xỉ tần số dao động của mạch
vòng trong thì hệ thống dễ mất ổn định. Ta phải làm sao cho chu
kỳ dao động của mạch vòng trong rất nhỏ so với mạch vòng ngoài
thì hệ kín mới đảm bảo ổn định đ-ợc.
áp dụng tiêu chuẩn môđun tối -u đối xứng ở (2-68) cho mạch
vòng tốc độ ta đ-ợc:
pT
pT
pT
pT
C
pTpTC
pTpT
R
pTpT
pT
R
p
C

pT
F
F
RF
F
RF
RF
c
c
c
nl
cc
cnl
cc
c
nl
ch
ch
s
ch
s
s

1
41
.
8
.21
.
1
)1(8.
)41).(.21(
88
41

.21
1
1
1
22
3
3
2
2

Nếu đơn giản chỉ lấy R

là khâu PI:
pTC
pTT
R
c
cnl
2
8.
)2(21

2-6-4 Tổng hợp Ri
sd
:
Để giảm bớt phức tạp trong việc tổng hợp ta dựa vào lý luận sau:
Khi khởi động ta làm theo quy trình nh- máy điện một chiều: sau
khi ổn định việc cấp nguồn phía kích từ i
sd
xong mới cấp mômen
quay i
sq
nên có thể coi khi đ-a i
sd
vào thì mạch phía phần ứng ch-a
có hoạt động. Nhờ vậy ta có thể bỏ qua ảnh h-ởng của phía phần
ứng trong quá trình khởi động .