Báo cáo thực hành tự động điều chỉnh và điều khiển hệ động lực

Trêng ®¹i häc hµng h¶i VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ
o0o
BÁO CÁO THỰC HÀNH
TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH VÀ ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
ĐỀ BÀI:
Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc có phản hồi phụ mềm
kiểu động học. Bộ điều tốc thủy lực lắp trên động cơ 2D-100.
T
a
T
d
T
f
K
a
K
b
K
d
β
ψ
θ
1,5 6 2 0.1 1 1.5 0.5 1
GVHD : Phạm Đình Bá
Sinh viên : Doãn Tuấn Võ
Lớp : MTT51DH2
MSV : 39348
Hải Phòng- 2014
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

- 1 -
5–2014
MỤC LỤC
1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC BỘ ĐIỀU TỐC 2
1.1. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG 3
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 3
1.2.1. Khi tải không đổi 3
1.2.2. Khi tải tăng 3
1.2.3. Khi tải giảm 4
2. XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN THEO THAM SỐ 5
3. XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA HÀM TRUYỀN 5
4. KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ 6
5. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU TỐC BẰNG MATLAB 6
5.1. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU TỐC- ĐỘNG CƠ- PHỤ TẢI 6
5.2. THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CHO TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ 7
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 2 -
5–2014
1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC BỘ ĐIỀU TỐC
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc lắp trên đông cơ 2D-100
1-cung răng; 2-thanh răng-cốc tỳ lò xo; 3-lò xo; 4-khớp nối đĩa; 5-quả văng; 6-ổ bi
đỡ; 7-khớp chữ thập; 8-xilanh phân phối; 9-con trượt điều khiển; 10-bình ổn áp;11-két
dầu; 12-bơm dầu; 13-bánh răng dẫn động; 14-cán piston bộ khuyếch đại; 15-piston chủ
động; 16-kim tiết lưu; 17-lò xo; 18-piston bị động; 19-con trượt; 20-xilanh bộ khuyêch
đại; 21-piston bộ khuyếch đại; 22- lò xo lực; 23-ống xả dầu an toàn;
a,b,c,d- các ống dẫn dầu
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 3 -
5–2014
1.1. SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG
Hình 2.Sơ đồ chức năng bộ điều tốc lắp trên động cơ 2D-100
Trên Hình 1 và Hình 2 biểu diễn sơ đồ nguyên lý cấu tạo và sơ đồ chức năng
bộ điều tốc lắp trên động cơ 2D-100. Đây là bộ điều tốc có phản hồi phụ mềm kiểu
động học.
- Bộ cảm biến bao gồm: quả văng 5, lò xo 3 và khớp trượt lắp với đĩa 4
- Bộ khuyếch đại gồm các khâu: cán piston bộ khuyếch đại 14, xilanh bộ
khuyếch đại 20, piston bộ khuyếch đại 21, lò xo lực 22.
- Liên hệ ngược mềm bao gồm: piston chủ động 15, kim tiết lưu 16, lò xo
17 và con trượt 19 cùng với piston bị động 18
- Bơm dầu 12 và bình điều áp 10
Nhận xét: Bộ điều tốc 2D-100 là bộ điều tốc có liên hệ ngược mềm bởi thế nó
đảm bảo chế độ tốc độ không thay đổi ứng với các tải của động cơ.
)(
0
nn =
.
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Bộ cảm biến của bộ điều tốc gồm quả văng 5, lò xo 3 và khớp trượt lắp với
đĩa 4. Con trượt 9 được lắp chặt với khớp trượt. Các chế độ làm việc cuả bộ điều
tốc (động cơ) được thực hiện bằng cách thay đổi sức căng lò xo 3 nhờ quay cung
răng 1 bằng tay hoặc điều khiển từ xa. Bộ điều tốc có hệ thống dầu khép kín. Dầu
có áp lực cao được tạo nên nhờ các lò xo trong bình ổn áp 10 theo đường ống b
nạp vào khoang trống trên con trượt 9.
1.2.1. Khi tải không đổi

Khi chế đọ hoạt động của động cơ cân bằng ổn định, thì lực ly tâm của quả
văng 5 của BCB sẽ cân bằng với lực căng của lò xo 3, con trượt điều khiển 9 nằm
ở vị trí đóng kín đường dầu d của BKĐ, thanh răng nhiên liệu ở vị trí đứng yên
không thay đổi lượng cấp nhiên liệu.
1.2.2. Khi tải tăng
Khi cân bằng bị phá vỡ, ví dụ khi tải tăng, vòng quay của trục động cơ giảm.
Lực căng lò xo 3 thắng lực ly tâm của quả văng 5, đẩy con trượt điều khiển 9 đi
xuống mở đường dầu d của BKĐ. Đường dầu d sẽ thông với đường dầu áp lực cao
b. Dầu có áp lực cao được tạo nên nhờ các lò xo trong bình ổn 10 đi vào ngăn phía
trên của xilanh bộ khuyếch đại. Khi đó lò xo 22 của bộ khuyếch đại bị nén, cần 14
kéo thanh răng bơm cao áp lên trên về phía tăng lượng cấp nhiên liệu.
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 4 -
5–2014
Bộ điều tốc 2D-100 là bộ điều tốc có liên hệ ngược mềm bởi thế nó đảm bảo
chế độ tốc độ không thay đổi ứng với các tải của động cơ. Liên hệ ngược mềm của
bộ điều tốc gồm piston chủ động 15, kim tiết lưu 16, lò xo 17 và con trượt 19 cùng
với pistn bị động 18. Khi piston 21 dịch chuyển lên trên tăng lượng cấp nhiên liệu
thì piston 15 cũng dịch lên trên. Dầu ở khoang phía trên của piston chủ động 15 bị
nén làm tăng áp suất. Dầu bị nén thông qua ống dẫn dầu c đẩy piston bị động 18
và con trượt 19 đi xuống làm lò xo 17 bị giãn, đồng thời lỗ tại con trượt 19 hở ra
làm cho dầu từ khoang trên của xilanh bộ khuyếch đại qua lỗ hở trên con trượt 19
chảy về két 11 thông qua ống dẫn dầu a làm cho lượng dầu cấp vào khoang trên
của xilanh bộ khuyếch đại giảm từ từ. Quá trình điều chỉnh còn tiếp tục khi áp lực
ở khoang trên của piston chủ động giảm dần do một lượng dầu được hồi về két 11
qua kim tiết lưu 16 mở ra. Piston bị động 18 và con trượt 19 từ từ được nâng lên
do lò xo 17 dần trở lại vị trí ban đầu. Độ dịch chuyển cần 14 từ từ được hồi phục.

Quá trình điều chỉnh kết thúc khi con trượt 9 che kín lỗ dầu trên con trượt 19 đồng
thời lò xo 17 hết bị dãn nở.
1.2.3. Khi tải giảm
Khi tải giảm thì vòng quay trục động cơ tăng. Lực ly tâm của quả văng 5
thắng lực căng của lò xo 3. Con trượt 9 dịch chuyển lên phía trên, ống dầu d thôn
với ống dầu xả a. Do độ chênh áp suất, lò xo 22 dãn ra đẩy piston 21 dịch chuyển
xuống, dầu theo ống a chảy về két 11, do vậy cần 14 bị đẩy xuống về phía giảm
lượng cấp nhiên liệu. Khi piston 21 dịch chuyển xuống dưới thì piston chủ động
15 cũng dịch chuyển xuống dưới. Độ chân không hình thành trên khoang phía trên
piston chủ động 15, do vậy piston bị động 18 và con trượt 19 bị hút lên làm cho lò
xo 17 bị nén, đồng thời con trượt 9 che kín lỗ trong con trượt 19, do vậy chấm dứt
việc chảy dầu từ khoang trên của xilanh bộ khuyếch đại. Kết quả là sự dịch chuyển
thanh răng của bơm về phía ngắt nhiên liệu dừng lại.
Quá trình điều chỉnh còn tiếp tục. Độ chân không trong các khoang phía trên
piston chủ động 15, piston bị động 18 giảm xuống và piston 18 cùng con trượt 19
hạ xuống từ từ nhờ dầu từ két 11 được hút lên qua kim tiết lưu 16 và nhờ lò xo 17
dãn ra. Con trượt 19, con trượt 9 dịch chuyển không tương ứng với nhau và dẫn tới
hồi phục từ từ độ dịch chuyển cần 14. Qua trình điều khiển kết thúc khi con trượt 9
che kín lỗ dầu trên con trượt 19 đồng thời lò xo 17 hết dãn nở. Quá trình điều
chỉnh có thể dừng ứng với vị trí bất kì của piston 21 ( ứng với tải bất kỳ) nên
dường đặc tính điều tốc là các đường thẳng đứng.
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 5 -
5–2014
2. XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN THEO THAM SỐ
α
d

(p)
y(p)
x
1
y
1
y(p)
Xác định hàm truyền:
Khâu W2 là khâu hồi tiếp của khâu W1
211
1
ww
w
Wa
+
=
y1= x1.Wa
(y1- α)W3 = y(p)
x1= ѱ(p) –y(p)
y1= (ѱ(p) –y(p)).Wa
[(ѱ(p) –y(p)).Wa- α ]W3 = y(p)
ѱ(p).Wa.W3- y(p).Wa.W3- α.W3= y(p)
ѱ(p).Wa.W3- α.W3 = y(p).(1+ Wa.W3)
y(p)=
α
3.1
3
)(
31
3.

WWa
W
p
WaW
WWa
+
−Ψ
+
(p)
3. XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ CỦA HÀM TRUYỀN
T
a
T
d
T
f
K
a
K
b
K
d
β
ψ
θ
1,5 6 2 0.1 1 1.5 0.5 1
1,07,13
1
1,05,1
1

12
2*5,0
.
1,05,1
1
1
1,05,1
1
2
++
+
+
=
++
+
+
=
pp
p
p
p
p
p
p
Wa
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2
1
W1

W3
W2
1
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 6 -
5–2014
1,07,23
12
2
++
+
=
pp
p
Wa
15,065,47,2018
12
5,16
1
.
1,07,23
12
3.
232
+++
+
=
+++
+
=

ppp
p
ppp
p
WWa
)(
15,065,47,2018
12
1
5,16
1
)(
15,065,47,2018
12
1
15,065,47,2018
12
)(
2323
23
p
ppp
p
p
p
ppp
p
ppp
p
py

αψ
+++
+
+
+
−
+++
+
+
+++
+
=
)(
15,165,67,2018
1,07,23
)(
15,165,67,2018
12
)(
23
2
23
p
ppp
pp
p
ppp
p
py
αψ

+++
++
−
+++
+
=
4. KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ
Xét phương trình đặc trưng:
( )p
H
=
15,165,67,2018
23
+++ ppp
Theo Hurwirtz
Hệ thống điều khiển tự động sẽ ổn định nếu:
- Tất cả các hệ số của phương trình đặc trưng là dương
- Tất cả các định thức Hurwirtz đều dương
Như ta đã thấy tất cả các hệ số của phương trình đặc trưng đều dương
Ta xét:
2
∆
=
1 3
0 2
a a
a a
 
 ÷
 

= (a1.a2-a0.a3)= (20,7.6,65-18.1,15)= 116,995 > 0
Vậy hệ đã cho là ổn định.
5. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU TỐC BẰNG MATLAB
5.1. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU TỐC- ĐỘNG CƠ- PHỤ TẢI
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 7 -
5–2014
Hình 3.Sơ đồ cấu trúc hệ điều tốc– động cơ- phụ tải
5.2. THỰC HIỆN MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CHO TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ
T
a
T
d
T
f
K
a
K
b
K
d
β
ψ
θ
1,5 6 2 0.1 1 1.5 0.5 1
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ

LỚP MTT51–ĐH2
aa
kpT
+
1
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 8 -
5–2014
Hình 4.Mô phỏng hệ động cơ – phụ tải khi trang bị bộ điều tốc 2D-100 bằng Simulink
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 9 -
5–2014
Hình 5. Mô phỏng hệ điều tốc- động cơ- phụ tải
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2
BÁO CÁO THỰC HÀNH TĐĐC&ĐK HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY
- 10 -
5–2014
KHOA CƠ KHÍ – TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
DOÃN TUẤN VÕ
LỚP MTT51–ĐH2