Chương 6: Hệ thống tùy động vị trí

Bài giảng môn học

Tổng hợp hệ điện cơ 2

Khoa Điện - Bộ môn TĐH
Trường Đại học KTCN
Thái Nguyên


Giíi thiƯu m«n häc
Chương I:

Hệ thống tuỳ động

Chương II:

Các phương pháp cơ bản điều chỉnh tốc độ động cơ xoay

chiều và hệ thống điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện
áp
Chương III:

Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng

cách thay đổi tần số nguồn
Chương IV: Hệ
Chương V:

thống điều tốc động cơ không đồng bộ rotor dây quấn

Hệ thống truyền động điện điều tốc biến tần - động cơ đồng

bộ
Chương VI:

Hệ truyền động điện điều chỉnh vị trí


- Sách, giáo trình chính :
Giáo trình Tổng hợp hệ điện cơ do bộ môn Tự động hoá XNCN Khoa Điện biên soạn (đang biên soạn)
- Sách tham khảo:
[1]. Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo); Cơ sở điều khiển tự động truyền động
điện; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội,2004
[2]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi; Điều
chỉnh tự động truyền động điện; NXB Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi, 2002.
[3]. Bïi Đình Tiếu; Cơ sở truyền động điện tự động; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà
Nội, 1984.
[4]. Võ Quang Lạp, Trần Xuân Minh; Giáo trình Kỹ thuật biến đổi; Trường đại học
kỹ thuật công nghiệp, Thái Nguyên, 1998.
[5]. Cyril W. Lander; Power Electronics; 1993.
[6]. Μ . Γ . Чиликин, Μ . Μ . Соклов, В. Μ . Терехов, А. В. Шинянский;
ОСНОВЫ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

Москва, 1974.

ЭЛЕТРОПРИВОДА;

Энергия,

Chương 6
HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG
6.1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG
6.1.1. Ứng dụng của hệ thống tuỳ động
y ==0
=x+
Hệ thống tùyyyđộng, thực chất là hệ thống ĐCTĐTĐĐ thực hiện điều khiển vị trí với
y =x
401
0

lượng đặt trước biến thiên tùy ý. Hệ thống tuỳ động được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tiễn.
Nhiệm vụ cơ bản của hệ là thực hiện điều khiển cơ cấu chấp hành bám sát chính xác đối với
lượng đặt vị trí, đại lượng điều khiển (lượng đầu ra) thường là vị trí khơng gian của cơ cấu sản
xuất, lúc lượng đặt thay đổi trong q trình làm việc thì hệ thống có thể làm cho đại lượng điều
khiển bám sát và duy trì một một cách chính xác vị trí của cơ cấu sản xuất theo yêu cầu. Ví dụ
điều khiển cơ cấu ép trục cán, trong quá trình cán kim loại, phải làm cho khe hở giữa hai trục có
thể tiến hành tự điều chỉnh; điều khiển quỹ tích gia cơng của máy cắt điều khiển số và điều khiển
bám của máy chép hình; cơ cấu lái tự động trên tàu thuyền; cơ cấu điều khiển anten rađa của cụm
súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm đúng mục tiêu; điều khiển động tác của người máy.
Những ví dụ trên đây đều là những ứng dụng cụ thể về hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí.


6.1.2. Các bộ phận chủ yếu của hệ thống tuỳ động vị trí và
ngun lý làm việc của nó

y401=x+
y ==0
y

y0 = x


6.1.2. Các bộ phận chủ yếu của hệ thống tuỳ động vị trí và
ngun lý làm việc của nó

y401=x+
y ==0
y
y0 = x


(1) Bộ đo kiểm vị trí: do chiết áp RP1 và RP2 tạo thành bộ đo
kiểm vị trí (góc), trong đó trục quay của chiết áp RP1 nối với bánh điều
khiển làm góc cho trước (góc đặt), trục quay của chiết áp RP2 thông qua
cơ cấu nối với bộ phận phụ tải làm phản hồi góc quay, hai bộ chiết áp
đều được cấp điện nhờ nguồn điện một chiều U, như vậy có thể chuyển
tham số vị trí trực tiếp thành đại lượng điện ở đầu ra.
(2) Bộ khuếch đại so sánh điện áp: do 2 bộ khuếch đại 1A, 2A tạo
thành, trong đó bộ khuếch đại 1A chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, cịn 2A có
tác dụng so sánh và khuếch đại điện áp, tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều
khiển bộ khuếch đại cơng suất cấp tiếp theo, đồng thời có khả năng nhận
biết cực tính điện áp (phương vị âm dương của góc pha).


(3) Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: để cung cấp cho động cơ
chấp hành của hệ thống tuỳ động chỉ có khuếch đại điện áp là chưa đủ,
cịn phải khuếch đại công suất, các bộ khuếch đại công suất này thường
dùng chỉnh lưu điều khiển hoặcbộ biến đổi xung áp điều chế độ rộng
xung nếu động cơ truyền động là động cơ một chiều, trường hợp dùng

động cơ xoay chiều thì bộ khuếch đại cơng suất thường là biến tần.
(4) Cơ cấu chấp hành: động cơ bám Đ (động cơ điện một chiều,
từ trường vĩnh cửu) để truyền động cơ cấu chấp hành mang phụ tải (dàn
anten ra đa), giữa động cơ và phụ tải thường có bộ phận truyền lực (hộp
giảm tốc).


Bốn bộ phận trên là các bộ phận chủ yếu, không thể thiếu để tạo
nên hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí, chỉ có linh kiện hoặc thiết bị cụ
thể là có thể khác nhau, ví dụ, có thể dùng các bộ đo kiểm vị trí khác
nhau, dùng động cơ điện một chiều hoặc xoay chiều v.v...
6.1.3. So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc
Qua các phân tích trên dễ dàng nhận ra những chỗ khác nhau và
giống nhau giữa hệ thống tuỳ động vị trí (sau đây gọi tắt là hệ thống tuỳ
động) và hệ thống điều tốc. Cả hai đều là hệ thống kín (có phản hồi), tức
là thơng qua việc so sánh lượng đầu ra của hệ thống với lượng cho trước
(lượng đặt) để tạo ra tín hiệu điều khiển hệ thống, vì vậy nguyên lý của
hai hệ thống này là giống nhau.


Đại lượng cho trước của hệ thống điều tốc là hằng số, dù cho
mức độ nhiễu như thế nào, đều mong đại lượng đầu ra ổn định, vì thế
chất lượng chống nhiễu của hệ thống luôn tỏ ra quan trọng nhất. Cịn
trong hệ thống tuỳ động thì tín hiệu đặt vị trí là thường xuyên thay đổi, là
đại lượng “thay đổi tuỳ ý”, yêu cầu lượng đầu ra bám chính xác theo sự
thay đổi của lượng cho trước, tính nhanh nhậy, tính linh hoạt, tính chính
xác thích nghi đầu ra trở thành đặc trưng chủ yếu của hệ thống tuỳ động.
Hay nói cách khác chất lượng bám là chỉ tiêu chủ yếu của hệ thống này.
Từ hình 6.1 có thể thấy, hệ thống tuỳ động có thể xây dựng trên
cơ sở hệ thống điều tốc cài thêm mạch vòng vị trí, mạch vịng vị trí là

đặc trưng cấu trúc chủ yếu của hệ thống tuỳ động. Vì vậy hệ thống tuỳ
động thường phức tạp hơn hệ thống điều tốc.


6.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí

H×nh 6.2: Cấu trúc điển hình của hệ tùy động kiểu mô pháng


6.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí
- Hệ thống tuỳ động điều khiển góc pha kiểu số


6.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí
- Hệ thống tuỳ động điều khiển xung số


6.1.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí
- Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số


6.2 ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ
6.2.1. Sensin (SS)


6.2 ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ
6.2.1. Sensin (SS)
uss = Ussm sin(ωt - ϕ + 900) cos(θ 1 -θ 2 )

(6.1)

6.2 ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ
6.2.1. Sensin (SS)
uss = Ussm sin∆θ sin(ωt - ϕ + 900)

(6.2)


6.2.2. Bộ biến áp quay (Br)


6.2.2. B bin ỏp quay (Br)
Ubr

R1
R2

S2

S1
U1
Hình 6.9: Bộ biến áp quay

U2


6.2.2. Bộ biến áp quay (Br)
ubr(t) = m[u1(t)cosθ + u2(t)sinθ] = mUm cos(ωot +θ)
Ubrm = kUfm cos(∆θ - 90o) = kUfm sin∆θ

(6.3)
(6.4)


6.2.3. Bộ đồng bộ cảm ứng (BIS)


6.2.4. Đĩa mã quang điện
6.2.4.1. Đĩa mã kiểu gia số

Hình 6.12: Nguyên lý làm việc đĩa mã quang kiểu gia số
a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đồ thị lượng ra


6.2.4. Đĩa mã quang điện
6.2.4.2. Đĩa mã kiểu trị tuyệt i

Hình 613: Đĩa mà quang điện trị tuyệt đối
a) Đĩa mà chế độ nhị phân
b) Đĩa mà chế độ tuần hoµn


6.2.4. Đĩa mã quang điện
6.2.4.2. Đĩa mã kiểu trị tuyệt đối


6.3 HỆ THỐNG TUỲ ĐỘNG VỊ TRÍ SENSIN VÀ PHƯƠNG PHÁP
THIẾT KẾ NĨ
6.3.1. Cấu tạo và mơ hình tốn học của hệ thống tuỳ động vị trí

sensin
6.3.1.1. Sensin