CHƯƠNG 8 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỀU CHỈNH VỊ TRÍ

THIẾT BỊ ĐIỀU
KHIỂN VÀ MÁY ĐIỆN
CHƯƠNG 8: HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐIỀU
CHỈNH VỊ TRÍ


Trao đổi trực tuyến tại:
/>

Nội dung chính:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

8.1. Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí.
8.2 . Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính
8.3. Điều chỉnh vị trí tối ưu theo thời gian.
8.4. Các tính chất của hệ điều chỉnh vị trí
trong thực tế.
8.5. Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vịng
điều chỉnh gia tốc khơng đổi.
8.6 Hệ điều khiển vị trí làm việc trong chế độ
bám
8.7 sai lệch hệ thống khi có nhiễu phụ tải

8.1. Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí
-

-

-

Hệ thống truyền động điện điều khiển vị trí
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như
cơ cấu truyền động cho tay máy, người máy,
cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, quay anten,
kính viễn vọng v.v…
Tuỳ thuộc vào cơ cấu mà công suất truyền
động nằm trong dải rộng từ vài chục W đến
hang vài trăm kW.
Trong hệ điều chỉnh vị trí đại lượng điều khiển
(lượng đặt φ) có ý nghĩa quan trọng quyết định
cấu trúc điều khiển hệ


8.1. Ngun tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí
-

-

-

Thơng thường việc điều khiển φlà một hàm của
thời gian, có thể là một hàm nhảy cấp, hàm
tuyến tính hoặc tuyến tính từng đoạn theo thời

gian, hàm parabol và ham điều hoà
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.
Xét trường hợp lượng điều khiển này là hàm
nhảy cấp ta có


8.1. Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí
-

-

φt

giản đồ ω(t), ε(t), φ(t)
và quỹ đạo pha tối ưu
trên hình vẽ dưới
φt

t
ε
φω

t
t
ωx
φ

t
t

Δφ

Δφ∞

t

K đường cong chuyển


8.1. Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí
Đối với giản đồ ω(t), ε(t) và φ(t) ta có:
- 0 < t < T/2 thì ω(t) = ε maxt
φ(t) = εmaxt2/2
T/2 < t 2
2
φ(t) = εmax (Tt- 2
4)
ϕk
Từ trên tính được : T = 2 ε max


 ωmax│t=T/2

ϕkε m

= εmax.T/2 =

 thời điểm hãm t = T/2; ω = ωmaxφK là độ dài dịch
chuyển .


8.1. Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí
-

Cấu trúc điều khiển biến trạng thái
điều
khiển
Rφ

Rω

Rε

BĐ


8.2 . Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính
-

Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính mà ta nghiên cứu
có bộ điều chỉnh vị trí Rφ là tuyến tính: giả sử
các mạch vịng trong đã được tổng hợp theo
phương pháp mơdun tối ưu dạng chuẩn, hàm
truyền kín của mạch vịng tốc độ là:
Kω
FRω (p) =
1 + 2τ ω p + 2τ 2ω p 2

-

Hàm truyền của sensor vị trí là khâu tích phân
1
Fsω ( p ) =
pτϕ


8.2 . Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính
-

Ta có cấu trúc của hệ như sau:
φω +

-

ω
Rω

kω
2
1 + 2τ ω p + 2τ ω p 2

1
pτϕ

φ

Bộ điều chỉnh vị trí ở đây được tính chọn theo

điều kiện với gia tốc hãm cực đại εhmax đối với
quãng đường hãm cực đại Δφhmax sao cho thời
gian hãm không vượt quá thời gian tmax


-

-

8.2 . Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính
Tại thời điểm hãm, tương ứng với điều kiện là
tín hiệu sai lệch tốc độ Δω ở đầu vào bộ điều
chỉnh tốc độ bằng khơng. Ta có biểu thức gần
đúng là Δφh.FR.φ = ωh
Ở đây Δφh, ωh là tín hiệu về quãng đường và
tốc độ tại điểm bắt đầu hãm. Vì vậy quãng
đường hãm cực đại là
2
∆ϕ max

 εhmax:

1 ω max Cϕ
=
2 ε h max

gia tốc hãm cực đại;
1
 Cφ : hệ số đo lường vị trí: Cϕ =
τϕ

8.2 . Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính
-

Hàm truyền bộ điều chỉnh vị trí
2ε max
2ε max
FRϕ =
=
= K Rϕ
2
2
Cϕω max Cϕωmax

-

Điều chỉnh vị trí tuyến tính thường hay dùng
trong truyền động máy nâng, thang máy, các
máy khai thác mỏ…


8.3. Điều chỉnh vị trí tối ưu theo thời gian.
-

-

-

Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu điều

khiển vị trí tối ưu theo thời gian với thiết bị
tương tự
Nhiệm vụ của hệ là phải đảm bảo thời gian
ngắn nhất khi chuyển trạng thái đầu sang trạng
thái ổn định khác.
Khi ta lập cấu trúc nhiều mạch vòng và tổng
hợp theo phương pháp môdun đối xứng sao
cho hàm truyền của đối tượng điều chỉnh là hai
khâu tích phân


8.3. Điều chỉnh vị trí tối ưu theo thời gian.
-

Phương trình đối với tốc độ và vị trí là
ω = Cεmaxt; φ = Cεmaxt2 + φ0

-

φ0 là vị trí ban đầu.

-

Sơ đồ khối điều chỉnh vị trí tối ưu theo thời gian
φw
-φ

2M
J
J

1
PJ

Cϕ
J

φ


8.4. Các tính chất của hệ điều chỉnh vị trí trong thực tế.
-

1.

-

Nhiễu loạn Mc sẽ ảnh hưởng đáng kể đến đặc
tính động của hệ
Nếu như ta đặt Md > Mdt thì mơmen hãm sẽ lớn
hơn thực tế cần có. Truyền động sẽ hãm tại
thời điểm muộn hơn rất nhiều và mômen điện
từ nhỏ. Cho nên tốt hơn ta chọn Md < Mdt tức
là hệ được điều chỉnh với mômen hãm nhỏ
hơn thực tế cần có.
Khi Md < Mdt sẽ gây hiện tượng giật phần cơ
truyền động. Và thời gian hãm sẽ lớn hơn tg


8.4. Các tính chất của hệ điều chỉnh vị trí trong thực tế.

2.

3.

Khi hãm với mômen điện từ cực đại có thể
làm cho bộ điều chỉnh bão hồ khi sai lệch tốc
độ ∆ω = ωw - ω nhỏ. Điều này sẽ làm cho đặc
tính quá độ của hệ ở thời điểm kết thúc quá
trình bị dao động . Để dập dao động này phải
chỉnh định hệ số khuyếch đại của hệ điều
chỉnh tốc độ và dịng điện
Có sự sai lệch giữa hệ thực tế với lý thuyết là
ở phần hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh vị
trí.


8.4. Các tính chất của hệ điều chỉnh vị trí trong thực tế.
4.

Ngồi ra trong điều chỉnh vị trí cần phải
nghiên cứu cả ảnh hưởng phần cơ truyền
động. Thực tế tồn tại mơmen ma sát khơ.
Thành phần gây qn tính chận trễ quá trình
động, đặc biệt chú ý ở cuối quá trình động,
đặc biệt chú ý ở cuối quá trình hãm phải đảm
bảo │Mđt│ < Mms thì khơng gây dao động.


8.5. Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vịng điều chỉnh gia
tốc không đổi.

-

-

-

Trong các phần trên chúng ta có u cầu là
phải giữ gia tốc khơng đổi; điều này sẽ không
thực hiện được nếu như ảnh hưởng của
mômen phụ tải lớn tác động lên q trình q
độ khơng được bù
Do vậy người ta thường dung thêm mạch vòng
điều chỉnh hia tốc để giữ gia tốc khơng đổi (hình
vẽ)
Sau khi tổng hợp mạch vịng dịng điện ta có
thể gần đúng thay nó bằng khâu quan tính bậc
1 có hằng số thời gian là τ.


8.5. Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vịng điều chỉnh gia
tốc không đổi.

-

Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh mạch
vòng gia tốc là:

U ε KΦ
1
Fsε ( p) =

=
Kω K I
UI
J
(1 + pτ I )(1 + τ f ω )


8.5. Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vịng điều chỉnh gia
tốc không đổi.

-

Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh mạch
vòng gia tốc là:

U ε KΦ
1
Fsε ( p) =
=
Kω K I
UI
J
(1 + pτ I )(1 + τ f ω )


8.5. Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vịng điều
chỉnh gia tốc không đổi.
-

-

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu mơdul ta có
K Rε
1
FRε ( p ) =
=
P
2 pτ σ K Sε
Trong đó τσ = τI + τf ω;

K Sε

KΦ
=
Kω K I
J


8.6 Hệ truyền động ĐKVT làm việc trong chế độ bám
-

-

Yêu cầu hệ truyền động điều khiển vị trí làm
việc trong chế độ bám là đảm bảo cơ cấu dịch
chuyển bám theo đại lượng điều khiển với sai
lệch cho phép
Sai lệch vị trí Δφ quyết định tới độ chính xác
của hệ thống
Hai yếu tố chính ảnh hưởng tới độ chính xác

-

Quan hệ giữa lượng điều khiển φW và cấu trúc
của hệ
Ảnh hưởng nhiễu loạn lên đại lượng Δφ


8.6.1 Xét độ chính xác của hệ theo lượng điều khiển
-

-

-

Lượng đk φW thường là hàm biến đổi theo thời
gian có tốc độ hoặc gia tốc khơng đổi hoặc là
hàm điều hịa
Nếu bộ điều chỉnh vị trí tổng hợp theo hàm
chuẩn modul đối xứng có hàm truyền dạng PI
thì hệ có đặc tính vơ sai cấp 2
Muốn nâng cao độ chính xác của hệ có thể
thực hiện bằng cách tăng hệ số phẩm chất
hoặc tăng cấp vô sai của hệ. Điều này làm giảm
độ dự trữ ổn định của hệ. Khắc phục điều đó
bằng cách dùng phương pháp điều khiển bù


8.6.2 Nâng cao độ chính xác dùng điều khiển bù
theo lượng điều khiển
- Cấu trúc:

Wb(p)
ϕω

∆ϕ W’(p)

_

-

-

+
+

ϕ
W’’(p)

Trong đó Wb là khâu bù. Với W(p) là hàm truyền
hệ thống hở ta có W’(p) = W(p) / W’’(p)
Tc 2
Wb ( p ) =
p +p
Hàm truyền của khâu bù
K Rω
Điều kiện để thực hiện hàm bù là cần có mạch
vịng địng điện tác động nhanh


8.6.2 Nâng cao độ chính xác dùng điều khiển bù
theo lượng điều khiển

-

Mạch vòng dòng điện được tổng hợp theo tiêu
1
chuẩn modul tối ưu có dạng W ( p) =
KI

-

-

-

2
2τ σ p 2 + 2τ σ + 1

Bộ điều chỉnh tốc độ và vị trí được tổng hợp theo
tiêu chuẩn modul đối xứng. Hàm truyền hở của
mạch vòng điều chỉnh tốc độ là:
1
Wω ( p) =
2 2
4τ σ p(2τ σ p + 2τ σ + 1)
1
Hàm truyền kín là:
Wkω ( p) =
2 2
4τ σ p(2τ σ p + 2τ σ + 1) + 1
Hàm bù hợp lý là Wb(p) = τ1p