Giáo trình điều chỉnh tự động truyền tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.59 MB, 70 trang )
MỤC LỤC
CHƯƠNG 5. HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ........................................................................57
Tên học phần : Tự động điều chỉnh TĐĐ
Bộ môn phụ trách GD : Truyền động điện
Mã học phần :13104
Loại học phần : IV
Khoa phụ trách : Điện - ĐTTB
Tổng số tín chỉ : 4
TS tiết
Lý thuyết
Thực hành
Tự học
Bài tập lớn
Đồ án môn học
90
75
15
0
x
0
Điều kiện tiên quyết
Sinh viên phải học và thi đạt các môn : Lý thuyết mạch , Cơ sở truyền động điện, Lý thuyết điều
khiển , Điện tử công suất , Mô hình hóa thiết bị điện ,Kỹ thuật đo trước khi học môn này
Mục tiêu của học phần
Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các mạch vòng điều chỉnh trong hệ thống truyền
động điện , phương pháp xây dựng các hàm truyền của các bộ điều chỉnh , các kiến thức về vấn đề
điều chỉnh nhiều động cơ , hệ truyền động vị trí và thích nghi trong truyền động điện hiện đại
Nội dung chủ yếu
- Những vấn đề cơ bản khi xây dựng một hệ thống truyền động điện hiện đại
- Điều chỉnh tự động TĐĐ động cơ điện một chiều
- Điều chỉnh tự động TĐĐ động cơ điện không đồng bộ ba pha
- Điều chỉnh tự động TĐĐ động cơ điện đồng bộ
- Hệ truyền động nhiều động cơ
- Hệ truyền động nhiều vị trí
- Hệ truyền động thích nghi
Tên chương mục
Chương 1 : Những vấn đề cơ bản khi xây dựng hệ
điều chỉnh tự động TĐĐ
1.1 Khái niệm và phân loại
1.2 Những vấn đề chung khi thiết kế hệ thống tự động
điều chỉnh truyền động điện
1.3 Độ chính xác của hệ điều chỉnh tự động trong chế
độ xác lập và tựa xác lập
1.4 Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh số của truyền
động điện
TS
8
Phân phối số tiết
LT
BT
TH
8
0,5
1
1
1
KT
Chương 2 : Điều chỉnh tự động truyền động điện động
cơ một chiều
2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện.
2.1.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện.
2.1.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức
điện động động cơ.
2.1.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện có tính đến ảnh
hưởng của sức điện động động cơ.
2.1.4 Tổng hợp mạch vòng dòng điện có tính đến vùng
gián đoạn của dòng điện phần ứng.
2.1.5 Bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi với từng xung
dòng.
2.1.6 Bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi có khâu tiền
chỉnh phi tuyến.
2.2 Tổng hợp hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ.
2.2.1 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh
tốc độ tỉ lệ.
2.2.2 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh
tốc độ tích phân tỉ lệ PI.
2.2.3 Hệ thống điều chỉnh tốc độ khi không có mạch
vòng dòng điện.
2.2.4 Hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thông
số.
Chương 3 : Điều chỉnh tự động truyền động điện động
cơ không đồng bộ.
3.1 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ.
3.2 Mạch vòng dòng điện stato.
3.3 Điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ không đồng bộ.
3.4 Điều chỉnh điện trở mạch roto động cơ không đồng
bộ.
3.5 Điều chỉnh công suất trượt bằng hệ nối tầng .
3.6 Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ.
3.4.1 Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi.
3.4.2 Luật điều chỉnh từ thông không đổi.
3.4.3 Luật điều chỉnh tần số trượt không đổi.
3.4.4 Điều chỉnh tần số -điện áp động cơ không đồng
bộ.
3.7 Điều chỉnh trực tiếp momen.
Chương 4 : Điều chỉnh tự động truyền động điện động
cơ điện đồng bộ
4.1 Phân loại hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ
đồng bộ.
4.2
Điều chỉnh tốc độ TĐĐđộng cơ đồng bộ dùng
biến tần nguồn áp
4.3 Truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ
dùng biến tần nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên.
4.4 Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ truyền động động
cơ đồng bộ dùng biến tần nguồn dòng
4.5 Hệ truyền động động cơ truyền động điều khiển
số.
Chương 5 : Hệ truyền động nhiều động cơ
5.1 Yêu cầu công nghệ với hệ truyền động nhiều động
cơ.
5.2 Đặc tính công nghệ hệ truyền động nhiều động cơ
13
12
1TN
1
1TN
1
0,5
1
1
1
2
2
1
1
1
1.5
12
11
1
1
1
1
1
4
1
1
1
1
2
8
7
1
0,5
1.5
1.5
1,5
2
9
8
1
1
1
4
ổn định và đồng bộ tốc độ.
5.3 Điều chỉnh đồng bộ tốc độ hệ truyền động nhiều
1
động cơ với nguồn cấp chung cho truyền động.
5.4 Điều chỉnh đồng bộ tốc độ hệ truyền động nhiều
1
động cơ với nguồn cấp riêng cho từng động cơ.
5.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ và sức căng bằng điều
1
chỉnh từ thông với nguồn cung cấp chung.
5.6 Điều chỉnh tốc độ động cơ và sức căng bằng điều
1,5
chỉnh điện áp phần ứng với nguồn cung cấp riêng.
5.7 Điều chỉnh sức căng băng tải thông qua điều chỉnh
1,5
momen.
Chương 6 : Hệ truyền động điều chỉnh vị trí
7
7
4.1 Nguyên tắc xây dựng hệ điều chỉnh vị trí.
1
4.2 Hệ điều chỉnh vị trí tuyến tính.
1
4.3 Điều chỉnh vị trí tối ưu theo thời gian.
1
4.4 Các tính chất của hệ điều chỉnh vị trí trong thực tế.
1
4.5 Điều chỉnh vị trí tối ưu với mạch vòng điều chỉnh
1
gia tốc không đổi.
4.6 Hệ truyền động điều khiển vị trí làm việc trong chế
1
độ bám.
4.7 Sai lệch của hệ thống truyền động bám khi có tác
1
động của nhiễu loạn phụ tải.
Chương 7 : Hệ thống truyền động điện điều chỉnh thích
7.5
nghi
4.5
7.1 Khái niệm chung.
0.5
7.2 Cấu trúc mạch điều chỉnh thích nghi.
0,5
7.3 Nhận dạng các tham số của hệ thống truyền động
1
điện.
7.4 Hệ truyền động một chiều với mạch vòng dòng
1,5
điện thích nghi.
7.5 Hệ truyền động một chiều với mạch vòng điều
1,5
chỉnh tốc độ thích nghi.
7.6 Hệ truyền động điện mạch vòng vị trí điều chỉnh
1,5
thích nghi.
Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp đầy đủ và chấp hành mọi quy định của Nhà trường.
1
Giáo trình và tài liệu tham khảo
1. Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Phạm Quốc Hải – Dương Văn Nghi
Điều chỉnh tự động truyền động điện - Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 2002
2. Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Nguyễn Thị Hiền -Truyền động điện
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2004
3. Nguyễn Phùng Quang – Andreas Dittrich - Truyền động điện thông minh
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2002
4. Nguyễn Phùng Quang - Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha
Nhà xuất bản giáo dục 1998
Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:
- Thi viết hoặc thi vấn đáp.
- Sinh viên phải bảo đảm các điều kiện theo Quy chế của Nhà trường và của Bộ.
Thang điểm : Thang điểm chữ A,B,C,D,F.
Điểm đánh giá học phần: Z=0,4X+0,6Y.
5
CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN KHI XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN
ĐỘNG ĐIỆN
1.1.
Khái niệm & phân loại hệ điều chỉnh tự động truyền động điện
1.1.1. Mục tiêu khi tổng hợp hệ TĐĐCTĐĐ
Đảm bảo giá trị của đại lượng được điều chỉnh theo yêu cầu kỹ thuật (const hoặc var) không hoặc
ít chịu ảnh hưởng bởi tác động của các nhiễu loạn lên hệ.
1.1.2. Cấu trúc chung của hệ TĐĐCTĐĐ
Sơ đồ cấu trúc chung của hệ TĐĐCTĐĐ được thể hiện một cách tổng thể trên hình 1.1, nó bao
gồm:
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc chung của hệ TĐĐCTĐĐ.
+ Khối tạo tín hiệu cho trước (đặt trước), tín hiệu điều khiển hệ thống, nó quyết định giá trị hoặc khoảng
thay đổi của đại lượng được điều chỉnh.
+ Khối đo lường ĐL có chức năng đo và biến đổi đại lượng được điều chỉnh sang dạng (thường là điện
áp, xung, số) thuận tiện cho việc so sánh với tín hiệu đặt trước, tức là phản ánh trung thực sự biến động
của đại lượng được điều chỉnh ở dạng điện áp.
+ Khối so sánh tín hiệu đặt trước với tín hiệu phản hồi tạo ra tín hiệu sai lệch tác động đến bộ điều khiển
R;
+ Chức năng của bộ điều chỉnh R là xử lý tín hiệu sai lệch theo luật điều khiển được chọn trước nhằm
đảm bảo tính ổn định và chất lượng của hệ thống. Tín hiệu ra của bộ điều chỉnh R trực tiếp đưa tới điều
khiển bộ biến đổi.
+ Nguồn cấp trực tiếp cho đ/cơ M lấy từ bộ biến đổi BĐ. Chúng có thể là bộ chỉnh lưu có điều khiển, bộ
biến tần (trực tiếp hoặc gián tiếp), bộ biến đổi điện áp xoay chiều, bộ băm xung điện áp…. Chức năng của
6
bộ BĐ là biến đổi dạng năng lượng điện sang dạng tương thích với loại đ/cơ, đồng thời tín hiệu ra của nó
phải chịu tác động của tín hiệu điều khiển (mang thông tin điều khiển), nó chính là tác động điều chỉnh
gửi đến cơ cấu điều chỉnh của đối tượng;
+ Đối tượng điều khiển của hệ - Động cơ truyền động M lai máy sản xuất Mx. Động cơ M có thể là một
chiều, không đồng bộ, đồng bộ và các loại đ/cơ bước. Đại lượng được điều chỉnh của nó có thể là mômen,
dòng điện, tốc độ quay, góc quay (vị trí của rotor)
+ Các nhiễu loạn tác động lên hệ thường là: Mômen cản, điện áp nguồn, t0C ….
Trong thực tế để đảm bảo chất lượng của hệ, thường phải sử dụng một số mạch vòng điều chỉnh,
tức là có tín hiệu phản hồi của một hay nhiều đại lượng cần được điều chỉnh trong hệ. Ngoài ra có thể đưa
vào hệ một vài khâu khác như: Mạch lọc; Hạn chế…
1.1.3. Phân loại hệ TĐĐCTĐĐ
- Theo động cơ thực hiện: DC, AC, step motor…
- Theo dạng tín hiệu điều khiển: Analog, Digital & A-D
- Theo thuật điều khiển : Thích nghi, véctơ, mờ, noron hay kết hợp…
- Theo luật thay đổi của tín hiệu đặt trước: Không đổi, thay đổi tuỳ ý, theo chương trình.
- Theo số lượng tín hiệu đặt trước (hay theo số mạch vòng): 1 hoặc nhiều.
- Theo kiểu sơ đồ cấu trúc: Kiểu nối cấp; Kiểu nối tiếp; Kiểu dùng chung bộ điều khiển
cho 2 mạch vòng.
1.2. Những vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện
Khi thiết kế hệ tự động điều chỉnh TĐĐ cần phải đảm bảo các yêu cầu đặt ra, cụ thể là:
- Yêu cầu về công nghệ;
- Yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng ở chế độ động và tĩnh;
- Yêu cầu về tính kinh tế.
Trong quá trình thiết kế các hệ tự động điều chỉnh TĐĐ chúng ta thường gặp 3 dạng bài toán tổng
hợp hệ:
- Bài toán tổng hợp chức năng dùng trong trường hợp đã biết cấu trúc và khoảng thay đổi tham số
của bộ điều khiển, cần xác định luật điều khiển của bộ điều chỉnh.
- Bài toán tổng hợp tham số dùng trong trường hợp đã biết cấu trúc và lượng tác động của tín hiệu
vào, cần phải xác định tham số của bộ điều khiển.
- Bài toán tổng hợp cấu trúc - tham số thực hiện khi biết qui luật biến thiên của các tín hiệu vào, ra
của từng phần tử, cần xác định cấu trúc của hệ và tham số của các bộ điều khiển.
* Để giải quyết 3 bài toán trên, ứng với các hệ khác nhau thì phải sử dụng các phương pháp khác
nhau, ví dụ:
- Đối với hệ đơn giản ta dùng phương pháp đặc tính tần số, phương pháp phân bố nghiệm, phương
pháp các hàm chuẩn modul tối ưu hoặc tối ưu đối xứng;
- Đối với hệ phức tạp ta dùng phương pháp không gian trạng thái, dùng máy tính số với các phần
mềm chuyên dụng;
- Đối với hệ điều khiển số tuy có đặc thù riêng về mô tả toán học, nhưng phương pháp tổng hợp
hệ về cơ bản cũng như phương pháp tổng hợp hệ liên tục;
- Đối với hệ phi tuyến cần dùng phương pháp riếng.
1.3. Tính chính xác của hệ tđđctđđ
- Với bất kỳ hệ TĐĐCTĐĐ nào cũng đòi hỏi: Đại lượng được điều chỉnh phải bám theo chính xác tín
hiệu điều khiển trong cả chế độ xác lập, tựa xác lập và quá độ, tức là:
+ Trước tiên hệ phải ổn định (chỉ tiêu quan trọng số 1)
+ Sau đó hệ phải đảm bảo độ chính xác (chỉ tiêu quan trọng số 2).
- Dựa theo cơ sở nào để đánh giá tính chính xác?
Tính chính xác được đánh giá trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, mà chúng phụ thuộc
vào nhiều yếu tố như:
+ Sự biến thiên của tín hiệu đặt (cho trước) sẽ gây ra sai lệch trong quá trình quá độ và chế độ xác
lập. Đôi khi có thể gây mất ổn định cho hệ.
+ Ma sát tĩnh, khe hở, sự trôi điểm không, sự già hoá chỉ gây ra sai lệch trong chế độ xác lập.
- Biết sai lệch phải xử lý ra sao?
7
Trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh ta có thể chọn các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích
hợp để nâng cao tính chính xác của hệ.
1.3.1. Các hệ số sai lệch:
Hình 1.2. Sơ đồ khối a); Các đặc tính quá độ b).
F0(P) Hàm truyền mạch hở
TM Thiết bị công nghệ
R , r (t) Tín hiệu điều khiển
C , c(t) Tín hiệu ra
E , e = R - C = r-c Sai lệch điều chỉnh
Ni là các nhiễu loạn tác động lên hệ thống
n
C ( p ) = F ( p ).R( p ) + ∑ Fi ( p ).N i ( p )
i =1
F0 ( p )
F ( p) =
1 + F0 ( p )
F i(p) hàm truyền đối với các nhiễu loạn
Dẫn dắt từ sơ đồ khối đơn giản (Hình 1.2) và nhận được hàm sai lệch điều chỉnh e (t) = R(t) - C(t)
ở dạng chuỗi :
dR(t )
d 2 R(t )
d i R(t )
dN (t )
d i N (t )
e(t ) = C0 R(t ) + C1
+ C2 2 + .......Cn i + C0 N 1 N1 (t ) + C1N 1 1 + .........CiNi i i + .....
dt
dt
dt
dt
d (t )
(1.3)
i
dN n (t )
d N n (t )
................. + C0 Nn N n (t ) + C1Nn
+ .........CiiNn i
+ A(t )
dt
d (t )
Trong đó A(t) là giá trị thặng dư có thể coi A(t) ≈0
Khi biết trước R(t) và các nhiễu loạn tác động N i(t) thì ta có thể xác định được sai lệch e(t) nếu
tính toán được các hệ số sai lệch theo tín hiệu đặt và theo các nhiễu. Nếu tất cả các hệ số sai lệch đều
bằng không, thì hệ thống đảm bảo chính xác tuyệt đối. Thực tế chúng ta chỉ kiểm soát được tín hiệu R(t)
và không thể kiểm soát được một cách dầy đủ và hoàn toàn các nhiễu loạn N i. Vì vậy thường quan tâm
đến 3 hệ số sai lệch theo tín hiệu đặt trước:
C0 – Sai lệnh vị trí (thành phần tỷ lệ với R(t);
C1 – Sai lệnh tốc độ (thành phần liên quan đến đạo hàm bậc 1 của R(t);
C2 – Sai lệnh gia tốc(thành phần liên quan đến đạo hàm bậc 2 của R(t);
* Có 2 cách tính các hệ số sai lệch:
a/ Từ hàm truyền Fe(P) được suy ra từ (1.3) :
Fe(p) = (C0 + C1p + C2p2 + ...........Cipi )R(p)
Sau đó các hệ số sai lệch điều chỉnh sẽ được xác định bằng cách lấy các giới hạn như sau :
8
C 0 = lim p→0 { Fe ( p )}
1
C1 = lim p →0 [ Fe ( p ) − C 0 ]
p
1
C 2 = lim p→0 2 [ Fe ( p ) − C 0 − C1 p ]
p
........................................................
[
(1.4);
]
1
Ci = lim p→0 i Fe ( p ) − ∑C k p k
p
b/ Từ mối quan hệ giữa hai hàm truyền F e(P) và F(P) đối với tín hiệu đặt ở dạng tỷ số giữa 2 đa
thức theo toán tử Laplac:
Fe(P)= E(P)/R(P) = [R(P)-C(P)] / R(P) = 1 – F(P)
thay vào (1.4) và nhận được kết quả sau:
C0 = 1 – b0 ; C1 = a1 – C0a1– b1 ; C2 = a2 – C1a1 - C0a2 – b2 …..
Nếu hệ có tất cả các hệ số sai lệch bằng không, thì hệ đó sẽ chính xác tuyệt đối.
1.3.2. Các tiêu chuẩn chất lượng đối với sai lệch:
Để đánh giá một hệ thống TĐĐC có chất lượng tốt hay xấu người ta đưa ra một số tiêu chuẩn đối
với các sai lệch sau đây:
1.3.2.1. Tiêu chuẩn tích phân bình phương sai lệch (ISE):
∞
∫e
0
∞
T
2
( t )dt = ∫ e ( t )dt + ∫ e 2 ( t )dt
2
0
T
Trong đó ta phải chọn T sao cho với t > T thì thành phần thứ 2 của biểu thức trên đủ nhỏ đến mức bỏ qua.
Nếu tích phân trên đạt MIN thì hệ thống sẽ tối ưu.
Đặc điểm của tiêu chuẩn ISE: Đánh giá các sai lệch lớn rất nặng, coi nhẹ các sai lệch nhỏ.
Tiêu chuẩn ISE thường được dùng khi thiết kế hệ có yêu cầu cực tiểu năng lượng tiêu thụ.
1.3.2.2. Tiêu chuẩn tích phân của tích giữa thời gian và trị tuyệt đối của sai lệch (ITAE):
∞
∫ t. e(t ) dt = MIN
0
thì hệ đó tối ưu
Đặc điểm của tiêu chuẩn ITAE: Đánh giá nhẹ các sai lệch lớn ban đầu (vì thời gian tồn tại rất ngắn), còn
các sai lệch nhỏ xuất hiện trong suốt quá trình tiếp sau thì bị đánh giá rất nặng.
1.3.2.3. Tiêu chuẩn tích phân của tích giữa thời gian với bình phương của sai lệch (ITSE):
∞
∫ t.e
2
( t )dt
0
Tiêu chuẩn này có kết luận tương tự tiêu chuẩn ITAE.
1.3.2.4. Ảnh hưởng của dạng ( luật thay đổi) tín hiệu đặt R(t) đến sai lệch e(t)
a/ Hệ bậc không - Hệ hữu sai
m
F0 (p) =
K∏ (1 + T P)
'
j
j=1
n
∏ (1 + Ti P)
i =1
m
→ F(p) =
K∏ (1 + Tj' P)
j=1
n
m
i =1
j=1
∏ (1 + Ti P) + K∏ (1 + Tj'P)
K
+ b1P + b 2 P 2 + ×××
= 1+ K
1 + a1P + a 2 P 2 + ×××
là hàm truyền hệ kín với phản hồi đơn vị. Như vậy hệ số sai lệch vị trí của hệ bậc không sẽ là:
K
1
c0 = a 0 − b 0 = 1 −
=
≠ 0 . Vì vậy hệ hữu sai. Để giảm sai lệch tĩnh cần phải tăng K.
1+ K 1+ K
b/ Hệ vô sai cấp 1- Hệ bậc 1
c/ Hệ vô sai cấp 2- Hệ bậc 2
1.3.3. Bù sai lệch tĩnh e∞ ở hệ hữu sai
Hệ rơi vào trạng thái hữu sai khi:
- Hàm truyền hệ hở F0(P) có dạng hữu sai bậc không (đã xét ở 1.3.2.4a)
9
- K của hệ bị suy giảm dưới mức yêu cầu;
- Ki của phần tử thứ i nào đó trong mạch chính của hệ sớm bị bão hoà.
Vấn đề cần giải quyết là bằng cách nào để hệ bậc không có sai số trở thành hệ vô sai ? Có thể giải quyết
vấn đề theo hướng tăng K của hệ đến giá trị yêu cầu (bằng cách tăng K của phần tử trong mạch chính của
sơ đồ cấu trúc; Hoặc giảm K của khâu phẩn hồi). Kết quả của (1.3.2.4.a/) đã khẳng định hệ hữu sai với
phản hồi đơn vị. Do vậy ta có thể tính chọn lại mạch phản hồi (Chắc chắn hệ số phản hồi phải nhỏ hơn 1).
Cách tiến hành:
- Giả định hệ số phản hồi là Kz ;
- Tính hàm truyền hệ kín F(P);
- Lập biểu thức của hệ sai lệch vị trí C0 ;
- Tính Kz từ điều kiện C0 = 0.
Kết quả Kz = 1 - 1/K . Như vậy ngoài phản hồi đơn vị còn có thêm phản hồi dương 1/K, nhờ nó mà
hệ trở thành vô sai.
Một cách tương tự ta cũng xác định được quan hệ của các hằng số thời gian để hệ số sai lệch tốc
độ cũng triệt tiêu, bằng cách :
Xuất phát từ điều kiện: b1=a1 (khi C0 đã bằng 0);
Thay Kz = 1 - 1/K vào biểu thức vừa nhận được tính ra ΣTi’ =ΣTi .
* Lưu ý: Về sai lệch ở chế độ xác lập (khi hệ đảm bảo chính xác tuyệt đối C( ∞)=R(∞)=K1) trong 2 trường
hợp:
+ Với hệ có phản hồi đơn vị thì E(∞)=0;
+ Với hệ có phản hồi thực tế thì E(∞)= K1/K ≠ 0 –Luôn tồn tại sai lệch cần thiết.
1.3.4. Bù sai lệch vị trí, sai lệch tốc độ và gia tốc ở hệ vô sai cấp 1
+ Mục đích phải tìm hàm truyền khâu phản hồi (hoặc khâu hiệu chỉnh) để hệ không có sai lệch, tức là để
C0=C1=C2=0.
+ Cách tiến hành tương tự 1.3.3.
Các phương pháp bù tỏ ra khá đơn giản trong tính toán (lý thuyết). Song trong một số trường hợp
cụ thể có thể gặp khó khăn trong giải pháp kỹ thuật (thực tế).
1.4. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh kiểu nối cấp
1.4.1. Khái niệm mạch vòng điều chỉnh kiểu nối cấp:
* Thông thường các hệ TĐĐCTĐĐ có cấu trúc kiểu nối cấp (hình 1.10):
- Hệ có bao nhiêu bộ điều khiển thì có bấy nhiêu mạch vòng bao nhau;
- Tín hiệu ra của bộ ĐC vòng ngoài sẽ là tín hiệu đặt trước của vòng trong tiếp theo.
* Trình tự tổng hợp các bộ ĐC của hệ được thực hiện từ vòng trong cùng trở ra. Sau khi đã tổng
hợp xong vòng trong cùng thì ta hoàn toàn có thể thay nó bằng khâu có hàm truyền tương ứng với F MC
hoặc FDX (tuỳ theo sự lựa chọn tiêu chuẩn để tổng hợp), mà trong đó hằng số thời gian τσ và các thông số
khác đã được xác định. Đến đây ta lại tổng hợp mạch vòng tiếp theo, cứ như thế một cách tương tự cho
đến hết .
* Để tổng hợp các bộ ĐC của hệ TĐĐCTĐĐ ta thường dùng các phương pháp hàm chuẩn tối ưu:
- Hàm theo tiêu chuẩn môdul tối ưu;
- Hàm theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng;
* Kết quả của việc tổng hợp mạch vòng điều chỉnh là tìm ra luật điều khiển của bộ ĐC (thường có
dạng PID) và các thông số của nó, trong đó:
- Luật P cho tín hiệu ra tỷ lệ thuận với tín hiệu vào (sai lệch E(P)) qua hệ số K P – Đây là tín hiệu
quan trọng, vì nó đảm bảo tính tác động nhanh và độ chính xác của hệ.
- Luật D cho tín hiệu ra tỷ lệ với vi phân theo thời gian của tín hiệu vào. Nhờ có sự thay đổi dấu
của tín hiệu ra khi tín hiệu sai lệch có sự đổi chiều biến thiên mà nó hỗ trợ cho tín hiệu tỷ lệ khi e(t) tăng,
làm suy giảm tín hiệu tỷ lệ khi e(t) giảm. Vì thế hệ sẽ tác động nhanh, nhưng không làm tăng độ quá
chỉnh cũng như số lần giao động.
- Luật I cho tín hiệu ra tỷ lệ với tích phân theo thời gian của tín hiệu vào, nó có ý nghĩa khi sai
lệch rất nhỏ (trong vùng không nhạy) đến mức mà luật P không xử lý được, cũng như sự biến thiên của
nó rất chậm mà luật D không cảm nhận được. Luật I đảm bảo độ chính xác tĩnh của hệ.
* Để đơn giản cấu trúc của bộ ĐC trong hệ truyền động điện, cần thiết phải giảm cấp hàm truyền
F0(P) của mạch hở (khi có thể) bằng cách bỏ qua các hằng số thời gian rất nhỏ (dưới 1ms), hoặc thay thế
10
bằng thời gian tổng tương đương đối với các thời gian nhỏ (vài chục ms). Đối với thời gian được coi là
lớn (từ 0,1 s trở lên) phải giữ nguyên.
* Nếu hệ được tổng hợp theo tiêu chuẩn nào thì hàm truyền hệ kín sau tổng hợp sẽ có dạng hàm
truyền của tiêu chuẩn đó.
1.4.2. Tổng hợp các bộ ĐC theo tiêu chuẩn môdul tối ưu
1.4.2.1. Giới thiệu tiêu chuẩn Modul tối ưu
* Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn Modul tối ưu có dạng sau:
FMC (P) =
1
1 + 2τσ P + 2τσ2 P 2
(1.12)
* Dạng đặc tính tần số đối với hệ kín thì khi ω → ∞ thì F(jω) → 0
khi ω → 0 (dải tần thấp) thì F(jω) → 1
* Dạng đặc tính quá độ: +Độ quá chỉnh 4,3%
+Đặc tính quá độ đi qua giá trị đặt 1 khi t=4,7τσ và 8,4τσ
* Đặc điểm: +Tiêu chuẩn này cho phép hiệu chỉnh lại đặc tính tần số ở vùng thấp và trung bình.
+ Không đảm bảo trước được tính ổn định của hệ khi sử dụng tiêu chuẩn này. Do đó sau khi
ứng dụng tiêu chuẩn modul tối ưu phải kiểm tra lại tính ổn định của hệ.
* Các bước tiền hành tổng hợp:
+ Tính hàm truyền của đối tượng mở rộng - hệ hở S0(p);
+ Đưa vào hệ khâu ĐC có hàm truyền chưa biết R(p);
+ Tính hàm truyền hệ kín F(p) và gán nó bằng vế phải của FMC(p)
+ Suy ra dạng hàm truyền R(p), tức là xác định luật điều khiển của bộ ĐC
R (p) =
1
(1.13)
−1
S0 (p)[ FMC
(p) − 1]
+ Tính các tham số của bộ ĐC theo các thông số của S0(p).
1.4.2.2. Áp dụng FMC tổng hợp một số hệ
Ví dụ 1:Ta xét từ một hệ hở có hàm truyền dạng tổng quát sau ứng với 3 trường hợp cụ thể:
S0 ( p ) =
K
(1.14)
u
∏ (1 + T P)
i
i =1
a/ Trường hợp u=2 ta có hệ hữu sai- Hệ bậc không:
S0 ( p ) =
K
(1 + T1 P)(1 + T2 P)
(1.15)
Cho hàm truyền của đối tượng mở rộng S 0(p) với T2>T1, Cần xác định R(p) cho phép bù được hằng
số thời gian lớn T2. Kết quả R(p) có cấu trúc PI.
b/ Trường hợp các hằng số thời gian Ti đều nhỏ (hàm truyền nguyên dạng 1.14)
Với các Ti đều là các hằng số thời gian nhỏ, khi này ta có thể thay T s=ΣTi tức là bỏ qua các thành
phần vô cùng bé bậc cao của toán tử P. Kết quả R(p) có cấu trúc I.
c/Trường hợp có thể chia thành 2 nhóm hằng số thời gian lớn và nhỏ.
Khi đó hàm truyền hệ hở được viết dưới dạng sau:
S0 ( p ) =
K
2
u
∏ (1 + T P)∏ (1 + T P)
K
K =1
i =1
(1.16)
i
Với các hằng số Tk > Ti. Kết quả R(p) có cấu trúc PID.
Ví dụ 2:Ta xét từ một hệ hở có hàm truyền dạng tổng quát sau ứng với 2 trường hợp cụ thể:
S0 (p) =
K
u
P∏ (1 + Ti P)
(1.17)
i =1
d/Trường hợp các hằng số thời gian Ti đều nhỏ (hàm truyền nguyên dạng 1.17)
Khi này ta có thể viết lại dạng hàm hệ hở nhưng bỏ qua các thành phần vô cùng bé bậc cao của
toán tử P:
11
S0 (p) =
K
u
P∏ (1 + Ti P)
=
K
P(1 + Ts P)
(1.18.a)
i =1
với Ts= ΣTi . Kết quả R(p) có cấu trúc P: R(p)=1/ 2KTs
e/ Trường hợp có một hằng số thời gian lớn hơn nhiều các Ti còn lại:
Khi này ta tách riêng thành phần chứa hằng số thời gian lớn ra ngoài dấu tích, bây giờ hàm truyền
có dạng sau:
S0 (p) =
K
(1.18.b)
u
P(1 + TP)∏ (1 + Ti P)
i =1
Trong đó T là hằng số thời gian lớn. Kết quả R(p) có cấu trúc PD.
Kết luận: + Các hệ hở có dạng hàm tổng quát giống nhau, nhưng có số lượng hằng số thời gian khác nhau
hoặc tương quan giữa chúng có chênh lệch thì bộ ĐC sẽ có luật điều khiển khác nhau (xem kết quả a,b,c
và d,e).
+ Trong trường hợp hằng số thời gian τσ rất nhỏ thì ta có thể bỏ qua thành phần bậc 2 của P
trong FMC(p), tức là:
FMC (P) =
1
1
≈
2 2
1 + 2τσ P + 2τσ P
1 + 2τ σ P
(1.19)
Khi đó đặc tính quá độ của hệ kín có dạng quán tính (không có giao động).
1.4.3. Tổng hợp các bộ ĐC theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng
1.43.1. Giới thiệu tiêu chuẩn tối ưu đối xứng
* Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn Modul tối ưu có dạng sau:
FDX (P) =
1 + 4τ σ P
1 + 4τσ P + 8τσ2 P 2 + 8τ3σ P 3
(1.20)
* Dạng đặc tính quá độ: +Độ quá chỉnh 43,4% tại thời điểm khoảng 7τσ
+ Đặc tính quá độ đi qua giá trị đặt 1 khi t=3,1τσ và 11,4τσ;
+ Xác lập sau 16,5τσ với 2 lần giao động.
* Đặc điểm: +Các hệ số của hàm truyền thoả mãn điều kiện:
a 12 − 2a 0 a 2 = 0
2
a 2 − 2a 1a 3 = 0
(1.21)
+ Vì hệ hàm kín có C 0=0 và C1=0 nên đảm bảo trước được tính ổn định của hệ khi sử dụng
tiêu chuẩn này. Nhờ đó mà tiêu chuẩn này được áp dụng để tổng hợp bộ điều khiển cho hệ có yêu cầu vô
sai cấp cao, cũng như bộ điều khiển theo quan điểm nhiễu loạn.
+ Vì có mặt của khâu vi phân 4τσ trên tử số của FDX(p) đã gây ra độ quá chỉnh lớn cho hệ.
Để giảm độ quá chỉnh ta có thể đưa thêm khâu quán tính bậc nhất với hằng số thời gian đúng bằng 4τσ đặt
trước mạch so sánh. Khi đó đặc tính quá độ được cải thiện (độ quá chỉnh giảm còn 8,1%, chỉ giao động 1
lần và sớm ổn định- sau 13,3τσ ).
* Các bước tiến hành tổng hợp:
- Phương pháp chính tắc (tương tự theo tiêu chuẩn modul tối ưu):
+ Tính hàm truyền của đối tượng mở rộng - hệ hở S0(p);
+ Đưa vào hệ khâu ĐC có hàm truyền chưa biết R(p);
+ Tính hàm truyền hệ kín S(p) và gán nó bằng vế phải của FDX(p)
+ Suy ra dạng hàm truyền R(p), tức là xác định luật điều khiển của bộ ĐC
R (p) =
1
−1
S0 (p)[ FDX
(p) − 1]
(1.22)
+ Tính các tham số của bộ ĐC theo các thông số của S0(p).
- Phương pháp không chính tắc:
+ Từ hàm truyền S0(p) đã được xác định,;
+ Nếu biết trước luật điều khiển của R(p) (theo kinh nghiệm hoặc được tư vấn), thì ta gán cho nó 1
biểu thức (phù hợp với luật điều khiển đã biết) có chứa các tham số cần xác định;
12
+ Từ S0(p) và R(p) tìm được hàm truyền hệ kín F(p) (ở dạng tỷ số của hai đa thức);
+ Kiểm tra tính tương đồng giữa F(p) với F DX(p). Nếu không có sự tương đồng (theo 1.21 và
a1=b1) thì phải chọn lại luật điều khiển của R(p);
+ Xác định được các biểu thức của ai từ F(p), thay chúng vào (1.21);
+Từ các biểu thức vừa nhận được, dễ dàng xác định các tham số của R(p).
1.4.3.2. Áp dụng FDX tổng hợp một số hệ
a/ Xét hệ hở có hàm truyền dạng vô sai cấp 1 (u=1)
S0 ( p ) =
K
u
TP∏ (1 + Ti P)
=
K
TP (1 + Ts P)
(1.23)
i =1
Áp dụng công thức 1.22 ta tìm được bộ ĐC kiểu PI.
b/Trường hợp hàm truyền hệ hở có chứa khâu quán tính thứ 2 (u=2)
S0 ( p ) =
K
u
TP∏ (1 + Ti P)
=
K
TP (1 + T1P)(1 + T2 P)
(1.24)
i =1
Áp dụng công thức 1.22 ta tìm được bộ ĐC kiểu PID.
c/ Trường hợp hàm truyền hệ hở có dạng vô sai cấp 2
2
S0 ( p ) =
K ∏ (1 + Tj' P)
P
2
j=1
3
∏ (1 + T P)
i =1
=
i
K (1 + Ts' P)
P 2 (1 + Ts P)
(1.25)
Áp dụng công thức 1.22 ta tìm được bộ ĐC kiểu P.
d/ Trường hợp hệ hữu sai có khâu quán tính lớn với T>>T s khi đó trong vùng tần số trung bình ta có thể
coi gần đúng như sau:
S0 ( p) =
K
≈
(1 + TP )(1 + Ts P)
K
TP (1 + Ts P)
(1.26)
Bây giờ nó có dạng 1.23 nên bộ ĐC sẽ là kiểu PI.
1.4.4. Kết luận chung
- Từ hàm hệ hở cho trước, nếu tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn khác nhau sẽ đưa ra các bộ ĐC có luật
điều khiển và các thông số khác nhau.
- Trên đây ta đã tổng hợp hệ với phản hồi đơn vị, nhưng với phản hồi thực tế thì sai lệch sẽ tồn tại
khác không (kể cả khi hệ xác lập với độ chính xác tuyệt đối).
- Việc chọn tiêu chuẩn nào để tiến hành tổng hợp hệ được căn cứ theo yêu cầu chất lượng đặt ra,
dạng tín hiệu đặt trước, cũng như ảnh hưởng của nhiễu (xem 1.4.5).
1.4.5. Ảnh hưởng của nhiễu đến hệ được tổng hợp theo FMC ,FDX.
Để giúp cho việc lựa chọn tiêu chuẩn modul tối ưu hay tối ưu đối xứng, ta so sánh quá trình phản
ứng của hệ (sau khi tổng hợp theo FMC và FDX) đối với tác động của nhiễu.
Để đơn giản ta sử dụng lại kết quả tổng hợp (ở 1.4.2 và 1.4.3) hệ hở hữu sai có 2 khâu quán tính
với hằng số thời gian chênh lệch lớn (Hình 1.14). Như đã xét ở trên, vì T>>T s ta có thể coi gần đúng hệ
hở có S0(p) gần đúng là hệ vô sai cấp 1 (1.25).
a/ Khi tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thì bộ ĐC là khâu PI có dạng:
R (p) =
T (1 + 4Ts P)
8KTs2 P
(1.27)
Hình 1-14. Sơ đồ cấu trúc của hệ có xét đến tác động của nhiễu.
13
Hàm truyền của hệ theo nhiễu sẽ là:
X(p)
S0 (p)
R(p)S0 (p)
1
=−
=−
= −
F(p)
N(p)
1 + R(p)S0 (p)
R(p) [ 1 + R(p)S0 (p) ]
R(p)
hay
X(p)
K
=− .
N(p)
T
8Ts2 P
8T
T
1 + 4Ts 1 + s ÷P + 1 + s ÷8Ts2P 2 + 8Ts3P 3
T
T
(1.28).
b/ Khi tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn modul tối ưu thì bộ ĐC là khâu PI có dạng:
R (p) =
1 + TP
2KTs P
(1.29)
Hàm truyền của hệ theo nhiễu sẽ là:
X(p)
=N(p)
2KTs P
T
T 2 2
2 3
1 + 2Ts 1+
÷P + 1 + ÷2Ts P + 2TTs P
2Ts
Ts
2KTs P
1
=×
(1.30).
(1 + TP) 1 + 2Ts P + 2Ts2P 2
Đặc tính quá độ của lượng ra khi chịu tác động của nhiễu được giới thiệu trên hình 1-15 (a và b).
Qua so sánh trên đặc tính ta nhận thấy: Nếu tỷ số T/T s lớn thì nên tổng hợp hệ theo tiêu chuẩn tối ưu đối
xứng, vì tuy cùng độ quá chỉnh nhưng tốc độ suy giảm của đại lượng được điều chỉnh nhanh hơn và cho
phép rút ngắn thời gian quá độ. Nhưng khi tỷ số T/Ts nhỏ thì nên tổng hợp theo tiêu chuẩn môdul tối ưu.
1.5. Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh số của TDD
Các máy tính sô cũng như các hệ thông vXL khác được ứng dụng trong việc điều khiển logic TDD và
xây dựng các bộ điều chỉnh . Việc dùng các bộ điều khiển số ưu việt hơn hẳn các bộ điều khiển tương tự
về tính mềm dẻo khi cần thay đổi cấu trúc và tham số của hệ thống tự động , độ chính xác cao . Tuy nhiên
khâu đầu tiên cần phải làm là việc số hóa tín hiệu .
1.5.1 . Số hóa các tín hiệu
1.5.1.1. Lượng tử hóa các tín hiệu
Lượng tử hóa tín hiệu xảy ra khi nhập dữ liệu vào máy tính , xử lý tín hiệu và đưa dữ liệu từ trong
máy ra . Lượng tử hóa dữ liệu đưa vào máy tính được thực hiện bằng bộ chuyển đổi A/D . Dung lượng
số Nym biểu diễn đại lượng liên tục y(t) được cho bởi độ dài từ n tức là tổng đại số các bít của chuyển
đổi A/D ( trừ bít dấu )
Nym = 2n -1
Trong đó Ym là giá trị cực đại của đại lượng y(t) . Đơn vị của việc số hóa đại lượng y(t) sẽ là
Δy = Ym/Nym
Giá trị bằng số của tín hiệu Ny ở đầu ra của bộ chuyển đổi A/D được xác định từ biểu thức
Y = NyΔy +δy
1.5.1.2.Phạm vi biểu diễn số và hạn chế lượng ra
Máy tính xử lý các tín hiệu số trong khoảng thời gian xác định và hai lần lấy mẫu thì thông tin chứa trong
tín hiệu bị mất gây khó khăn cho hoạt động của hệ thống , vì vậy nếu giữ nguyên độ nhạy của máy với
các thay đổi thông số của đối tượng thì hệ điều chỉnh số chậm hơn so với hệ tương tự tương đương .
Tần số lấy mẫu là một thông số quan trọng , quyết định tính chất cảu mạch điều chỉnh số . Thực hiện điều
này bằng các chọn chu kỳ lấy mẫu T bằng K lần nhỏ hơn so với hằng số thời gian thay thế T r của mạch
vòng kín .
T=Tr / K
14
Hằng số thời gian thay thế được xác định giống như trong qua trình tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh
liên tục và có bổ sung chu kỳ lây mẫu
T
Tr = (2 ÷ 4)(τ σ + )
2
τ
Trong đó σ là tổng các hằng số thời gian không được bù của đối tượng khi tổng hợp luạt điều chỉnh số .
Để việc lấy mẫu không ảnh hưởng nhiều tới đặc tính động của hệ thống ta nên chọn T ≈ τ σ nghĩa là hệ số
K = (3 ÷ 6)
Cấu trúc các mạch vòng điều chỉnh truyền động điện thường có dạng nối cấp trong đó mạch vòng điều
chỉnh có chu kỳ lấy mẫu ngắn nhất là mạch vòng xác định trực tiếp tín hiệu điều khiển các bộ biến đổi và
đó thường là các mạch vòng điều chỉnh dòng điện . Trong trường hợp bộ biến đổi Thyristor được điều
khiển theo nguyên tắc chiếu đứng thì tín hiệu điều khiển phải xuất hiện M lần trong chu kỳ Tb của bộ biến
đổi
T
T= b
M
1
Tb =
m. f
Do vậy đòi hỏi thiết bị tính phải có tốc độ cao . Do tính chất của các thiristor mà có thể điều khiển số trực
tiếp chúng ( bằng các thiết bị phân phối xung số ) . Trong trường hợp này thời gian lấy mẫu của bộ điều
chỉnh dòng điện sẽ bằng chu kỳ điều khiển của bộ biến đổi .
Chu kỳ lấy mẫu của các mạch vòng tốc độ , mạch vòng vị trí thường được chọn dài hơn chu kỳ lấy mẫu
của mạch vòng dòng điện , do tín hiệu ở các mạch vòng sau biến thiên chậm hơn
1
2
3
4
CÂU HOI ÔN TẬP CHƯƠNG 1
Trình bày về tiêu chuẩn môdun tối ưu.
Trình bày về tiêu chuẩn tối ưu đối xứng.
Trình bày về các hệ số sai lệch và các tiêu chuẩn sai lệch.
Trình bày về vấn đề bù sai lệch
Tổng hợp hệ có hàm truyền của đối tượng mở rộng So(P) là khâu hữu sai bậc không
K
S 0 ( p) =
5
(1 + T1 P)(1 + T2 P)
với T2>T1, theo tiêu chuẩn modul tối ưu.
Tổng hợp hệ có hàm truyền của đối tượng mở rộng S0(p)
S 0 ( p) =
6
K
2
u
K=1
i=1
∏ (1 + TK P)∏ (1 + Ti P)
Với các hằng số TK > Ti , theo tiêu chuẩn modul tối ưu.
Tổng hợp hệ có hàm truyền của đối tượng mở rộng S0(p)
7
S 0 (p) =
K
u
P∏ (1 + Ti P)
=
K
P(1 + Ts P)
i =1
với Ts= ΣTi , theo tiêu chuẩn modul tối ưu.
Tổng hợp hệ có hàm truyền của đối tượng mở rộng S0(p)
8
S0 ( p ) =
K
u
P(1 + TP )∏ (1 + Ti P)
(1.18)
i =1
9
Trong đó T là hằng số thời gian lớn , theo tiêu chuẩn modul tối ưu.
Tổng hợp hệ có hàm truyền của đối tượng mở rộng S0(p)
15
S 0 ( p) =
K
u
∏ (1 + Ti P)
i =1
với các hằng số thời gian Ti đều nhỏ, theo tiêu chuẩn modul tối ưu.
Tổng hợp hệ hở có hàm truyền dạng vô sai cấp 1 (u=1)
10
S 0 ( p) =
K
u
TP ∏ (1 + Ti P)
=
K
TP (1 + Ts P)
i =1
với T>>Ti , theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng.
Tổng hợp hệ hở có chứa khâu quán tính thứ 2 (u=2)
11
S 0 ( p) =
K
u
TP ∏ (1 + Ti P)
=
K
TP (1 + T1P)(1 + T2 P)
i =1
Tổng hợp hệ hở có dạng vô sai cấp 2 theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng.
2
12
S 0 ( p) =
K ∏ (1 + Tj' P)
j=1
3
P ∏ (1 + Ti P)
2
=
K (1 + Ts' P)
P 2 (1 + Ts P)
i =1
CHƯƠNG 2 : ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện
2.1.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Trong các hệ thống truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng
điện là mạch vòng cơ bản. Bởi vì trong hệ thống truyền động một chiều và xoay chiều mạch vòng điều
chỉnh dòng điện thực hiện các chức năng cơ bản sau:
- Trực tiếp hoặc gián tiếp, xác định momen kéo của động cơ;
- Ngoài ra còn có chức năng điều chỉnh gia tốc;
- Bảo vệ và khống chế dòng khởi động.
Về lý thuyết có thể đưa ra 3 dạng sơ đồ cấu trúc của mạch vòng điều chỉnh dòng điện như hình 2.1
16
Hình 2.1. Các cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện.
Ta dùng bộ điều chỉnh tốc độ hoặc điện áp R có dạng bộ khuếch đại tổng về mạch phản hồi dòng
điện phi tuyến P. Khi tín hiệu dòng điện chưa đủ để khâu phi tuyến ra khỏi vùng kém nhạy thì bộ điều
chỉnh làm việc như bộ điều chỉnh tốc độ hay điện áp mà không có sự tham gia của mạch phản hồi dòng
điện. Khi dòng điện đủ lớn khâu P sẽ làm việc ở vùng tuyến tính của đặc tính và phát huy tác dụng hạn
chế dòng của bộ điều chỉnh R (hình 2.1.a).
Cấu trúc thứ hai về mạch vòng dòng điện được mô tả trên hình 2.1.b, với hai mạch vòng với hai bộ
điều chỉnh riêng biệt R1, R2. Trong đó, R2 là bộ điều chỉnh dòng điện với giá trị đặt là U iđ. Cấu trúc này
cho phép điều khiển độc lập từng vòng.
Cấu trúc điều chỉnh dòng điện được sử dụng rộng rãi nhất trong truyền động điện tự động được mô
tả trên hình 2.1.c – Đó là cấu trúc nối cấp. Trong đó, R i là bộ điều chỉnh dòng điện, Rω là bộ điều chỉnh
tốc độ. Mỗi mạch vòng có bộ điều chỉnh riêng và có thể được tổng hợp theo các tiêu chuẩn riêng.
2.1.2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sđđ của động cơ
E
Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện (hình 2.2):
Uiđ
1
1 + Tf P
-Ui
F
Ri
Kcl
1/ R u
1 + Tu P
I
Ki
1 + Ti P Si
Hình 2.2. sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh dòng điện.
Trong đó,
- F là mạch lọc tín hiệu.
- Ri là bộ điều chỉnh dòng điện.
- Si là xenxơ dòng điện.
Xenxơ dòng điện có thể thực hiện các biến dòng ở mạch xoay chiều hoặc bằng điện trở sun, hoặc các
mạch đo cách ly trong mạch một chiều.
- Tf, Tđk, Tvo, Tư, Ti - các hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều khiển chỉnh lưu, sự chuyển
mạch chỉnh lưu, phần ứng và xenxơ dòng điện.
- Rư : điện trở mạch phần ứng.
- Kcl : Hệ số khuếch đại của chỉnh lưu.
Trong trường hợp hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học lớn hơn rất nhiều so với
hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng thì ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh
hưởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện (tức là coi ∆E = 0).
17
Dựa theo sơ đồ hình 2.2 ta tìm được hàm truyền của đối tượng mở rộng S0i(P), sau đó lựa chọn
tiêu chuẩn tổng hợp hệ để tính chọn bộ điều khiển Ri(P).
Khi tổng hợp hệ cần chú ý: các hằng số Tf, Tđk, Tvo, Ti rất nhỏ so với Tư nên đặt Ts = Tf + Tđk + Tvo + Ti
và chọn τ = Ts.
Nếu tổng hợp mạch vòng dòng điện theo tiêu chuẩn Môdul tối ưu ta có :
R i (P) =
(1 + Tu P) R u
2TS PK cl K i
(2.1).
Vậy bộ điều chỉnh dòng là khâu tỷ lệ tích phân PI. Khi đó hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh
dòng điện có dạng sau:
Fi ( P) =
I( P )
1
1
= .
U id ( P) K i 1 + TS P + TS2 P 2
(2.2).
Trong trường hợp tổng hợp mạch vòng dòng điện theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng, thì bộ điều
chỉnh Ri(P) cũng là khâu PI có dạng sau:
R i (P) =
(1 + Tu P) R u
4TS PK cl K i
(2.3).
2.1.3. Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi tính đến sđđ của động cơ
Khi bổ sung phản hồi ssđ vào sơ đồ hình 2.2, thì ta nhận được sơ đồ mạch điều chỉnh dòng điện có
tính đến ssđ của động cơ (Hình 2.3.a). Trước khi tổng hợp cần phải đưa sơ đồ hình 2.3.a về dạng thu gọn
(Hình 2.3.b) bằng cách: - Tìm hàm truyền của dòng phần ứng I(P) theo điện áp phần ứng U ư(P) và mômen
cản Mc(P) từ sơ đồ cấu trúc (Hình 2.3.a);
Hình 2.3. sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh dòng điện có tính đến sđđ.
Nếu ta sử dụng bộ điều chỉnh dòng điện là khâu PI như kết quả ở mục 2.2.2, thì hàm truyền của
hệ sẽ có dạng:
Tc /(2TS + K i Tc )
I( P )
Fi (P) =
=
2TS
2Tc TS2
U id (P)
1+
(TS + Tc )P +
P 2 (2.4).
(2Ts + K i Tc )
( 2TS + K i Tc )
18
dễ dàng nhận thấy hệ số sai lệch vị trí C0 ≠ 0, vì:
Tc
T (K − 1) + 2Ts
2Ts
C0 = a 0 − b0 = 1 −
= c i
Khi K i = 1 C 0 =
≠ 0 tức là hệ bị sai lệch vị
2TS + K i Tc
2TS + K i Tc
2TS + Tc
trí, sai lệch này sẽ giảm khi hằng số Tc tăng.
Do vậy ta thử tiến hành tổng hợp hệ theo cả hai tiêu chuẩn FMC và FDX.
Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn FMC ta nhận được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng:
R i ( P) =
1 + Tc P + Tc Tu P 2
K cl K i
2Tc TS P 2
Ru
(2.5).
Nếu Tc ≥ 4Tu , thì tam thức bậc hai trên tử số sẽ có 2 nghiệm T 1 và T2, khi đó hàm truyền của Ri(P) được
phân tách thành 2 khâu PI mắc nối tiếp.
Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn FDX thì Ri(P) có dạng gồm 3 khâu vi phân mắc nối tiếp:
R i (P) =
(1 + 4TS P)(1 + Tc P + Tc Tu P 2 )
K cl K i
8Tc TS2 P 3
Ru
(2.6).
Khi coi gần đúng (1+4TsP ) ≈ 4TsP thì hàm truyền của Ri(P) giống như khi tổng hợp theo tiêu chuẩn FMC.
Tuy nhiên để đơn giản cấu trúc của bộ điều chỉnh R i(P) ta có thể bỏ bớt đi một khâu PI để bù hằng số thời
gian lớn và chấp nhận có sai lệch tĩnh.
Trong trường hợp Tc lớn thì có thể coi (1+TcP+TcTuP2) ≈ TcP(1+TuP), khi đó hàm truyền bộ
điều chỉnh dòng điện (theo cả 2 tiêu chuẩn) đều có dạng :
R i (P) =
(1 + Tu P)R u
,
2TS PK cl K i
(2.7),
giống như kết quả tổng hợp hệ không tính đến ảnh hưởng của ssđ theo tiêu chuẩn môdul tối ưu.
Cho dù tổng hợp hệ theo FMC hay FDX thì hàm truyền của mạch vòng dòng điện đều có dạng
gần đúng sau:
1
1
.
K i 1 + 2TS P
Fi ( P) =
1
1
.
K i 1 + 4TS P
khi theo FMC
1
1
= .
khi theo FDX K i 1 + 2aTS P
1 khi theo FMC
; a=
2 khi theo FDX
(2.8).
Kết quả (2.8) sẽ được dùng cho việc tổng hợp mạch vòng tốc độ.
2.1.4. Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi tính đến vùng gián đoạn của Iư
Khi được cấp nguồn từ bộ chỉnh lưu có điều khiển thì động cơ có thể phải làm việc trong vùng
dòng phần ứng gián đoạn. Khi đó đặc tính và hàm truyền của hệ thống tự động truyền động điện một
chiều thay đổi rất nhiều so với chế độ Iư liên tục, bởi vì:
+ Trong vùng dòng phần ứng gián đoạn thì giá trị đầu và cuối của xung dòng I ư đều bằng
không, cho nên thành phần LPIư = 0. Điều đó có nghĩa là thành phần điện cảm mất tác dụng, hay nói cách
khác là không tồn tại khái niệm hằng số thời gian mạch phần ứng (T ư=0), đẫn đến Tc >>Tư nên chúng ta
có thể sử dụng sơ đồ khối bỏ qua sđđ E (hình 4.11).
Hàm truyền của đối tượng mở rộng khi động cơ làm việc trong vùng dòng phần ứng gián đoạn
có dạng:
K .K
TC P
K .K
1
S0i (P) = CL i .
≈ CL i .
(2.9).
R u (1 + TC P)(1 + TS P)
R u (1 + TS P)
Đây là bộ điều chỉnh kiểu tích phân có hệ số khuyếch đại thay đổi
Ta có họ đặc tính của hệ thống ở vùng dòng điện liên tục và ở vùng dòng điện gián đoạn với thông số là
sđđ của động cơ , từ đó có thể dẫn ra được mối quan hệ hàm số K = f(u đk ,E) , đây là họ đặc tính các giá
trị trung bình nên có thể dễ dàng đo lường và dựng chúng
Trong đó 1 là đặc tính điều chỉnh dòng điện trong vùng liên tục còn 2 là vùng dòng điện gián đoạn
Như vậy trong vùng dòng điện liên tục bộ điều chỉnh nên có cấu trúc kiểu PI còn trong vùng gián đoạn bộ
điều chỉnh có cấu trúc kiểu I và để hệ có thể đáp ứng được tính chất động tốt hơn thì hệ số khuyếch đại
của bộ điều chỉnh phải tự động thay đổi
19
2.1.5 . Bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi với từng xung dòng
Cấu trúc hợp lý hơn cả của bộ điều chỉnh dòng điện kiểu thích nghi là nhờ vào thông tin từ các cảm biến
về tính liên tục của dòng điện khi chuyển từ vùng dòng điện liên tục sang vùng dòng điện gián đoạn mà
thay đổi cấu trúc từ PI sang I . Trong vùng cấu trúc kiểu I , bộ điều chỉnh có hệ số khuyếch đại tự động
thay đổi tuỳ thuộc vào tình trạng gián đoạn của dòng điện .
Một giải pháp đơn giản là áp dụng thích nghi cho từng xung dòng điện , trong thời gian có dòng thì bộ
điều chỉnh có cấu trúc PI và trong thời gian gián đoạn thì bộ điều chỉnh có cấu trúc I . Ta có sơ đồ chức
năng bộ điều chỉnh thích nghi như sau :
Khi chuyển mạch CM ở vị trí trên thì bộ điều chỉnh gồm khâu tỷ lệ P nối tiếp với khâu tích phân I và ta
có bộ điều chỉnh có cấu trúc kiểu I . Khi chuyển mạch ở vị trí bên dưới khâu PD nối tiếp với khâu I ta
có bộ điều chỉnh có cấu trúc kiểu PI . Khâu SS đóng vai trò cảm biến phát hiện tính liên tục của dòng
điện , sau đó phát lệnh logic U 0 để điều khiển chuyển mạch CM
Chuyển mạch CM được thực hiện bằng tranzitor trường có điện trở thay đổi rất mạnh trong các trạng
thái khoá và bão hoà , giả sử rằng khi khoá RT = ∞ . Ta có sơ đồ bộ điều chỉnh thích nghi như sau :
Hàm truyền PD sẽ là :
U1 ( p )
2R
pR C
= − 2 (1 + 2 1 )
U i ( p)
R0
2
Khi tranzitor bão hoà thì RT << R2 và ta có hàm truyền kiểu P :
U 1 ( p)
R
=− 1
U i ( p)
R0
20
trong chế độ dòng điện gián đoạn bộ điều chỉnh sẽ có hệ số khuyếc đại thích nghi . Cho rằng tín hiệu
vào U1 trong chế độ dòng gián đoạn có dạng các xung chữ nhật tương đương ΔU . Đồ thị thời gian của
điện áp U1 đặt vào đầu vào của phần tử tích phân như sau
Trong khoảng thời gian t1 khoá T ở trạng thái khoá . Do tác dụng của thành phần đạo hàm mà khuyếc
đại A1 bão hoà trong khoảng thời gian tn :
∆U 2 R2
tn ≈ τ
•
U m R0
RC
Trong đó Um : Điện áp bão hoà và τ = 2 1
2
Sau đó điện áp U1 có giá trị xác định theo công thức
2R
U1 ≈ ∆U 2
R0
Trong khoảng thời gian t2 , khoá T dẫn và điện áp U1 sẽ là :
U1 = ∆U
R2
R0
Giá trị trung bình của điện áp U1 trong một chu kỳ dòng điện phần ứng được xác định :
t
2R t − t
R t
U1S = U m n + ∆U 2 • 1 n + ∆U 1 2
T
R0
T
R0 T
Để duy trì chức năng đạo hàm của bộ điều chỉnh , các thông số cần được chọn sao cho :
∆U ≤ U m và 2R2 <
t 2 R 2 − R1 R1
U 1S = ∆U ( 1
+ ) = ∆U ⋅ K R ( E1 , U dk )
T
R0
R0
và bởi vì R2 <
tăng lên , bằng cách đó mà bù được từng phần sự biến thiên phi tuyến của hệ số khuyếch đại của đối
tượng điều chỉnh
21
2.1.6 . Bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi có khâu tiền chỉnh phi tuyến
Ứng dụng lý thuyết về hệ bất biến có thể có giải pháp đơn giản hơn cho mạch điều chỉnh thích nghi
dòng điện như sơ đồ sau . Trong đó Fx là khối phi tuyến chưa biết cấu trúc , Ri(p) có cấu trúc PI .
Phần S0i có hàm truyền được xác định :
1
Soi = K (udk , E )
1 + Ts p
Bộ điều chỉnh dòng điện được thiết kế cho vùng dòng điện liên tục :
1 1 + Tu p
Ri ( p) =
K 2Ts p
Theo sơ đồ cấu trúc ta có hàm truyền của mạch vòng dòng điện :
U i ( p)
1 + (Tu + 2Ts KFX ) p
=
u id ( p) 1 + (Tu + 2TS A) p + 2TS2 Ap 2
trong đó : A = K / K(u đk , E )
Mục tiêu của tổng hợp là nếu bỏ qua thành phần p2 thì
FX =
U i ( p)
≈ 1 từ đó ta có
u id ( p )
1
K (u dk , E )
trong chế độ dòng điện gián đoạn ,khi E = const thì có thể coi gần đúng
do đó hệ số khuyếch đại vi sai của đối tượng sẽ là :
K (u dk ) =
ui = K.uđk3
∂U i
3
= 4 Ku dk
∂U dk
trong đó K là hằng số xác định
∂FX
1
1
=
=
3
Mặt khác ta có : ∂u id ∂u i
4 Ku dk
∂u dk
do đó hàm FX sẽ được tính bằng công thức : F X = K u 4 u id với Ku là hằng số ứng với các giá trị khác
nhau của sđđ E . Ta có đồ thị mô tả mối quan hệ Fx = f (Uiđ ).
22
Để hệ thống hoạt động chính xác , nhất là ở những vùng mà sđđ E thay đổi nhiều cần bù được ảnh
hưởng của tín hiệu này đến đặc tính của khối phi tuyến F X . Lợi thế của khâu điều chỉnh phi tuyến là
không cần cảm biến chế độ của dòng điện và chuyển mạch điện tử
2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ
2.2.1. Tổng quan về hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ
Trong thực tế thường gặp hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ có đảo chiều, hoặc không đảo
chiều. Khi có yêu cầu đảo chiều quay thì trong hệ phải có hai khối phát xung FX 1 và FX2 để điều khiển
hai bộ chỉnh lưu đấu song song và ngược chiều nhau BD 1 và BD2 (hình 2.16). Ở đây thực hiện đảo chiều
bằng cách thay đổi chiều dòng điện phần ứng.
Hệ thống này có đại lượng được điều chỉnh là tốc độ góc của động cơ điện, nhiễu loạn là mômen cản M c
và tác động điều khiển là Uư hoặc Uk.
Để tạo ra khả năng ổn định tốc độ theo yêu cầu (phụ thuộc tín hiệu U ω đặt trước) khi mômen cản có sự
thay đổi, thì trong hệ phải sử dụng phản hồi âm tốc độ (mạch vòng tốc độ) nhờ sensor tốc độ, nó có hàm
truyền dạng:
G ω (P) =
Kω
(1 + Tω P)
Hệ thống điều chỉnh tốc độ có thể được xây dựng theo hai phương án: Không, hoặc có mạch vòng điều
chỉnh dòng điện Iư theo kiểu nối cấp.
Hình 2.14. Sơ đồ chức năng hệ truyền động điện T- Đ có đảo chiều quay.
23
Hình 2.17. Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh tốc độ có mạch vòng dòng điện.
Số mạch vòng dòng điện sẽ là 1 ở hệ không đảo chiều và là 2 ở hệ có đảo chiều. Tuy nhiên cẩu trúc của 2
nhánh chính trong mạch vòng dòng điện đều giống nhau, chỉ khác nhau về dấu của tín hiệu U iđ. Đồng thời
tín hiệu đặt tốc độ Uωđ thì phải đổi dấu trong hệ yêu cầu đảo chiều.
Trong nhánh chính của sơ đồ cấu trúc thường dùng phần tử phi tuyến HCD (để hạn chế dòng phần ứng
khi tốc độ còn đang thấp trong quá trình khởi động). Khâu HCD có vai trò rõ rệt khi tín hiệu đặt tốc độ
Uωđ tăng quá lớn, hoặc hệ mất phản hồi âm tốc độ. Khi đó nó giữ cho tín hiệu U iđ ở giá trị tối đa cho phép
(không gây hư hỏng cho hệ). Còn khi tín hiệu U iđ trong vùng điều khiển cho phép thì hệ số truyền của
khâu HCD bằng 1, tức là tín hiệu ra của nó đúng bằng tín hiệu vào (sự có mặt của nó không ảnh hưởng
đến quá trình điều khiển).
2.2.2 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tỷ lệ
Khi bỏ qua ảnh hưởng của sđđ của động cơ ta có :
I ( p)
1
1
=
U id ( p) K i 1 + 2TS p(1 + TS p)
Để thuận tiện cho tính toán ta thay biểu thức trên bằng biểu thức tính gần đúng hàm truyền của mạch
vòng dòng điện :
I ( p)
1
1
=
U id ( p ) K i 1 + 2TS p
Nếu mạch vòng dòng điện được tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thì
I ( p)
1
1
=
U id ( p) K i 1 + 4TS p
Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ như sau :
24
Trong đó : Sω là cảm biến tốc độ có hàm truyền là khâu quán tính với hệ số truyền Kω và hằng số thời gian
Tω . Thường Tω có gía trị nhỏ và ta đặt 2T’s = 2TS + Tω , đối tượng điều chỉnh có hàm truyền :
Ru K ω
1
S 02 ( p) =
K i KΦTC p (2TS' p + 1)
Theo tiêu chuẩn môdul thì hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỷ lệ
K KΦTC 1
Rω ( p ) = i
= Kp
K ω Ru 2TS' a2
Trong đó thường lấy a2 = 2
Kp =
R3
R
; K ω = K ω' 1
R1
R2
Với Kω’ là hệ số truyền của bản thân cảm biến tốc độ
4TS' =
KΦTC K i
KΦTC K i' R4 R2
=
Ru K P K ω
Ru K ω' R2' R3
K i = K i'
R4
R2'
K i' là hệ số truyền của cảm biến dòng điện . Từ đó ta có cấu trúc của bộ điều chỉnh như sau
Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là
ω ( p)
1
1
U ωd ( p)
=
K ω 4TS' p(2TS p + 1) + 1
Sau đây ta kiểm tra ảnh hưởng của nhiễu phụ tải đến độ quá điều chỉnh và độ chính xác tĩnh của hệ
thống . Theo sơ đồ khối ta tính được :
∆ω ( p) =
[ I ( p ) − I C ( p ) ] Ru
KΦTC p
=−
RU I C ( p)
I ( p)
1 −
KΦTC p I C ( p)
F0 ( p)
I ( p)
=
I C ( p ) 1 + F0 ( p)
Với F0(p) là hàm truyền của mạch vòng của hệ điều chỉnh tốc độ . Khi Ic = 1(t) thì
Mặt khác [ I ( p ) − I C ( p )] F0 ( p ) = − I ( p ) do đó ta có
∆ω ( p) = −
RU I C
4T ' R I
2TS' p + 1
1
= S U C
KΦTC p 1 + F0 ( p)
KΦTC 4TS' ( 2TS' p + 1) + 1
TC
RU I C
trong hệ thống hở sẽ được giảm đi
lần trong hệ kín
4TS'
KΦ
2.2.3. Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tích phân tỷ lệ PI
Trong nhiều thiết bị công nghệ thường có yêu cầu điều chỉnh vô sai cấp cao , vì vậy thường dùng phương
pháp tối ưu đối xứng để tổng hợp các bộ điều chỉnh . Với mạch vòng điều chỉnh tốc độ hàm truyền của bộ
điều chỉnh có dạng :
Như vậy độ sụt tốc tĩnh ∆ω ( p ) = −
Rω ( p ) =
1 + T0 p
KT0 p
và hàm truyền mạch hở sẽ là :
F0 ( p) =
1 + T0 p K ω Ru
1
KT0 p K i KΦTC p(2TS' p + 1)
25
Tổng hợp mạch theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta sẽ xác định được hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ
sẽ là
K KΦTC 1
1
Rω ( p) = i
(1 + ' )
'
Ru K ω 4TS
8TS p
Như vậy thành phần tỷ lệ của bộ điều chỉnh bằng hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại trong bộ điều
chỉnh .
Khi tổng hợp theo phương pháp tối ưu đối xứng thường phải thêm khâu tạo tín hiệu đặt để tránh hiện
tượng quá chỉnh . Khâu tạo tín hiệu đặt này thường có hàm truyền của khâu lọc thông thấp bậc nhất , có
hằng số thời gian lọc tuỳ thuộc vào gia tốc cho phép của hệ thống . Khâu tạo tín hiệu này phải đặt bên
ngoài mạch vòng điều chỉnh tốc độ .
Hàm truyền mạch kín của hệ thống
U ( p)
1 + 8TS' p
Fω ( p) = ω
= '
U ω d ( p) 8TS p 4TS' p(1 + 2TS' p ) + 1 + 1
Hàm truyền của hệ thống đối với tín hiệu nhiễu loạn là dòng điện tải
1 + 8TS' p
∆ I ( p)
Fi ( p) =
=
∆ I C ( p ) 8TS' p 4TS' p (1 + 2TS' p ) + 1 + 1
Và từ đó ta xác định được sai số tốc độ tương ứng khi nhiễu tải có dạng hằng số
[ I ( p) − I c ( p)] R = 4TS' Ru I C
8TS' p (1 + 2TS' p )
∆ω ( p ) =
u
KΦTC p
KΦTC 8TS' p[ 4TS' p (1 + 2TS' p ) + 1] + 1
Kết quả là khi đã ổn định tốc độ thì sai lệch tốc độ của hệ thống bằng 0
2.2.4. Hệ thống điều chỉnh tốc độ khi không có mạch vòng dòng điện
Khi cả bộ biến đổi và động cơ đều có khả năng quá dòng lớn và không có yêu cầu cao về điêù chỉnh gia
tốc, hoặc khi sử dụng các truyền động công suất nhỏ dùng bộ băm xung áp có tần số làm viêch lớn đến
mức không xuất hiện trạng thái dòng điện gián đoạn thì có thể không cần xây dựng mạch vòng điều chỉnh
dòng điện . Sơ đồ cấu trúc của hệ thống như sau :
[
[
]
]
Trong trường hợp Tc > 4Tư thì hàm truyền của đối tượng sẽ là :
KS
S 02 ( p ) =
(1 + pTb )(1 + pTω )(1 + pT1 )(1 + pT2 )
Trong đó Ks = Kb KĐ Kω
Giả thiết rằng T2 >T1 và T1 , T2 >> Tb , Tω theo tiêu chuẩn môdul tối ưu ta tổng hợp được bộ điều chỉnh tốc
độ kiểu PID có hàm truyền như sau :
(1 + pT1 )(1 + pT2 )
Rω ( p ) =
;
TS = Tb + Tω
2TS K S pa
Với a = 1 thì hàm truyền hệ kín sẽ là
U ω ( p)
1
=
U ωd ( p ) 2TS p(1 + 2TS p) + 1
Hệ thống đạt vô sai cấp 1 đối với tín hiệu điều khiển . Nếu hệ thống có hằng số thời gian cơ học T c nhỏ thì
tương ứng nên giảm hệ số khuyếch đại của mạch vòng điều chỉnh , nghĩa là nên chọn a > 1
26
2.2.5. Hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh hai thông số
1. Điều chỉnh từ thông kích từ .
Trong trường hợp điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh từ thông kích từ thì hàm truyền của đối tượng
có dạng sau :
I k ( p)
1 + pTV
1
=
U k ( p) Rk (1 + pTk )(1 + pTSk )
Trong đó Uk
: Giá trị trung bình điện áp ra của bộ biến đổi
Rk , Tk : Thông số dây quấn kích từ
TV
: Hằng số thời gian dòng xoáy
Tsk : Tổng các hằng số thời gian nhỏ trong mạch kích từ
Các hằng số thời gian Tk ,Tv phụ thuộc vào điểm làm việc trên đặc tính từ hoá , do đó chúng là phi tuyến ,
tuy nhiên tỷ số giữa chúng là không đổi . Trong trường hợp điểu chỉnh từ thông cần có cảm biến từ
thông :
Kv
Φ( p)
=
I k ( p ) 1 + pTv
Trong đó Kv là hệ số khuyếch đại vi phân , tức là độ nghiêng của đặc tính từ hoá tại điểm làm việc
Ta có sơ đồ khối của hệ thống điều chỉnh dòng điện kích từ như sau
Khi tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện kích từ để điều chỉnh tốc độ động cơ gặp rất nhiều khó
khăn do các thông số của mạch kích từ thay đổi rất mạnh khi điều chỉnh . Điều chỉnh theo phương pháp
này đóng vai trò quan trọng trong các hệ truyền động công suất không đổi hoặc khi cần điều khiển đồng
bộ tốc độ nhiều động cơ trên một dây chuyền công nghệ
2. Điều chỉnh sức điện động
Việc điều chỉnh sức điện động E của động cơ được đặt ra trong các hệ thống liên quan đến đến điều
chỉnh sức căng trong các hệ thống trục quấn , trục tháo trong các dây chuyền công nghiệp giấy , dệt .
Để giữ được trị số sức điện động là một hằng số cần phải phối hợp điều chỉnh tốc độ và từ thông vì sđ đ là
hàm của hai biến E = KΦω nên chắc chắn trong hệ thống điều chỉnh phải chưa các khâu phi tuyến .Sơ
đồ của hệ thống điều chỉnh sức căng bằng sđ đ như hình vẽ dưới đây
Để có thể cảm biến được sđ đ ta phải sử dụng mạch đo điện áp và dòng điện phần ứng
E ( p) = U ( p ) − Ru (1 + pTu ) I ( p)
Khi tốc độ thay đổi , qua cảm biến tốc độ và khối trị tuyệt đối N 2 sẽ đưa tín hiệu điều chỉnh độ dốc của
phần tuyến tính của khối N1 . Bởi vì :
E ( p)
ω
= Kω = Kω dm
Φ( p)
ω dm
ω
do đó độ dốc của khối N1 sẽ được xác định như sau : K N 1 = dm
ω
27
