Bai giang TDD

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

{Hà nội năm 2007}

<b>Bộ công thương</b>

<b>Trường ĐHCN Hà nội</b>

<b>Khoa Điện-Bộ mơn Tự Động Hóa</b>

<b>Bài giảng mơn CD TD D</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

Phụ lục

Chương1: Những nguyên tắc cơ bản khi xây dựng hệ…

1. Khái niệm chung:

2. Những vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ
3. Độ chính xác của hệ thống TĐ Đ tự động

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

<b>Tài liệu:</b>

<b>1. Điều chỉnh tự động truyền động điện : T/g Bùi Quốc Khánh, </b>

<b>Phạm Quốc Hải…</b>

<b>2. Truyền Động Điện Thông Minh:T/g Nguyễn Phùng Quang</b>

<b>3. Matlab & Simulink : T/g Nguyễn Phùng Quang</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>Chương 1: Những nguyên tắc cơ bản khi xây dựng </b>

<b>hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ</b>

<b>1.Khái niệm chung:</b>

- Mục tiêu cơ bản điệuchỉnh tự động TĐ Đ là đảm bảo giá trị yêu cầu

của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc nhiễu tác động.
- Cấu trúc cơ bản hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ:

X R BBĐ ĐC MS_X

ĐL
NL từ luới điện

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

- <b>Phân loại</b>: Theo nhiệm vụ chung

+ Hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ điều chỉnh duy trì theo lượng đặt.
+ Hệ điều chỉnh tuỳ động ( hệ bám): lượng đặt biến thiên tuỳ ý
+ Hệ điều khiển chương trình

2.

<b>Những vấn đề chung khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ</b>

- <b>yêu cầu</b> : đảm bảo thực hiện các yêu cầu đặt ra: về công nghệ, chỉ tiêu chất
lượng , kinh tế.

- Khi thiết kế phải thực hiện các bài tốn về phân tích và tổng hợp để tìm ra
cấu trúc mạch đk, luật điều khiển và các tham số cua mạch điều khiển.

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

3.

<b>Độ chính xác của hệ thống TĐ Đ tự động </b>

<b>3.</b>

<b>1 Các hệ số sai lệch:</b>

- xét hệ thống có cấu trúc như hình vẽ:

F0(p) TM

R E C

N1 N

n

-F₀(p) hàm truyền hệ hở
TM : thiết bị cơng nghệ
R : tín hiệu điều khiển
C tín hiệu ra

E = R-C sai lệch điều chỉnh.
N_i các nhiễu loạin.

C(p) = F(p).R(p)+F_i(p).N_i(p)

F(p)=

F_i(p) hàm truyền đối với các nhiễu loạn

)
(
1

)
(

0

0

<i>p</i>
<i>F</i>

<i>p</i>
<i>F</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<b>Hàm truyền hệ thống đối với sai lệch: </b>

F_e(p) =

)
(
)
(
)
(
1
1
)
(
)
(

0 <i>N</i> <i>p</i>

<i>p</i>
<i>M</i>
<i>p</i>

<i>F</i>
<i>p</i>
<i>R</i>
<i>p</i>
<i>E</i>




F_e(p)=(C₀ + C₁p+…..+ C_ipi)R(p)
 Tính các hệ số sai lệch theo:

C₀=



Fe( )



0

lim

<i>p</i>

<i>p</i>

C₁=









0

e
0
)
(
F
p
1

lim

<i>p</i> <i>C</i>

<i>p</i>

C₂=










<i>p</i>
<i>C</i>
<i>C</i>
<i>p</i>

<i>p</i> 0 2 e 0 1

)
(
F
p
1

lim

C_i= _

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Nếu biết hàm truyền hệ thống với th điều khiển:

F(p)=
)
(
1
)
(
)
(
)
(
0
0
<i>p</i>
<i>F</i>
<i>p</i>
<i>F</i>
<i>p</i>
<i>R</i>
<i>p</i>
<i>C</i>




 F(p)= <i>_n</i> , m<=n

<i>n</i>
<i>m</i>
<i>m</i>

<i>p</i>

<i>a</i>

<i>p</i>

<i>a</i>

<i>p</i>

<i>b</i>

<i>p</i>

<i>b</i>

<i>b</i>













...

1

..

1
1
0

 Các sai lệch:

C₀ = 1- b₀
C₁=a₁-C₀a₁-b₁

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

3.2 Tiêu chuẩn sai lệch

- Tiêu chuẩtn tích phân bình phương sai lệch ( ISE)

- Tiêu chuẩtn tích phân của tích số giữa thời gian và giá trị tuyệt đối sai lệch (

ITAE)





0

2

₍

<i>_t</i>

₎

<i>_dt</i>

<i>e</i>





0

)

(

.

<i>e</i>

<i>t</i>

<i>dt</i>

<i>t</i>

-

Hệ thống hữu sai- hệ bậc không

Hàm truyền: F

₀

(p)=












<i>n</i>
<i>k</i>

<i>k</i>
<i>m</i>

<i>i</i>

<i>i</i>

<i>p</i>

<i>T</i>

<i>p</i>

<i>T</i>

<i>K</i>

1
1

)

1

(

)

1

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Nếu hệ thống có phản hồi thì hàm truyền hệ kín:

F(p) =

Hệ số sai lệch vị trí

C₀

=1-...
1
...
1
)
(

1
)
(
)
(
)
(
2
2
1
2
2
1
0
0










<i>p</i>
<i>a</i>
<i>p</i>
<i>a</i>
<i>p</i>

<i>b</i>
<i>p</i>
<i>b</i>
<i>K</i>
<i>K</i>
<i>p</i>
<i>F</i>
<i>p</i>
<i>F</i>
<i>p</i>
<i>R</i>
<i>p</i>
<i>C</i>
<i>K</i>
<i>K</i>

1

R(t) = const

e= <i>R</i>

<i>K</i>


1

1
C(t)

R(t) = kt

e(t)=C0kt+C1k

C(t)

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

-

Hệ vô sai cấp 1 - hệ bậc một

Nếu hàm truyền hệ hở:

F

₀

(p)=

Hàm truyền hệ kín:

F(p) =

F(p) =

)...

1

)(

1

(

)...

'

1

)(

'

1

(

2
1
2

1

<i>p</i>

<i>T</i>

<i>p</i>

<i>T</i>

<i>p</i>

<i>p</i>

<i>T</i>

<i>p</i>

<i>T</i>

<i>K</i>

<i>_v</i>









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

)(
'
1
(
2
1
2
1
2
1
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>p</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>K</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>K</i>
<i>v</i>
<i>v</i>




















....
)
'
1
(
1
...
)
'
(
1
2
2
2
2
<i>p</i>
<i>a</i>

<i>p</i>
<i>T</i>
<i>K</i>
<i>p</i>
<i>b</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>i</i>
<i>v</i>
<i>i</i>

Hệ số sai lệch vị trí: C

₀

=1-1=0

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

R(t) = const

e=0
C(t)

R(t) = kt

e=k/K_v

C(t)

R(t) =₀₊_k₁_t+_k₂_t

e= <i>kt</i>

<i>K</i>
<i>k</i>

<i>v</i>

2
1_₂

C(t)

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

- Hệ thống vô sai cấp 2- hệ bậc hai

Hàm truyền hệ hở: F

₀

=

)...
1
)(
1
(
)...
'
1
)(
'
1
(
2
1
2
2
1
<i>p</i>

<i>T</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>p</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>p</i>
<i>T</i>
<i>K_a</i>





Hàm truyền hệ kín:

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

Các sai lệch:

C

₀

=a

₀

-b

₀

=0

C

₁

=a

₁

-b

₁

=0

C

₂

=a

₂

-b

₂

=1/K

_a

R(t)=kt

e=0

C(t)

R(t)=0+k1t+k2t2

e=

<i>a</i>

<i>K</i>
<i>k</i>₂

C(t)

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

<b>Chương 2 Một số phần tử tự động trong hệ thống Điều chỉnh </b>

<b>tự độngTĐ Đ</b>

<b>1.Khuếch đại thuật toán</b>

+

-+ Vcc

- Vcc

T/h ra
T/h vào

- Sơ đồ nguyên lý:

- Thông số lý tưởng:

Hệ số khuếch đại điện áp A=

Trở kháng vào Z_v = 

Trở kháng ra Z_r=0
Giản tần 0

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

- Tham số thực tế:

Hệ số khuếch đại điện áp A=5.104

Trở kháng vào Z_v = 1M

Trở kháng ra Z_r=100

Giản tần 0vài KHz

Độ không đối xứng điện áp đầu vào ( OFFSET): 1mV

Độ không đối xứng dòng điện đầu vào ( OFFSET): 10-8_A

Điện áp nguồn cấp  15V

Dịng điện 3mA

cơng suất tiêu thụ 50mW

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

<b>2. Các mạch cơ bản dùng khuếch đại thuật tốn:</b>

+

-R2

R1a

R1b
R1n
u1a

u1b

u1n u2

2.1 bộ cộng tín hiệu

Nếu R_1a=R_1b=...=R_1n=R₂
thì :

u₂= -(u_1a+u_1b+...+u_1n)

)

..

(

1
1
1

1
1

1

2
2

<i>n</i>
<i>n</i>
<i>b</i>

<i>b</i>
<i>a</i>

<i>a</i>

<i>R</i>

<i>u</i>

<i>R</i>

<i>u</i>

<i>R</i>

<i>u</i>

<i>R</i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>2.2 Mạch so sánh:</b>

- Dùng so sánh 2 tín hiệu điện áp ( ví dụ như trong mạch điều khiển thysritor)
- Sơ đồ mạch so sánh 2tín hiệu U₁, U_{2 :}

-+
U1

U2 U0

LM131

U0

15v

-15v

(U2-U1)

U_o= U_0max sign(U₂-U₁) = U_omax khi U₁<=U₂

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

2.3Mạch hạn chế:

- Mạch hạn chế trong điều khiển thường được bố trí để hạn chế lượng đặt dịng
điện hoặc mơmen.

- Sơ đồ mạch hạn chế:

-+

U2 U2

LM131

D+

D

-U+ U

-+Un _P -Un

2 _P

1 U1

U+

U

-U1

Khi U₁ >0 nếu U₁ >U+_{thì D}+_{dẫn U}

2=U+

Khi U₁ <0 nếu |U₁| >|U-| thì D- dẫn U

2=U

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

<b>2.3 Các bộ điều chỉnh:</b>

<b>2.3.1 Nguyên tắc tạo hàm chức năng điều khiển của các bộ điều chỉnh.</b>
-

+

-Yw(p) Y2(p)

Y(p)

Iw I2

I1

U1w

U1

U2

Sơ đồ

U_1w tín hiệu đặt. U₁ tín hiệu đo lường( tín hiệu pjản hồi), U₂ tín hiệu ra bộ điều chỉnh.
- Ta có I_1w+I₁+I₂=0 trong đó:

I_1w = Y_1w(p).U_1w; I₁=Y(p).U_1w; I₂=Y₂(p)U₂

- Thay các biêu thức trên ta được: ₍ ₎ ]

)
(
[

)
(

)
(

1
2

1
2

2 <i>U</i>

<i>p</i>
<i>Y</i>

<i>p</i>
<i>Y</i>
<i>U</i>

<i>p</i>
<i>Y</i>

<i>p</i>
<i>Y</i>

<i>U</i> <i>w</i>

<i>w</i>

<i>w</i>




</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21>

<b>2.3.2 Bộ điều chỉnh tỷ lệ P dùng KĐTT</b>
- Sơ đồ nguyên lý:

+

-R2

R1

R1

U1w

U1 U2

U2

t

0

- Hàm truyền bộ điều chỉnh:

<i>R</i>

<i>R</i> <i>K</i>

<i>R</i>
<i>R</i>
<i>p</i>

<i>F</i>  

1
2

</div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>

<b>2.3.3 Bộ điều chỉnh tích phân (I)</b>
- Sơ đồ nguyên lý:

+

-C2
R1

R1
U1w

U1 U2

U2

t

0

- Hàm truyền:

Với ₁=R₁C₁

1
1

2

1
1

)
(



<i>p</i>
<i>R</i>

<i>pC</i>
<i>p</i>

<i>F_R</i>  

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>

<b>2.3.4 Bộ điều chỉnh tỷ lệ tích phân ( PI):</b>
- Sơ đồ nguyên lý:

+

-C2

R1

R1

U1w

U1 U2

R2

U2

t

0

Hàm truyền đạt:

trong đó K_R = R₂/R₁ , <i>F</i>_I = R<i>K</i>₁C₂ <i>I</i> <i>p</i>
<i>R</i>

<i>R</i>



1




Bộ điều chỉnh PI này có nhược điểm trong
việc chỉnh định độc lập hai

tham số K_R và _I do đó có thể thay

thế bằng sơ đồ bộ PI chỉnh được
độc lập hai tham số như sau:

+

-C2

R1

R1

U1w

U1 U2

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

<b>2.3.5 Bộ điều chỉnh PID</b>
- Sơ đồ:

- Hàm truyền đạt:

<i>p</i>
<i>p</i>
<i>p</i>
<i>K</i>
<i>p</i>
<i>F</i>
<i>I</i>
<i>I</i>
<i>D</i>
<i>I</i>
<i>R</i>
<i>R</i>



 1
)
(
2




Với ;

1
2
3
2

3
2
<i>R</i>
<i>C</i>
<i>C</i>
<i>R</i>
<i>R</i>
<i>R</i>
<i>K_R</i>


 3
1
3
2
2

1 ; <i>C</i>

<i>R</i>
<i>R</i>
<i>R</i>
<i>C</i>

<i>R</i> <i>_D</i>

<i>I</i>   



Nếu chọn tham số: R₂C₂ + R₃C₃ >> R₃C₂ và R₂>>R₃
thì R₂/R₃ +C₃/C₂ >> 1 và R₂/(R₂+R₃) = 1

Lúc đó hàm truyền bộ điều chỉnh là:

<i>p</i>

<i>p</i>
<i>p</i>

<i>K</i>
<i>p</i>

<i>F_R</i> <i>_R</i>

2

3
2 )(1 )
1
(
)
(


 



Trong đó: K_R=R₂/R₁ ; ₂ = R₂ C₂ ; ₃ = R₃C₃

+

-C2
R1
R1
U1w

U1 U2

R2

C3

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

- Đặc tính quá độ:

KRU1(1+2/3)

U₁
₂/K_R

U2

t

U₁

Đặc tính lý tưởng PID

K_RU₁(1+₂/₃)

U₁
₂/K_R

U2

t

U₁

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

<b>2.4 Thiết bị đo lường</b>

<b>2.4.1 Đo dòng điện, điện áp 1 chiều có cách ly</b>

- Sơ đồ:

+- ₊

-+

-+

-+

-Rs U=

A

B

C

C

+

+

-+

-Yêu cầu: Đảm bảo độ chính xác, đảm bảo cách ly giữa mạch lực và mạch
điều khiển.

</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

- Các khâu:

+ Mạch dao động xung tam giác đốI xứng
+ Mạch so sánh

+ Mạch truyền xung
+ Mạch tích phân

+U=
A

B

C

D

+U*=

t

+U=
A

B

C

D

-U*=

t

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

- Mạch có thể xác định được cả giá trị và dấu của đạI lượng cần đo.
<b>2.4.2 Đo dòng xoay chiều</b>

R0

R0

R0
Ia Ib Ic

I2

R1

Ð0

U2I

U2I0

R

C

-Đo dòng xoay chiều 3 pha đơn giản nhất dùng biến dịng, sau đó đưa
qua chỉnh lưu để được dòng 1 chiều

- Sơ đồ nguyên lý:
Điện áp ra chỉnh lưu
U_d=R₁ I_d

Trong đó

Hàm truyền của bộ đo

2

3
3

<i>I</i>
<i>I_d</i>





<i>fI</i>
<i>I</i>
<i>I</i>

<i>p</i>
<i>K</i>
<i>p</i>

<i>F</i>






1
)
(

</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

<b>2.4.3.1 Máy phát tốc 1 chiều:</b>
- Mạch nguyên lý:

- Điện áp đầu ra máy FT
U_ = K_ . - R_ưI - U_ct

Nếu chọn R_t đủ lớn thì
U_ = K_ .

- Hàm truyền đạt:

K_ hệ số tỷ lệ, I dòng điện máy phát, R_ư điện trở phần ứng máy phát.

_FT hằng số thời gian bộ lọc

C

Rt



R

U_

<i>p</i>
<i>K</i>
<i>p</i>

<i>p</i>
<i>U</i>
<i>p</i>

<i>F</i>

<i>FT</i>

<i>FT</i>

.
1

)
(

)
(
)

(







</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>

2.4.3.2 Đo tốc độ bằng xung và số ( Encorder)

- Máy phát tốc xung phát ra z xung trong 1 vòng quay,
tần số xung ra f_= Z._/2_

-- -- Để đo tốc độ xung thường dùng hai loại: loại dùng điện từ và
loại dùng bán dẫn

&

- - Để tăng độ chính xác phép đo cần tăng số lượng xung ( dùng bộ nhân xung)
- - Để đámh giá chiều quay ta phải dùng 2 đầu đo đặt lệch nhau 900_như

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31></div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32></div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

<b>Ví dụ Roto Encorder OMRON </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

<b>Dimensions</b> 25 dia. x 29 L mmwith 4 mm dia. shaft
(0.98 x 1.14 in. with 0.16 in. dia. shaft)

40 dia. x 39 L mmwith 6 mm dia. shaft
(1.57 x 1.54 in.with 0.24 in. dia. shaft)

<b>Type</b> Incremental Incremental

<b>Description</b> Miniature size encoder fits
space-confined installations. Smalloperating
torque makes it ideal forsmall and
high-density equipment.Zero index function for
positioningapplications available.

Small, rugged encoder handles most
general-purpose applications.Extended
signal transmissiondistances, zero
phase can be adjusted with ease using
originindicating function. Available with
line driver output.

<b>Resolution</b> 10 to 360 pulses/revolution 10 to 2,000 pulses/revolution

<b>Output Phase(s)</b> Output A

Outputs A & B(100, 200 pulses/rev only)
Outputs A, B & Z (100, 200 pulses/rev
only)

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35>

<b>Output Phase </b>
<b>Difference</b>

90° ± 45° 90° ± 45°

<b>Maximum </b>
<b>Response </b>
<b>Frequency</b>

<b>(pulses per second)</b>

30 kHz

(30,000 pulses/sec)

100 kHz

(100,000 pulses/sec)

<b>Maximum rpm</b> 5,000 rpm 3,000 rpm

<b>Supply Voltage</b> 5 to 12 VDC
12 to 24 VDC

5 to 12 VDC
5 to 24 VDC
5 VDC

<b>Current </b>

<b>Consumption</b>

50 mA max. 50 mA max.

<b>Output Form and </b>
<b>Capacity</b>

2 kW output impedance
(voltage output)

30 mA (open collector output)

2 k(voltage output)

</div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>

<b>Shaft </b>
<b>Loading:</b>

<b>Radi</b>
<b>al</b>

1 kgf (7.2 ft-lbs.) 3 kgf (21.7 ft-lbs.)

<b>Axia</b>
<b>l</b>

0.5 kgf (3.6 ft-lbs.) 2 kgf (14.5 ft-lbs.)

<b>Starting Torque</b> 10 g-cm (0.14 oz.-inch) 10 g-cm (0.14 oz.-inch)

<b>Degree of </b>

<b>Protection: IEC </b>
<b>144</b>

IP50 IP50

<b>Degree of </b>

<b>Protection: IEC 144</b>

IP50 IP50

<b>Ambient Operating</b> -10° to 55°C -10° to 70°C

<b>Temperature</b> (14° to 131°F) (14° to 158°F)

<b>Shaft Coupler</b> E69-C04B supplied,
two 4 mm dia. shafts.

</div>

<!--links-->