Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Hình 5-5: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh

Hình 5-5: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh

Tải bản đầy đủ - 0trang

Ta có:



wγ =



w 3 .w 4



=

2

1 + w 3 .w 4 .w 5 TM Tu p + TM p + 1



Trong đó: + Rư, Lư là điện trở, điện cảm mạch phần ứng động cơ.

+ Tư là hằng số thời gian của mạch phần ứng: Tư = Lư/Rư.

+ TM là hằng số thời gian cơ học:

+ KD là hệ số khuếch đại của động cơ.

- Hàm truyền của khâu phản hồi âm dòng có ngắt:

w6 = wI = KI/Tip + 1

Trong đó: + Ti là hằng số thời gian của mạch lọc trong xen xơ dòng điện.

+ KI = 0,102

- Hàm truyền của khâu phản hồi âm tốc độ:

w7 = wω = Kω /Tω p + 1.

Xây dựng hàm truyền của hệ thống



4.2.



Để xây dựng hàm truyền của hệ thống ta biến đổi tương đương sơ đồ cấu trúc

của hệ thống.

Chuyển sang sơ đồ tương đương



Ta có hàm truyền



76



wtd1 =



w3 .w4

1 + w3 .w4 .w5



Chuyển sang sơ đồ tương đương



Ta có hàm truyền



wtd 2 =



w2 .wtd 1

1 + wtd 1 .w2 .w6 .



1

w4



=



w2 .w3 .w4

1 + w3 .w 4 .w5 + w2 .w3 .w6



Chuyển sang sơ đồ tương đương



Ta có hàm truyền hệ thống:



wtd 3 = wht =



wht =





wht =



wht =







w1 .wtd 2

1 + w1 .wtd 2 .w7



w1 .w2 .w3 .w4

1 + w3 .w4 .w5 + w2 .w3 .w6 + w2 .w3 .w4 .w7

w y .wπ .wδ 1 .wδ 2



1 + wδi .wδi .



1

+ wπ .wδi .wI + w y .wπ .wδi .wδ 2 .wω



K y .K π .K δ



(Tvo p + 1)(Tu p + 1)TM p + (Tvo p + 1) +



77



K π .K I .TM p

+ K y .K π .K δ .γ

Ru



wht =





K

Tu .TM .Tvo p 3 + (Tu .TM + TvoTM ). p 2 + (



Thay các giá trị như: KI=0,45s; Ru=0,3



;



K π .K I .TM

+ TM + Tvo ). p + 1 + γ .K

Ru



; K= 6595,5; Tvo



; TM = 2,7s; Tu = 0,032s



Wht =

PHẦN VI : XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG

I. XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH



Theo cách xây dựng ở trên thì họ đặc tính cơ của hệ kín có hai đoạn. Đoạn thứ

nhất là đoạn làm việc ở chế độ ổn định tốc độ với khâu phản hồi tốc độ được bắt đầu

từ điểm không tải lý tưởng cho đến điểm ngắt dòng và đoạn thứ hai là đoạn làm việc ở

chế độ khởi động hoặc hãm hay có thể quá tải ứng với dòng phần ứng lớn hơn dòng

ngắt Ing = 1,5.Iđm đến điểm ngắn mạch Inm, đoạn này làm việc với khâu phản hồi âm

dòng có ngắt. Q trình gia cơng chi tiết chỉ thực hiện ở hành trình thuận nên ta chỉ

xây dựng đặc tính cơ ở hành trình thuận.

1. Đặc tính cao nhất



Đặc tính cơ cao nhất là đặc tính ứng với tốc độ làm việc ổn định ở tốc độ định

mức n = nđm .





Đoạn thứ nhất là đoạn làm việc ổn định với khâu phản hồi âm tốc độ nên ta có

phương trình cơ điện:



n=

-



Điện áp đặt ứng với chế độ làm việc ở đặc tính cao nhất Uđmax :



78



Điện áp đặt được tính ở tốc độ định mức với chế độ làm việc ổn định, từ phương

trình (iii) ta rút ra được:



Uđmax=

Thay n = nđm = 1000 (vg/ph) ta tính được điện áp đặt lớn nhất:



Uđmax =

-



= 10,2 ( V )



Tại điểm khơng tải lý tưởng n = n0max ứng với dòng phần ứng Iư = 0



Thay vào (iii) ta được: nomax =



= 1004(vg/ph)



-



Điểm làm việc ổn định là điểm (Iđm ; nđm) = (191 ; 1000)



-



Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 286,5 A thì tốc độ là nngmax



nngmax=



= 998(vg/ph)



Đoạn thứ hai là đoạn làm việc ứng với khâu phản hồi âm dòng điện còn khâu

phản hồi tốc độ làm việc ở chế độ bão hòa.

Với hệ thống này ta chọn tốc độ tại thời điểm khâu ngắt bắt đầu tác động cũng là

tốc độ mà tại đó khâu phản hồi âm tốc độ đạt giá trị bão hòa nbhmax = nngmax.

Lúc đó ta có: Utg = Uđmax - γnbhmax = 10,2 – 0,01.1004 = 0,16 (V)

Ta chọn Ubh = 8 V khi đó ta tính được hệ ố khuếch đại tốc độ:



Kω =



=



= 75 → KI =



= 2.05



Từ phương trình (1) và (2) ta rút ra được phương trình đặc tính khi làm việc với

phản hồi âm dòng có ngắt:

n = KĐC.{KBĐ.KI [(Ubh – (Iư - Ing)β] - IưRưΣ}



(*)



Tại điểm khởi động ta có n = 0 ứng với dòng ngắn mạch ở đặc tính cao nhất là

Inm, thay vào (*) ta tính được dòng khởi động:



79



Inm =



=



Vậy bội số dòng khởi động



= 234(A)



= Inm /Iđm = 234 /191 = 1,1 < 2,5 do đó hệ số này



chấp nhận được để động cơ khởi động anh toàn.

Đoạn thứ hai này đi qua hai điểm là điểm ngắt (1,5I đm ; nngmax) và điểm khởi động

(1,1.Iđm ; 0).

2. Đặc tính cao nhất



Ở đặc tính cơ thấp nhất thì động cơ làm việc với sai số tốc độ là lớn nhất, tốc độ

làm việc ứng với dòng định mức là nmin = nđm /10 = 1000/ 10 = 100 (vg/ph)

Điện áp đặt khi động cơ làm việc ở tốc độ nhỏ nhất



Uđmin =



= 1,07 ( V )



Tốc độ không tải lý tưởng n0min:



nomin =

-



= 104 (vg/ph)



Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 6,2 A thì tốc độ là nngmin



nngmin =



-



= 99,7 (vg/ph)



Dòng ngắn mạch ứng với đường đặc tính cơ thấp nhất:

Ta cũng chọn tốc độ lúc khâu phản hồi dòng bắt đầu rơi vào trạng thái bão hòa là

lúc khâu phản hồi âm dòng có ngắt bắt đầu tác động

nbhmin = nngmin = 99, 7vg/ph

Do điện áp bão hòa của KĐTT không đổi, đồng thời hệ số khuếch đại K I cũng

n(vg/ph)

khơng đổi nên điểm

ngắn mạch của họ đặc tính cơ đều xuất phát từ một điểm là

(2,26.Iđm ; 0).



1004

Đặc tính cơ của hệ kín được thể hiện trên hình 6.1

1000

998



104

100

97

0



80



I dm



1.5I dm



2.2Idm



I



Hình 6.1 Đặc tính cơ của hệ kín

3. Kiểm tra chất lượng tĩnh

Độ sai lệch tốc độ lớn nhất ứng với đặc tính cơ thấp nhất:



S% =



=



.100% = 4 %



Ta thấy s% < 5% nên hệ thống kín đảm bảo chất luợng tĩnh.



II.



XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG

Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn



hoặc do nhiều nguyên nhân khác nhau mà hệ thống có thể mất ổn định. Tính ổn định

của hệ thống là tính mà hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn mất đi

sau một khoảng thời gian nào đó, hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định mới khi sai

lệch đầu vào thay đổi.

Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian.

Để khảo sát hệ thống, ta thành lập sơ đồ cấu trúc của hệ thống và sau đó xây dựng

hàm truyền của hệ thống và sử dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để xem hệ thống đó có

ổn định hay khơng. Còn nếu như hệ thống chưa ổn định thì phải hiệu chỉnh để nhằm

nâng cao chất lượng của hệ thống.

1. Tiêu chuẩn ổn định đại số



a. Điều kiện cần để hệ thống ổn định:

Xét một hệ thống điều khiển tự động có phương trình đặc tính tổng qt sau:

N(P)=anpn+....+a1p+a0 = 0

Vậy điều kiện cần để một hệ thống điều khiển tự động tuyến tính ổn định là tất

cả các hệ số của phương trình đặc tính dương.

81



Có nhiều tiêu chuẩn để xét tính ổn định của hệ thống, nhưng trong nội dung đồ

án này chúng ta xét tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz.



b. Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz

Phát biểu: Điều kiện cần và đủ để hệ thống tuyến tính ổn định là các hệ số an

và các định thức Hurwitz đều dương.

Cách thành lập định thức Hurwitz:

Định thức ∆ n có:

- n cột và n hàng.

- Đường chéo chính của



bắt đầu từ a1 liên tiếp đến an.



- Các số hạng trong cùng một cột có chỉ số tăng dần từ dưới lên trên.

- Các số hạng có chỉ số lớn hơn n hay nhỏ hơn 0 ghi 0

2. Xét tính ổn định của hệ thống



Xét tính ổn định của hệ thống có ổn định hay không dựa vào các tiêu chuẩn ổn

định. Từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đặt được các

yêu cầu mong muốn. Trong hệ thống truyền động điện phần đặc tính làm việc có đặc

tính cơ cứng nhất là dễ mất ổn định hơn cả. Do đó ta chỉ xét ổn định ở vùng này, trong

vùng này chỉ có phản hồi âm tốc độ tác dụng.

Phương trình đặc trưng của hệ thống khi chưa là:

=7,5.

có hệ số a0 = 7,5.



p3 + 0,132



+ 1,82p + 70,4



; a1 = 0,132; a2 = 1,8; a3 = 70,4



- Áp dụng tiêu chuẩn ổn định Hurwitz ta có:



82



Theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz thì điều kiện cần và đủ để một hệ thống ổn

định là hệ số a0 = 7,5.



>0 và các định thức Hurwitz phải dương. Ta thấy tất cả các



điều kiện trên hệ thống đã cho đều thỏa mãn. Vậy hệ thống tuyến tính ổn định

PHẦN VII : Mơ phỏng hệ thống và chạy trên phần mềm Matlab

I.



Giới thiệu phần mền simulink.



Matlab là phần mền trợ giúp cho việc tính tốn và hiển thị. Nó có thể chậy trên

hầu hết các loại máy tính và được điều khiển bởi số lượng lớn các lệnh, các tập lệnh

các lệnh này ngày càng được mở rộng nhờ các phần Toolbox ( thư viện trợ giúp ) khác

nhau hay thông qua các hàm ứng dụng được tạo lập bởi người sử dụng.

Simulink là một Toolbox hỗ trọ đắc lực cho việc mơ hình hóa, mơ phỏng và

phân tích một hệ thống động. Simulink cho phép một hệ tuyến tính, hệ phi tuyến, các

mơ tả hình học trong thời gian liên tục, gián đoạn hay một hệ kết hợp cả liên tục cả

gián đoạn. hệ thống cũng có thể có nhiều tốc độ khác nhau có nghĩa là các phần tử

khác nhau lấy mẫu và cập nhật số liệu ở gốc tọa độ khác nhau.

Để mơ hình hóa Simulink để cung cấp một giao điện đồ họa để xây dựng mơ

hình như một khối sử dụng thao tác “ drap và drop “ - “ keo và thả “ chuột. Với giao

diện này có thể xây dựng mơ hình như xây dựng trên giấy. Đây là sự khác biệt các

phần mền mơ phỏng hệ thống trước nó mà ở đó người sử dụng phải đưa vào các

phương trình vi phân và các phương trình sai phân bằng ngơn ngữ lập trình khác.

83



Việc lập trình trên Simulink sử dụng các đối tượng đồ họa gọi là Graphic

programming unit - GPU. Nó được xây dựng trên cơ sở các ngơn ngữ lập trình OOP,

tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho việc thay đổi giá trị các thuộc tính trong các khối

thành phần. Loại lập trình này có xu thế được ứng dụng trong nhiều kỷ thuật bởi ưu

điểm lớn của nó là tính trực quan, dễ viết và hình dung với người lập trình khơng

chun nghiệp cũng như những người không mong muốn bỏ thời gian cho việc nghiên

cứu một ngơn ngữ lập trình mới.

Thư viện Simulink cũng bao gồm toàn bộ thư viện các khối như khối nhận tín

hiệu, các nguồn tín hiệu, các phần tử tuyến tính và các phần tử phi tuyến, các nối

chuẩn. Điều đặc biệt của chương trình này là người dùng có thể tạo ra khối thư viện

riêng mình. Các mơ hình bài tốn trong Simulink được xây dựng có thứ bậc hay còn

gọi là xây dựng theo mơ hình phân cấp, điều đó cho phép ngưới sử dụng có thể xây

dựng mơ hình theo hướng pop down hoặc pop up. Người vừa có thể quan sát hệ thống

ở mức tổng quan, vừa có thể đạt mức cụ thể bằng cách nhấp vào từng khối xác định để

xem chi tiết mơ hình của từng khối. Với cách xây dựng kiểu này, người dùng có thể

hiểu sâu sắc tổ chức của mơ hình và những tác động qua lại của phần tử trong mơ hình

thế nào.

Sau khi xây dựng mơ hình hệ thống, người dùng có thể mơ phỏng nó trong

Simulink bằng cách nhập lệnh trong của sổ lệnh của matlab hoặc sử dụng các menu có

sẵn. Việc sử dụng các menu đặc biệt thích hợp cho các cơng việc có sự tác động qua

lại lẫn nhau còn sử dụng dòng lệnh thường sử dụng khi chạy một loạt mô phỏng. Các

bộ Scope và các khối hiển thị khác cho phếp người sử dụng theo dõi kết quả trong khi

chạy mô phỏng. Hơn nữa người dùng có thể thay đỗi thơng số hệ thống một cách trực

tiếp và nhận biết được ảnh hưởng đến mơ hình. Kết quả mơ phỏng có thể đặt vào

matlab để xử lý đưa ra máy in hoặc hiển thị.

II.

Hàm truyền của các khâu

1. Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ



Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ có dạng là một khâu khuếch đại tính theo

tốc độ góc:

Wω = 0,01

2. Hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện

84



Hàm truyền của khâu phản hồi dòng có dạng là một khâu qn tính bậc nhất:



WI =

Trong đó:

- β = 0,03

- TI là hằng số thời gian của bộ lọc: TI = RC



Chọn R = 100Ω ; C = 470 µF → TI = 100. 470.10-6 = 0,047 (s)



Vậy hàm truyền của khâu phản hồi dòng là: WI =

3. Hàm truyền của bộ biến đổi



Hàm truyền của bộ biến đổi có dạng cũng là một khâu qn tính:



WBĐ =

Trong đó:

KBĐ = 32



-



TBĐ là hằng số thời gian của bộ biến đổi TBĐ = 0,005 (s)



-



Vậy hàm truyền của bộ biến đổi là: WBĐ =

4. Hàm truyền động cơ



Wd =

Với 1/R =0,2

T =0,032



Vậy hàm truyền của động cơ: Wd =

5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống



85



Khi xét hàm truyền của hệ thống theo tín hiệu U thì ta bỏ qua khâu nhiễu loạn

phụ tải. Từ sơ đồ nguyên lý của hệ thống ta có sơ đồ cấu trúc như hình 5.6:

Kd



Ucd



KW K?



Kbd

1+TbdP



Ki



1/Rd

1+TeP



Rd

TmP



KN

ß



γ ?



Hình 7.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Mơ phỏng hệ thống.

1. Mô phỏng BBĐ của hệ thống

a) Sơ đồ cấu trúc.

III.



Hình 7.2 sơ đồ cấu trúc bơ biến đổi

b) Kết quả mơ phỏng.



Hình 7.3 Kết quả mơ phỏng BBĐ

2.Mơ phỏng hoạt động của mạch vòng dòng điện hành trình thuận

a) Sơ đồ cấu trúc.



86



n

Kd



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Hình 5-5: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×