Tự động điều khiển thiết bị điện P7

Chia sẻ: Hai Dang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

0
146
lượt xem
106
download

Tự động điều khiển thiết bị điện P7

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điều khiển vòng kín - cơ bản về điều khiển vòng kín - các thông số của hệ thống điều khiển - quá trình quá độ - mô tả toán học - đáp ứng tần số - xét ổn định hệ thống - các hàm truyền cơ sở - các bộ điều khiển - điều chỉnh bộ điều khiển và thiết kế hệ thống

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tự động điều khiển thiết bị điện P7

  1. Tự động hoá thiết bị điện Ch−¬ng 6: §iÒu khiÓn vßng kÝn C¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn vßng kÝn C¸c th«ng sè cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn Qu¸ tr×nh qu¸ ®é M« t¶ to¸n häc §¸p øng tÇn sè XÐt æn ®Þnh hÖ thèng C¸c hμm truyÒn c¬ së C¸c bé ®iÒu khiÓn §iÒu chØnh bé ®iÒu khiÓn vμ thiÕt kÕ hÖ thèng 1/ C¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn vßng kÝn Chøc n¨ng cña c¸c phÇn tö trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn vßng kÝn. Mét sè vÝ dô vÒ ®iÒu khiÓn vßng kÝn GV: Nguyễn Vũ Thanh 1
  2. Tự động hoá thiết bị điện Chøc n¨ng cña c¸c phÇn tö trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn vßng kÝn Xem xÐt vÝ dô vÒ hμnh ®éng víi tay lÊy cèc n−íc. */ Bé n·o (bé ®iÒu khiÓn) */ Bµn tay (c¬ cÊu chÊp hµnh) */ M¾t nh×n (C¶m biÕn, phÇn tö ph¶n håi) Ta ®−îc s¬ ®å khèi ®iÒu khiÓn nh− sau: SP e Di chuyÓn CV PV _ Bé n∙o bµn tay C¶m nhËn cña m¾t SP: VÞ trÝ mong muèn cña bµn tay PV: VÞ trÝ thùc tÕ cña bµn tay GV: Nguyễn Vũ Thanh 2
  3. Tự động hoá thiết bị điện VÝ dô vÒ æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu Phô t¶i 3 pha BiÕn ¸p BiÕn ¸p ph¶n håi nguån G 3~ kt _ PV SP e Bé ®iÒu CV khiÓn VÝ dô vÒ æn ®Þnh nhiÖt ®é cho hÖ thèng quÊy trén s¬n GV: Nguyễn Vũ Thanh 3
  4. Tự động hoá thiết bị điện 2/ c¸c th«ng sè cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn Sai lÖch BiÕn ®iÒu khiÓn Quan hÖ gi÷a sai lÖch vμ biÕn ®iÒu khiÓn Ph¹m vi kh«ng ®iÒu khiÓn Sai lÖch Sai lÖch e ®−îc x¸c ®Þnh qua biÓu thøc sau: e = SP – PV BiÓu thøc nμy th−êng dïng trong hÖ thèng ph¶n håi ©m. Ph¶n håi d−¬ng Ph¶n håi ©m GV: Nguyễn Vũ Thanh 4
  5. Tự động hoá thiết bị điện Sai lÖch t−¬ng ®èi – VÝ dô: SP = 1250C; PV = 1200C; t¹o ra sai sè e = 50C – Sai lÖch t−¬ng ®èi theo gi¸ trÞ ®Æt, SP − PV 125 − 120 e% = % e% = = 4% SP 125 – Sai lÖch t−¬ng ®èi theo ph¹m vi lµm viÖc cña biÕn qu¸ tr×nh PV SP − PV e% = PVmin − PVmax VÝ dô – X¸c ®Þnh sai lÖch t−¬ng ®èi theo ph¹m vi lµm viÖc cña biÕn qu¸ tr×nh PV, trong hai tr−êng hîp a vµ b GV: Nguyễn Vũ Thanh 5
  6. Tự động hoá thiết bị điện BiÕn ®iÒu khiÓn BiÕn ®iÒu khiÓn ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¸ trÞ t−¬ng ®èi. B»ng c¸ch nμy ta sÏ kh«ng ph¶i quan t©m ®Õn thø nguyªn cña biÕn ®iÒu khiÓn. CVcurrent − CVmin CV % = CVmax − CVmin VÝ dô: §Çu ra bé ®iÒu khiÓn biÕn thiªn trong kho¶ng 0V-10V, øng víi d¶i lμm viÖc cña biÕn qu¸ tr×nh PV lμ 200C ®Õn 2000C. X¸c ®Þnh xem khi gi¸ trÞ PV lμ 1400C th× gi¸ trÞ ®Çu ra t−¬ng ®èi cña biÕn ®iÒu khiÓn CV lμ bao nhiªu ? quan hÖ gi÷a sai lÖch vμ BiÕn ®iÒu khiÓn Mèi quan hÖ gi÷a sai lÖch vμ biÕn ®iÒu khiÓn t¹o nªn hai h×nh thøc ho¹t ®éng cña bé ®iÒu khiÓn: – §iÒu khiÓn ®ång biÕn. – §iÒu khiÓn nghÞch biÕn. §iÒu khiÓn ®ång biÕn. §iÒu khiÓn nghÞch biÕn. GV: Nguyễn Vũ Thanh 6
  7. Tự động hoá thiết bị điện Ph¹m vi kh«ng ®iÒu khiÓn Lμ vïng sai lÖch ®−îc phÐp dao ®éng tõ kh«ng ®Õn mét gi¸ trÞ nμo ®ã mμ kh«ng lμm ¶nh h−ëng tíi s¶n phÈm 3/ qu¸ tr×nh qu¸ ®é Kh¸i niÖm Hμm truyÒn vμ ®¸p øng qu¸ ®é Kh¸i niÖm vÒ hμm truyÒn Laplace GV: Nguyễn Vũ Thanh 7
  8. Tự động hoá thiết bị điện qu¸ tr×nh qu¸ ®é Lμ qu¸ tr×nh hÖ thèng ph¸t hiÖn ra cã sai lÖch lín vμ bé ®iÒu khiÓn tiÕn hμnh hiÖu chØnh sai lÖch cña hÖ thèng sao cho tiÕn gÇn vÒ kh«ng. Hμm truyÒn vμ ®¸p øng qu¸ ®é Hμm truyÒn lμ mét ph−¬ng tr×nh m« t¶ ®¸p øng theo thêi gian. Mäi qu¸ tr×nh ®Òu cã mét hμm truyÒn duy nhÊt dùa trªn nh÷ng ®Æc ®iÓm cô thÓ cña qu¸ tr×nh ®ã. §¸p øng qu¸ ®é lμ c¸c ph¶n øng cña mét qu¸ tr×nh cã liªn quan ®Õn thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ®Çu ra ®¹t tr¹ng th¸i æn ®Þnh, khi cã sù thay ®æi ®ét ngét vÒ ®Çu vμo. GV: Nguyễn Vũ Thanh 8
  9. Tự động hoá thiết bị điện XÐt vÝ dô: Gi¶ thiÕt nhiÖt ®é ®Æt trong b×nh cÇn ë 650C. Ph¹m vi nhiÖt ®é thay ®æi tõ 150C ®Õn 930C. Van ®iÒu khiÓn h¬i nãng më ë møc 55%. Khi thay ®æi van tõ vÞ trÝ më 55% ®Õn 75%, th× nhiÖt ®é trong b×nh (biÕn qu¸ tr×nh PV) b¾t ®Çu t¨ng. Sau 15 phót, biÕn qu¸ tr×nh t¨ng tíi 810C vµ æn ®Þnh GV: Nguyễn Vũ Thanh 9
  10. Tự động hoá thiết bị điện kh¸i niÖm vÒ hμm truyÒn laplace Hμm truyÒn Laplace lμ hμm truyÒn ®−îc biÓu diÔn to¸n häc b»ng biÕn ®æi Laplace. BiÕn ®æi Laplace lμ c¸c hμm to¸n häc ®−îc dïng ®Ó gi¶i c¸c ph−¬ng tr×nh vi ph©n phøc t¹p b»ng c¸ch biÕn ®æi chóng thμnh c¸c ph−¬ng tr×nh ®¹i sè dÔ gi¶i quyÕt. Th«ng th−êng hμm truyÒn cña hÖ thèng ®−îc quy vÒ d¹ng ®¸p øng bËc 1 hoÆc ®¸p øng bËc 2. §¸p øng bËc 1 ®−îc thÓ hiÖn b»ng ph−¬ng tr×nh vi ph©n bËc 1. §¸p øng bËc 2 ®−îc thÓ hiÖn b»ng ph−¬ng tr×nh vi ph©n bËc 2. §Ó gi¶i hai ph−¬ng tr×nh vi ph©n trªn, ta dïng biÕn ®æi Laplace. ChuyÓn miÒn thêi gian t (®¸p øng qu¸ ®é lμ hμm thêi gian) sang miÒn tÇn sè s (®¸p øng qu¸ ®é lμ hμm tÇn sè). C¸c d¹ng biÕn ®æi Laplace. GV: Nguyễn Vũ Thanh 10
  11. Tự động hoá thiết bị điện BiÕn ®æi ®¸p øng bËc 1 sang hµm truyÒn Laplace BiÕn ®æi ®¸p øng bËc 2 sang hµm truyÒn Laplace Nh− vËy sè mò cña thμnh phÇn s cho biÕt bËc cña hμm truyÒn GV: Nguyễn Vũ Thanh 11
  12. Tự động hoá thiết bị điện 4/ m« t¶ to¸n häc Kh¸i niÖm VÝ dô vÒ m« t¶ to¸n häc b×nh nhiÖt. Hμm truyÒn cña mét sè ®èi t−îng ®iÒu khiÓn Kh¸i niÖm M« t¶ to¸n häc cho mét phÇn tö hoÆc mét hÖ thèng lμ mét ph−¬ng tr×nh hoÆc mét hÖ ph−¬ng tr×nh, thÓ hiÖn mèi quan hÖ gi÷a ®Çu vμo vμ ®Çu ra cña c¸c biÕn. Dùa vμo ph−¬ng tr×nh hoÆc hÖ ph−¬ng tr×nh m« t¶ ®èi t−îng ta cã thÓ kh¶o s¸t c¸c ®Æc tÝnh tÜnh vμ ®éng sao cho tho¶ m·n c¸c chØ tiªu ®iÒu khiÓn GV: Nguyễn Vũ Thanh 12
  13. Tự động hoá thiết bị điện VÝ dô vÒ m« t¶ to¸n häc b×nh nhiÖt. Gi¶ thiÕt ph−¬ng tr×nh vi ph©n m« t¶ qu¸ tr×nh nhiÖt lμ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng entanpy, nh− sau: Trong ®ã: Steam flow lµ biÕn ®iÒu khiÓn CV (th«ng qua van ®iÒu khiÓn). T lµ biÕn qu¸ tr×nh PV (nhiÖt ®é n−íc trong b×nh) A vµ B lµ c¸c h»ng sè ph−¬ng tr×nh nhiÖt. Ta viÕt l¹i ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt nh− sau: Trong ®ã: 1/B: lµ hÖ sè khuyÕch ®¹i cña hÖ thèng. A/B: lµ h»ng sè thêi gian cña hÖ thèng bËc 1. GV: Nguyễn Vũ Thanh 13
  14. Tự động hoá thiết bị điện Tõ phÇn trªn ta thÊy hÖ sè khuyÕch ®¹i hÖ thèng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: PVcuoi − PVdau K= CVcuoi − CVdau Theo phÇn trªn ta thÊy PVcuoi = 810C, PVdau = 650C; CVcuoi = 75%, CVdau = 55% 810 − 65 0 16 0 K= = = 0.8 0 C / % 75% − 55% 20% MÆt kh¸c sau 15 phót th× nhiÖt ®é b×nh trë nªn æn ®Þnh, do vËy h»ng sè thêi gian ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: §Æc ®iÓm ®¸p øng cña hÖ thèng bËc 1 Dùa trªn ®Æc ®iÓm nμy ta thÊy Vout ≈ Vin khi t = 5τ Tõ ®ã ta cã t = 5τ = 15 phót, vËy τ = 3 phót Ta cã hμm truyÒn cña hÖ thèng nhiÖt nh− sau: GV: Nguyễn Vũ Thanh 14
  15. Tự động hoá thiết bị điện Hμm truyÒn cña mét sè ®èi t−îng ®iÒu khiÓn 5/ ®¸p øng tÇn sè Kh¸i niÖm vμ ®Þnh nghÜa C¸c c¸ch x¸c ®Þnh ®¸p øng tÇn sè. Kh¸i niÖm vμ ®Þnh nghÜa §¸p øng tÇn sè lμ ®¸p øng cña mét hÖ thèng, khi ®Çu vμo lμ mét kÝch thÝch h×nh sin trong toμn bé d¶i tÇn sè tõ kh«ng tíi v« cïng. Asinωt HÖ thèng Bsin(ωt + β) kh¶o s¸t HÖ sè khuyÕch ®¹i hÖ thèng: K > 1, tÝnh chÊt khuyÕch ®¹i B K= K = 1, kh«ng ®æi A K < 1, tÝnh chÊt suy gi¶m GV: Nguyễn Vũ Thanh 15
  16. Tự động hoá thiết bị điện §Ó thÓ hiÖn ®−îc ®¸p øng tÇn sè cña hÖ thèng, hÖ sè khuyÕch ®¹i (dB) th−êng ®−îc thÓ hiÖn qua c«ng thøc sau: M = 20log(K) §å thÞ Bode hay cßn gäi lμ ®å thÞ l«garit theo tÇn sè, ®å thÞ Bode gåm hai nh¸nh, – Nh¸nh 1 lµ ®å thÞ TÇn-Biªn: Víi biªn ®é lµ hµm cña tÇn sè, trôc y dïng tØ lÓ tuyÕn tÝnh ®Ó thÓ hiÖn biªn ®é (dB), trôc x dïng tØ lÖ l«garit thÓ hiÖn tÇn sè (rad/s). – Nh¸nh 2 lµ ®å thÞ TÇn-Pha: Gãc pha lµ hµm cña tÇn sè, trôc y dïng tØ lÖ tuyÕn tÝnh ®Ó thÓ hiÖn gãc pha (®é), trôc x dïng tØ lÖ l«garit thÓ hiÖn tÇn sè (rad/s). §å thÞ Nyquist (®å thÞ cùc): ThÓ hiÖn ®−îc toμn bé ®¸p øng tÇn sè (tõ kh«ng ®Õn v« cïng) cña mét hÖ thèng. §å thÞ Nyquist thÓ hiÖn mèi quan hÖ gi÷a biªn ®é vμ gãc pha (®å thÞ biªn-pha). Víi ®å thÞ Nyquist th× øng víi mét tÇn sè nhÊt ®Þnh ta ®−îc mét ®iÓm trªn ®å thÞ. Do vËy ®å thÞ Nyquist lμ quy tÝch cña c¸c ®iÓm øng víi d¶i tÇn sè tõ kh«ng ®Õn v« cïng. GV: Nguyễn Vũ Thanh 16
  17. Tự động hoá thiết bị điện c¸c c¸ch x¸c ®Þnh ®¸p øng tÇn sè §¸p øng tÇn sè cña mét hÖ thèng cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo ba c¸ch sau: – Theo thùc nghiÖm – Theo ph©n tÝch to¸n häc – Dùa vµo phÇn mÒm MatLAB Theo thùc nghiÖm: – §−îc sö dông khi hµm truyÒn cña hÖ thèng ch−a biÕt, th«ng qua viÖc thö nghiÖm vµ x¸c ®Þnh kiÓu ®èi t−îng. Nhê c¸c d÷ liÖu thùc nghiÖm ta ®−a ra kiÓu m« t¶ to¸n häc. CÊu h×nh tæng qu¸t cho ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm TÝn hiÖu vµo TÝn hiÖu ra M¸y ph¸t H×nh sin HÖ thèng h×nh sin hµm sin kh¶o s¸t OscilloScope TiÕn hμnh thùc nghiÖm víi c¸c tËp tÝn hiÖu sin víi c¸c tÇn sè tõ thÊp nhÊt ®Õn cao nhÊt. X¸c ®Þnh biªn ®é ®Çu ra vμ gãc lÖch pha. GV: Nguyễn Vũ Thanh 17
  18. Tự động hoá thiết bị điện Theo ph©n tÝch to¸n häc: Sö dông sè phøc ta tiÕn hμnh tÝnh to¸n ®¸p øng tÇn sè. §èi víi ®¸p øng bËc 1: – X¸c ®Þnh d¶i tÇn cÇn kh¶o s¸t – Thay s b»ng jω vµo biÓu thøc hµm truyÒn – ThÓ hiÖn kÕt qu¶ sè phøc d−íi d¹ng m«dule gãc pha. – Thay ω b»ng gi¸ trÞ tÇn sè ®Çu tiªn trong d¶i tÇn. – X¸c ®Þnh biªn ®é sè phøc (ChÝnh lµ hÖ sè khuyÕch ®¹i) – X¸c ®Þnh gãc pha sè phøc (ChÝnh lµ sù sai lÖch vÒ pha) – LÆp l¹i cho toµn bé d¶i tÇn VÝ dô 1: X¸c ®Þnh gãc pha vμ hÖ sè khuyÕch ®¹i ë tÇn sè 1 rad/s cña hμm truyÒn sau: G(s) = (s + 1) Ta ®−îc G(j ω) = (jω + 1) -> K= (1 + ω ) 2 β = tan −1 (ω ) Thay ω = 1 vµo ta ®−îc K = 1,414; β = 450 Tõ ®ã ta ®−îc M = 20log(1,414) = 3,01dB VÝ dô 2: X¸c ®Þnh ®¸p øng tÇn sè cña hμm truyÒn sau trong d¶i tÇn tõ 0,1 ®Õn 10 rad/s 1 G (s ) = 2s + 1 GV: Nguyễn Vũ Thanh 18
  19. Tự động hoá thiết bị điện §èi víi ®¸p øng bËc 2 (hoÆc cao h¬n): – T¸ch hµm phøc thµnh c¸c bËc thËp h¬n – X¸c ®Þnh d¶i tÇn cÇn kh¶o s¸t – Thay s b»ng jω vµo biÓu thøc hµm truyÒn – ThÓ hiÖn kÕt qu¶ mçi thµnh phÇn phøc d−íi d¹ng m«dule gãc pha. – Nh©n tÊt c¶ c¸c hÖ sè khuyÕch ®¹i (ChÝnh lµ hÖ sè khuyÕch ®¹i cña hÖ thèng) – Céng tÊt c¶ c¸c gãc pha (ChÝnh lµ gãc lÖch pha cña hÖ thèng) – LÆp l¹i cho toµn bé d¶i tÇn VÝ dô 3: X¸c ®Þnh ®¸p øng tÇn sè cña hμm truyÒn sau víi tÇn sè b»ng 0.1 Hz. G(s) = (10s +1)(2s + 5) – G1(s) = (10s + 1) = M1 (β1) – G2(s) = (2s + 5) = M2 (β2) G(s) = M1.M2(β1 + β2) Dùa vμo phÇn mÒm MatLAB – Trong phÇn mÒm MatLAB biÓu thøc hµm truyÒn ®−îc thÓ hiÖn th«ng qua thµnh phÇn tö sè (num) vµ mÉu sè (den) Num G (s ) = Den – C¸c thµnh phÇn tö sè vµ mÉu sè cã thÓ nhËp d−íi d¹ng ma trËn nh− sau: – VÝ dô: Num = s + 10 -> Num = [1 10]; [1,10] Den = 3s 2 + 5s + 2 -> Den = [3 5 2]; [3,5,2] GV: Nguyễn Vũ Thanh 19
  20. Tự động hoá thiết bị điện – VÝ dô: Num = s -> Num = ? Den = 3s3 + 5 -> Den = ? – §å thÞ Bode ®−îc x¸c ®Þnh b»ng lÖnh: bode(num,den) – D÷ liÖu d−íi d¹ng b¶ng ta cã thÓ x¸c ®Þnh th«ng qua c¸c lÖnh sau: [k,p,w] = bode(num,den) Trong ®ã: k: chøa d÷ liÖu cña hÖ sè khuyÕch ®¹i. p: chøa d÷ liÖu vÒ gãc pha. w: chøa d÷ liÖu vÒ tÇn sè (rad/s) m = 20*log10(k) – X¸c ®Þnh hÖ sè khuyÕch ®¹i vµ gãc pha t¹i mét tÇn sè cô thÓ ta dïng lÖnh sau: [k,p] = bode(num,den,w) – X¸c ®Þnh hÖ sè khuyÕch ®¹i vµ gãc pha t¹i mét dải tÇn sè cô thÓ ta có hai c¸ch: – C¸ch 1: nhËp d÷ liÖu cho tÇn sè d−íi d¹ng ma trËn w = [.1 2 8 100 500] – C¸ch 2: nhËp d÷ liÖu ®Òu nhau, khi biÕt hai gi¸ trÞ biªn n1 vµ n2 Víi n1 vµ n2 lµ sè mò cña m−êi (10) VÝ dô: w = logspace(-2,2) Víi n1 = -2 -> w1 = 10-2 (rad/s) n2 = 2 -> w2 = 102 (rad/s) GV: Nguyễn Vũ Thanh 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản