1
Ch- ¬ng 5: C¸c bé ®iÒu khiÓn t¸c ®éng liªn tôc.(15 tiÕt)
5.1 C¸c chØ tiªu ®iÒu khiÓn.
Mäi hÖ thèng tù ®éng ®iÒu khiÓn ®Òu ph¶i ®¸p øng c¸c yªu cÇu chung
nh- ®· nªu ë ch- ¬ng 1. §èi víi hÖ thèng kÝn cßn cã thªm hµng lo¹t yªu cÇu
cô thÓ kh¸c tïy thuéc d©y chuyÒn c«ng nghÖ, chÕ ®é lµm viÖc cña c¸c m¸y
mãc c«ng nghiÖp. Trong sè ®ã, quan träng nhÊt lµ c¸c yªu cÇu vÒ ®¶m b¶o
c¸c ®Æc tÝnh tÜnh vµ ®éng cña hÖ thèng. Nh÷ng yªu cÇu nµy ®- îc quyÕt ®Þnh
bëi viÖc lùa chän s¬ ®å cÊu tróc vµ c¸c th«ng sè cña hÖ thèng.
1. C¸c chØ tiªu tÜnh.
ChÕ ®é tÜnh lµ chÕ ®é mµ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, tù ®éng lµm viÖc ë chÕ ®é
x¸c lËp. C¸c tÝn hiÖu nhiÔu t¸c ®éng lªn hÖ thèng kh«ng xÐt ¶nh h- ëng lªn
c¸c ®¹i l- îng ®iÒu chØnh. Sù ¶nh h- ëng cña chóng cã thÓ coi nh- lµm mÐo
®- êng ®Æc tÝnh.
Sai sè tÜnh lµ ®¹i l- îng ®Æc tr- ng cho ®é chÝnh x¸c duy tr× ®¹i l- îng
®Æt vµ th- êng ®- îc tÝnh theo tû sè phÇn tr¨m:
%100.
Y
YY
%s
d
d
trong ®ã: Y® - th«ng sè ®Æt;
Y - th«ng sè lµm viÖc thùc.
§é tr¬n khi ®iÒu chØnh lµ sù sai kh¸c cña hai th«ng sè ®iÒu chØnh gÇn
nhau nhÊt, nã ®- îc tÝnh:
i
1i
Y
Y
trong ®ã : Yi - th«ng sè ®iÒu chØnh æn ®Þnh ®¹t ®- îc ë cÊp thø i;
Yi+1 - th«ng sè ®iÒu chØnh æn ®Þnh ®¹t ®- îc ë cÊp thø i+1.
HÖ ®iÒu chØnh v« cÊp khi
i
1i
Y
Y
1, lµ hÖ ®iÒu chØnh cã thÓ lµm viÖc
víi th«ng sè ®iÒu chØnh æn ®Þnh trong suèt d¶i ®iÒu chØnh.
HÖ ®iÒu chØnh cã cÊp, khi nã chØ lµm viÖc æn ®Þnh ë mét sè gi¸ trÞ ®iÒu
chØnh nhÊt ®Þnh nµo ®ã.
D¶i ®iÒu chØnh lµ tû sè gi÷a gi¸ trÞ lín nhÊt vµ nhá nhÊt cña th«ng sè
®iÒu chØnh.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
cuu duong than cong . com
2
min
max
Y
Y
D
Sù phï hîp gi÷a ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh vµ ®Æc tÝnh t¶i lµ sù t- ¬ng tÝch
cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh víi ®Æc tÝnh t¶i. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cÇn b¸m s¸t yªu
cÇu cña ®Æc tÝnh t¶i.
ChØ tiªu kinh tÕ thÓ hiÖn ë vèn ®Çu t- ban ®Çu, chi phÝ v©n hµnh hÖ
thèng vµ hiÖu qu¶ do ph- ¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®em l¹i. Trong chi phÝ v©n
hµnh th× tæn thÊt n¨ng l- îng khi biÕn ®æi vµ ®iÒu chØnh ®ãng vai trß quan
träng, ngoµi ra hÖ sè c«ng suÊt cos cña hÖ thèng còng gãp phÇn ¶nh h- ëng
kh«ng nhá ®Õn chi phÝ v©n hµnh.
C¸c chØ tiªu kh¸c, trong tõng tr- êng hîp cô thÓcã thÓ dïng nh÷ng chØ
tiªu kh¸c ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l- îng mét hÖ thèng ®iÒu chØnh, vÝ dô: kh¶ n¨ng tù
®éng hãa, ®é linh ho¹t khi ®iÒu chØnh.... ViÖc ®¸nh gi¸ chung mét hÖ thèng
tù ®éng ®iÒu chØnh lµ bµi to¸n tèi - u ®a môc tiªu, tïy tõng tr- êng hîp cô thÓ
cã thÕ chän ra c¸c - u tiªn ®Ó quyÕt ®Þnh lùa chän c¸c ph- ¬ng ¸n ®iÒu chØnh.
2. C¸c chØ tiªu ®éng.
§Æc tÝnh ®éng cña c¸c hÖ thèng kÝn trong c¸c qu¸ tr×nh khëi ®éng, ®iÒu
chØnh c¸c th«ng sè... nãi lªn sù biÕn thiªn c¸c ®¹i l- îng ®iÒu chØnh theo thêi
gian. §Æc tÝnh ®iÓn h×nh ®- îc vÏ ®Þnh tÝnh d- íi d¹ng nh- h×nh ctd.
§- êng cong qu¸ ®é ®ai l- îng
®iÒu chØnh h×nh ctd cã ®- îc lµ do
tÝn hiÖu ®iÒu chØnh ®- a tíi d- íi
d¹ng xung t¹i thêi ®iÓm t = 0 (hµm
cña tÝn hiÖu ®iÒu chØnh d¹ng
X.1(t) - tÝn hiÖu vµo b»ng 0 khi
t<0, b»ng X khi t>0). §¸nh gÝa
chÊt l- îng theo ®Æc tÝnh ®éng
theo c¸c chØ tiªu: t¸c ®éng nhanh,
qu¸ ®iÒu chØnh, sè lÇn dao ®éng.
T¸c ®éng nhanh hay thêi gian qu¸ ®é cña hÖ thèng ®- îc tÝnh lµ
kho¶ng thêi gian tQ§ mµ trong kho¶ng thêi gian ®ã hoµn thµnh ®- îc bÊt ®¼ng
thøc:
a
Y
Y)t(y
YY
Yty
§B
(ctd-1)
Tr. 48 Zimin
y
t
tK§
YB§
Y
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
cuu duong than cong . com
3
trong ®ã y(t), YB§, Y - lµ c¸c gi¸ trÞ tøc thêi, ban ®Çu vµ x¸c lËp cña ®¹i
l- îng ®iÒu chØnh; y(t), Y - lµ c¸c gia sè gi¸ trÞ tøc thêi vµ x¸c lËp cña ®¹i
l- îng ®iÒu chØnh, a - ®é dao ®éng cho phÐp.
Th«ng th- êng chän a = 0,03 - 0,05, nghÜa lµ qu¸ ®é ®- îc coi lµ kÕt
thóc khi y(t) lÖch khái gi¸ trÞ x¸c lËp cña ®¹i l- îng ®iÒu chØnh Y kh«ng
qu¸ 3-5%
L- îng qóa ®iÒu chØnh lµ tû sè gi÷a biªn ®é lín nhÊt víi gi¸ trÞ x¸c lËp
cña ®¹i l- îng ®iÒu chØnh
100.
Y
YY
100.
Y
YY maxmax
(ctd-2)
L- îng qu¸ ®iÒu chØnh kh«ng ®- îc v- ît qua trÞ sè cho tr- íc. L- îng qóa
®iÒu chØnh cho phÐp th- êng kh«ng v- ît qu¸ 10-30%. Mét sè hÖ thèng ®iÒu
chØnh l- îng qóa ®iÒu chØnh cßn cã thÓ b»ng 0
Sè lÇn dao ®éng cña ®¹i l- îng ®iÒu chØnh trong thêi gian qu¸ ®é lµ sè
lÇn ®¹i l- îng ®iÒu chØnh ®i qua ®¹i l- îng x¸c lËp, nã x¸c ®Þnh møc ®é t¾t dÇn
cña dao ®éng. Th- êng sè lÇn dao ®éng nªn chän nhá h¬n 3. ViÖc giíi h¹n sè
lÇn dao ®éng nh»m h¹n chÕ kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn céng h- ëng cña hÖ thèng
5.2 N©ng cao æn ®Þnh tÜnh cña hÖ thèng.
5.2.1. S¬ ®å khèi m¹ch æn ®Þnh tÜnh cña hÖ thèng
Muèn n©ng cao ®é æn ®Þnh tÜnh vµ ®éng cña hÖ thèng cÇn cã c¸c ph¶n
håi theo s¬ ®å khèi h×nh o1
§èi t- îng ®- îc ®iÒu khiÓn tõ mét bé ®iÒu khiÓn. TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn
X®k ®- îc lÊy tõ tæng ®¹i sè tÝn hiÖu ®Æt X®Æt vµ tÝn hiÖu ph¶n håi Xph. (X®k =
X®Æt + Xph). T×n hiÖu ph¶n håi ®- îc lÊy tõ th«ng sè ®Çu ra. Khi cã sù thay ®æi
cña th«ng sè ®Çu ra mµ tÝn hiÖu ®Æt kh«ng thay ®æi, tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tù
®éng thay ®æi theo th«ng sè ®Çu ra. Sù thay ®æi nµy cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn
lµm tù ®éng ®iÒu chØnh tÝn hiÖu ra (Y).
C¸c th«ng sè ®iÒu chØnh cña hÖ thèng thiÕt bÞ ®iÖn th- êng gÆp lµ tèc ®é
quay, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, moment vµ c«ng suÊt ®éng c¬ mét vµ xoay chiÒu
§iÒu khiÓn
§èi t- îng
X®Æt
X®k
Ph¶n håi
Xph
Y
H×nh o1 S¬ ®å khèi m¹ch æn ®Þnh th«ng sè ®Çu ra
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
cuu duong than cong . com
4
hay c¸c th«ng sè kh¸c. D- íi ®©y nghiªn cøu mét sè kh©u ®iÓn h×nh nh»m gi÷
æn ®Þnh c¸c th«ng sè ra theo mét møc ®é chÝnh x¸c nµo ®ã.
C¸c bé ®iÒu khiÓn th- êng lµm nhiÖm vô biÕn ®æi n¨ng l- îng, do ®ã ta
coi c¸c bé ®iÒu khiÓn nµy lµ c¸c bé biÕn ®æi (B§). C¸c bé biÕn ®æi cã nhiÖm
vô khuÕch ®¹i tÝn hiÖu, nã ®- îc ®Æc tr- ng b»ng hÖ sè khuÕch ®¹i KB§, hÖ sè
nµy lµ mét hµm (kB§(U®k)) c¸c biÕn vµo, ra cña hÖ thèng. Sù thay ®æi nµy
th- êng kµ mét ®- êng cong phi tuyÕn, do ®ã trong nhiÒu tr- êng hîp ng- êi ta
hay coi nã kh«ng ®æi. §Æc ®iÓm thø hai cña c¸c bé biÕn ®æi lµ nã cã ®iÖn trë
ra, ®iÖn trë nµy g©y tæn hao bªn trong bé biÕn ®æi. ë chÕ ®é ®éng bé biÕn cã
thÓ xem nh- mét kh©u kh«ng qu¸n tÝnh hay qu¸n tÝnh dao ®éng theo chu k×
hay kh«ng theo chu k×. C¸c h»ng sè thêi gian cña c¸c bé biÕn ®æi còng phô
thuéc c¸c biÕn vµo, ra.
PhÇn tö ®iÓn h×nh cña c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ ®iÖn lµ ®éng c¬ ®iÖn mét
chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. ë chÕ ®é ®éng, khi ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p phÇn øng
lµ mét kh©u dao ®éng. M¸y ph¸t tèc lµ mét kh©u kh«ng trÔ, cã ®iÖn ¸p ra tØ
lÖ víi tèc ®é m¸y ph¸t. C¸c kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®Æt, ®iÖn ¸p so s¸nh cã c«ng
suÊt ®¸ng kÓ, ®iÖn trë ra nhá.
§Æc biÖt chó ý khi nghiªn cøu c¸c kh©u ®iÓn h×nh lµ t×m hiÓu c¸c ph¶n
håi ®- îc sö dông trªn chóng. Nghiªn cøu vai trß vµ kh¶ n¨ng cña mçi lo¹i
ph¶n håi gióp ta thµnh c«ng trong viÖc lùa chän c¸c kh©u trong m¹ch tù ®éng
®iÒu khiÓn. Trong môc nµy nghiªn cøu c¸c m¹ch håi tiÕp nh- ®iÖn ¸p, dßng
®iÖn, tèc ®é ...., nh»m t×m hiÓu b¶n chÊt vËt lÝ cña chóng vµ kh¶ n¨ng æn ®Þnh
cña c¸c th«ng sè.
5.2.2. §Æc tÝnh tÜnh cña c¸c kh©u ph¶n håi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu
1. Kh©u ph¶n håi ®iÖn ¸p
Kh©u ph¶n håi ®iÖn ¸p ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu (h×nh ®a1) lµ ph¶n håi
©m, nã cã nhiÖm vô gi÷ ®iÖn ¸p ®«ng c¬ kh«ng ®æi.
HÖ thèng ®- îc ®Æc tr- ng b»ng c¸c ph- ¬ng tr×nh (®a-1 ®a-5)
§iÒu
khiÓn
ChØnh
l- u
U®Æt
U®k
Ph¶n
håi
Uph
¦
U®c
B§
_
H×nh ®a1 S¬ ®å khèi m¹ch ph¶n håi ®iÖn ¸p
I
TN
2
1
0
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
cuu duong than cong . com
5
U®c = EB§ - I.rB§ (®a-1)
U®c = E®c + I.r- (®a-2)
EB§ = kB§(U®k).U®k (®a-3)
E®c = ce. (®a-4)
U®k = U® -kU.U®c (®a-5)
Trong ®ã:
U®c - ®iÖn ¸p phÇn øng ®«ng c¬;
EB§ - ®iÖn ¸p bé biÕn ®æi;
UV - tÝn hiÖu ®Æt ®- a vµo hÖ thèng ®iÒu khiÓn;
I - dßng ®iÖn phÇn øng ®«ng c¬;
r- - ®iÖn trë phÇn øng ®«ng c¬;
rB§ - ®iÖn trë bé biÕn ®æi;
kB§ - hÖ sè khuÕch ®¹i bé biÕn ®æi, tr- êng hîp tæng qu¸t lµ mét hµm cña
®¹i l- ¬ng vµo, ra ®- îc viÕt lµ kB§(U®k);
kU - hÖ sè cña ®- êng ph¶n håi
dc
ph
UU
U
k
;
Ce - hÖ sè cÊu tróc cña ®éng c¬
dm
-dmdm
e
r.IU
C
.
Khi ®éng c¬ mang t¶i ®iÖn ¸p ®éng c¬ ®- îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc
(®a-1) gi¶m xuèng, sù gi¶m cña ®iÖn ¸p ®éng c¬ lµm t¨ng tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn
U®k (®a-5) kÐo theo t¨ng ®iÖn ¸p bé biÕn ®æi (®a-3) tr¶ vÒ trÞ sè ®Æt.
C¸c bé biÕn ®æi ®iÒu khiÓn tèc ®é ®«ng c¬ ®iÖn mét chiÒu th- êng gÆp
hiÖn nay lµ c¸c bé chØnh l- u biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh mét chiÒu vµ
bé b¨m ¸p mét chiÒu. ë chÕ ®é tÜnh c¸c bé biÕn ®æi nµy ®- îc ®Æc tr- ng b»ng
hÖ sè kB§.
Tïy thuéc vµo hÖ sè khuÕch ®¹i cña bé biÕn ®æi (kB§(U®k)) vµ hÖ sè cña
®- êng ph¶n håi kU, mµ bé biÕn ®æi cã thÓ gi÷ ®iÖn ¸p ®éng c¬ kh«ng ®æi ë
mét chõng mùc nµo ®ã. Tuy nhiªn, ®Çu ra cña hÖ thèng lµ tèc ®é ®éng c¬, do
®ã ngay c¶ khi ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ kh«ng thay ®æi th× ttèc ®é ®éng c¬
còng thay ®æi theo ti. Nguyªn nh©n lµ do sôt ¸p trªn ®iÖn trë phÇn øng ®éng
c¬ theo ph- ¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬:
e
¦
e
¦
C
r.I
C
U
(®a-6)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
cuu duong than cong . com