Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn năng lượng điện có công suất hạn chế đến chất lượng làm việc của hệ truyền động bám trên tàu hải quân

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN<br /> CÓ CÔNG SUẤT HẠN CHẾ ĐẾN CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA<br /> HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM TRÊN TÀU HẢI QUÂN<br /> Hoàng Quang Chính1*, Trần Đức Chuyển2*, Tạ Quốc Yên3<br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình hệ truyền động<br /> bám vị trí với hệ truyền động máy phát - động cơ (ЭМУ–Д) và đánh giá sự ảnh<br /> hưởng của giới hạn công suất nguồn năng lượng điện đến chất lượng động học hệ<br /> truyền động bám. Ngoài ra, bài báo trình bày các kết quả mô phỏng mô hình hệ<br /> truyền động bám pháo AK-725 trên tàu Hải quân khi tính đến ảnh hưởng của giới<br /> hạn công suất nguồn năng lượng điện. Các kết quả khảo sát mô phỏng đã chứng<br /> minh tính đúng đắn của mô hình xây dựng cũng như xem xét được ảnh hưởng của<br /> nguồn công suất hạn chế đến chất lượng động học của hệ thống.<br /> Từ khóa: Hệ thống bám, Nguồn công suất, Pháo tàu hải quân.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Công suất và đặc tính của nguồn năng lượng điện có vai trò quan trọng, ảnh hưởng rất<br /> đáng kể đến chất lượng làm việc của hệ truyền động điện, đặc biệt là các hệ truyền động<br /> điện bám (HTĐB) có công suất lớn [2]. Sự thay đổi các thông số của nguồn điện (tần số,<br /> điện áp) dẫn đến sự thay đổi đặc tính cơ của các động cơ chấp hành của hệ truyền động<br /> điện ЭМУ–Д, tác động trực tiếp đến tính chính xác và độ ổn định cũng như chất lượng<br /> bám của hệ thống. Trên thực tế, các trạm phát điện tàu thủy đều là những nguồn năng<br /> lượng có công suất hạn chế (so với phụ tải điện trên tàu) do vậy trong quá trình thiết kế<br /> các hệ thống truyền bám của vũ khí cần phải nghiên cứu, đánh giá về mức độ ảnh hưởng<br /> của nó đến chất lượng làm việc của hệ truyền động bám. Vấn đề xây dựng mô hình của hệ<br /> thống bám khi có kể đến ảnh hưởng của nguồn là rất cần thiết, chưa có công trình nào đi<br /> nghiên cứu sâu về vấn đề này [2, 4]. Khi có được mô hình ta có thể sử dụng các phương<br /> pháp điều khiển hiện đại về thiêt kế các bộ điều khiển bền vững để giảm thiểu được những<br /> ảnh hưởng không tốt đến chất lượng động học của hệ thống.<br /> Bài báo tập trung đi vào nghiên cứu xây dựng mô hình và đánh giá sự ảnh hưởng của<br /> giới hạn công suất nguồn năng lượng điện đến chất lượng động học HTĐB. Khảo sát mô<br /> phỏng HTĐB dạng Máy điện khuếch đại - Động cơ của pháo AK-725 trên tàu Hải quân<br /> khi tính đến ảnh hưởng của giới hạn công suất nguồn năng lượng điện.<br /> 2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM CÓ TÍNH ĐẾN ẢNH<br /> HƯỞNG CỦA NGUỒN NĂNG LƯỢNG CÓ CÔNG SUẤT HẠN CHẾ<br /> Cấu trúc tổng quát của HTĐB được minh họa như trên hình 1:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ khối của hệ truyền động điện bám.<br /> HTĐB ở đây bao gồm: Phần tử đo lường (ĐL); Phần tử biến đổi (BĐ); Phần tử<br /> khuyếch đại sơ bộ (KĐSB); Phần tử khuếch đại công suất (KĐCS); Động cơ chấp hành<br /> (ĐCCH); Bộ truyền động cơ khí (BTĐ); Đối tượng điều khiển (ĐTĐK); Nguồn năng<br /> lượng điện (N). HTĐB có thể được xây dựng từ các phần tử tương tự hoặc phần tử số, máy<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 85<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> tính điện tử (hệ gián đoạn). HTĐB liên tục và gián đoạn chỉ khác nhau ở phần thu nhận,<br /> biến đổi và truyền tín hiệu còn các phần tử chức năng thì hoàn toàn giống nhau.<br /> Mạch động lực HTĐB, tùy theo cấu trúc cụ thể của từng hệ thống có thể sử dụng bộ<br /> khuếch đại kiểu máy điện (khuếch đại từ, máy phát điện một chiều, máy khuếch đại điện<br /> từ trường ngang), bộ khuếch đại bán dẫn (bộ biến đổi Transistor, Thyristor,…) hay khuếch<br /> đại thủy lực. Trên tàu Hải quân hiện nay vẫn đang sử dụng phổ biến các loại khuếch đại<br /> này cho HTĐB khác nhau như truyền động bám của pháo AK-725, AK-230, AK-630, AK-<br /> 176 hoặc các hệ thống lái tự động cũng như hệ truyền động điện chân vịt chính của tàu.<br /> Trên cơ sở nguồn năng lượng điện hạn chế (ở trên tàu) thì mạch động lực chính là phần<br /> biến đổi năng lượng điện của nguồn năng lượng thành các dạng năng lượng khác thông<br /> qua sự hoạt động của động cơ điện dẫn động. Sư hạn chế công suất của nguồn ảnh hưởng<br /> chủ yếu đến tốc độ động cơ dẫn động khi mang tải.<br /> Dạng chung sơ đồ cấu trúc của HTĐB vị trí làm việc trong nguồn điện có công suất<br /> không hạn chế được giới thiệu trên hình 2, [2, 4].<br /> u gy đ .x Mđ<br />   ky 1 1 1 đ 1  1 <br /> k k1 01( p ) k 2  02 ( p )<br /> Ay ( p ) k A ( p ) kđ BM ( p ) ( Jđ  JH / i2 )p i p<br /> 1 MB<br /> M B .đ i<br /> K ( p)<br /> <br /> K y( p )<br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động bám điều khiển vị trí.<br /> Các phương trình vi phân tổng quát ở dạng toán tử viết cho phần động lực HTĐB có dạng:<br /> k A ( p ) đ . x (t )  g y (t ) (1)<br /> k đ B M ( p ) M đ ( t )   đ .x ( t )   đ ( t ) (2)<br /> J t p đ (t )  M đ (t )  M B.đ (t ) (3)<br />  đ ( t )  i ( t ) (4)<br /> trong đó, p là toán tử vi phân;  đ .x ( t ) là đại lượng xác định giá trị tốc độ đặt tùy thuộc<br /> vào tín hiệu đầu vào g y ( t ) , A ( p ) , BM ( p ) là các toán tử tuyến tính (đa thức toán tử);<br /> k y .M là hệ số khuếch đại của bộ KĐCS; k  , k đ là các hệ số tỷ lệ; M đ ( t ) là mômen của<br /> động cơ chấp hành; J t là tổng mômen quán tính đã được quy đổi về trục động cơ chấp<br /> hành; i là tỷ số truyền của bộ truyền động (i > 1);  ( t ) là tốc độ của đối tượng điều<br /> chỉnh. Trong đó BM (p) = TM p +1 với TM là hằng số thời gian tăng mômen ĐCCH.<br /> Trong trường hợp mômen cản trên trục ĐCCH M c phụ thuộc tuyến tính với tốc độ<br /> động cơ, còn sự thay đổi mômen nhiễu M B không phụ thuộc vào sự thay đổi các thông số<br /> của hệ thống thì mômen tải được viết dưới dạng:<br /> M H (t) = -J H pΩ(t) - FΩ(t)+ M B (t) (5)<br /> với J H là mômen quán tính của đối tượng điều chỉnh; F là hệ số ma sát nhớt trên trục đối<br /> tượng điều chỉnh.<br /> Khi bỏ qua F = 0 và không tính đến sự biến dạng đàn hồi của bộ truyền động cơ khí thì<br /> biểu thức viết cho mômen động cơ chấp hành có dạng:<br /> M đ (t )  i.  ( J đ  J H ) / i 2  . p(t )  (1/ i ).M B (t ) (6)<br /> <br /> <br /> <br /> 86 H.Q. Chính, T.Đ. Chuyển, T.Q. Yên, “Nghiên cứu ảnh hưởng của… trên tàu hải quân.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Trong phần mạch động lực, bộ KĐCS có thể được điều khiển từ KĐSB hoặc cơ cấu<br /> điều khiển. Khi đó phương trình viết cho bộ KĐSB được biểu diễn như sau:<br /> Ay ( p ) g y ( t )  k y u  ( t ) (7)<br /> trong đó, k y là hệ số khuếch đại của bộ KĐSB; u ( t ) là tín hiệu đưa đến đầu vào của bộ<br /> KĐSB (hoặc cơ cấu điều khiển); Ay ( p ) là toán tử riêng của bộ KĐSB.<br /> Để hiệu chỉnh HTĐB thường người ta sử dụng thiết bị hiệu chỉnh mắc nối tiếp hoặc<br /> song song. Khi sử dụng tín hiệu phản hồi âm theo tốc độ, mômen ĐCCH và gia tốc trên<br /> trục chấp hành (đưa đến đầu vào bộ KĐSB qua thiết bị hiệu chỉnh nối tiếp với hàm truyền<br />  2 ( p )  k 2  02 ( p ) ) kết hợp thiết bị hiệu chỉnh tín hiệu đặt trước u ( t ) .<br /> Phương trình tổng quát viết cho HTĐB vị trí với phần mạch động lực có điều khiển tốc<br /> độ quay của ĐCCH được viết dưới dạng:<br /> u (t )  k2 02 ( p )[k k1 01 ( p )   (t )   (t )   kđ .c k y iK  ( p ) p (t ) <br /> (8)<br /> kđ .M k yr K M ( p ) M đ (t )  kđ . y k y . y K y ( p ) p 2 (t )]<br /> trong đó,  (t ) là tác động điều khiển (góc quay trên trục đầu vào);  ( t )   đ ( t ) / i là góc<br /> quay trục ĐCCH cùng với trục của đối tượng điều chỉnh (chính là góc quay đối tượng điều<br /> chỉnh); k là hệ số truyền thiết bị đo sai số; k1 , k 2 tương ứng là các hệ số truyền; k đ .c là<br /> hệ số truyền cảm biến tốc độ; k y là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại phụ trong mạch<br /> phản hồi theo mômen ĐCCH; k đ .M là độ dốc của cảm biến mômen; k yr là hệ số khuếch<br /> đại của bộ khuếch đại phụ trong mạch phản hồi theo gia tốc; k1 Π01 (p) , k2  02 ( p ) tương<br /> ứng là các hàm truyền của thiết bị hiệu chỉnh mắc nối tiếp; K (p) , K M (p) , K y (p) tương<br /> Ω<br /> ứng là hàm truyền thiết bị hiệu chỉnh mắc song song trong mạch phản hồi tương ứng theo<br /> tốc độ, theo mômen tạo bởi ĐCCH và theo gia tốc.<br /> Khi xét ảnh hưởng của nguồn năng lượng có công suất hạn chế đến sự làm việc HTĐB<br /> ta thấy ảnh hưởng của nguồn năng lượng đến phần mạch động lực có liên quan đến sự thay<br /> đổi tốc độ không tải ĐCCH. Khi tốc độ động cơ dẫn động máy phát thay đổi làm thay đổi<br /> điện áp đặt vào phần ứng động cơ.<br /> Theo [2], để viết phương trình vi phân tổng quát cho HTĐB có xét đến ảnh hưởng của<br /> nguồn năng lượng có công suất hạn chế, trước hết ta biến đổi các phương trình (1) đến (4)<br /> và viết gọn lại áp dụng cho phần mạch động lực như sau:<br /> 1 kđ<br /> A0 ( p ) ( t )   1( t ) đ .x ( t )  BM ( p )M B ( t ) (9)<br /> i 1H i2<br /> M đ (t )  i.H ( p ).(t )  (1/ i ).M B (t ) (10)<br /> trong đó, H ( p )  J t p  F ' là toán tử đặc trưng cho phụ tải của ĐCCH; F’ là hệ số ma sát<br /> nhớt; A0 ( p )  k đ BM ( p ) H ( p )  1 là toán tử tuyến tính, xác định tính chất của HTĐB tùy<br /> thuộc vào giá trị tải;  1 ( t ),  1 H ( t ) là giá trị tốc độ góc thực tế trên trục động cơ dẫn<br /> động (ПД) và giá trị định mức của nó.<br /> Tỷ số 1 (t ) : 1H (t ) trong công thức (9) cho phép xác định mức độ ảnh hưởng của việc<br /> thay đổi tốc độ trên trục động cơ dẫn động đến tốc độ quay của động cơ chấp hành<br />  đ . x (t ) theo giá trị tín hiệu vào cho trước g y (t ) .<br /> Tương tự ta viết được sự mô tả quá trình diễn ra trong động cơ dẫn động ПД như sau:<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 87<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> 1 k  1 <br /> A01 ( p )1 (t )   đ . x1 (t )  đ21 BM 1 ( p )    đ . x (t ) M đ (t ) (11)<br /> i1 i1  1 H <br /> 1 1 <br /> M đ 1 (t )  i1 H 1 ( p )1 (t )     đ . x (t ) M đ (t ) (12)<br /> i1  1H <br /> Các giá trị trong các biểu thức (11) và (12) giống như mô tả cho phần mạch động lực<br /> trong đó chỉ số (1) được dùng cho động cơ dẫn động ПД.<br /> Toán tử H 1 ( p )  J 1 ' p  F1 ' tính đến giá trị tải tạo bởi toàn bộ chi tiết quay cùng với<br /> roto động cơ dẫn động; k đ 1 là hệ số độ cứng đường đặc tính cơ động cơ dẫn động;<br />  đ . x1 (t ) tốc độ không tải động cơ dẫn động; BM 1 ( p )  TM 1 p  1 xác định quán tính quá<br /> trình điện từ động cơ điện và lưới điện (đa số HTĐB hằng số thời gian TM có giá trị nhỏ).<br />  (t )<br /> Tỉ số đ . x được sử dụng để tính toán giá trị thay đổi của mômen M đ (t ) do ĐCCH<br /> i11H<br /> ИД tạo ra đóng vai trò là tác động nhiễu để truyền cho động cơ dẫn động ПД.<br />  đ . x (t )  (t )<br /> Đặt: M ' đ (t )  M đ ( t ) ; ' đ . x ( t )  1  đ . x ( t ) (13)<br /> 1. H  1. H<br /> Đồng thời thực hiện phép biến đổi:<br /> 1 (t )  10  1 (t ) (14)<br /> trong đó, 10 và 1 (t ) tương ứng là giá trị tốc độ động cơ dẫn động ПД trong mỗi chế<br /> độ làm việc và sai số tốc độ góc trên trục động cơ ПД tương ứng với 10 . Giá trị 10<br /> trong trường hợp chung sẽ khác so với 1H . Tuy nhiên đối với các nguồn điện có đặc tính<br /> cơ cứng thì sự khác biệt này là không đáng kể. Ngoài ra khi thay đổi chế độ làm việc phần<br /> mạch động lực thì giá trị 10 cũng có thể sẽ thay đổi theo.<br /> Từ (14), ta sẽ nhận được kết quả sau:<br /> 1 (t )   1 (t ) đ . x (t )<br /> ' đ . x (t )   đ . x (t )  10  đ . x (t )  (15)<br /> 1H  1H  1H<br /> Nếu giá trị 1H được chọn bằng 10 thì (9) sẽ có dạng:<br /> <br /> 1 1 (t ) đ . x (t ) k đ<br /> A0 ( p )(t )   đ . x (t )   2 BM ( p ) M B (t ) (16)<br /> i i1H i<br /> Đối với động cơ dẫn động, thay vào (11) ta có:<br /> <br /> 1 k   (t ) <br /> A01 ( p ) 1 (t )   đ . x1 (t )  đ21 BM 1 ( p )   đ . x M đ (t ) (17)<br /> i1 i1  1 H <br /> trong đó,  đ . x1 độ lệch tốc độ không tải động cơ dẫn động so với giá trị A01 (0)i110 .<br /> Khi  đ . x1 (t )  0 các thay đổi tốc độ trục động cơ dẫn động ПД chỉ xảy ra dưới tác dụng<br /> của tải đặt vào mạch động lực.<br /> Trong trường hợp tổng quát khi nghiên cứu ảnh hưởng nguồn năng lượng đến HTĐB<br /> thì đại lượng  đ . x1 (t ) cần được xem như là một đại lượng đầu vào cho khâu chấp hành<br /> của nguồn năng lượng có điều chỉnh nằm trong thành phần bộ điều chỉnh chuyên dụng.<br /> <br /> <br /> 88 H.Q. Chính, T.Đ. Chuyển, T.Q. Yên, “Nghiên cứu ảnh hưởng của… trên tàu hải quân.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 1 đ1 1 1<br /> <br />  đ . x1 A01 ( p ) i1<br /> kđ 1<br /> BM 1 ( p )<br /> i1<br /> 1<br /> 1H<br /> M 'đ<br /> <br /> 1<br /> 1H<br /> Mđ<br /> <br /> <br />   k y / k 1 đ 1  1 <br /> k  0 ( p )<br /> Ay ( p ) A ( p ) ' đ . x A0 ( p ) i p<br /> 1<br /> đ .x i<br /> kđ<br /> BM ( p )<br /> i<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1<br /> i MB<br /> K ( p) k y<br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ HTĐB vị trí có tính đến ảnh hưởng nguồn năng lượng có công suất hạn chế.<br /> Ảnh hưởng qua lại giữa nguồn năng lượng và phần mạch động lực giả thiết có sự có<br /> mặt thành phần biến thiên trong vế bên phải các phương trình (9), (11) và (12) cũng như<br /> sự tồn tại trong sơ đồ cấu trúc mối liên hệ chéo giữa phần mạch động lực và nguồn năng<br /> lượng của HTĐB theo tốc độ động cơ dẫn động và theo mômen do ĐCCH sinh ra.<br /> Từ đó ta có các đại lượng M 'đ (t ),  'đ . x (t ) được viết như sau:<br /> M 'đ (t )  ( đ . x (t ) / 1. H ).M đ (t ) ;  'đ . x (t )  (1 (t ) / 1. H ). đ . x (t )<br /> (18)<br /> Dựa vào các phương trình từ (9) đến (17) ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc HTĐB vị trí<br /> có xét đến ảnh hưởng của nguồn năng lượng có công suất hạn chế như hình 3. Đây là sơ<br /> đồ cấu trúc tổng quát sử dụng để phân tích và đánh giá chất lượng HTĐB vị trí có xét đến<br /> ảnh hưởng nguồn năng lượng có công suất hạn chế trên các thiết bị di động quân sự.<br /> Từ (18), ta xem là thông số đặc trưng cho mômen tải tương ứng động cơ dẫn động về<br /> phía mạch động lực và tín hiệu tương đương trên đầu vào mạch động lực khác với<br />  đ . x (t ) do có sự thay đổi tốc độ góc trên trục động cơ dẫn động.<br /> 3. KHẢO SÁT MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM PHÁO TÀU CÓ XÉT ĐẾN<br /> ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN CÓ CÔNG SUẤT HẠN CHẾ<br /> Sử dụng sơ đồ cấu trúc nêu ra ở trên, tiến hành khảo sát mô phỏng HTĐB điều khiển<br /> pháo tàu AK-725 khi xét đến ảnh hưởng của nguồn điện có công suất hạn chế. Hệ thống<br /> điều khiển pháo AK-725 bao gồm hai HTĐB dùng cho việc điều khiển theo hướng và điều<br /> khiển theo tầm có cấu trúc hoàn toàn như nhau được biểu diễn như trên hình 4, [6].<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Sơ đồ khối của hệ truyền động bám pháo AK-725.<br /> Ở sơ đồ hình 4 gồm, thiết bị đo Xenxin hai kênh; thiết bị KĐSB: bộ khuếch đại bán dẫn<br /> dùng Transistor Y-121; thiết bị KĐCS: các máy điện khuếch đại từ trường ngang kiểu<br /> ЭМУ-100; ĐCCH là động cơ điện một chiều kích từ độc lập loại ДПМ; phản hồi tốc độ:<br /> máy phát tốc AT-231; thành phần tạo tín hiệu bù: máy phát tốc AT-231. Ngoài ra đối với<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 89<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> HTĐB pháo tàu AK-725 để cộng tín hiệu điều khiển và chuyển kênh điều khiển từ chính<br /> xác sang sơ sài thì trong hệ còn sử dụng bộ cộng và bộ phân kênh trước tầng khuếch đại.<br /> Đối với phần nguồn năng lượng, hệ thống sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha rô to<br /> lồng sóc để lai trực tiếp máy ЭМУ-100.<br /> Để mô phỏng chất lượng làm việc của HTĐB pháo AK-725, ta sử dụng mô hình HTĐB<br /> theo kênh tầm với số liệu tính toán được liệt kê trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Liệt kê số liệu tính toán theo mô hình hệ truyền động bám góc tầm.<br /> Tên thiết bị Thông số Giá trị Đơn vị<br /> I- Cấu trúc bộ điều khiển<br /> 1- Thiết bị đo Wđo(p) 15 V/độ<br /> 2- Bộ cộng và phân kênh KPK(p) 0,09<br /> 3- Thiết bị hiệu chỉnh phát WP(p) 0,0075 x 0,0016p<br /> 4- Thiết bị khuếch đại sơ bộ KKĐSB(p) 100<br /> 5- Thiết bị phản hồi trong WPH(p) (0, 4.0, 05 p) /(0, 046 p  1)<br /> 6- Thiết bị hiệu chỉnh thu WT(p) 0,0036 x0,0001p<br /> II- Cấu trúc mạch động lực<br /> 1- KĐ máy điện ЭМУ-100 k 0.95<br /> A(p) 0,12p+1<br /> CEMY 0,85 V.s/rad<br /> 2- Động cơ chấp hành ДПМ – 22 BM(p) = TMp + 0,0058p+1<br /> 1<br /> CM.đ 0,95 V.s/rad<br /> Rđ 1,6 <br /> J’ 0,0123 kg.m2<br /> 3- Bộ truyền động có tỷ số truyền i 2657<br /> III- Động cơ dẫn động ЭМУ- Kđ1 0,22 1/N.m.s<br /> 100<br /> BM(p) = TM1p+ 0,01p+1<br /> 1<br /> J’1 0.04251 kg.m2<br /> <br /> Sơ đồ mô phỏng HTĐB pháo AK-725 trên Matlab như hình 6, sơ đồ này sử dụng mô<br /> hình của động cơ dẫn động xoay chiều 3 pha có công suất 1.5 KW, ĐCCH 1 chiều 750W<br /> và máy điện khuếch đại từ trường ngang với thông số vật lí [4], mô hình máy điện [1, 5].<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bám pháo AK-725.<br /> <br /> <br /> 90 H.Q. Chính, T.Đ. Chuyển, T.Q. Yên, “Nghiên cứu ảnh hưởng của… trên tàu hải quân.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Khi tính đến ảnh hưởng nguồn năng lượng hạn chế, tiến hành mô phỏng quá trình làm<br /> việc của hệ HTĐB pháo AK-725 với các trường hợp sau:<br /> Trường hợp 1: Xét HTĐB làm việc với lưới điện có công suất không hạn chế. Trường<br /> hợp này xảy ra khi HTĐB làm việc với lưới điện tàu với tần số và điện áp của nguồn cấp<br /> cho động cơ dẫn động sẽ không thay đổi khi tải của HTĐB thay đổi. Điên áp pha lưới điện<br /> 220V, tần số 50Hz. Kết quả mô phỏng như chỉ ra trên hình 6a. Các chỉ tiêu của quá trình<br /> quá độ như sau: thời gian quá độ Tqd = 3.3s, độ quá chỉnh 30%, số lần dao động n = 2.<br /> 4000 4000<br /> Toc do [vong/phut]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Toc do [vong/phut]<br /> 2000 2000<br /> <br /> <br /> 0 0<br /> <br /> <br /> -2000 -2000<br /> 0 5 10 15 0 5 10 15<br /> Thoi gian [s] Thoi gian [s]<br /> 1.5 1.5<br /> <br /> 1 1<br /> Vi tri [rad]<br /> Vi tri [rad]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.5 Goc dat<br /> 0.5 Goc dat<br /> Goc bam<br /> Goc bam<br /> 0<br /> 0<br /> -0.5<br /> -0.5 0 5 10 15<br /> 0 5 10 15 Thoi gian [s]<br /> Thoi gian [s]<br /> <br /> Hình 6. Kết quả mô phỏng HTĐB pháo Hình 7. Kết quả mô phỏng HTĐB pháo<br /> AK-725 với nguồn không hạn chế. AK-725 với nguồn sụt khoảng 10%.<br /> Trường hợp 2: Xét HTĐB làm việc với nguồn năng lượng có công suất hạn chế. Vì<br /> vậy, khi tải lưới điện thay đổi thì sẽ làm tần số và điện áp thay đổi theo, ảnh hưởng trực<br /> tiếp đến tốc độ đầu ra động cơ dẫn động. Điên áp pha của lưới điện giảm khoảng 10% là<br /> 200V, tần số 50Hz. Kết quả mô phỏng chỉ ra trên hình 7. Các chỉ tiêu của quá trình quá độ<br /> như sau: thời gian quá độ Tqd = 3.5s, độ quá chỉnh 28%, số lần dao động n = 2.<br /> 4000<br /> Toc do [vong/phut]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2000<br /> <br /> 0<br /> <br /> <br /> -2000<br /> 0 5 10 15<br /> Thoi gian [s]<br /> <br /> 1.5<br /> <br /> 1<br /> Vi tri [rad]<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.5<br /> Goc dat<br /> 0 Goc bam<br /> <br /> -0.5<br /> 0 5 10 15<br /> Thoi gian [s]<br /> <br /> Hình 8. Kết quả mô phỏng HTĐB pháo AK-725 với nguồn sụt khoảng 18%<br /> Trường hợp 3: Xét tương tự như trường hợp 2 nhưng điện áp pha lưới điện giảm<br /> khoảng 18% là 180V, tần số 50Hz. Kết quả mô phỏng chỉ ra trên hình 8. Các chỉ tiêu quá<br /> trình quá độ như sau: thời gian quá độ Tqd = 5s, độ quá chỉnh 18%, số lần dao động n = 2.<br /> Nhận xét: Khi động cơ dẫn động làm việc với nguồn điện có công suất hạn chế thì khi<br /> tải của lưới điện thay đổi (bao gồm cả tải của HTĐB pháo), tần số và điện áp của lưới điện<br /> sẽ thay đổi theo dẫn đến động cơ làm việc trên một họ đường đặc tính cơ. Điều này ảnh<br /> hưởng trực tiếp tới tốc độ làm việc động cơ dẫn động từ đó quyết định sự thay đổi điện áp<br /> đầu ra của ЭМУ do đó làm thay đổi tốc độ động cơ chấp hành. Đặc trưng của sự ảnh<br /> hưởng này chủ yếu là làm thay đổi thời gian quá trình quá độ, làm giảm tính tác động<br /> nhanh của hệ thống HTĐB. Khi điện áp nguồn thay đổi không lớn, ảnh hường là không<br /> đáng kể nhưng khi điện áp giảm nhiều thì ảnh hưởng là lớn và không cho phép.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 91<br />  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Bài báo đã nghiên cứu xây dựng được mô hình cho phép đánh giá sự ảnh hưởng của<br /> giới hạn công suất nguồn năng lượng điện đến chất lượng động học HTĐB. Ứng dụng mô<br /> hình khảo sát mô phỏng HTĐB dạng Máy điện khuếch đại - Động cơ của pháo AK-725<br /> trên tàu Hải Quân khi tính đến ảnh hưởng của giới hạn công suất nguồn năng lượng điện<br /> đến đặc tính của quá trình quá độ HTĐB vị trí góc. Các kết quả thu được cho thấy tính<br /> đúng đắn của mô hình. Mô hình hệ thống khi kể đến sự ảnh hưởng của giới hạn công suất<br /> nguồn năng lượng điện có tính phi tuyến và thông số biến thiên. Trong trường hợp cần xây<br /> dựng HTĐB chất lượng cao thì cần phải ứng dụng các phương pháp điều khiển hiện đại.<br /> Mô hình đã xây dựng được giúp ích cho những nhà nghiên cứu trong bài toán thiết kế, tính<br /> toán các HTĐB trên tàu chiến Hải quân nhằm hạn chế tối đa những sai sót cũng như đưa<br /> ra được những giải pháp nhằm đảm bảo độ chính xác cho hệ thống.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. John Chiasson, “Modeling and high performance control of electric machines,” Inc,<br /> Hoboken, USA New Jersey; Published simultaneously in Canada, (2005).<br /> [2]. Б.К Чемоданов – “Следящие приводы Т1, 2”.- М.: Изд. МГТУ им Баумана,<br /> (1999).<br /> [3]. Краснова С.А., Уткин В.А. “Каскадный синтез наблюдателей состояния<br /> динамических систем”. М.: Наука, (2006).<br /> [4]. Đào Hoa Việt, “Phân tích và tổng hợp hệ thống truyền động điện,” HVKTQS (2010).<br /> [5]. Đào Hoa Việt, “Bài tập ví dụ và thực hành điều khiển tự động truyền động điện”,<br /> (dùng cho đào tạo cao học), HVKTQS Xuất Bản 2011.<br /> [6]. Huỳnh Văn Đông, “Tổng hợp điều khiển thích nghi dựa trên phương pháp<br /> backstepping cho hệ truyền động có đàn hồi khe hở và ma sát khô phi tuyến”, Luận<br /> án tiến sĩ kỹ thuật, HVKTQS (2009).<br /> ABSTRACT<br /> RESEARCH EFFECTS OF ELECTRICAL ENERGY SOURCES WHICH HAVE LIMIT<br /> POWER TO THE WORKING QUALITY OF SERVO DRIVES ON NAVAL SHIPS<br /> The paper presents the researching results to build a model of position servo<br /> drives with generator-motor system (ЭМУ-Д) and investigate the effects of<br /> electrical energy sources which have limit power to the working quality of servo<br /> drives. In addition, the paper presents the simulation results of servo drive model<br /> of AK-725 artillery on naval with limited power of electrical energy source. The<br /> simulation results of the survey proved the correctness of the building model, but<br /> also investigate the effects of electrical energy sources which have limit power to<br /> the quality of dynamical systems.<br /> Keywords: Tracking system, Power supplies, Naval ship artillery.<br /> <br /> Nhận bài ngày 26 tháng 02 năm 2015<br /> Hoàn thiện ngày 23 tháng 9 năm 2015<br /> Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 12 năm 2015<br /> 1<br /> Địa chỉ: Học viện Kỹ thuật quân sự;<br /> 2<br /> Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật công nghiệp, Bộ Công Thương.<br /> 3<br /> Học viện Hải Quân - Nha Trang - Khánh Hòa.<br /> *<br /> Email: tdchuyen@uneti.edu.vn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 92 H.Q. Chính, T.Đ. Chuyển, T.Q. Yên, “Nghiên cứu ảnh hưởng của… trên tàu hải quân.”<br />