Nghiên cứu đáp ứng quá độ mạch điều khiển tốc độ của mô tơ thủy lực ROCKFORD ILLINOI S16Z3 khi ứng dụng bộ chuyển đổi số LAB- PC+ và Van servo BD90

Chia sẻ: Do Xuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

857
lượt xem 229
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để lắp ráp một thiết bị điều khiển tự động, ngoài việc nghiên cứu nối ghép cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển và phần mềm thì việc nghiên cứu các chỉ tiêu chất lượng của hệ điều khiển là rất quan trọng. Bài báo này giới thiệu các vấn đề liên quan đến việc nối ghép giữa mô tơ thủy lực, cảm biến tốc độ, van servo, bộ khuếch đại servo BD90, carte acquisition Lab- PC và các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số khuếch đại tích phân Ki đến đáp ứng quá độ khi điều...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu đáp ứng quá độ mạch điều khiển tốc độ của mô tơ thủy lực ROCKFORD ILLINOI S16Z3 khi ứng dụng bộ chuyển đổi số LAB- PC+ và Van servo BD90

Nghiªn cøu ®¸p øng qu¸ ®é m¹ch §iÒu khiÓn tèc ®é cña m« t¬ thñy lùc rockford illinoi s16z3 Khi øng dông bé chuyÓn ®æi sè Lab-PC+ vµ van servo bd90 Investigating transient response of the velocity control system in a Rockford illinoi S16Z3 hydraulic motor system equipped with Lab-PC+ and servo valve BD90 TrÇn Xu©n Tïy, §¹i häc §µ N½ng Email : tranxuantuy@yahoo.fr Tãm t¾t : §Ó l¾p r¸p mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn tù ®éng, ngoµi viÖc nghiªn cøu nèi ghÐp c¬ cÊu chÊp hµnh, bé ®iÒu khiÓn vµ phÇn mÒm th× viÖc nghiªn cøu c¸c chØ tiªu chÊt l−îng cña hÖ ®iÒu khiÓn lµ rÊt quan träng. Bµi b¸o nµy giíi thiÖu c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn viÖc nèi ghÐp gi÷a m«t¬ thñy lùc, c¶m biÕn tèc ®é, van servo, bé khuÕch ®¹i servo BD90, carte acquisition Lab-PC vµ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i tÝch ph©n KI ®Õn ®¸p øng qu¸ ®é khi ®iÒu khiÓn tèc ®é cña m«t¬ thñy lùc. Abstract : In setting-up an automatic control system, besides studying the configuration of control system, actuator and software packages, it is of critical importance to have the entire system to work with high performance. This acticle introduces many features in setting-up such a system with hydraulic motor driven, velocity sensors, servo-valve, BD90 servo amplifier, acquisition card Lab-PC+, also gives the results in the influence of the integral control gain KI on transient response obtained in the system. 1. §Æt vÊn ®Ò T¹p chÝ “ Jounal of dynamic systems, measurement and control” vµ t¹p chÝ “ The Journal of fluid control” ®· c«ng bè nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ lÜnh vùc ®iÒu khiÓn tù ®éng hÖ thuû lùc chuyÓn ®éng th¼ng vµ quay cña c¸c nhµ khoa häc thÕ giíi. ë ViÖt Nam, lÜnh vùc nµy ngµy cµng ®−îc øng dông m¹nh vµo c«ng nghiÖp vµ hiÖn ®−îc nhiÒu nhµ nghiªn cøu quan t©m. Mçi thiÕt bÞ ®−îc chÕ t¹o, l¾p r¸p sÏ cã tÝnh n¨ng vµ ®Æc tÝnh ®éng lùc häc kh¸c nhau nªn viÖc nghiªn cøu x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®Ó hÖ thèng lµm viÖc chÝnh x¸c, æn ®Þnh vµ tin cËy lµ viÖc lµm hÕt søc cÇn thiÕt. T¹i phßng thÝ nghiÖm kü thuËt ®iÒu khiÓn cña khoa c¬ khÝ tr−êng ®¹i häc kü thuËt- §H§N chóng t«i ®· l¾p r¸p thµnh c«ng hai thiÕt bÞ truyÒn ®éng thuû lùc ®iÒu khiÓn b»ng ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh. Bµi “ M« h×nh ®iÒu khiÓn vÞ trÝ hÖ thuû lùc øng dông van- proportional” ®¨ng ë t¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ c¸c tr−êng §¹i häc kü thuËt sè - 21/1999 vµ bµi “ M« h×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é cña m« t¬ thuû lùc øng dông van servo” ®¨ng ë tuyÓn tËp c«ng tr×nh khoa häc t¹i héi nghÞ khoa häc toµn quèc vÒ c¬ häc kü thuËt -2001 ®· tr×nh bµy viÖc x©y dùng m« h×nh vµ nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i tû lÖ Kp ®Õn qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña hÖ. LÇn nµy chóng t«i giíi thiÖu mét kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ ¶nh h−ëng cña hÖ sè khuÕch ®¹i tÝch ph©n KI ®Õn ®Æc tÝnh cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é khi ®iÒu khiÓn tèc ®é cña m« t¬ thuû lùc. 2. Néi dung C¬ së lý thuyÕt : Nghiªn cøu c¬ së lý thuyÕt ®Ó x©y dùng m« h×nh ®iÒu khiÓn, lùa chän c¸c th«ng sè cho viÖc l¾p r¸p thiÕt bÞ. M« h×nh nghiªn cøu lµ hÖ tuyÕn tÝnh ®−îc thÓ hiÖn ë h×nh 1, víi c¸c gi¶ thuyÕt lµ bé khuÕch ®¹i, c¶m biÕn vµ van servo ®−îc coi lµ mét kh©u khuÕch ®¹i; bá qua biÕn d¹ng cña dÇu trªn ®−êng èng dÉn; kh«ng tÝnh ®Õn qu¸n tÝnh cña dÇu; trôc truyÒn ®éng cøng v÷ng tuyÖt ®èi.
P 1 3 2 PS KV Q λ f Ω T K0 V J PT Dm 4 K 5 I F U KA E H×nh 1. M« h×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é cña m«t¬ thñy lùc. Trong ®ã : 1- Van servo; 2- M«t¬ thuû lùc; 3- M«men qu¸n tÝnh khèi l−îng quy ®æi; 4- Tèc kÕ; 5- Bé khuÕch ®¹i cña van. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng m«men : M = Ma + MD dΩ Dm . p = J . + f .Ω (1) dt Ph−¬ng tr×nh l−u l−îng : Q = Q Ω + QC + Q λ V dp Q = Dm . Ω + . + λ. p (2) 2. B dt Q = KV.I - K0.p (3) C¸c ph−¬ng tr×nh kh¸c : I = KA.E = KA.(U - F) (4) F = KA.Ω BiÕn ®æi (1), (2), (3) vµ (4) sang ph−¬ng tr×nh Laplace ta cã : D m . p ( s ) = J . s. Ω ( s ) + f . Ω ( s ) V Q(s) = Dm .Ω(s) + . s. p(s) + λ. p(s) 2. B Q(s) = KV . I (s) − K0 . p(s) (5) I ( s) = K A . E ( s) E(s) = U(s) − KC .Ω(s) Hµm truyÒn cña m«t¬ thuû lùc lµ : Ω (s ) ( D 2 + λ.f ) / D m = m Q(s) 1 + V.f + 2B.J.λ .s + V.J .s 2 2B.( D m + λ.f ) 2 2B(D m + λ.f ) 2 Ω (s ) K K Hay : = 2 2 = (6) Q (s ) T1 .s + 2 ζ.T1 .s + 1  s  2  s    ω  + 2ζ 1 . ω    +1   0  0  D + λ .f 2 Trong ®ã : K = m (7) Dm
1 2B.(D2 + λ.f ) C ω0 = = m = H (8) T1 V.J J T 1 V.f + 2B.J.λ ζ1 = 2 = (9) 2.T 2 2B.V.J(D2 + λ.f ) 1 m Víi : K - HÖ sè khuyÕch ®¹i cña cum m«t¬ thñy lùc-t¶i. T1 - H»ng sè thêi gian cña m«t¬ thñy lùc-t¶i. ω0 - TÇn sè dao ®éng riªng cña m«t¬ thñy lùc-t¶i. ζ1 - HÖ sè t¾t dÇn cña m«t¬ thñy lùc-t¶i. CH - §é cøng cña côm m«t¬ thñy lùc-t¶i. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh 2. P(s) J.s + f K0 Dm K U(s) E(s) I(s) Q(s) 2 Ω(s) KA KV  s   s   ω  + 2.ζ 1   ω  +1  F(s)  0   0  Kc a, KΩ Ω(s) U(s) E(s) 2 KA.KV  s   s    + 2.ζ 2   + 1 ω  ω  F(s)  n  n Kc b, H×nh 2. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn tèc ®é m« t¬ thñy lùc. a, S¬ ®å khèi cña m« h×nh to¸n (5) vµ(6). b, S¬ ®å khèi rót gän cña h×nh 2a. Sau khi rót gän h×nh 2a vÒ h×nh 2b ta cã c¸c ký hiÖu lµ ; K.Dm KΩ = (10) Dm + K.K 0 .f CH.(Dm + K.K0.f ) C ωn = = qd (11) Dm.J J V.f .Dm + 2B.J.λ.Dm + 2B.K.K0.J.(D2 + λ.f ) ζ2 = m (12) 4B.(Dm + λ.f ).(Dm + K.K0.f ). V.Dm.J 2 Víi : KΩ - HÖ sè khuyÕch ®¹i cña côm van-m«t¬ thñy lùc-t¶i. ωn - TÇn sè dao ®éng riªng cña cum van- m«t¬ thñy lùc-t¶i. ζ2 - HÖ sè t¾t dÇn cña côm van- m«t¬ thñy lùc-t¶i . Cq® - §é cøng cña côm van- m«t¬ thñy lùc-t¶i. Qua ph©n tÝch trªn ta thÊy côm van-m«t¬ thuû lùc lµ mét kh©u dao ®éng cã tÇn sè riªng, ®é cøng vµ hÖ sè t¾t dÇn ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc (11) vµ (12) nªn cã thÓ quy ®æi vÒ mét m« h×nh dao ®éng xo¾n c¬ häc t−¬ng ®−¬ng biÓu diÔn nh− h×nh 3. M« h×nh nµy c¬ thÓ sö dông ®Ó nghiªn cøu qu¸ tr×nh ®éng lùc häc cña hÖ.
Cqd Ω Cq® ωn = J J H×nh 3. M« h×nh quy ®æi t−¬ng ®−¬ng cña côm van-m«t¬ thñy lùc. Thùc nghiÖm : Tõ s¬ ®å khèi h×nh 2 ta cã hÖ sè khuyÕch ®¹i cña hÖ thèng KH lµ : K H = K A .K V .K Ω .K C (13) C¸c hÖ sè trong c«ng thøc (13) lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña c¸c phÇn tö trong m¹ch ®iÒu khiÓn khi hÖ lµm viÖc ë chÕ ®é x¸c lËp, c¸c hÖ sè nµy ®−îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n, hiÖu chØnh mèi t−¬ng thÝch gi÷a c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ khi r¾p r¸p. Thø nguyªn cña c¸c hÖ sè khuÕch ®¹i thµnh phÇn lµ : mA Cm 3 / s Rad / s Von KA − ; KV − ; KΩ − ; KC − Von mA 3 Cm / s Rad / s Tõ c¸c kÕt qu¶ trªn thiÕt bÞ thÝ nghiÖm ®−îc l¾p r¸p theo s¬ ®å h×nh 4. ± 10 V Ω T A Van J Ω ± 10 V ± 10 V V Lab - PC+ PC H×nh 4. S¬ ®å l¾p r¸p thiÕt bÞ thÝ nghiÖm. C¸c bé phËn vµ th«ng sè chÝnh cña thiÕt bÞ lµ : M« t¬ thñy lùc : Delta power hydraulic co, Rockford illinois, Model 16 - Z-3. Vanservo BD90 - Parker Electrohydraulic, Q = 0÷76l/p, pmax = 315Bar, Imax = 100mA, sai sè tuyÕn tÝnh I-Q
H×nh 5 lµ ®¸p øng qu¸ ®é cña hÖ thèng thu ®−îc b»ng thùc nghiÖm ®iÒu khiÓn b»ng ch−¬ng tr×nh m¸y tÝnh. C¸c h×nh 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f t−¬ng øng víi hÖ sè khuyÕch ®¹i tû lÖ lµ KP = 0,6 , ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn lµ U=2500mv vµ hÖ sè khuÕch ®¹i tÝch ph©n lµ : KI = 0,5, 0.7, 1.0,1.5; 2.0, 2.5. Qua c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm ta thÊy khi hÖ sè khuyÕch ®¹i KI t¨ng th× thêi gian ®¸p øng t¨ng vµ kh¶ n¨ng æn ®Þnh kÐm. 3. KÕt luËn Bµi to¸n trªn ®· x¸c ®Þnh ®−îc tÇn sè dao ®éng riªng, hÖ sè t¾t dÇn cña côm truyÒn ®éng van - m« t¬ thñy lùc - t¶i vµ hÖ sè khuÕch ®¹i hÖ thèng. Thùc hiÖn ghÐp nèi t−¬ng thÝch gi÷a c¸c phÇn tö trong m¹ch ®iÒu khiÓn, sè liÖu cña c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ tÝn hiÖu ph¶n håi thu ®−îc qua ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn. Tõ c¸c sè liÖu nµy cã thÓ vÏ ®Æc tÝnh qua ch−¬ng tr×nh do_thi1.m cña phÇn mÒm Matlab hoÆc vÏ tùc tiÕp tõ ch−¬ng tr×nh ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ. Tõ nh÷ng kÕt qu¶ trªn chóng ta cã thÓ nghiªn cøu chän hÖ sè khuÕch ®¹i tÝch ph©n KI tèi −u ®Ó hÖ thèng lµm viÖc cã ®¸p øng qu¸ ®é phï hîp víi yªu cÇu kü thuËt ®¹t ra. C¸c ký hiÖu sö dông : U-TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn; E-TÝn hiÖu so s¸nh; KA-HÖ sè khuyÕch ®¹i cña bé khuyÕch ®¹i A; I-Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn; KV, K0 -C¸c hÖ sè kÕt cÊu cña van; Q-L−u l−îng cung cÊp cña van; λ-HÖ sè tæn thÊt l−u l−îng; pS-¸p suÊt cung cÊp; pT-¸p suÊt ra khái van; p-¸p suÊt lµm viÖc cña m« t¬ thñy lùc; f-HÖ sè ma s¸t nhít; Dm-HÖ sè kÕt cÊu cña m« t¬ thñy lùc; V-ThÓ tÝch chøa dÇu trong buång c«ng t¸c; B-M«®un ®µn håi cña dÇu; J-Gi¸ trÞ cña m«men qu¸n tÝnh khèi l−îng; Ω-VËn tèc gãc cña trôc quay; Kc-HÖ sè khuyÕch ®¹i cña c¶m biÕn tèc ®é; F-TÝn hiÖu ph¶n håi; Ma -M« men qu¸n tÝnh; MD -M« men ma s¸t; QΩ -L−u l−¬ng lµm quay trôc m«t¬; Qλ - L−u l−îng do tæn thÊt. tµi liÖu tham kh¶o [1] H.Dorr,R.Ewald,A.Schmitt - Technique des valves proportionnelles et servo-valves. RF00303, page 45-125,(10/1996). [2] DAQ.Lab-PC+User manual, National instruments corporation, June 1996. [3] Vickers . Closed loop electrohydraulic systems manual. Printed in USA, 1993. [4] TrÇn Xu©n Tïy. M« h×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é cña m« t¬ thuû lùc øng dông van servo. TuyÓn tËp Héi nghÞ khoa häc toµn quèc vÒ C¬ kü thuËt, tËp 2. Hµ néi 12-13/2001. [5] TrÇn Xu©n Tïy. M« h×nh ®iÒu khiÓn vÞ trÝ hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng thñy lùc øng dông van proportional. T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ c¸c tr−êng ®¹i häc kü thuËt. Sè 21, Hµ Néi-1999.
a, b, c, d, f, e, H×nh 5. KÕt qu¶ thùc nghiÖm