Tính hệ thống ĐCTĐ tuyến tính liên tục theo các chỉ tiêu chất lượng làm việc cho trước .DOC

Tính hệ thống ĐCTĐ tuyến tính liên tục theo các chỉ tiêu chất lượng làm việc cho trước

Quân đội nhân dân việt namHọc viện kỹ thuật quân sự

Đề bài: Tính hệ thống ĐCTĐ tuyến tính liên tục theo các

các chỉ tiêu chất lợng làm việc cho trớc

Ngời thực hiện : Nguyễn Văn Thụ Lớp : Điều Khiển Tự Động Khoá : K13

Giáo viên hớng dẫn : Đỗ Quang Thông Ng y ho n th nhày hoàn thành ày hoàn thành ày hoàn thành : 02/07/2010

Năm học 2009-2010

Đề bài: Bài số 1

Tính toán hệ thống ĐCTĐ tuyến tính liên tục theo các yêu cầu chỉ tiêuchất lợng làm việc cho trớc của hệ thống bám điện cơ dùng xenxin

Mở đầu:

Ngày nay, với dự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ ,trong đời sống kỹ thuật đã có rất nhiều phát minh ứng dụng của khoa học công nghệ vào trong đời sống , sản xuất Trong các dây truyền sản xuất dần máy móc đã thay thế hầu hết sức lao động trực tiếp của con ngời Nhiều dây truyền sản xuất tự động ra đời với công suất lớn và hiệu suất lao động cao Vì thế trong thời đại ngày nay nếu con ngời không nắm bắt đợc những công nghệ mới sẽ không bắt kịp đợc thời đại , sẽ bị tụt hậu so với Xã hội Đặc biệt trong đó,con ngời cần phải nắm bắt và điều khiển đợc những dây truyền sản xuất tự động không cần sự tham gia trực tiếp sức lao động của con ngời

Với sự tiến bộ của Xã hội ,càng cần đòi hỏi nhiều hệ thống tự động không ngừng đợc cải tiến để có trình độ tự động hóa cao hơn Muốn vậy những nhà khoa học cần phải nắm rất chắc kiến thức điều khiển tự động mà cơ sở trong đó là kiến thức cơ sở về “cơ sở lý thuyết điều chỉnh tự động”Lý thuyết điều khiển tự động “cơ sở lý thuyết điều chỉnh tự động” để thiết kế hệ thống xác định sai số ,tính ổn định và hiệu chỉnh chúng.

KĐĐT : khuyếch đại diện từ KĐMĐ : khuyếch đại máy điện

ĐCCH : Động cơ chấp hành điện một chiều ĐT : Cơ cấu đổi tốc

ĐTĐC : Đối tợng điều chỉnh(Anten Rađa ,tên lửa ,Pháo cao xạ _) Các thông số cho trớc của các phần tử có trong hệ thống :

Nguyên lý làm việc của hệ thống bám dùng xenxin.

Cơ cấu dùng để tạo ra tín hiệu vào dới dạng góc quay vào.Hệ thống xenxin dùng xenxin phát (XX-P) và xenxin thu (XX-T) làm việc ở chế độ biến áp để đo sai lệch góc giữa trục phát (trục vào) và trục thu (trục ra)  = vào -ra , biến đổi thành điện áp ra của hệ thống xenxin Uxenxin , điện áp này đa qua bộ khuếch đại điện tử, ở đây tín hiệu đợc khuếch đại sơ bộ, tạo thành dòngđiện điều khiển chạy trong cuộn dây của bộ khuếch đại máy điện (KĐMĐ) Bộ KĐMĐ đóng vai trò bộ khuếch đại công suất và tín hiệu ra là điện áp điều khiển động cơ chấp hành một chiều (ĐCCH) làm việc Động cơ chấp hành quay qua hộp đổi tốc (ĐT) làm đối tợng điều khiển quay, tín hiệu này đơc đa về đầu vào qua phản hồi âm nhờ cơ cấu cơ khí Khi đầu vào nhận đợc tín hiệu phản hồi tiến hành so sánh làm xenxin thu quay để làm giảm sai lệch góc Quá trình điều khiển sẽ kết thúc khi tín hiệu phản hồi về là ra = vào hay sai lệch góc  = 0 Đó là chế độ làm việc khử sai lệch của hệ thống.Chế độ này cho phép điều khiển góc quay của ĐTĐK ở hai chiều khác nhau.

*Phân tích hệ thống :

Hệ thống xenxin là phần tử nhạy cảm làm việc ở chế độ biến áp gồm một xenxin phát và một xenxin thu.Nó tơng đơng một cơ cấu trừ và bộ khuyếch đại hiệu tín hiệu sai lệch góc đầu vào và đầu ra Hàm số truyền của hệ thống xenxin ký hiệu là W3(p) = K3

Khâu KĐĐT là khâu biến đổi từ tín hiệu điện áp thành tín hiệu dòng điện do vậy nó là một khâu quán tính có hằng số thời gian T = TKĐĐT, hệ số truyền là K = KKĐĐT từ đó suy ra hàm số truyền của khâu KĐĐT ký hiệu là W4(p) = K4/(1+TKĐĐTp).

Khâu KĐMĐ là khâu biến đổi từ tín hiệu dòng điện thành tín hiệu điện áp do vậy nó là một khâu quán tính có hằng số thời gian T = TKĐMĐ,có hệ số truyền K = KKĐMĐ từ đó ta có hàm số truyền của khâu KĐMĐ ký hiệu là W5(p) = K5/(1+TKĐMĐ).

Khâu ĐCCH là khâu biến đổi từ tín hiệu điện áp thành tốc độ quay của động cơ chấp hành, do vậy nó gồm có một khâu tích phân và một khâu quán tính, từ đó suy ra hàm số truyền của khâu ĐCCH ký hiệu là W6(p) =

Tín hiệu vào hệ thống dới dạng góc quay (t), qua hệ thống xenxin làm việc ở chế độ biến áp cho tín hiệu ra là điện áp UXX Hàm số truyền của HTXX ký hiệu là:

Trong đó (p) =1(p)-2(p) là sai số bằng hiệu số góc quay của trục xenxin phát và trục xenxin thu

Hàm số truyền của bộ khuếch đại điện tử là:

Trong đó K4 là hệ số khuếch đại, T1 là hằng số thời gian của bộ khuếch đại

Hàm số truyền của bộ khuếch đại máy điện là W3(p):

Trong đó K6 là hệ số truyền của động cơ theo tốc độ, T3 là hằng số thời gian điện cơ của động cơ, dc(p) là góc quay của trục động cơ

Hàm số truyền của bộ đổi tốc là W5(p)=

Dựa vào sơ đồ chức năng của hệ thống, hàm số truyền của từng khâu ta suy ra sơ đồ cấu trúc của hệ thống có dạng sau:

vào  U1 U2 u3 ĐC ra

+

- ra Tìm hàm số truyền của hệ thống mạch hở ban đầu : Từ sơ đồ cấu cấu trúc của hệ thống ta có :

III Khảo tính ổn định của hệ thống mạch hở ,mạch kín ĐCTĐ.

Ta áp dụng tiêu chuẩn ổn định Hurwitz để khảo sát hệ kín

Ta lập ra các định thức Hurwitz (các định thức con )từ ma trận trên nếu các định thức đó lớn hơn không hệ thì hệ thống trên ổn định theo lợng vào y(t) , ngợc lại nếu một định thức bất kỳ nào đó lập đợc nhỏ hơn không thì hệ thống

Vậy theo tiêu chuẩn Hurwitz thì hệ thống kín không ổn định Ta dùng phần mềm Matlab ta mô phỏng đặc tính quá độ h(t) của hệ thống ta thấy rằng nó là một hàm dao động theo thời gian mà không tiến đến một giá trị ổn định nào đó

Kết luận về hệ thống: hệ thống trên làm việc nó sẽ không tiến đến một giá trị ổn định, lợng ra của nó có biên độ dao động theo thời gian tăng dần vậy ta

Đối với hệ thống có hàm số truyền cho ở trên ta có thể nói trong khoảng 0=< =< g3 đọ nghiêng chỉ xác định bởi khâu đặc tính tích phân ,do đó có độ nghiêng là -20db/dc và đi qua điểm có toạ độ  =1 L()=20lg(203.28 )

Tính ổn định cần , nhng cha là điều kiện đủ để xác định khả năng ứng dụng trong thực tế kỹ thuật của hệ thống ĐCTĐ Hệ thống phải thoả mãn các tiêu chuẩn chất lợng nhất định trong quá trình làm việc Các chỉ tiêu đó đợc xác định ở trạng thái cân bằngvà ở trạng thái quá độ Đặc tính biên độ tần số loga mong muốn của hệ thống điều chỉnh tự động là đặc tính đợc xây dựng khi tiến hành thiết kế ,tính toán hệ thống và xuất phát từ yêu cầu chỉ tiêu chất lợng ở trạng thái cân bằng và ở trạng thái quá độ

Với các giá trị yêu cầu hiệu chỉnh: Thời điều chỉnh tđc=1,3 (sec)

Phần này nằm ở phần tần số nhỏ hơn gập đầu tiên của đặc tính.Vì đây là hệ thống phiếm tĩnh bậc một độ nghiêng của đoạn đặc tính tần số thấp là : 20 db/dc

Hệ số truyền K của hệ thống hở ảnh hởng rất lớn đến sai số của hệ thống Vì đây là hệ thống phiếm tĩnh bậc một nên hệ số truyền của hệ

Vẽ qua tần số  c đoạn đặc tính có độ nghiêng -20db/dc Độ dài của đoạn đặc tính tần số trung xác định bởi các tần số giới hạn  2, 3:

Vì dạng đoạn tần số cao ít ảnh hởng đến chất lợng của hệ thống ĐCTĐ Nên trong thực tế thì ta có thể chọn đoạn này có độ nghiêng trùng với đặc tính biên độ tần số loga của hệ thống đã cho ban đầu

4)Đặc tính mong muốn trong khoảng các tần số liên hợp:

Đoạn liên hợp giữa đoạn thấp và trung tần chọn đoạn này có độ dốc sao cho

hiệu độ số độ nghiêng của các đoạn nối tiếp là không quá -20db/dec Do đó ta chọn độ nghiêng đoạn này là: -40db/dec, ta kẻ từ 2 đoạn thẳng có độ dốc -40db/dc đoạn này cắt đoạn thẳng song song với đặc tuyến ở khoảng có tần số thấp ở đâu(khi đã hiệu chỉnh Kmm), thì ở đó ta xác định đợc 1.( 1=0,12)

Đoạn liên hợp giữa khoảng trung và khoảng cao tần ta chọn đặc tính có độ nghiêng -40db/dc (Tần số gập tại 

Dạng của đoạn tần số cao đặc tính Lmm() ít ảnh hởng đến các tính chất động học của hệ thống ĐCTĐ, tức là ít ảnh hởng đến tính ổn định cũng nh chất lợng của quá trình quá độ Do đó nếu hai hệ thống có đặc tính biên độ pha tần số Lmm() chỉ khác nhau ở phần tần số cao thì tính chất động học của hai hệ thống không khác nhau là bao nhiêu Vì đoạn này ít sảnh hởng đến chất lợng của HTĐCTĐ, nên tuỳ thực tế tính toán đoạn tần số cao có thể tuỳ ý chọn Trong bài này để cho đơn giản ta chọn đoạn này có độ nghiêng trùng với độ nghiêng ĐTTS biên độ loga của hệ thống ban đầu, tức có độ nghiêng là:-80db/dec

Dạng đặc tính xây dựng đợc nh hình vẽ sau:

VI Tính toán hiệu chỉnh nối tiếp :

Đối với bài toán trên tôi dùng phơng pháp hiệu chỉnh nối tiếp Vậy ta có biểu thức hàm truyền tần số của hệ thống mạch hở sau sau khi hiệu chỉnh

Ta coi hệ thống hiệu chỉnh là tối u và đặc tính tần số biên độ loga của hệ thống mạch hở trong trờng hợp đó là mong muốn và hiệu :

Khi đó biểu thức của đặc tính tần số biên độ loga có mắc khâu hiệu chỉnh nối tiếp đợc viết dới dạng :

Dựa vào đồ thị đặc tính tần số của khâu nối tiếp ta có hàm số truyền của khâu nối tiếp cần mắc thêm vào hệ thống là :

Từ đặc tuyến của khâu hiệu chỉnh nối tiếp tra bảng phụ lục 5 ta có sơ đồ hiệu

VII Tính toán và phân tích hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh

1 Sơ đồ cơ cấu sau khi đã hiệu chỉnh:

Sau khi hiệu chỉnh thì hệ thống gồm W(p) mắc nối tiếp với Wnt (p) Do đó

hàm số truyền sau khi hiệu chỉnh là Wmm (p) = W(p) Wnt (p) tức là: arctg(0.555) - arctg(8,33) - arctg(0.045) - arctg(0.025) - arctg(0.007) Dùng phần mềm Matlab vẽ đợc các đặc tính tần số biên độ loga L( ) và pha loga ( ) mong muốn của hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh :

3 Đánh giá tính ổn định và xác định độ dự trữ ổn định của hệ thống theo biên

độ (db) và theo pha (độ) của hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh.

Theo phần III thì các nghiệm của phơng trình đặc trng hệ thống hở nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng phức là m = 0 Dựa đặc tính L() và () của hệ thống hở thì hiệu số điểm chuyển dơng và điểm chuyển âm của đặc tính () trong khoảng L() > 0 bằng m/2 = 0 Do đó theo tiêu chuẩn ổn định lôga thì hệ thống kín ổn định.

4 Xây dựng đờng cong quá độ h(t).

Đặc tính tần số phần thực đợc xây dựng thuận lợi nhờ vào đặc tính tần số loga L(), () và sử dụng toán đồ “cơ sở lý thuyết điều chỉnh tự động”P”.

Có nghĩa là ứng với mỗi giá trị tần số 0 cho ta L(0) và (0) cũng cho ta một giá trị P(0) dựa vào toán đồ “cơ sở lý thuyết điều chỉnh tự động”P”.

Đặc tính tần số phần thực Pk ():

Pk 1 1.07 1.25 0.9 0 -0.2 -0.35 -0.52 -0.02

Dựa vào đờng đặc tính quá độ h1(t) và h2(t) vẽ đợc sử dụng phơng pháp cộng đồ thị ta tính đợc h(t) Các đờng đặc tính quá độ đợc vẽ chung trên một

Từ đó rút ra kết luận: Hệ thống sau khi đã đợc hiệu chỉnh thì đạt đợc những chỉ tiêu chất lợng đề ra một cách tơng đối Nh vậy hệ thống sau khi đã hiệu

Hàm quá độ h(t) của hệ thống sau khi đã hiệu chỉnh

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sau khi đã đợc hiệu chỉnh