Chuong 7 - Dieu khien may dien.pdf

Dieu khien may dien

Điều chỉnh bĐK vμ thiết kế hệthống

Điều chỉnh bộđiều khiển lμthay đổi các thông sốcủa bộđiều khiển (tỉlệ, tích phân, vi phân) sao cho đạt được các chỉtiêu điều khiển mong muốn.

Các chỉtiêu điều khiển thường gặp

– Trong miền thời gian: Sai lệch tĩnh, thời gian tăng trưởng, tốc độđáp ứng, tỉsốsuy giảm, độquáđiều

– HÖthèng kÝch tõ dïng m¸y ®iÖn mét chiÒu

– HÖthèng kÝch tõ dïng m¸y ®iÖn xoay chiÒu cã chæi than – HÖthèng kÝch tõ dïng m¸y ®iÖn xoay chiÒu kh«ng chæi

– HÖthèng kÝch tõ trùc tiÕp

Sơđồđiều khiển kích từ trực tiếp máy phát điện

– ĐT: Đối tượng (Máy phát iện vàb biến đổi) – PH: Phản hồi (Biến áp phản hồi vàbộchỉnh lưu) – SP: Điểm đặt (điện áp đặt (mong muốn))

– PV: Biến quátrình (điện áp thực đầu ra máy phát)

của bộbiến đổi đưa vμo điều

– Thiết kế nguyên lí mạch điều khiển cho ổn định điện áp ra máy phát điện có phản hồi điện áp (Có thểthiết kế theo băm áp một chiều hoặc chỉnh lưu có điều khiển)

Sơđồkhối điều khiển tựđộng ổn định tốc độch−a xét việc hạn chế dòng khi khởi

– Động cơ:

Xác định hằng sốthời gian cơhc

Trong đó: JDC= 1.74 kg.m2Ru= 0.413RBA= 0.2kφ= 1.969

Xác định hằng sốthời gian điện từ

Do Tc> 4Tu, nên cấu trúc hàm truyền động cơnh−sau:

– Máy phát tốc:

Yêu cầu thiết kế:

– Trong miền thời gian:

Trong đó đối t−ợng ĐT có hμm truyền:

Sửdụng bộđiều khiển PID với cấu trúc hμm truyền tổng quát nh−sau:

Hμm truyền của hệthống kín nh−sau:

Tăng hệsốkhuyếch đại KP

Biến đổi hệsốKi cho KP = 2; KD = 0:

Tăng hệsốkhuyếch đại tích phân KI (từ 6.5 đến 8.5)

Biến đổi hệsốKD cho KP = 2; Ki = 6.5:

So s¸nh ba bé®iÒu khiÓn P, PI, PID

tiÕn hμnh x©y dùng vμthiÕt kÕ bé®iÒu khiÓn PID cÊu tróc song song

Víi Kp = 2; Ki= 6.5; KD= 0.06

Sai lÖch e ®Çu ra cã d¹ng ph−¬ng tr×nh sau:

1/ Điều chỉnh biến CV đểbiến quátrình PV ởmức 50% Chuẩn bị ghi dữliệu khi hệthống đãổn định.

2/ Thay đổi biến điều khiển CV nhẩy bậc (step) cỡ10% Ghi lại dữliệu biến quátrình tính từ thời điểm biến CV

3/ Xác định tốc độbiến thiên: Tìm hệsố(τ)

4/ Xác định thời gian chậm pha: Kéo dài đường thẳng của đáp ứng quátrình trước khi xảy ra sựthay đổi về biến CV (điểm A) Tìm giao điểm giữa đường thẳng này với đường thẳng tiếp tuyến với đo n cong biến thiên Khoảng thời gian tính từ lúc bắ đầu xảy ra sựthay đổi về đáp ứng cho đến điểm giao nhau, chính làkhoảng thời gian trễ chậm pha (α).

5/Xác định các hệsốcủa bộđiều khiển: Dựa vào thời gian trễ chậm pha vàtốc độbiến thiên biến quátrình, thay vào phương trình Ziegler-Nichols tìm các tham sốcủa bộ P, PI, PID.

Bảng xác định các thông số bộ điều khiển theo Ziegler-Nichols

Bảng xác định các thông số bộ điều khiển theo cohen-coon

Khảo sát ví dụ trên, tìm thông số bộ điều khiển

Mục tiêu của phương pháp nμy lμtìm thời điểm hệthống ởbiên giới ổn định, khi bộđiều khiển chỉcó thμnh phần P Hệsốkhuyếch đại tỉlệtại thời điểm nμy gọi lμKPU (Hệsốkhuyếch đại cơsở) ứng với KPU ta có thời gian cơsởTU (một chu kìdao động)

Trình tựtiến hμnh thiết kế:

1/ Trong bộđiều khiển chỉđểlại thành phần P: Đặt thông số Ki= 0, KD= 0 Đểbộđiều khiển ởchế độtựđộng, điều chỉnh biến CV vàbiến PV ởmức 50%.

2/ Tạo nhiễu tác động vào hệthống: Thay đổi nhỏgiátrị

Tuy nhiên, dao động này có xu hướng tắt dần Lúc này cần tăng hệsốKP, với hệsốKPmới (KP= 4), dao động hệthống có xu hướng tăng dần Khi đó ta cần giảm KP đi một chút (KP= 3.5) Hệthống dao động ổn định, khi đó KPU = 3.5; TU = 10 min (điểm C)

3/ Tính các thông sốbộđiều khiển:

Phương pháp Ziegler-Nichols vòng kín sửa đổi

Phương pháp nμy cũng thửnghiệm phản ứng quátrình bằng kích thích vòng kín Mục tiêu của phương pháp nμy lμtìm thời điểm hệthống dao động theo đáp ứng một phần tư Hệsốkhuyếch đại tỉlệtại thời điểm nμy gọi lμK1/4 (Hệsốkhuyếch đại một phần tư) ứng với K1/4 ta có thời gian một phần tưT1/4 (một chu kìdao

Điều khiển nối tầng

(Tối −u Module) động cơDC

Nguyên lí tối −u:Dựa trên cơsởtối −u hoámạch vòng điều chỉnh về độtác động nhanh Ví dụ nếu ta có một đối t−ợng có hμm truyền Wđt(s), tiến hμnh mắc nối tiếp với nó một khâu hiệu chỉnh có

Nh−vậy nếu đầu ra mong muốn đạt đ−ợc một hμm truyền Wm(s), thìhμm truyền bộđiều khiển

1/ n: Số l−ợng hệ số khuyếch đại của ĐT2/ m: Số khâu chậm pha của ĐT

3/ Ti: Hằng số thời gian của các khâu chậm pha

Theo quan điểm của tối ưu module ta có thểkhửtoμn bộđểcó được hμm truyền vòng hởbằng 1 Tuy nhiên trên thực tế ta chỉcần khửcác hằng sốthời gian lớn vμtrung bình, còn các hằng sốthời gian nhỏcó thểgiữa lại (Vìnó có lợi khi cần lọc nhiễu tần sốcao).

Đểtriệt tiêu sai lệch tĩnh trong hệthống vμgiảm hệsốkhuyếch đại chung, ta cần thêm khâu tích phân vμo hμm truyền điều khiển.

Trong đó:T0lμhằng sốthời gian tích phân

(thường có giátrị lớn hơn hằng sốthời gian Tilớn nhất) Với tần sốgẫy ωb= 1/T0.

Giới hạn góc pha tại tần sốgẫy được xác định

Đặc tính quáđộcủa vòng kín (phản hồi đơn vị)

Đáp ứng đạt tối −u khi a = 2

Hμm truyền bộđiều khiển sẽcó dạng nh−sau:

1/ l: Số l−ợng các hằng số thời gian lớn và trung bình cần khử2/ Tm: Hằng số tích phân của khâu hiệu chỉnh

Cơsởđiều khiển nối tầng:Khi đối tượng yêu cầu điều khiển có hằng sốthời gian phải khửlớn hơn 3 (l > 3), nếu không tách đối tượng ra lμm nhiều phần thìcấu trúc bộđiều khiển sẽrất phức tạp Do vậy trong trường hợp nμy người ta sẽtiến hμnh tách hμm truyền đối tượng ra thμnh nhiều phần nhỏ, mỗi phần chứa một sốlượng hằng sốtích phân cần khửdưới 3 Khi đó cấu trúc bộđiều khiển sẽđơn giản hơn rất nhiều HệsốTμ thường được đặt trong vòng điều chỉnh trong cùng.

Thống sốcủa động cơlấy lại từ ví dụ trướcThiết lập hμm truyền của đối tượng

Lựa chọn các vòng điều chỉnh

Tính chọn các bộđiều khiển cho các vòng điều chỉnh.

R: Điện trở tổng của toàn bộ hệ thống (phần ứng, biến áp, kháng lọc

Cấu trúc hμm truyền của động cơmột chiều