TIÊU CHUẨN TỐI ƯU ĐỐI XỨNG
Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng
Tiêu chuẩn tối ưu đối xứng được sử dụng để tổng hợp các bộ điều chỉnh trong mạch yêu cầu cấp vô sai cao và hiệu quả trong việc tổng hợp các bộ điều chỉnh theo quan điểm nhiễu loạn.
Hình 1.1: Cấu trúc hệ truyền động điện Hàm theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng có dạng sau:
Và có đường đặc tính quá độ là đường 1 như hình 1.2
Dạng đặc tính quá độ:
+) Độ quá điều chỉnh 43,4% tại thời điểm khoảng 7τ σ
+) Đặc Tính quá độ đi qua giá trị đặt 1 khi t=3,1τ σ và 11,4τ σ
+) Xác lập sau 16,5τσ với 2 lần giao động ±2% 1
Hình 1.2: Đường đặc tính quá độ
+) Các hệ số của hàm truyền thoả mãn điều kiện:
Hệ hàm kím với C0=0 và C1=0 đảm bảo tính ổn định cho hệ điều khiển, đáp ứng yêu cầu vô sai cấp cao và khả năng xử lý nhiễu loạn hiệu quả.
Khâu vi phân 4T S trên tử số của Fdx đã tạo ra độ quá chỉnh lớn cho hệ, lên tới 43% Để giảm độ quá điều chỉnh, thường thêm một khâu quán tính với hằng số thời gian bằng 4T S, giúp giảm độ quá điều chỉnh xuống còn 8,1%.
Hình 1.3: Sơ đồ giảm độ quá điều chỉnh của bộ điều chỉnh.
Hàm truyền của mạch điều chỉnh sẽ là:
Các bước phương pháp tổng hợp:
+) Tính hàm truyền của đối tượng mở rộng – hệ hở So(s)
+) Đưa vào hệ khâu ĐC có hàm truyền chưa biết R(s)
+) Tính hàm truyền hệ kín So(s) và gán nó bằng vế phải FDX(s)
+) Suy ra dạng hàm truyền R(s)=>Xác định luật điều khiển của bộ ĐC
+) Tính các tham số của bộ ĐC theo các thông số của S0(s)
Áp dụng F dx tổng hợp một số hệ
-Xét hệ hở có dạng hàm truyền vô sai cấp 1
S s K s T s T (1.5) Để dẫn ra ý nghĩa của tiêu chuẩn, xét thí dụ hệ thống S0(s) có dạng vô sai cấp 1 nhưng lại dùng bộ điều chỉnh kiểu PI:
KT s s T s T (1.6) Trong đó Ts có thể là tổng của các hằng thời gian nhỏ
(1.7) Áp dụng điều kiện của tiêu chuẩn tối ưu ta tìm được các phương trình đặc tính:
Giải hệ phương trình trên ta tìm được:
Thay (1.9) vào công thức (1.7) ta có:
Hàm truyền dạng tối ưu đối xứng với τσ = Ts:
-Xét hệ hở có chứa khâu quán tính thứ 2
Hàm truyền của đối tượng có chứa khâu quán tính thứ hai với hằng số thời gian lớn T2:
- Hệ hữu có khâu quán tính lớn T1 >>Ts
Trong trường hợp đối tượng là hệ hữu có khâu quán tính lớn T1 >>Ts chỉ có thể làm gần đúng để đưa về dạng:
HỆ T-Đ, TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN, MẠCH VÒNG TỐC ĐỘ
Hệ Truyền động T-Đ
Khi sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển, cụ thể là các bộ chỉnh lưu sử dụng thyristor, để tạo nguồn một chiều cho phần ứng của động cơ điện một chiều, hệ thống này được gọi là hệ T - Đ.
Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều điều khiển ngược, cho phép điều chỉnh hiệu quả dòng điện ra.
Hoạt động của mạch được xác định bởi nguồn điện xoay chiều, cho phép thực hiện chuyển mạch dòng điện giữa các phần tử lực một cách hiệu quả.
Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:
Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha
Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia
Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển
Hình 2.1: Hệ thống truyền động T-Đ
Udo phụ thuộc mạch chỉnh lưu
Vậy nguyên tắc điều chỉnh tốc độ hệ T-Đ là điều chỉnh góc phát xung trong mạch chỉnh lưu
2.1.1 Hệ truyền động T-Đ không đảo chiều
Tùy thuộc vào góc α và điện cảm của cuộn kháng lọc, mạch chỉnh lưu có khả năng hoạt động ở hai chế độ tải khác nhau: tải liên tục và tải gián đoạn, phù hợp với đặc điểm của tải động cơ.
Khi dòng điện liên tục, nếu van chưa được khóa thì van tiếp theo sẽ mở Việc van tiếp theo mở là điều kiện cần thiết để khóa van đang dẫn.
K tốc độ tải không giả tưởng
:Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu Động cơ làm việc ở chế độ động cơ khi E>0 Động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược khi E đổi chiều
Bộ biến đổi hoạt động ở chế độ nghịch lưu, chuyển đổi cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều với tần số tương ứng của lưới điện và trả lại cho lưới Động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính chất thế năng.
Khi dòng điện gián đoạn:
Hiện tượng dòng gián đoạn xảy ra khi điện kháng trong mạch không đủ lớn, dẫn đến việc dòng điện tải trở thành gián đoạn nếu sức điện động của động cơ đủ lớn Trong trạng thái này, dòng qua bất kỳ van nào sẽ bằng 0 cho đến khi van kế tiếp mở.
Do vậy một trong những khoảng dẫn của van thì sức điện động của chỉnh lưu sẽ bằng điện áp nguồn với Ed=U2 và 0 ≤ θ ≤ λ trong đó: λ là khoảng dẫn
2.1.2 Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều Để đảo chiều tốc độ động cơ cần phải dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược còn gọi là chỉnh lưu kép, nguyên tắc điều khiển hai bộ chỉnh lưu:
Khi CL1 hoạt động ở chế độ chỉnh lưu và CL2 ở chế độ nghịch lưu, dòng chỉnh lưu sẽ chạy theo chiều dương (+), dẫn đến động cơ quay theo chiều thuận.
Khi CL2 hoạt động ở chế độ chỉnh lưu và CL1 ở chế độ nghịch lưu, dòng chỉnh lưu sẽ chạy theo chiều âm (-), dẫn đến tốc độ động cơ quay ngược.
Có thể đảo chiều động cơ bằng hai cách:
+) Đảo chiều điện áp phần ứng
Để ngăn chặn việc truyền năng lượng từ bộ chỉnh lưu CL1 sang bộ chỉnh lưu CL2 về lưới điện, cần đảm bảo điều kiện E d NL ≥ E d CL Để điều khiển hai bộ chỉnh lưu hoạt động theo các chế độ yêu cầu, có thể áp dụng phương pháp điều khiển chung hoặc riêng.
Hệ này có hai phương pháp điều khiển:
-Phương pháp điều khiển riêng:
Trong hệ thống chỉnh lưu, hai mạch hoạt động độc lập, nghĩa là khi một mạch đang làm việc thì mạch kia sẽ ngừng hoạt động Tín hiệu điều khiển chỉ được cung cấp cho bộ chỉnh lưu đang hoạt động, trong khi bộ chỉnh lưu không hoạt động sẽ không nhận tín hiệu điều khiển, dẫn đến việc không có dòng cân bằng.
-Phương pháp điều khiển chung:
Cả hai mạch chỉnh lưu hoạt động đồng thời nhưng ở chế độ khác nhau; một mạch hoạt động ở chế độ chỉnh lưu trong khi mạch kia hoạt động ở chế độ nghịch lưu Điều kiện cần thiết để đảm bảo sự cân bằng dòng chảy giữa hai mạch này là α1 + α2 = π.
Khi đó, các đặc tính cơ của hệ T – ĐM gần giống hệ F - Đ
2.1.3 Đánh giá chất lượng của hệ T-Đ
+, Hệ (T-Đ) tác động nhanh, tổn thất năng lượng ít,
+, Kích thước và trọng lượng nhỏ, không gây ồn
+, Dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại lớn
+, Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa
+, Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống
+, Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền động có tải nhỏ
+, Áp dụng các phương pháp điều chỉnh thích hợp như điều chỉnh thích nghi (thích nghi với các chế độ khác nhau).
Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Hình 2 2: Sơ đồ khối mạch vòng
+, Ri: bộ điều chỉnh dòng điện
+, HCĐ: phần tử hạn chế dòng điện trong quá trình quá độ
+ BĐ: bộ biến đổi công suất: chỉnh lưu hoặc băm xung áp
+, ĐC: động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
+, Uk: điện áp mạch kích từ
+, Sensor dòng điện Si: đo dòng điện phần ứng động cơ
+, Sensor dòng điện Sw: đo dòng điện phần ứng động cơ
Trong đó, hàm truyền các khâu là:
+, Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: d
+, Bộ biến đổi chỉnh lưu: d ax
Nguyên tắc tổng hợp: Tổng hợp từ trong ra ngoài, tổng hợp vòng nhỏ trước, vòng lớn tổng hợp sau
2.2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua E ứng
Hình 2.3: Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện
+, Tf: hằng số thời gian của mạch lọc
+, Tdk: hằng số mạch điều khiển
+, Tvo: hằng số mạch chỉnh lưu
+, Tư: hằng số phần ứng và cảm biến dòng điện
+, Rư: điện trở phần ứng
+, Ui đ: điện áp đặt vào dòng điện
+, Ui: điện áp phản hồi dòng điện
Khi hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học lớn hơn hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng (Tc > 10 Tư), sức điện động của động cơ không ảnh hưởng đến quá trình điều khiển của mạch vòng dòng điện, dẫn đến ∆E = 0 và E = 0.
Do Tf, Tdk, Tvo, Ti TCL
