Luận văn
Nghiên cứu tổng hợp bộ
điều chỉnh lai sử dụng
trong hệ thống tuỳ động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tự làm và nghiên cứu,
trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài liệu
tham khảo.
Tác giả luận văn
Hoàng Anh Tuấn
đƣợc áp dụng hiệu quả nhất trong các quá trình chƣa xác định rõ hay không thể đo
đạc chính xác đƣợc, trong các quá trình điều khiển ở điều kiện thiếu thông tin.
Chính khả năng này của điều khiển mờ đã giúp giải quyết thành công các bài toán
phức tạp, các bài toán mà trƣớc đây không giải đƣợc.
Sau hơn 2 năm học tập tại trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên, tôi đã đƣợc đào tạo và tiếp thu đƣợc những kiến thức hiện đại và tiên tiến
nhất trong lĩnh vực tự động hoá. Trƣớc khi tốt nghiệp cao học, tôi nhận đƣợc đề tài:
“Nghiên cứu tổng hợp bộ điều chỉnh lai sử dụng trong hệ thống tuỳ động”
Nội dung của bản luận văn đƣợc đƣa chia làm 4 chƣơng:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Chương II: Đo kiểm tín hiệu vị trí.
Chương III: Thiết kế ứng dụng bộ diều khiển thông thường.
Chương IV: Thiết kế bộ điều khiển mờ lai.
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Nguyễn Nhƣ
Hiển - ngƣời đã hƣớng dẫn tận tình và giúp tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.
Tôi xin trân thành cảm ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trƣờng Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn
thành luận văn.
Tôi xin trân thành cảm ơn Khoa sau Đại học, xin trân thành cảm ơn Ban
giám hiệu Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi
nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khoá học.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 30 tháng 4 năm 2008
Ngƣời thực hiện Hoàng Anh Tuấn
4
I.4.1.
Hệ thống tuỳ động kiểu mô phỏng
4
I.4.2.
Hệ thống tuỳ động kiểu số
5
I.4.3.
Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số
7
CHƢƠNG 2
ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ
9
II.1.
Sensin
9
II.2.
Bộ biến áp quay
14
II.3.
Bộ đồng bộ cảm ứng
16
II.4.
Đĩa mã quang điện
19
II.4.1.
Đĩa mã kiểu gia số.
19
II.4.2.
Đĩa mã kiểu trị tuyệt đối
31
III.2.2.1.
Tín hiệu vào điển hình
32
III.2.2.2.
Sai số nguyên lý của hệ thống loại I
33
III.2.2.3.
Sai số nguyên lý hệ thống loại II
35
III.2.2.4.
Nhân tố phẩm chất của trạng thái ổn định
36
III.2.2.5.
Sai số nhiễu
37
III.3
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy nâng
40
III.3.1.
Hàm truyền của động cơ điện
42
III.3.2.
Bộ chỉnh lƣu bán dẫn Thyristor
47
III.3.3.
Hàm truyền của máy phát tốc
48
III.3.4.
Hàm truyền của thiết bị đo dòng điện
III.6.1.
Tính toán các thông số hệ tuỳ động vị trí đối với động
cơ điện một chiều kích từ độc lập
57
III.6.2.
Mô phỏng hệ điều khiển vị trí sử dụng bộ điều khiển
PID
61
CHƢƠNG
IV
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI
65
IV.1
Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
66
IV.2.
Nguyên lý điều khiển mờ
68
IV.3.
Những nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ
68
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
IV.4.
Các bộ điều khiển mờ
74
IV.4.1.
Phƣơng pháp tổng hợp kinh điển
74
IV.4.2.
Bộ điều khiển mờ tĩnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
I.1. Ứng dụng của hệ thống tuỳ động vị trí
Hệ thống tuỳ động vị trí được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế. Nhiệm vụ cơ
bản của nó chính là thực hiện sự bám sát chính xác cơ cấu chấp hành đối với chỉ
lệnh vị trí (lượng cho trước), đại lượng điều khiển (lượng đầu ra) thường là vị trí
không gian của phụ tải, tức lượng cho trước thay đổi theo máy, hệ thống có thể làm
cho đại lượng điều khiển bám sát và khôi phục đối tượng điều khiển một cách chính
xác không có nhầm lẫn. Ví dụ điều khiển cơ cấu ép trục cán trong quá trình cán kim
loại, phải làm cho khe hở giữa hai trục cán có thể tiến hành tự điều chỉnh; điều
khiển quỹ tích gia công của máy cắt điều khiển số và điều khiển bám của máy cắt
mô phỏng hình; cơ cấu nâng hạ có thể làm cho dừng chính xác ở những vị trí mong
muốn; cơ cấu lái tự động tàu thuyền có thể làm cho góc lệch của lá chân vịt đặt ở
đuôi tàu thuyền phỏng đúng theo góc quay của bánh lái (vô lăng) đặt ở buồng lái
điều khiển tàu thuyền đi đúng tuyến đường đã vạch ra; cơ cấu điều khiển anten rađa
của cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm đúng mục tiêu; điều khiển
động tác của người máy. Những ví dụ trên đây đều là những ứng dụng cụ thể về hệ
thống điều khiển tuỳ động vị trí.
Chỉ lệnh vị trí (cơ cấu cho trước) trong hệ thống tuỳ động vị trí cũng như đại
lượng điều khiển là vị trí (hay đại lượng điện đại diện cho vị trí), đương nhiên có
thể là chuyển vị góc, chuyển vị dài. Vì thế hệ thống tuỳ động buộc phải là hệ thống
vậy có thể chuyển tham số vị trí trực tiếp thành đại lượng điện ở đầu ra.
+ Bộ khuếch đại so sánh điện áp: Do bộ khuếch đại OA1, OA2 tạo thành,
trong đó bộ khuếch đại OA1 chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, còn bộ khuếch đại OA2 có
tác dụng so sánh và khuếch đại điện áp. Tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều khiển bộ
khuếch đại công suất kế tiếp, đồng thời có khả năng nhận biết cực tính điện áp.
+ Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: Để dẫn động động cơ chấp hành của hệ
thống tuỳ động chỉ có khuếch đại điện áp là chưa đủ, còn phải khuếch đại công suất,
R
1
R
2
-
+
-
+
Bộ
KĐCS
Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động vị trí kiểu chiết áp
RP1
RP2
+
-
nSố hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
công suất khuếch đại do Thyristor hoặc do bóng bán dẫn công suất lớn tạo thành
mạch điện chỉnh lưu, điện áp do nó đưa ra mới đủ khởi động động cơ SM.
+ Cơ cấu chấp hành: Động cơ bám SM để dẫn động cơ cấu chấp hành mang
phụ tải (dàn anten rađa), giữa động cơ và phụ tải còn phải phối hợp ăn ý với bộ
giảm tốc.
Bốn bộ phận trên đây không thể thiếu để tạo nên hệ thống điều khiển tuỳ
động vị trí. Song chỉ có linh kiện hoặc thiết bị cụ thể là có thể khác nhau, ví dụ có
thể dùng các bộ đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động cơ bám khác nhau (một chiều
hay xoay chiều)…
b.Nguyên lý làm việc
Từ hình 1-1 ta có thể thấy, lúc vị trí trục quay hai chiết áp RP
1
và RP
2
là như
khiến cho cũng tăng lên. Chỉ cần <
đ
thì động cơ luôn luôn quay theo
chiều để ra đa thu hẹp độ lệch, chỉ có lúc
đ
= , độ lệch
= 0, U
ct
= 0, U
d
= 0 hệ
thống mới ngừng quay rồi ở vào trạng thái ổn định mới ( trạng thái xác lập).
Nếu góc cho trước
đ
giảm xuống, thì chiều chuyển động của hệ thống sẽ
ngược lại với trường hợp trên. Rõ ràng là hệ thống này hoàn toàn có thể thực hiện
được yêu cầu đại lượng điều khiển bám đuổi chính xác đại lượng cho trước
đ
.
I. 3. So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc
Thông qua phân tích ở trên dễ dàng nhận ra những chỗ khác nhau và giống
nhau giữa hệ thống tuỳ động vị trí (hệ thống tuỳ động) và hệ thống điều tốc. Cả hai
đều là hệ thống phản hồi, tức là thông qua việc so sánh lượng đầu ra của hệ thống
với lượng cho trước tạo dựng mạch vòng kín điều khiển, vì vậy nguyên lý của hai
hệ thống này là giống nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
5 Máy cắt theo khuôn dùng cách áp tựa khuôn mẫu đưa ra chỉ lệnh vị trí là một
ví dụ thực tiễn ứng dụng hệ thống tuỳ động vị trí kiểu mô phỏng.
I.4.2. Hệ thống tuỳ động kiểu số
I.4.2.1. Hệ thống tuỳ động kiểu pha số
Hệ thống điều khiển góc pha số như hình 1-3, đây là một loại hệ thống tuỳ
động dùng rộng rãi trong máy công cụ điều khiển số, về thực chất nó là một hệ
thống điều khiển phản hồi của mạch vòng kín góc pha ( hay còn gọi là mạch vòng
kín khoá pha). Mạch vòng vị trí của nó gồm có ba bộ phận là mã số vị trí góc pha
cho trước, mã số vị trí góc pha phản hồi và mã số so sánh góc pha, tức là ba bộ
phận gồm các chữ số cho trước, bộ đo kiểm vị trí và bộ nhận dạng góc pha như
trong hình 1-3.
Nhiệm vụ của bộ mã số cho trước biến thành xung số, sau đó lại qua mã số
góc pha biến đổi (D/A), nếu xuất hiện một lệnh phát xung thì nó sẽ đưa ra một
đương lượng xung vượt trước hoặc chậm sau góc pha cho trước
đ
của điện áp
sóng chữ nhật, đại lượng xung tương đương này có thể băm ra rất nhỏ để giữ cho
hệ thống có độ chính xác rất cao. Một loạt xung xuất hiện sẽ làm góc pha trước của
điện áp dịch chuyển theo một tốc độ nào đó trước hoặc chậm, tốc độ của nó phụ
thuộc vào tần số xung.
Vị trí
cho
trước
Bộ phận đo kiểm vị trí sinh ra phản hồi góc pha, chức năng của nó là biến
đổi chuyển vị của bàn máy thành chuyển vị góc pha của điện áp có xung chữ
nhật cùng với tần số xung chữ nhật cho trước, có thể dùng bộ đồng bộ cảm ứng để
thực hiện sự chuyển đổi chuyển vị – góc pha, độ chính xác của nó có thể đạt tới
0.001m, vì thế góc pha của nó có thể phản ánh chính xác vị trí thực tế của máy.
Chức năng chủ yếu của bộ diện pha là so sánh góc pha cho trước
đ
với góc
pha phản hồi , đổi độ lệch của chúng =
đ
- thành điện áp mô phỏng, cực
tính của điện áp mô phỏng này phải phù hợp với cực tính của sai số góc pha.
Lượng đầu ra của bộ nhận diện pha sau khi biến đổi sẽ trở thành đại lượng cho
trước của bộ điều tốc, sau khi phóng đại công suất động cơ điều khiển và bàn thao
tác của máy sẽ dịch chuyển theo hướng loại bỏ sai số, vì vậy làm cho luôn bám
sát
đ
, tức là làm cho bàn máy thao tác tuân theo chỉ lệnh của yêu cầu chuyển động.
Bộ nhận diện có thể làm thành dạng số, như vậy độ chính xác của hệ thống
có thể đạt tới mức cao hơn. Lúc mạch vòng kín góc pha làm việc, vị trí của cơ cấu
chấp hành chịu sự điều khiển của tín hiệu cho trước, góc pha của tín hiệu phản hồi
bị khoanh lại trong một phạm vi góc pha nhất định của tín hiệu cho trước, vì thế hệ
I.4.2.2. Hệ thống tuỳ động điều khiển xung số Trong hệ thống tuỳ động điều khiển tham số, tín hiệu cho trước là chỉ lệnh
xung D
*
, với chức năng cực lưới phát ra xung số D, chúng có thể lần lượt đi vào đầu
phép cộng hoặc phép trừ của thuật toán đảo chiều. Sau khi tính toán sẽ tính được độ
lệch của xung D = D
*
- D + D
o
, trong đó D
o
là hằng số nhằm khắc phục ảnh hưởng
của độ lệch kim chỉ 0 trong bộ khuếch đại tới bộ thuật toán. Tín hiệu sai lệch này
khi qua chuyển đổi mô phỏng trở thành tín hiệu cho trước của bộ điều tốc, lại qua
bộ khuếch đại công suất, làm cho động cơ và bàn thao tác của máy chuyển động
theo hướng loại bỏ sai số. Nhờ độ chính xác của cảm biến quang trở rất cao nên hệ
thống này có thể đạt được độ chính xác điều khiển rất cao.
I.4.3. Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số
Số liệu
cho trước
Bộ thuật
toán đảo
chiều
Bộ điều
khiển tốc
độ
hành
Bàn máy
Vị trí đo kiểm
(Cảm biến quang trở)
D
*
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
Trong hệ thống này, lượng cho trước thường là tín hiệu mã số nhị phân. Linh
kiện đo kiểm là đĩa mã số quang điện hay bộ phát xung phản hồi kiểu số khác, dựa
vào mạch điện chuyển đổi nhận được tín hiệu mã số nhị phân, gắn kết lại tạo thành
bộ chuyển đổi “góc- số” hoặc bộ chuyển đổi “chuyển vị – số”. Tín hiệu đầu ra và tín
hiệu mã số của nó đồng thời nhập vào máy tính tiến hành so sánh và xác định sai số,
theo một quy luật chuyển đổi nhất định ( như chuyển đổi PID), tạo nên tín hiệu hiệu
chỉnh kiểu số, sau đó lại chuyển đổi số thành tín hiệu điện áp, lấy đó làm giá trị cho
trước của bộ điều tốc. Lúc sử dụng máy tính điều khiển, quy luật điều khiển của hệ
thống có thể được thay đổi dễ dàng thông qua thay đổi phần mềm, nhờ vậy độ linh
hoạt của phương pháp điều khiển được tăng lên rất nhiều.
Dù cho hệ thống tuỳ động là kiểu mô phỏng hay kiểu số thì cấu trúc mạch
vòng kín của chúng cũng có thể có nhiều dạng khác nhau. Ngoài những dạng này
hay dùng của hệ thống ba mạch vòng vị trí, tốc độ, dòng điện còn có thể sử dụng
những phương pháp khác: Hoặc là chỉ có mạch vòng vị trí, mạch vòng tốc độ mà
không có mạch vòng dòng điện; hoặc là chỉ có mạch vòng vị trí, mạch vòng dòng
điện mà không có mạch vòng tốc độ; hoặc là chỉ có một mạch vòng vị trí. Các
phương án khác nhau có ứng dụng riêng của nó.
công suất lớn hơn thì máy tự chỉnh góc kiểu mômen không thể làm cho nó quay
được và phải dùng máy tự chỉnh góc kiểu điều khiển. Nối máy nhận tin tự chỉnh góc
thành trạng thái bộ biến áp, mà đầu ra của nó phải thông qua khâu khuếch đại trung
gian để dẫn động phụ tải, tạo thành hệ thống tuỳ động sensin.
+ Ta đi tìm hiểu và phân tích nguyên lý làm việc Sensin một pha (như hình
2-1).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
Sensin gồm một tổ cuộn dây kích từ một pha và một tổ cuộn dây chỉnh bước
ba pha. Tổ cuộn dây kích từ lắp đặt trên rôto, cực từ kích thích thường làm thành
dạng cực ẩn. Như vậy có thể làm cho trở kháng đầu vào không thay đổi theo vị trí
của rôto, tổ cuộn dây chỉnh bước là tổ cuộn dây ba pha, thường được quấn rải, lắp
trên stator lệch pha nhau 120
o
đấu theo hình sao.
Sensin kiểu điều khiển dùng để biến đổi điện áp góc quay. Lúc sử dụng lấy
ba dây dẫn đấu đầu ra cuộn dây stator của hai máy tự chỉnh góc với nhau, tổ cuộn
dây rôto của máy phát tin BST nối với nguồn điện kích từ xoay chiều một pha, còn
đầu ra tổ cuộn dây rôto máy nhận tin BSR là điện áp tín hiệu u
bs
của chuyển vị góc,
như trên hình 2-2.
f
o'
b2
bsr
c2
a2
~u
bst
b1
c1
o
a1
ib
ia
e1b
e1c
e1a
ic
'
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
Dòng điện do nó gây nên sinh ra từ thông
f
trong lõi sắt của máy phát tin,
kéo theo là sức điện động cảm ứng e
fmbsa1
1
o
fmbsa1
1fmbsa1
θ+120costωsinUk=e
θ-120costωsinUk=e
θcostωsinUk=e
Trong đó, k
bs
là hệ số tỷ lệ giữa sức điện động tổ cuộn dây stato và sức điện
động tổ cuộn dây rôto, liên quan tới tham số cuộn dây.
Ba sức điện động này sẽ sinh ra sức dòng điện trong các cuộn dây stato của
máy phát tin và máy nhận tin, bởi vì 3 cuộn dây như nhau, nên về mặt thời gian mà
nói 3 dòng điện này vẫn bằng nhau, chỉ có độ lớn biên độ là khác nhau, 3 dòng điện
trong hình 2-2 lần lượt là:
( )
( )
( )
( )
( )
1
o
ïmbs
a
1
o
ïmbs
a
tg=α
1-
Khi số vòng của 3 tổ cuộn dây là như nhau, bố trí lệch nhau 120
o
thì điện
kháng X của 3 cuộn dây là bằng nhau.
Sau khi dòng điện xoay chiều chạy vào các cuộn dây Stator của máy nhận
tin, các cuộn dây đó sẽ trở thành cuộn kích từ, sức từ động trên phương của trục 3 tổ
cuộn dây lần lượt là:
( )
( )
( )
( )
( )
1
o
a2
1
o
a2
1a2
θ+120cosα-tωsinF=F
θ-120cosα-tωsinF=F
θcosα-tωsinF=F
Trong đó: F-giá trị biên độ sức từ động của hệ số liên quan bao gồm giá trị dòng
điện
Z
UK
FFFF
Sức từ động tổng hợp trong lõi sắt từ sinh ra từ thông tổng hợp
2
, sau đó trong
cuộn dây rôto máy nhận tin sinh ra điện áp cảm ứng u
bs
, điện áp này về mặt thời
gian vượt trước từ thông
2
một góc 90
o
, vì vậy:
u
bs
= U
bsm
sin(t- + 90
o
)cos(
1
-
2
) (2-1)
Trong đó: U
bsm
- là giá trị cực đại của điện áp đầu ra u
bs
Từ biểu thức (2-1) có thể thấy:
2
= 0,
điện áp đầu ra lại là cực đại và tăng theo sai số góc, điện áp đầu ra giảm xuống. Còn
trong thực tế sử dụng, thường mong muốn khi sai số góc = 0, điện áp đầu ra
cũng bằng không. Mặt khác khi
2
vượt trước
1
, sai số góc < 0, nhưng bởi vì
cos(-) = cos, nghĩa là góc pha của điện áp u
bs
không phản ánh đúng cực tính
của sai số góc. Vì vậy, lúc lấy đường trục A
1
của tổ cuộn dây stator làm vị trí 0 của
máy phát tin, tổ cuộn dây rôto máy nhận tin cho vượt trước 90
o
, đồng thời đặt
đường tâm trục A
2
của tổ cuộn dây stator ở vị trí vuông góc đổi thành vị trí 0 của
máy nhận tin như trên hình 2-3.
Trong hình
Cũng có thể viết thành:
( )
( )
2-290+tωsinθΔsinU=u
o
bsmbs
Trong đó: - góc mất điều chỉnh,
,
21
Như vậy lúc góc mất điều chỉnh = 0, điện áp đầu ra cũng bằng không,
cũng rất phù hợp với yêu cầu thực tế, đồng thời cũng có thể thấy giá trị biên độ của
điện áp đầu ra u
bs
không liên quan gì đến vị trí tuyệt đối của bản thân máy phát tin
và máy nhận tin, mà chỉ tỷ lệ thuận với sin của góc mất điều chỉnh .
Máy tự chỉnh góc phân ra ba cấp chính xác là 1,2,3, sai số nằm trong khoảng
0.25
0
đến 0.75
0
.
a1
o
c1
b1
bst
và có những công dụng khác nhau và
có những công dụng khác nhau, riêng trong hệ thống tuỳ động nó được dùng làm
cảm biến chuyển vị góc.
Hình 2-4 là sơ đồ nguyên lý bộ biến áp quay, hai cuộn dây S
1
và S
2
lần lượt
được kích từ bởi hai điện áp xoay chiều hình sin u
1
, u
2
với biên độ hai góc pha bằng
nhau, lệch pha nhau 90
0
, nghĩa là:
u
t
(t) = U
m
sin
o
t
u
z
(t) = U
m
Cos
o
t
ubr
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
pha làm tín hiệu phản hồi có thể tạo nó thành hệ thống tuỳ động điều khiển góc
pha.
Nếu muốn kiểm tra sai số góc giữa trục cho trước với trục cơ cấu chập hành,
cũng giống như máy tự chỉnh góc dùng một cặp bộ biến áp quay nối liền trục cho
trước với bộ phát tin biến áp quay BRT, nối trục cơ cấu chấp hành với bộ nhận tin
biến áp quay BRR. Cách nối dây như trên hình 2-5.
Đưa điện áp kích từ xoay chiều u
f
lên một tổ cuộn dây bất kỳ của rôto, còn
tổ cuộn dây kia được nối ngắn mạch hoặc nối tiếp với một điện trở xác định làm
nhiệm vụ bù. Từ thông thành phần
r1
,
r2
trong bộ nhận tin, chúng hợp thành từ
thông
r
. Nếu vị trí rôto của hai biến áp quay đồng nhất, thì từ thông
r
sẽ song song
với cuộn dây R
2r
của rôto bộ nhận tin, sức điện động cảm ứng trong R
2r
sẽ cực đại.
Độ chính xác của bộ biến áp quay được đánh giá chủ yếu bởi sai số hàm số
và sai số vị trí 0. Sai số hàm số biểu thị tỷ số giá trị chênh lệch cực đại của đồ thị
Hình 2-5 Thiết bị đo kiểm sai số góc do biến áp quay tạo thành
brt brr
f1
f2 r2
f
r2i
r
r1i
s2i
s2r
r1r
r2r
s1i
r1
s1r
~u
f
u
br
động tương đối với thân máy. Khe hở giữa thước trượt và thước cố định rất nhỏ
(0,25 ± 0,005mm). Trên thước cố định được khắc chia rất tinh tế bằng mạch in tạo
thành một bộ cuộn dây, tương đương với tổ cuộn dây đầu ra của bộ biến áp quay.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
Trên thước trượt khắc hai bộ cuộn dây, một bộ gọi là bộ dây hình sin, bộ kia gọi là
bộ dây hình cosin. Khi một trong hai bộ đó trùng khít với cuộn dây trên thước cố
định thì bộ kia sẽ ở cách 1/4 bước (khoảng cách khắc độ), nghĩa là cách nhau 90
o
góc quay điện và thể hiện hai tổ cuộn dây vuông góc nhau, như trên hình 2-6. Theo trạng thái làm việc, có thể chia hai bộ đồng bộ cảm ứng thành hai loại
là loại nhận biết pha và loại nhận biết biên độ. Nếu làm cho bộ đồng bộ cảm ứng
làm việc ở trạng thái nhận biết pha, chỉ cần cấp cho hai cuộn dây kích từ của thước
trượt điện áp kích từ hình sin có giá trị biên độ bằng nhau, cùng tần số nhưng lệch
pha 90
o
. Lúc này, với phương pháp phân tích tương tự như ở bộ biến áp quay, có thể
tìm ra được điện áp cảm ứng trên cuộn dây thước cố định là:
từ không thay đổi, thì giá trị biên độ của nó sẽ là hằng số, còn góc pha tỷ lệ thuận
với chuyển vị cơ học của thước trượt, cứ cách nhau một bước lặp lại một lần. Bộ
đồng bộ cảm ứng ở trạng thái này trên thực tế là một bộ biến đổi góc quay- pha.
Nếu làm cho bộ đồng bộ cảm ứng làm việc ở trạng thái nhận biết biên độ thì
phải cấp điện áp kích từ U
f
sin
o
t cho cuộn dây thước cố định. Lúc này trong cuộn
dây của thước động sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng:
t
T
x
Umtu
t
T
x
Umtu
ofB
ofA
sin
2
sin')(
sin
2
cos')(
x
Um
f 0
'
sin
2
sin
2
cos
. Sau đó lấy hai tín hiệu này trừ cho nhau làm tín hiệu
đầu ra để điều khiển, sẽ có:
62
2
sinsin
2
cos
2
sin
2
cos
2
sinsin
0
'
0
Từ biểu thức trên có thể thấy biên độ điện áp đầu ra được điều biên theo (X-
x), lúc hệ thống vận hành ở giá trị sai số bằng 0 ( góc quay tương đối của giá trị sai
số nằm trong phạm vi 2) điện áp đầu ra cũng bằng không.
Hệ thống tuỳ động do hai trạng thái làm việc của bộ đồng bộ cảm ứng tạo
nên đều có thể đạt độ chính xác rất cao, đó là vì điện áp cảm ứng đầu ra do chuyển
động tương đối giữa thước trượt và thước cố định trực tiếp sinh ra, không qua một
Copyright: Tài liệu đại học ©