Chơng 4
Vấn đề sai số vị trí và hàm truyền của một số
mạch điều khiển hệ thủy lực

4.1. Các khái niệm về điều khiển hệ hở và hệ kín
Điều khiển tự động nói chung và hệ điều khiển tự động thủy lực nói riêng đã đợc
trình bày trong giáo trình "Điều khiển tự động trong lĩnh vực cơ khí " hoặc có đề cập ở
các chơng trớc.
Chơng này sẽ giới thiệu thêm một số vấn đề cơ bản về điều khiển tự động thủy lực
mà các sách, tài liệu khác cha đề cập đến.
Trớc hết hãy phân biệt khái niệm mạch điều khiển hở và mạch điều khiển kín.
4.1.1. Hệ điều khiển mạch hở
Ví dụ khi điều khiển vận tốc của một chiếc xe chuyển động trên đờng thì tín hiệu
điều khiển là tác động của chân vào bàn đạp (chân ga). Tín hiệu ra là tốc độ của xe, sự
thay đổi tốc độ chuyển động của xe phụ thuộc vào sự thay đổi của tiết lu nhiên liệu,
tức là sự thay đổi của bàn đạp ga (hình 4.1a ). Động cơ và hệ
truyền động
Tốc độ ra
Tín hiệu
vào
a)
Động cơ và hệ
truyền động
Tốc độ ra
thay đổi
Tín hiệu
vào
b)


82

G
R
t
0

R
U.G = R
U
U
U
a)
t
t

b)
Hình 4.2. Đáp ứng lý thuyết của hệ hở
a- Sơ đồ khối ký hiệu hệ hở;
b- Đáp ứng lý thuyết khi tín hiệu vào là sóng chữ nhật.

Trong thực tế không có một hệ thống vật lý nào có thể có đợc đáp ứng ngay lập tức.
Tất cả các phần tử vật lý, cơ cấu hay thiết bị nói chung đều có quá trình động lực học ở

Q
Q
I
t
V
S
O
0
Đáp ứng lý thuyết
L
t
v
Đáp ứng thực tế

b)
a) b)
t
24
6

8

10

R(t)
1,00
0,75
0,50
0,25
Hình 4.4. Ví dụ về thời gian đáp ứng của hệ truyền động thủy lực

Để điều khiển lu lợng hoặc áp suất cung cấp cho bộ truyền tải (xylanh hoặc động
cơ dầu) ngời ta sử dụng van điện thủy lực có sơ đồ khối nh ở hình 4.5. U (s)
G
V
(s)
I(s)

(s) =
)s(G.A
)s(U
)s(R
v
=
(4.3)
Thực tế thời gian đáp ứng của cụm van điện thủy lực cũng rất nhỏ nên khi cần thiết
có thể coi G
AV
(s) là một khâu khuếch đại, tức G
AV
= K
A
.G
V
là hằng số.
4.1.2. Hệ điều khiển mạch kín
Trở lại ví dụ về điều khiển tốc độ của xe ở hình 4.1. Nếu trên bộ phận tiết lu nhiên
liệu chúng ta lắp thêm một thiết bị điều khiển (hình 4.6) thì có thể tự động điều khiển
tốc độ của xe theo tín hiệu ban đầu mà không bị ảnh hởng bởi các yếu tố tác động
khác.
Tín hiệu điều khiển đợc chuyển qua tín hiệu điện áp, cảm biến tốc độ sẽ chuyển tốc
độ thực của xe thành tín hiệu điện áp tơng ứng để so sánh với tín hiệu điện áp điều
khiển nhằm tự động hiệu chỉnh các sai lệch tốc độ do ảnh hởng của tác động bên
ngoài.

85
Bộ điều
khiển
10

30

60

9
120

150

Tín hiệu phản hồi
Tín hiệu tác động vào
Các yếu tố tác động bên ngoài
Tốc độ
U(S)
G(S)
+

E(S)
H(S)
F(S)
R(s)
a)
U(S)
G(S)
F(S) = 0
H(S)

K
(s) (4.9)
trong đó : G(s) - hàm truyền hệ hở;
G
K
(s)- hàm truyền hệ kín.
Theo mô hình mạch hở ở hình 4.7b thì :
)s(U
)s(F
= G(s). H(s) (4.10)
Tín hiệu phản hồi F(s) còn sử dụng để điều chỉnh các hệ số hiệu chỉnh cũng nh hệ
số khuếch đại K
A
phù hợp với yêu cầu của mạch điều khiển.
Nếu G(s). H(s) >> 1 thì công thức (4.9) có thể lấy là :
G
K
(s) =
)s(U
)s(R
=
)s(G).s(H1
)s(G
+

)s(G).s(H
)s(G
=
)s(H
1

M
G
(S)
max
độ ổn định với hàm truyền G(s)
M- Biểu thị cho sai số vị trí; N- Biểu thị cho mức độ không ổn định;
max
)s(
G
- Giá trị cho phép của hàm truyền.
Qua nghiên cứu ngời ta thấy rằng khi G(s) thay đổi thì sai số vị trí và độ không ổn
định thay đổi (hình 4.8). Tức là khi hệ số khuếch đại của G(s) tăng thì sai số vị trí giảm
nhng sự mất ổn định tăng, nếu hệ số khuếch đại tăng quá mức thì hệ sẽ có nguy cơ
mất ổn định.
4.2.2. Tần số dao động và hằng số thời gian của hệ E(s)
K
I(s)
G
Q
Q(s)
1

S
1
)s(xdt)t(v
t
0
=

(4.12)
ở trạng thái ổn định, quan hệ giữa vận tốc và dòng điện điều khiển xác định là :
QP
s
s
G
I
v
=
(4.13)
trong đó :
V
s
- vận tốc của pittông ở trạng thái ổn định;
I
S
- dòng điện điều khiển van ở trạng thái ổn định.
Hàm truyền của cụm van - xylanh ở trạng thái ổn định là :
G
QP
=
P
Q

von
ampe
=
(
s
1
) (4.15)

s
1
là thứ nguyên tần số.
Nh vậy tần số của hệ là :

=
.2
H.G.K
f
QP
H
(Hz) (4.16)
và :
H.G.K
1
QP
=
, (s) (4.17)
là hằng số thời gian.

Theo lý thuyết điều khiển tự động, thời gian đáp ứng của hệ nếu lấy gần đúng sẽ là
T



I
P
B
P
A
P
P
B
A
H
x
F
L
-F
+
P
A
f
D
A
B
T
P
T
I
E
A
P

x

I
K
I
E

=
1
S
G
QP
K
H a)
0
X
(t)
x
F
(3)(2)
v


90