Sơ đồ Bode mô tả các thông số kỹ thuật của van servo như thế nào?
Các kỹ sư nên biết và hiểu đồ thị Bode để đưa ra quyết định tốt nhất về van của mình.
Các van đủ tốt để sử dụng trong các ứng dụng điều khiển chuyển động đều có biểu đồ Bode trong thông số kỹ thuật của chúng. Vấn đề đối với các kỹ sư là diễn giải những gì mà đồ thị Bode đang cố gắng truyền đạt.
Đồ thị Bode cơ bản vẽ đồ thị hai dòng dữ liệu: biên độ hoặc mức tăng và pha. Cả hai dòng được vẽ như là một hàm của tần số. Thang tần số là logarit và có thể tính bằng radian trên giây hoặc Hertz (Hz). Hầu hết các biểu đồ Bode cho van sử dụng tần số logarit tính bằng Hertz.
Thang đo cường độ hoặc mức khuếch đại được đo bằng decibel (db) và giống như đáp ứng tần số của thiết bị âm thanh. Decibel được tính bằng công thức logarit nhưng được vẽ trên thang đo tuyến tính.
Công thức cơ bản là:
Biên độ tính bằng dB (decibel)
Ở đây:
O n = Đầu ra ở tần số bất kỳ
O l = Đầu ra ở tần số thấp nhất
Lưu ý rằng biên độ vẫn ở mức 1 decibel miễn là con trượt có thể tuân theo tín hiệu đầu vào.
Biên độ và pha của con trượt được so sánh với biên độ và pha đầu vào của van. Bộ tạo tín hiệu gửi sóng hình sin đầu vào tới van ở nhiều tần số khác nhau. Khi tần số tăng, biên độ sóng hình sin của con trượt giảm và độ trễ pha (được đo bằng độ) tăng.
Biên độ của con trượt được so sánh với biên độ tham chiếu được lấy ở 0 Hz. Độ trễ pha giữa tín hiệu đầu vào và phản hồi của con trượt cũng được đo như một hàm của tần số.
Vị trí con trượt được đo như thế nào khi nó ở trong van? Van điện từ servo cung cấp phản hồi điện áp vị trí con trượt giúp so sánh dễ dàng.
Áp suất dầu trong quá trình thử nghiệm là bao nhiêu? Ở áp suất cao hơn, lực dòng chảy ảnh hưởng đến chuyển động của con trượt.
Câu trả lời cho những câu hỏi này không có trong tệp dữ liệu trực tuyến của nhà sản xuất van. Điều này khiến cho việc so sánh các loại van dựa trên thông số kỹ thuật của nhà sản xuất là một ước tính không chính xác.
Các nhà sản xuất van muốn đưa ra mức tần số 30Hz cho van. Thông thường, họ đánh giá các van tại thời điểm mức tăng giảm xuống −3db hoặc đôi khi ở độ trễ pha là 90 độ.
Biểu đồ Bode này cho thấy độ lớn và pha của một van mô phỏng có tần số tự nhiên là 40 Hz và hệ số tắt dần là 0,5. Cường độ giảm xuống −3 db. và độ trễ pha tăng lên khoảng 90 ở gần 50 Hz.
Lưu ý rằng cường độ tăng lên trên 0 một chút (tăng đơn vị) ở khoảng 15 đến 30 Hz. Điều này là do hệ số giảm chấn thấp hơn. “Vùng lồi lên” trong mức tăng giảm khi hệ số giảm chấn tăng.
Đồ thị Bode cho van thể hiện pha khác với cách thực hiện trong sách giáo khoa. Biểu đồ Valve Bode hiển thị độ trễ pha ở mức 0 ở phía dưới bên trái và tăng dần ở bên phải. Tuy nhiên, hầu hết các sách giáo khoa đều hiển thị độ trễ pha bắt đầu từ 0 ở trên cùng bên trái và giảm dần về bên phải.
Có hai khó khăn với cách các nhà sản xuất van đánh giá van. Mức −3-dB đánh giá không nên được sử dụng để ước tính phản ứng thực sự của van. Định mức −3dB ở 50 Hz có nghĩa là con trượt sẽ di chuyển ±1 mm chỉ di chuyển ±0,707 mm. Giả sử van là tuyến tính, điều đó dẫn đến tốc độ giảm gần 30% so với giá trị mong muốn. Với mục đích điều khiển chuyển động, tốt hơn nên sử dụng tần số có biên độ là 0 db. Trong ví dụ trên, tần số đó là khoảng 30 Hz.
Một vấn đề khác là sử dụng 90 độ. đánh giá độ trễ cho điều khiển chuyển động. Đó là do vận tốc của cơ cấu chấp hành được điều khiển bởi van, còn chúng ta thường muốn điều khiển vị trí. Tích hợp vận tốc vào vị trí thêm 90 độ của độ trễ pha. Nếu con trượt cũng cộng thêm 90 độ của độ trễ pha, tổng độ trễ pha vượt quá 180 độ. bởi vì các độ trễ pha nhỏ khác cũng phải được đưa vào.
Khi độ trễ pha vượt quá 180 độ, hệ thống sẽ dao động. Trên thực tế, tốt nhất nên xem xét tần số mà độ trễ pha của van đạt tới 45 độ và sử dụng giá trị đó làm đáp ứng tần số có thể sử dụng được của van. Trong biểu đồ trên, điều này xảy ra ở tần số khoảng 28 Hz.
Slew-rate là tốc độ thay đổi điện áp đầu ra lớn nhất trên một đơn vị thời gian, được định nghĩa là sự thay đổi của điện áp hoặc dòng điện hoặc bất kỳ đại lượng điện nào khác trên một đơn vị thời gian. Được biểu thị bằng đơn vị SI, đơn vị đo là vôn/giây hoặc ampe/giây, nhưng thường được biểu thị bằng micro giây (μs) hoặc nano giây (ns).
Thực tế là các cuộn thường bị giới hạn tốc độ slew-rate làm cho việc vẽ đồ thị Bode trở nên chính xác. (Slew-rate tại điểm giới hạn tương ứng với tốc độ tối đa.)
Nhiều van có biểu đồ Bode với nhiều hơn một đường biểu thị độ lợi và pha. Có thể có hai hoặc ba biểu đồ đo đáp ứng ở các biên độ sóng hình sin khác nhau. Thông thường có một biểu đồ cho biên độ sóng hình sin với tín hiệu đầu vào di chuyển 5%. Những phản hồi này là tốt, nhưng người ta không mua van 100 lít mỗi phút để chỉ sử dụng công suất 5 lít mỗi phút của nó. Tuy nhiên, sẽ rất hữu ích nếu biết phản hồi 5% khi thực hiện kiểm soát áp suất hoặc lực vì dải áp suất của van thường chỉ bằng một vài phần trăm xung quanh giá trị rỗng. Khi thực hiện các chuyển động từ điểm này sang điểm khác, điều quan trọng là phản hồi ở đầu vào 90-95%.
Khi thiết kế hệ thống điều khiển servo vị trí, các kỹ sư cần xem xét và hiểu biểu đồ Bode của van để có ước tính tốt hơn về khả năng thực tế của van và tránh những bất ngờ không mong muốn.
