thiết kế bộ điều khiển thích nghi chuyển động ụ trục chính và điều chỉnh tốc độ của máy mài

Đồ án môn học Trang bị điện MỤC LỤC Mục lục…………………………………………………………………1 Lời nói đầu…………………………………………………………… 3 Chương 1. Tổng quan về công nghệ trên máy mài…………………….4 1.1. Giới thiệu chung về đặc điểm công nghệ………………………… 4 1.1.1. Phân loại máy mài………………………………………… 4 1.1.2. Giới thiệu một số loại máy mài và đặc điểm công nghệ……5 1.2. Các đặc điểm về truyền động điện, trang bị điện của máy mài…….6 1.2.1. Hệ truyền động điện……………………………………… 6 a) Truyền động chính……………………………………… 6 b) Truyền động ăn dao……………………………………….6 c) Truyền động phụ………………………………………… 7 1.2.2. Trang bị điện ……………………………………………… 7 Chương 2. Thiết kế bộ điều khiển thích nghi chuyển động ụ trục chính và điều chỉnh tốc độ của máy mài………………………………………… 8 2.1. Đặt vấn đề……………………………………………………… …8 2.1.1. Khái niệm chung…………………………………………….8 2.1.2. Phân loại các hệ thống điều khiển thích nghi……………… 9 2.1.3. Ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi…………………… 9 2.1.4. Thiết kế hệ thích nghi theo mô hình tham chiếu MRAC … 9 a) Hệ thích nghi mô hình tham chiếu MRAC……………… 10 b) Thiết kế MRAC bằng phương pháp tiếp cận Gradient…….11 2.2. Nhận dạng hệ thống……………………………………………… 14 2.3. Thiết kế sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy mài…………… 17 2.3.1. Thuật giải……………………………………………………17 2.3.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển…………………… 20 a) Khối đối tượng ………………………………………… 21 b) Khối mô hình mẫu………………………………………….21 c) Khối luật điều khiển………………………… … …… 21 Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 1 Đồ án môn học Trang bị điện d) Khối hiệu chỉnh hệ số…………………………………… 21 2.3.3. Điều kiện hoạt động ổn định của hệ thống………………….22 a) Giới hạn của tích số……………………………………… 22 b) Hệ thống chịu nhiễu tác động…………………………… 22 2.3.4. Kết quả mô phỏng………………………………………… 23 2.4. Nhận xét……………………………………………………………24 Chương 3. Xây dựng sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp ráp………………… 25 3.1. Sơ đồ điều khiển máy mài………………………………………….25 3.2. Nguyên lý làm việc…………………….………………………… 27 Kết luận……………………………………………………………… 29 Tài liệu tham khảo…………………………………………………….30 Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 2 Đồ án môn học Trang bị điện LỜI NÓI ĐẦU Đã từ rất lâu, loài người đã biết sử dụng các dụng cụ để phục vụ cho cuộc sống của mình. Nhất là khi mà các dụng cụ vẫn còn thô sơ: giáo mác, dao kiếm thì con người đã biết đến kĩ thuật mài (bằng tay). Bởi vậy kĩ thuật mài đã ra đời từ rất lâu trong lịch sử phát triển của loài người. Ngày nay, kĩ thuật mài vẫn còn vô cùng quan trọng trong cuộc sống của con người. Cùng với sự phát triển của điện, điện tử, công nghệ mài đã phát triển đến một trình độ rất cao, con người đã sử dụng máy móc để mài thay cho mình: con người đã có thể mài được nhiều vật thể cứng như kim cương, thủy tinh; mài được những mặt phẳng gần như tuyệt đối. Để mài được những vật thể cứng và gần như phẳng tuyệt đối như vậy đòi hỏi phải có một công nghệ cực cao và thật hiện đại. Trong bài viết này, em xin đề cập đến công nghệ mài trong công nghiệp. Những máy mài này dùng để phục vụ trong công nghiệp, dùng để mài những vật thể, chi tiết máy bằng những vật liệu không cứng như: Kim cương và bề mặt được mài không đòi hỏi có độ phẳng tuyệt đối. Tuy vậy, công nghệ được trang bị cho những máy này cũng rất hiện đại và không kém phần quan trọng vì tất cả máy này đang trực tiếp phục vụ cho nền công nghiệp đang phát triển với tốc độ rất cao của con người. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - TS. HOÀNG XUÂN BÌNH đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Sinh viên Nguyễn Hà Giang Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 3 Đồ án môn học Trang bị điện CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRÊN MÁY MÀI 1.1. Giới thiệu chung về đặc điểm công nghệ 1.1.1. Phân loại máy mài Máy mài được chia làm hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng. Ngoài ra còn có các máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng…Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn, trên đó kẹp chi tiết ụ đá mài, trên đó có trục chính với đá mài. Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy. Sơ đồ biểu diễn công nghệ mài được giới thiệu ở hình 1.1. Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn công nghệ máy mài. Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 4 Đồ án môn học Trang bị điện 1.1.2. Giới thiệu một vài loại máy mài và đặc điểm công nghệ a) Máy mài tròn Có hai loại: • Máy mài tròn ngoài (hình 1.1 a) • Máy mài tròn trong (hình 1.1 b) Trên máy mài tròn: • Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài. • Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang trục (ăn dao ngang) hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao vòng). • Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết. b) Máy mài phẳng Có hai loại: • Mài bằng biên đá (hình 1.1 c) • Mài bằng mặt đầu (hình 1.1 d) - Chi tiết được kẹp trên bàn máy tròn hoặc chữ nhật. Ở máy mài bằng biên đá, đá mài quay tròn và chuyển động tịnh tiến ngang so với chi tiết, bàn máy mang chi tiết chuyển động tịnh tiến qua lại: • Chuyển động quay của đá là chuyển động chính. • Chuyển động ăn dao là di chuyển của đá (ăn dao ngang) hoặc chuyển động của chi tiết (ăn dao dọc). - Ở máy mài bằng mặt đầu đá, bàn có thể là tròn hoặc chữ nhật: • Chuyển động quay của đá là chuyển động chính. • Chuyển động ăn dao là di chuyển ngang của đá (ăn dao ngang) hoặc chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn mang chi tiết (ăn dao dọc). Một tham số quan trọng của chế độ mài là tốc độ cắt ( m/s): v=0,5.d. ω đ . 10 -3 , [ m/s] (1.1) Trong đó: Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 5 Đồ án môn học Trang bị điện d - đường kính đá mài, [mm] w đ - tốc độ quay của đá mài, [rad/s]. Thông thường v=30 ÷ 50 m/s. 1.2. Các đặc điểm về truyền động điện, trang bị điện của máy mài 1.2.1. Hệ truyền động điện a) Truyền đông chính - Thông thường máy không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, nên sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Ở các máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt là không đổi khi mòn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D = (2 ÷ 4/1) với công suất không đổi. - Ở máy mài trung bình và nhỏ v = 50 ÷ 80 m/s nên đá mài có đường kính lớn thì tốc độ quay đá khoảng 1000vg/ph. Ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ đá rất cao. Động cơ truyền động là các động cơ đặc biêt, đá mài gắn trên trục động cơ, động cơ có tốc độ (24000 ÷ 48000) vg/ph, hoặc có thể lên tới (150000 ÷ 200000) vg/ph. Nguồn của động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao (BBT quay) hoặc là các bộ biến tần tĩnh bằng Thyristor. - Mô men cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 ÷ 20% momen định mức. Mô men quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn: 500 ÷ 600% momen quán tính của động cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay đá. Không yêu cầu đảo chiều quay đá. b) Truyền động ăn dao +) Máy mài tròn : Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ (điều chỉnh số đôi cực) với D = (2 ÷ 4)/1. Ở các máy lớn thì dùng hệ thống biến đổi - động cơ một chiều (BBĐ- ĐM), hệ KĐT – ĐM có D = 10/1 với điều chỉnh điện áp phần ứng. Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ- ĐM với D = (20 ÷ 25)/1. Truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực. Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 6 Đồ án môn học Trang bị điện +) Máy mài phẳng: Truyền động ăn dao của ụ đá thực hiện lặp lại nhiều chu kỳ, sử dụng thuỷ lực. Truyền động ăn dao tịnh tiến qua lại của bàn dùng hệ truyền động một chiều với phạm vi điều chỉnh tốc độ D = (8 ÷ 10):1 c) Truyền động phụ trong máy mài và truyền động ăn di chuyển nhanh đầu mài, bơm dầu của hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát thường dùng hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. 1.2.2. Trang bị điện - Mạch điều khiển đảm bảo bảo vệ thông thường và các bảo vệ đặc trưng của công nghệ mài. - Có các chế độ làm việc khác nhau - Hệ thống điều khiển gia công chính xác phụ thuộc vào bộ điều khiển của các hệ truyền động điện Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 7 Đồ án môn học Trang bị điện CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHUYỂN ĐỘNG Ụ TRỤC CHÍNH VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CỦA MÁY MÀI 2.1. Đặt vấn đề 2.1.1. Khái niệm chung “Thích nghi là quá trình thay đổi thông số và cấu trúc hay tác động điều khiển trên cơ sở lượng thông tin có được trong quá trình làm việc với mục đích đạt được một trạng thái nhất định, thường là tối ưu khi thiếu lượng thông tin ban đầu cũng như khi điều kiện làm việc thay đổi” Hay: “Điều khiển thích nghi là tổng hợp các kĩ thuật nhằm tự động chỉnh định các bộ điều chỉnh trong mạch điều khiển nhằm thực hiện hay duy trì ở một mức độ nhất định chất lượng của hệ khi thông số của quá trình được điều khiển không biết trước hay thay đổi theo thời gian”. Hệ thống được mô tả trong hình dưới đây gồm 2 vòng: (1) Vòng hồi tiếp thông thường (Feedback) (2) Vòng hồi tiếp điều khiển thích nghi (Adaptation) Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 8 Đồ án môn học Trang bị điện 2.1.2. Phân loại các hệ thống điều khiển thích nghi Có thể phân loại các hệ thích nghi theo các tiêu chuẩn sau: - Hệ thích nghi mô hình tham chiếu ( MRAC ) - Bộ tự chỉnh định ( STR ) - Lịch trình độ lợi - Hệ tự học - Hệ tự tổ chức 2.1.3. Ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi Hệ điều khiển thích nghi có các ứng dụng như sau: • Tự chỉnh định • Lịch trình độ lợi • Thích nghi liên tục Hình 2.1. Sơ đồ các ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 9 Đồ án môn học Trang bị điện 2.1.4. Thiết kế hệ thích nghi theo mô hình tham chiếu MRAC a) Hệ thích nghi mô hình tham chiếu - MRAC (Model Reference Adaptive Control) Hệ thống thích nghi sử dụng mô hình chuẩn là một trong những phương pháp chính của điều khiển thích nghi. Nguyên lí cơ bản như sau: Hình 2.2. Sơ đồ khối của một hệ thống thích nghi mô hình tham chiếu Mô hình chuẩn sẽ cho đáp ứng ngõ ra mong muốn đối với tín hiệu đặt (yêu cầu). Hệ thống có một vòng hồi tiếp thông thường bao gồm đối tượng và bộ điều khiển. Sai số e là sai lệch giữa ngõ ra của hệ thống và của mô hình chuẩn e = y - y m . Bộ điều khiển có thông số thay đổi dựa vào sai số này. Hệ thống có hai vòng hồi tiếp:hồi tiếp trong là vòng hồi tiếp thông thường và vòng hồi tiếp bên ngoài hiệu chỉnh tham số cho vòng hồi tiếp bên trong. Vòng hồi tiếp bên trong được giả sử là nhanh hơn vòng hồi tiếp bên ngoài. Hình trên là mô hình MRAC đầu tiên được đề nghị bởi Whitaker vào năm 1958 với hai ý tưởng mới được đưa ra: Trước hết sự thực hiện của hệ thống được xác định bởi một mô hình, thứ hai là sai số của bộ điều khiển được chỉnh bởi sai số giữa mô hình chuẩn và hệ thống. Mô hình chuẩn sử dụng trong hệ thích nghi bắt nguồn từ hệ liên tục sau đó được mở rộng sang hệ rời rạc có nhiễu ngẫu nhiên Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 10 [...]... chính xác Nói tóm lại, tính ổn định của hệ thống phụ thuộc nhiều vào thông số b1 của quá trình Việc lựa chọn thông số γ của bộ điều khiển thích nghi phải căn cứ vào tầm thay đổi của thông số b1 khi hệ thống hoạt động 2.3.2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển Hình 2.6 Các khối chính của bộ điều khiển Trong đó : a) Khối đối tượng : là quá trình cần điều khiển (đối tượng động cơ cần điều khiển tốc độ) ... 2BT và 1BT 3.2 Nguyên lý làm việc Sơ đồ cho phép điều khiển máy ở chế độ thử máy và chế độ làm việc tự động Ở chế độ thử máy các công tắc 1CT, 2CT, 3CT được đóng sang vị trí 1 Mở máy động cơ ĐT nhờ ấn nút MT, sau đó có thể đồng thời ĐM và ĐB bằng ấn nút MN Động cơ ĐC được khởi động bằng nút ấn MC Ở chế độ tự động, quá trình hoạt động của máy gồm ba giai đoạn theo thứ tự sau: 1) Đưa thanh ụ đá vào chi... ra là cần thiết kế bộ điều khiển tốc độ (bỏ qua mạch vòng dòng điện) động cơ có hàm truyền như trên Để thiết kế 1 bộ điều khiển tốc độ thông thường có rất nhiều các phương pháp khác nhau Ta thường gặp nhiều khó khăn khi phải thiết kế bằng tay 1 bộ điều khiển cho đối tượng để nhằm đạt được các đáp ứng như mong muốn Nhưng với phần mềm Matlab thì việc thiết kế bộ điều khiển mà điển hình là bộ PID khiến... môn học Trang bị điện 2.3.4 Kết quả mô phỏng Với n * = 2000 Hình 2.10 Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi: γ 1 = -1 Hình 2.11 Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi: γ 1 = -10 Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 23 Đồ án môn học Trang bị điện Hình 2.12 Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi: γ 1 = -50 Hình 2.13 Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi: γ 1 = 100 2.4 Nhận... tiết gia công nhờ truyền động thuỷ lực đóng các động cơ ĐC và ĐB 2) Mài thô, rồi tự động chuyển sang mài tinh nhờ các tác động của công tắc tơ 3) Tự động đưa nhanh ụ đá ra khỏi chi tiết và cắt điện các động cơ ĐC, ĐB Quá trình diễn ra như sau: + Trước hết, đóng các công tắc, 1CT, 2CT, 3CT sang vị trí 2 Kéo tay gạt điều khiển (được bố trí trên máy) về vị trí di chuyển nhanh ụ đá vào chi tiết (nhờ hệ thống... (0~24VDC) cấp cho động cơ Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 14 Đồ án môn học Trang bị điện Các bộ điều khiển dòng điện phần ứng, tốc độ động cơ được tổng hợp trên máy tính, hay nói chính xác hơn thì Ri và Rw là các thuật toán điều khiển được cài đặt trên thiết bị tính toán (máy tính, vi xử lý, vi điều khiển) Ngoài ra còn có các cảm biến phản hồi dòng phần ứng và tốc độ động cơ Ta có hệ... vấn đề này Phương pháp thiết kế được chọn là phương pháp tiếp cận Gradient 2.3 Thiết kế bộ điều khiển thích nghi cho máy mài Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 16 Đồ án môn học Trang bị điện Mô hình Mô hình ym Tham số điều khiển Cơ cấu hiệu chỉnh Cơ cấu hiệu chỉnh uc u Bộ điều khiển Bộ điều khiển Đối tượng Đối tượng y Hình 2.5 Sơ đồ khối của một hệ thống thích nghi mô hình tham chiếu Trong... việc thiết kế trở nên dễ dàng hơn rất nhiều Tuy nhiên trong quá trình hoạt động, các tham số của động cơ có thể bị thay đổi Hoặc với 1 bộ điều khiển PID thường như vậy chỉ có thể điều khiển được 1 đối tượng cố định chuẩn, nếu thay đổi đối tượng thì bộ điều khiển PID thường không còn có mang tính chính xác Bộ điều khiển thích nghi theo mô hình tham chiếu MRAC có thể giải quyết vấn đề này Phương pháp thiết. .. ổn định giả cần thiết cho việc tính toán độ nhạy và cho cơ cấu hiệu chỉnh thích nghi Phương pháp tiếp cận gradient không cho kết quả cần thiết cho hệ thống kín ổn định Bộ quan sát được đưa ra để áp dụng lý thuyết ổn định Lyapunov và lí thuyết bị động được dùng để bổ sung cho cơ cấu thích nghi Đối với hệ thống có tham số điều chỉnh được như trong hình 2.3, phương pháp thích nghi sử dụng mô hình chuẩn... mặt trụ của các chi tiết có chiều dài dưới 1000mm và đường kính dưới 280mm, đường kính đá mài lớn nhất là 600mm 3.1 Sơ đồ điều khiển máy mài Sơ đồ điều khiển đơn giản hóa: Sinh viên: Nguyễn Hà Giang - Lớp ĐTĐ47-ĐH2 Trang 25 Đồ án môn học Trang bị điện Động cơ ĐT (1,7 kW, 930 vg/ph) bơm dầu cho hệ thống thuỷ lực để thực hiện dao ăn ngang của ụ đá, ăn dao dọc của bàn máy và di chuyển nhanh ụ đá ăn vào . KHIỂN THÍCH NGHI CHUYỂN ĐỘNG Ụ TRỤC CHÍNH VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CỦA MÁY MÀI 2.1. Đặt vấn đề 2.1.1. Khái niệm chung Thích nghi là quá trình thay đổi thông số và cấu trúc hay tác động điều khiển. tròn và chuyển động tịnh tiến ngang so với chi tiết, bàn máy mang chi tiết chuyển động tịnh tiến qua lại: • Chuyển động quay của đá là chuyển động chính. • Chuyển động ăn dao là di chuyển của đá. chuyển động của chi tiết (ăn dao dọc). - Ở máy mài bằng mặt đầu đá, bàn có thể là tròn hoặc chữ nhật: • Chuyển động quay của đá là chuyển động chính. • Chuyển động ăn dao là di chuyển ngang của