đồ án trang bị điện máy cắt khí ga oxy

Do đó việc tự độnghóa các máy gia công kim loại như máy cắt khí ga - oxy là cần thiết để tăngnăng suất lao động cho các nhà máy, phân xưởng nhỏ.. Với yêu cầu là thiết kế bộ điều khiển tự

Trang 1

LỜI NÓI DẦU

Sự bùng nổ của ngành công nghiệp cơ khí và điện tự động hóa đã đạtnhững thành tựu to lớn, đem lại rất nhiều lợi ích trong công việc cũng như nhiềuthiết bị ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Hiện nay, các máygia công kỹ thuật số đang là xu hướng mới của thị trường Do đó việc tự độnghóa các máy gia công kim loại như máy cắt khí ga - oxy là cần thiết để tăngnăng suất lao động cho các nhà máy, phân xưởng nhỏ Nên việc nghiêm cứu, tìmhiểu cải tiến nó là một trong những vấn để rất được quan tâm hiện nay

Môn học Trang Bị Điện là môn học có thể giúp em thực hiện các côngviệc này Được giao đề tài về máy cắt khí ga - oxy là loại máy tương đối rẻ tiềnthích hợp với các phân xưởng nhỏ, lẻ Với yêu cầu là thiết kế bộ điều khiển tựđộng điều chỉnh vị trí trong tọa độ phẳng của thiết bị này Qua thời gian học tậpnghiên cứu và sự chỉ bảo tận tình của thầy Hoàng Xuân Bình, em đã thực hiệnxong đồ án này

Mặc dù đồ án đã hoàn thành nhưng do thời gian có hạn, kiến thức còn hạnchế nên đồ án không tránh khỏi sai sót Em mong được sự góp ý ủng hộ của thầy

cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn !

Trang 2

Mục lục:

Lời nói dầu 1

Mục lục: 2

Chương 1 Khái quát về công nghệ cắt khí ga –oxi 4

1.1 Một số công nghệ cắt kim loại 4

1.1.1 Công nghệ cắt kim loại bằn tia nước 4

1.1.2 Công nghệ cắt kim loại bằng tia plasma 6

1.1.3 Công nghệ cắt kim loại bằng tia laze 7

1.2 Khái quát về công nghệ cắt khí ga – oxi 9

1.2.1 Công nghệ cắt khí ga – oxi 9

1.2.2 Nguyên lý của cắt ga – oxi 9

1.3 Ưu nhược điểm của cắt ga – oxy 10

1.3.1 Ưu điểm 10

1.3.2 Nhược điểm 11

Chương 2 Thiết kế trang bị điện – điện tử cho thiết bị cắt ga – oxy 12

2.1 Khái quát chung về công nghệ cắt tự động 12

2.2 Thiết kế truyền động điện cho thiết bị cắt ga – oxy 12

2.2.1 Động cơ thực hiện cho máy cắt tự động 12

2.2.2 Bộ biến đổi 14

2.2.3 Các cảm biến 15

2.3 Tổng hợp bộ điều khiển cho thiết bị cắt ga – oxy 17

2.3.1 Các bộ điều khiển thường dùng 17

2.3.2 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện 20

2.3.3 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ 21

2.3.4 Tổng hợp bộ điều khiển vị trí 22

2.3.5 Kiểm tra sự ổn định của hệ thống 24

Chương 3 Thiết kế điều khiển cho thiết bị cắt ga oxi 26

3.1 Thiết kế mạch điều khiển 26

3.2 Chương trình điều khiển 27

3.2.1 Chương trình điều khiển trên máy tính 27

Trang 3

3.2.2 Chương trình nội suy trên vi điều khiển 35

3.2.3 Kết quả đạt được của phần mềm 42

3.3 Chương trình mô phỏng và kết quả 42

3.3.1 Chương trình mô phỏng trên mfile matlab 42

3.3.2 Chương trình mô phỏng trên simulink matlab 46

Tài liệu tham khảo 48

Trang 4

-CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CẮT KHÍ GA –OXI

1.1 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CẮT KIM LOẠI

1.1.1 Công nghệ cắt kim loại bằn tia nước.

Máy cắt bằng tia nước là một công cụ có khả năng cắt kim loại haycác vật liệu khác bằng cách sử dụng một tia nước có áp suất rất cao và tốc độlớn, hoặc bằng một hỗn hợp của nước và hạt mài (loại vật chất dùng để mài mònnhư các hạt đá mài) Nguyên lý của quá trình này tương tự như sự xói mòn bởinước ở trong tự nhiên nhưng nhanh hơn và tập trung hơn Nó thường được sửdụng cho việc chế tạo các vật mẫu hoặc sản xuất các bộ phận máy móc, thiết bị

Nó cũng được sử dụng để cắt, tạo hình dáng, tạo lỗ khoan, chạm khắc trongnhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau từ khai thác mỏ đến hàng không vũ trụ

Nó có thể cắt được kim loại, bê tông, đá, hay các vật cứng khác

 Lịch sử

Năm 1950, tiến sĩ Norman Franz đã thử dùng máy cắt tia nước để cắt gỗ.Tuy nhiên kỹ thuật này đã không được phát triển cho đến tận nhữngnăm 1970 khi tiến sĩ Mohamed Hashish, khi đó làm việc tại phòng thí nghiệmcủa FLow ( Mỹ ) đã tìm cách tăng khả năng cắt của máy cắt tia nước để cắt kimloại Ông đã tạo ra một phương pháp kỹ thuật đó là thêm vào dòng tia nước có

áp suất cao và tốc độ lớn các hạt mài để tăng khả năng cắt Năm 1983, Flowcung cấp cho trị trường sản phẩm máy cắt tia nước dùng hạt mài đầu tiên, đượccoi là hãng sản xuất nắm giữ phát minh quan trọng này Ngày nay việc cắt bằngtia nước đã được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực Một số loại tia nước hay được dùnggồm: tia nước không có hạt mài, tia nước có trộn hạt mài, tia nước va đập Côngnghệ cắt tia nước có hạt mài tiếp tục được phát triển liên tục khi mà áp suất cắthiện nay đã lên tới 94kpsi, gấp 3 lần thời điểm nó mới ra đời

 Nguyên lý hoạt động

Trang 5

Hình 1.1 Sơ đồ máy cắt bằng tia nước

1 - Nạp nước áp suất cao

2 - Đá quý (hồng ngọc hoặc kim cương)

từ 40.000 psi đến trên 87.000 psi Việc thêm vào dòng tia nước các hạt mài cũng

hỗ trợ cho quá trình cắt bằng tia nước Do đặc tính dễ thay đổi của dòng cắt nêntia nước có thể cắt được nhiều vật liệu khác nhau từ bê tông, đá, gỗ, vải hay đếncác kim loại Cũng có vài loại vật liệu không thể cắt bằng tia nước như một sốloại thủy tinh đặc biệt, hay một số loại gốm Việc cắt bằng tia nước không bị hạnchế bởi độ dày vật thể, có thể cắt được các vật có độ dày trên 20 inch

 Ưu điểm

Một lợi ích quan trọng của việc cắt bằng tia nước là khi cắt vào các vậtliệu nó không làm thay đổi cấu trúc bên trong, vốn có của vật liệu và không gâynóng vật liệu Việc giảm tối thiểu sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong phương phápnày cho phép các kim loại sau khi cắt không bị hỏng hay thay đổi tính chất củakim loại do nhiệt độ

Việc cắt bằng tia nước cũng ít tạo ra vết cắt trên vật liệu Chiều rộng củamũi cắt (tia nước) có thể thay đổi bằng việc thay đổi độ rộng của vòi cắt hay loạihạt mài và kích cỡ hạt mài Tia nước có hạt mài thường tạo ra vết cắt có độ rộng

Trang 6

không có hạt mài tạo ra vết cắt có chiều rộng từ 0,17 đến 0,35 mm, nhưng có thểnhỏ hơn, khoảng 0,075 mm, vết cắt nhỏ như tóc của con người Những vết cắtnhỏ này có thể tạo được các chi tiết rất nhỏ trong các ứng dụng.

1.1.2 Công nghệ cắt kim loại bằng tia plasma.

 Lịch sử phát triển:

- Cắt plasma được phát triển vào năm 1960 và năm 1980 nổi lên như mộtphương pháp hữu hiệu cho cắt các tấm thép lá và thép tấm Nó tạo ít phôi vụn và

bề mặt chế tạo chính xác hơn, sạch hơn, nên nó sớm được phát triển rộng rãi

- Với sự phát triển của máy công cụ,công nghệ CNC được áp dụng vàocắt plasma trong nhưng năm sau 1980 đến năm 1990, mang lại sự linh hoạt vàchính xác hơn trước

Điện cực Nước làm mát

- Đầu tiên dòng khí nóng làm chảy và xuyên thủng vật liệu

- Sau đó dòng Plasma được dịch chuyển theo đường dẫn đã được vạch sẵn

để cắt vật liệu

- Dòng Plasma là 1 hỗn hợp khí của các electron tự do, các ion dương,nguyên tử và phân tử Các loại khí thường dùng để tạo Plasma là Nito, Argon,

Trang 7

hidro hay hỗn hợp các khí này Dòng Plasma được phát sinh giữa các điện cựcCatod bên trong vòi phun (thường là Tungsten) và chi tiết gia công (Anod).

- Dòng Plasma đi qua dòng nước làm nguội ở đầu vòi phun và nó đượcthu hẹp lại thành tia để tác động trực tiếp vào vị trí yêu cầu Tia Plasma đến chitiết gia công có vận tốc cao và nhiệt độ cực nóng tại tâm của nó, nhiệt độ này đủ

để cắt đứt miếng kim loại dày 155,4 mm

 Ưu điểm:

- Tốc độ cắt nhanh Tốc độ cắt plasma nhanh hơn cắt oxy-gas khi thựchiện với các tấm dày dưới 50mm Tốc độ cắt plasma nhanh hơn cắt laser khithực hiện với các tấm dày hơn 3mm Tốc độ cắt nhanh giúp tăng năng xuất,giảm giá thành chung sản xuất

- Có thể cắt nhiều loại vật liệu, cũng như độ dày khác nhau Cắt plasma cóthể cắt nhiều loại vật liệu chứa sắt, hoặc không chứa sắt độ dày cắt có thể lênđến 80mm

- Dễ dàng vận hành Cắt plasma không yêu cầu kỹ thuật cao đối với ngườivận hành, việc đào tạo cũng dễ dang, thao tác cắt đơn giản, không cần phải điềuchỉnh nhiều khi thao tác

- Tính kinh tế Cắt plasma có tính kinh tế hơn so với cắt oxy-gas khi cắt với cáctấm dày dưới 25mm

 Nhược điểm:

- Điện cực cắt, vòi phun thường xuyên phải thay thế làm tăng giá thànhsản xuất

- Cắt plasma không thể cắt với vật cắt không phải kim loại

1.1.3 Công nghệ cắt kim loại bằng tia laze.

 Nguyên lý hoạt động

Trang 8

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser.

Một chùm tia năng lượng cao được sinh ra bởi máy phát laser sẽ được tậptrung lên bề mặt chi tiết gia công nhờ hệ thống thấu kính

Chùm tia này đốt nóng vật liệu và tạo nên một vùng vật liệu nóng chảy cục bộ,thường có đường kính nhỏ hơn 0,5mm)

Phần vật liệu nóng chảy bị đẩy ra khỏi vùng gia công bởi một dòng khí có

áp lực cao, đồng trục với chùm tia laser Đối với một số loại vật liệu thì dòng khínày làm tăng tốc quá trình cắt bởi tác động hóa học và lý học

Vùng vật liệu bị nóng chảy cục bộ được di chuyển dọc theo bề mặt chi tiếttheo một quỹ đạo và vì thế sinh ra vết cắt Chuyển động này được thực hiệnbằng cách di chuyển chùm tia laser hội tụ nhờ hệ thống gương CNC hoặcchuyển động cơ khí tấm vật liệu theo hai phương X-Y trên bàn máy CNC Cũng

có máy thiết kế cả hai loại chuyển động này, khi đó chùm tia laser được dichuyển theo một phương và chi tiết gia công được di chuyển theo phương cònlại Các hệ thống tự động hóa hoàn toàn cho phép cắt được các hình dáng 3D

 Ưu điểm

- Cắt được cả kim loại (trừ các kim loại có độ phản quang cao như nhôm,đồng) và phi kim như nhựa, gỗ, kính

- Cắt nhanh hơn cắt ga- oxi, nhưng chậm hơn plasma

- Chất lượng đường cắt đẹp nhất, độ rộng đường cắt chỉ khoảng 0,5 mm

 Nhược điểm

- Cắt được kim loại < 12 mm

- Không cắt được hợp kim có độ nóng chảy khác nhau

- Chi phí đầu tư và bảo dưỡng tốn kém

Trang 9

1.2 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ CẮT KHÍ GA – OXI.

1.2.1 Công nghệ cắt khí ga – oxi.

Cắt thép bằng khí ga và oxy là 1 phương pháp cắt gọt được sử dụng kháphổ biến trong các nhà máy luyện thép và trong các phân xưởng cơ khí với mụcđích là cắt nhỏ thép phế để cho vào lò đối với nhà máy luyện thép và cắt nhỏphôi theo kích thước sử dụng đối với phân xưởng cơ khí.Trang thiết bị bao gồm:bình oxy, bình ga, đường ống, đồng hồ đo áp suất, van an toàn, mỏ cắt và một sốchi tiết phụ

Phương pháp này phát huy hiệu quả cao thể hiện ở tính cơ động của thiết

bị, thiết bị có thể di chuyển đi các chỗ làm việc khác nhau tùy vào đặc tính và vịchí của công việc Đặc biệt là trang thiết bị đầu tư rất rẻ mà hiệu quả kinh tế đemlại cũng rất cao, việc sử dụng trang thiết bị cũng không khó khăn chỉ cần thợ có

1 chút kinh nghiệm là có thể sử dụng thiết bị Bên cạnh đó phương pháp cắt gọtnày cũng gặp phải một vài nhược điểm: mạch cắt lớn và không bằng phẳng, cóthể gây cháy nổ do thiết bị hoặc do vật bị cắt gây nổ, vấn đề về môi trường Phương pháp cắt gọt này vẫn đang được sử dung phổ biến trong các nhà máyluyện thép và ở các phân xưởng nhỏ

1.2.2 Nguyên lý của cắt ga – oxi.

Cắt kim loại bằng khí ga - ôxy là quá trình dùng nhiệt lượng của ngọn lửakhí ga cháy với ôxy để nung nóng chỗ cắt đến nhiệt độ cháy của kim loại, sau đódùng luồng ôxy có lưu lượng lớn thổi bạt lớp ôxit kim loại đã nóng chảy để lộ raphần kim loại chưa bị ôxy hóa Lớp kim loại này lại lập tức bị cháy (ôxy hóa)tạo thành lớp ôxit mới, lớp ôxit này bị nóng chảy và bị luồng ôxy cắt thổi đi Cứthế cho đến khi mỏ cắt đi hết đường cắt

1 2

3

4 5

5, 6: Ống dẫn 7: Đầu cắt

Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo mỏ cắt.

Trang 10

Khí cháy theo ống dẫn đi vào buồng hỗn hợp (3) qua van (1), O2 theo ốngdẫn qua van (2) vào buồng hỗn hợp Hỗn hợp khí cháy qua ống dẫn (6) để ra đầucắt (7) Luồng O2 cắt qua van (4), ống dẫn (5) để đến trực tiếp đầu cắt mà khôngqua buồng hỗn hợp Chọn số hiệu đầu cắt, áp lực O2 cắt và điều chỉnh công suấtngọn lửa phụ thuộc chiều dày kim loại được cắt, để đảm bảo quá trình cắt đạtnăng suất cao nhất.

 Điều kiện để kim loại cắt được bằng khí cháy với ôxy

- Nhiệt độ cháy của kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của nó

- Nhiệt độ nóng chảy của ôxit kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của kimloại đó Nếu điều kiện này không thỏa mãn thì ôxit kim loại trên bề mặt do phảnứng cháy với ôxy sẽ không nóng chảy và không bị thổi đi, làm cản trở sự ôxyhóa lớp kim loại tiếp theo Ví dụ: Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy 2050oC, Al cónhiệt độ nóng chảy là 600oC, nên không thể cắt Al bằng ngọn lửa khí cháy vớiôxy

- Nhiệt lượng sinh ra trong phản ứng cháy của kim loại phải đủ lớn để duy trìquá trình cắt liên tục

- Xỉ tạo thành phải có tính chảy loãng cao để dễ thổi khỏi rãnh cắt

- Tính dẫn nhiệt của kim loại và hợp kim không được cao quá, nếu không sẽ làmquá trính cắt không ổn định và có thể bị gián đoạn

- Kim loại cắt không chứa các nguyên tố hóa học cản trở quá trình cắt

1.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CẮT GA – OXY

1.3.1 Ưu điểm.

- Thiết bị đơn giản, dễ vận hành

- Cắt được các kim loại có độ dày từ 8 – 500 mm

- Bề rộng đường cắt khoảng 2,2 mm

- Có thể cắt được kim loại có chiều dày lớn

- Năng suất khá cao

- Chi phí rẻ hơn các loại máy cắt khác

- Dễ vận hành, thao tác

Trang 11

1.3.2 Nhược điểm.

- Tổn hao kim loại so với cắt bằng cơ khí

- Chỉ cắt được kim loại thỏa mãn điều kiện cắt (sắt carbon, hợp kim sắtthấp)

- Vùng ảnh hưởng nhiệt lớn nên chi tiết dễ bị cong vênh, biến dạng

- Gây nguy hiểm khi sử dụng như: cháy, nổ

Trang 12

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHO THIẾT

BỊ CẮT GA – OXY.

2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CẮT TỰ ĐỘNG

Với sự phát triển của kĩ nghệ cắt, đặc biệt là trong ngành công nghiệp chế tạotàu biển, máy kéo v.v…với công nghệ cắt bằng tay có nhiều nhược điểm :

- Năng suất thấp, giá thành cao

- Chất lượng vết không ổn định, phụ thuộc vào tay nghề và điều kiện làmviệc của công nhân

- Tổn kim loại lớn

Với công nghệ cắt tự động, những nhược điểm trên sẽ được khắc phục.Công nghệ cắt tự động sẽ cho ra những sản phẩm có chất lượng cắt tốt nhất, đảmbảo sai số so với thiết kế là nhỏ nhất, đồng thời năng suất lao động sẽ được tăngnên rõ rệt

2.2 THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO THIẾT BỊ CẮT GA – OXY

2.2.1 Động cơ thực hiện cho máy cắt tự động.

Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấpđiện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đốivới động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhậnđược Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăncản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quaycũng không dễ dàng

Hình 2.1: Một động cơ DC servo trong thực tế

Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòngkín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơquay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý

Trang 13

do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhậnthấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tụcchỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác Với ưu điểm trên ta chọnđộng cơ servo phục vụ cho việc điều khiển máy cắt tự động

Các phương trình mô tả quan hệ điện:

N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

K: Hệ số cấu tạo của động cơ

: Từ thông kích từ dưới một cực từ

: Tốc độ quay của động cơ

- Dạng phương trình cân bằng điện áp khi chuyển sang toán tử Laplace

Với: M: Mômen cản trên trục động cơ.

J: Mômen quán tính của động cơ

+ Phương trình động học khi chuyển sang dạng toán tử Laplace

Trang 14

Từ các phương trình (1), (2), (3), (4) ta xây dựng được mô hình động cơ điệnmột chiều như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng của động cơ điện một chiều

2.2.2 Bộ biến đổi.

Động cơ điện một chiều không tiếp xúc được cấp điện từ bộ băm xung ápmột chiều điều chế độ rộng xung nếu bỏ qua quá trình chuển mạch của các vanthì có thể dùng sơ đồ khối như sau để mô tả bộ băm xung điều khiển

Động cơ

Phản hồi Mc

Uđk

Hình 2.3 Sơ đồ khối điều khiển.

Mô hình có phần tử đóng cắt và có tín hiệu đặt kiểu chu kỳ Udf vì tần sốlàm việc của bộ băm xung vào khoảng 300 ÷400 Hz nên chu kỳ xung là rất nhỏ

so với hằng số thời gian điện từ và của mạch lực, do đó có thể thay thế bằng môhình toán tính hoá với thời gian trễ bằng một nửa chu kỳ xung điều chế, Tv0=21fHàm trễ này có thể coi gần đúng là khâu quán tính, việc thay thế này đủchính xác khi tần số băm đủ lớn

W bd (p)=Kbd.epT v0 =(1 )

v

bd pT

K



Trong đó: Tđk: Là hằng số thời gian của bộ biến đổi

Tv: Là hằng số thời gian của van

Trang 15

Kbđ: Là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi.

2.2.3 Các cảm biến.

a.Các cảm biến đo dòng

Yêu cầu đặt ra cho các bộ đo dòng điện một chiều, ngoài việc đảm bảo độchính xác còn phải đảm bảo độ cách li giữa mạch động lực và mạch điều khiển

Người ta thường dùng phương pháp biến điệu để truyền tín hiệu mộtchiều từ sơ cấp sang thứ cấp có cách li bằng biến áp hoặc phần tử quang điện

Mạch đo bao gồm khâu biến điệu, khâu chỉnh lưu nhạy pha, tín hiệu đođược sóng biến điệu chuyển qua biến thế sau đó nghịch lưu thành tín hiệu xoaychiều Giữa sơ cấp và thứ cấp được cách li bởi biến thế Thông thường sóng biếnđiệu có tần số cao do vậy biến thế ở đây dùng lõi ferit nên giảm kích thước thiết

bị Để nhiều xoay chiều không ảnh hưởng lớn tới bộ điều chỉnh ta phải chọn tần

số dao động lớn hơn mười lần tần số cơ bản đầu ra bộ chỉnh lưu

U là điện áp thực của động cơ cần đo, U* là điện áp đầu ra của cảm biến.Gọi KI là hệ số tỷ lệ ta có hàm truyền của cơ cấu đo là :

Wcbi p =U * U  p p =

i

i pT

K

 1

Trong đó :

K: Là hệ hệ số tỷ lệ

Ti: Là hằng số thời gian bộ lọc

b Cảm biến đo tốc độ

 Nhiệm vụ : Đo tốc độ góc của động cơ và gửi đến bộ vi xử lí

Nó là bộ đo tốc độ bằng xung số, mỗi vị trí góc đo ứng với sự phối hợpcác tín hiệu 0 hoặc 1

 Cấu tạo : Gồm có bộ phát ánh sáng, bộ phát hiện và mã hoá quang điện

Bộ phát hiện quang điện có nhiệm vụ thu ánh sáng và phát thành tín hiệu điện

 Nguyên lí hoạt động : Bộ mã hoá quang điện có liên hệ cơ khí với động

cơ trên đó có gắn đĩa Đĩa gồm có các phần mờ và trong suốt liên tiếp và nhiềuđường, mỗi đường lại gồm nhièu phần tử, ánh sáng do điôt phát quang quét qua

lỗ của đĩa tạo nên ở điôt quang điện tín hiệu tương tự Tín hiệu này lại được

Trang 16

chuyển thành tín hiệu chữ nhật và được truyền về bộ vi xử lí.c Tại đây tín hiệuchữ nhật được phân tích theo chương trình cài đặt sẵn, từ đó nó cho biết tốc độthực của động cơ Tốc độ thực này được so sánh với tốc độ đặt tín hiệu đượcđiều chỉnh đưa vào bộ điều chỉnh tốc độ

Đĩa quay của bộ mã hoá gồm (n) đường, mỗi đường có hệ thống đọc riêng(điôt phát và điôt thu ) Mỗi vị trí góc của trục bộ mã hoá ứng với một mã hoánhị phân hình (H.3.7)

Vị trí đĩa

Mã nhị phânB1 B2 B3

Wcbω =



pT

 1 1

T: Hằng số thời gian của cảm biến đo tốc độ

Trong cảm biến vị trí có thêm bộ phận phát hiện chiều quay …

Trang 17

Tương tự như cảm biến tốc độ mô hình toán của cảm biến vị trí có dạngnhư sau :

Wcb  =



pT

 1 1

Trong đó : T là hệ số thời gian của cảm biến vị trí

2.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO THIẾT BỊ CẮT GA – OXY

2.3.1 Các bộ điều khiển thường dùng.

Hệ thống truyền động trục chính là hệ thống điều khiển hoạt động phụthuộc vào chế độ hoạt động của hệ thống truyền động ăn dao Cho nên phải đỏihỏi truyền động trục chính phải đảm bảo ổn định tốc độ hoạt động Ngoài ra đâycòn là hệ thống điều khiển tự động nên bên cạnh yêu cầu về độ chính xác nó cònyêu cầu về độ tác động nhanh

Ta thấy trong hệ thống điều khiển vị trí có ba loại bộ điều chỉnh: bộ điềuchỉnh dòng điện (Ri), bộ điều chỉnh tốc độ (Rw): bộ điều chỉnh vị trí (Rv) Các

hệ thống điều chỉnh tự động trong công nghiệp thường sử dụng các thiết bị điềuchỉnh chuẩn sau: bộ điều chỉnh khuyếch đại (P), bộ điều chỉnh tích phân (I), bộđiều chỉnh vi phân (D), bộ điều chỉnh kết hợp khuyếch đại - vi tích phân (PDI)

 Bộ điều khiển P

Ưu điểm của bộ tỷ lệ là tốc độ tác động nhanh, nghĩa là khi có tín hiệuvào thì lập tức có tín hiệu ra, tín hiệu ra luôn luôn trùng pha với tín hiệu vào Hệ

số sử dụng bộ tỷ lệ luôn luôn có cấu túc ổn định

Nhược điểm của bộ điều chỉnh này là khi làm việc với đối tượng tĩnh - đốitượng phổ biến trong công nghiệp, thì luôn luôn tồn tại sai lệch dư khi tín hiệuchủ đạo là hàm bậc thang và không thể sử dụng trong hệ thống có tín hiệu chủđạo dạng hàm tích phân hoặc các hàm thay đổi theo thời gian

Mô hình toán của bộ điều chỉnh tỷ lệ:

Wp (P) =Kp Trong đó: Kp gọi là hệ số tỷ lệ

 Bộ điều khiển I

Trang 18

Ưu điểm của bộ điều chỉnh tích phân là triệt tiêu được sai lệch dư khi tínhiệu chủ đạo là hàm bậc thang, vì trong hàm truyền đạt của hệ thống hở có tốithiểu là một khâu tích phân.

Nhược điểm của bộ điều chỉnh tích phân là tốc độ tác đông chậm Tínhiệu ra luôn luôn chậm pha so với tín hiệu vào một góc bằng /2 Do đó tốc độtác động chậm nên hệ thống điều chỉnh tự động sử dụng bộ điều chỉnh tích phân

sẽ kém ổn định

Mô hình toán của bộ điều chỉnh tích phân:

WI(p) =Ki 1p Trong đó : Ki gọi là hệ số tích phân

 Bộ điều khiển D

Ưu điểm của bộ điều chỉnh vi phân là tốc độ điều chỉnh nhanh (nhanh hơn

bộ điều chỉnh tỉ lệ), về mặt lý thuyết thì tín hiệu ra nhanh hơn tín hiệu vào mộtgóc nhưng trong thực tế không tồn tại bộ vi phân độc lập, mà chỉ có bộ tỷ lệ viphân (PD) hay tỷ lệ vi tích phân (PID)

Nhược điểm của bộ điều chỉnh vi phân là phản ứng nhanh và mạch vớinhiễu cao tần của từ trường bên ngoài tác động vào

Mô hình toán của bộ điều chỉnh vi phân:

WD(p) =KD 1p

Trong đó : KD gọi là hệ số vi phân

 Bộ điều khiển kết hợp PID

Do kết hợp ba bộ điều chỉnh tỷ lệ, vi phân, tích phân nên bộ điều chỉnh tỷ

lệ vi tích phân có đầy đủ ưu điềm của quy luật tỷ lệ, tích phân, vi phân và khắcphục được những nhược điểm của bộ điều chỉnh riêng lẻ Về tốc độ tác động bộđiều chỉnh tỷ lệ vi tích phân (PID) còn có thể nhanh hơn bộ điều chỉnh tỷ lệ (P)nghĩa là góc lệch pha giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của bộ điều chỉnh PID nằmtrong khoảng: -2 < φ(ω)<2

Trang 19

Trên quan điểm lý thuyết với sự lựa chọn thích hợp của ba thông số điềuchỉnh (hệ số khuyếch đại, hằng số thời gian tích phân, hằng số thời gian vi phân)thì bộ điều chỉnh PID đáp ứng được hầu hết các yêu cầu về chất lượng của quátrình điều chỉnh Nhưng trên thực tế bộ điều chỉnh PID rất ít khi được sử dụng,

nó chỉ được sử dụng khi bộ điều chỉnh PI không đáp ứng được yêu cầu chấtlượng điều chỉnh vì những lí do sau :

- Khi sử dụng bộ điều chỉnh PID đòi hỏi người điều chỉnh phải có mộttrình độ hiểu biết nhất định về cấu trúc của thiết bị điều chỉnh

- Thành phần vi phân phản ứng rất mạnh đối với nhiễu cao tần do các từtrường xoay chiều sinh ra trong các mạch điện

- Cấu trúc của thành phần vi phân rất phức tạp nên khó chế tạo, khó điềuchỉnh

Mô hình toán của bộ điều chỉnh PID là :

ưu và phương pháp module tối ưu đối xúng

Về căn bản, phương pháp module tối ưu là phương pháp dễ tổng hợp vàcho ra được đặc tính tác động nhanh hơn, nhưng lại thường mắc phải độ quáđiều chỉnh Còn phương pháp module tối ưu đối xứng thì cho ra được đường đặctính không có độ quá điều chỉnh, nhưng thời gian tác động của hệ thống lại lâuhơn, đồng thời tổng hợp khó hơn

2.3.2 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện.

Kphi Kphi

K đk

(T v p+1)(T đk p+1)

Hình 2.4 Mạch vòng dòng điện.

Trong đó:

Trang 20

Ri: Là bộ điều khiển dòng

Kđk: Là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi

Tđk: Là hằng số thời gian điều khiển

Tv: Là hằng số thời gian của van

)(