tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu và nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều động cơ trong dây chuyền in

Luận văn thạc sỹ MỞ ĐẦU Đất nước ta thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hố Việc nâng cấp dây chuyền máy sản xuất vấn đề quan trọng cấp thiết Nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm tăng suất lao động Hiện nay, dây chuyền in nhà máy cũ lạc hậu, nhập từ nước ngồi với thơng số dây chuyền không rõ ràng, hệ truyền động chủ yếu sử dụng điều khiển truyền thống Để nâng cao chất lượng dừng lại mạch vịng phản hồi nên chất lượng chưa cao đồng thời có nhiều nhược điểm ảnh hưởng đên tính liên tục hệ thống dẫn đên lượng đầu dễ bị thay đổi Do vấn đề đặt làm để nâng cao chất lượng hệ thống Trên sở luận văn tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển mờ vào việc chỉnh định tham số điều chỉnh truyền thống thay điều chỉnh truyền thống mờ riêng vào hệ thống truyền động dây chuyền in có nước ta để nâng cao chất lượng hệ thống Điều khiển mờ giữ vai trò quan trọng hệ thống điều khiển đại, đảm bảo tính khả thi hệ thống, đồng thời lại thực tốt tiêu kỹ thuật hệ độ xác cao, độ tác động nhanh, tính bền vững ổn định tốt, dễ thiết kế thay đổi…Khác với kỹ thuật điều khiển truyền thống thơng thường hồn tồn dựa vào độ xác tuyệt đối thơng tin mà nhiều ứng dụng không cần thiết có được, hệ điều khiển lơgic mờ áp dụng hiệu trình chưa xác định rõ hay khơng thể đo đạc xác được, q trình điều khiển điều kiện thiếu thơng tin Chính khả điều khiển mờ giúp giải thành cơng tốn phức tạp, tốn mà trước khơng giải Sau năm học tập trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đào tạo tiếp thu kiến thức đại tiên Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 Luận văn thạc sỹ tiến lĩnh vực tự động hoá Trước tốt nghiệp cao học, nhận đề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều động dây chuyền in” Nội dung luận văn đưa chia làm chương: Chương I: Tổng quan hệ truyền động nhiều động dây chuyền in Chương II: Các phương án xây dựng hệ thống truyền động T-Đ cho dây chuyền in Chương III: Xây dựng sơ đồ cấu trúc tổng hợp hệ thống truyền động nhiều động dây truyền in Chương IV: Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để nâng cao chất lượng hệ thống dây chuyền in Tơi xin trân trọng bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Võ Quang Lạp - người hướng dẫn tận tình giúp tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin trân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho hồn thành luận văn Tơi xin trân thành cảm ơn Khoa sau Đại học, xin trân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi mặt để tơi hồn thành khố học Tơi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2009 Người thực Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 Luận văn thạc sỹ MỤC LỤC Tên đề mục CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ NHIỀU ĐỘNG CƠ TRONG Trang DÂY CHUYỀN IN 1.1 Đặt vấn đề: 1.1.1 Giới thiệu tổng quan máy in giấy offset 1.1.2 Giới thiệu tổng quan máy in vải 1.1.2.1 Xác định phụ tải động truyền động máy in vải 1.1.2.2 Sơ đồ điều khiển truyền động máy in vải 1.2 Những yêu cầu truyền động nhiều trục máy in 1.3 Đặc tính phụ tải 1.4 Hệ thống truyền động CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO 11 13 15 16 17 18 19 DÂY CHUYỀN IN 2.1.Đặt vấn đề 2.2 Hệ thống Tiristor - Động chiều kích từ độc lập 2.2.1 Mơ hình động điện chiều 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống T-Đ hệ thay đổi từ thông 19 19 19 24 (tải nhẹ) 2.2.2.1 Sơ đồ mắc song song 2.2.2.2 Sơ đồ mắc nối tiếp 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống T- Đ hệ thay đổi điện áp 24 25 28 (tải nặng) 2.3 Hệ truyền động điện xoay chiều với động không 29 đồng bộ Roto lồng sóc được cấp nguồn từ bộ biến tần 2.3.1 Mô tả động không đồng bộ ba pha dưới dạng 29 các đại lượng vec tơ không gian 2.3.2 Quy đổi các đại lượng điện của động không 32 đồng bộ từ hệ véc tơ (a,b,c) về hệ tọa độ cố định Stato (α,β) 2.3.3 Quy đổi các đại lượng điện của động không 35 đồng bộ từ hệ véc tơ (a,b,c) về hệ tọa độ cố định Stato (α,β) 2.3.4 Quy đổi các đại lượng điện của động không 37 đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ cố định Stator (α,β) về hệ tọa độ cố định Rotor (d,q) 2.3.5 Sự biến đổi lượng và mô mên điện từ Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 41 Luận văn thạc sỹ 2.3.6 Xây dựng mô hình toán học cho động không 43 2.3.7 Cơ sở để định hướng từ thông hệ tọa độ tựa 46 đồng bộ theo từ thông Rotor (d,q) CHƯƠNG III XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ TỔNG HỢP 51 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ TRONG DÂY CHUYỀN IN 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Hệ truyền động máy in làm việc tải nặng 3.3 Hệ truyền động máy in làm việc tải nhẹ 3.4 Tổng hợp hệ thống 3.4.1 Tổng hợp hệ thống máy in hệ làm việc với tải nặng 3.4.1.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 3.4.1.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 3.4.1.3 Tổng hợp mạch vòng lực căng 3.4.2 Tổng hợp hệ thống máy in hệ làm việc với tải nhẹ 3.5 Tính tốn thông số hệ thống truyền động máy in sử dụng 51 51 53 55 55 56 57 59 62 64 động điện chiều kích từ độc lập 3.6 Mô hệ truyền động phần mềm Matlap – Simulink 68 với việc sử dụng điều khiển PID 3.6.1 Mô hệ thống truyền động máy in làm việc tải 68 nặng 3.6.2 Mô hệ thống truyền động máy in làm việc với tải 72 nhẹ CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ 75 ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG MÁY IN 4.1 Đặt vấn đề 75 4.2 Các khái niệm 4.2.1 Tập mờ 75 4.2.1.1 Nhắc lại tập rõ 4.2.1.2 Tập mờ 4.2.2 Các phép toán tập mờ 4.2.3 Biến ngôn ngữ 4.2.4 Suy luận mờ luật hợp thành Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 78 79 79 Luận văn thạc sỹ 4.3 Bộ điều khiển mờ 4.3.1 Cấu trúc điều khiển mờ 4.3.2 Mờ hoá 4.3.3 Giải mờ (defuzzyfier) 4.3.4 Khối luật mờ khối hợp thành 4.3.4.1 Các bước xây dựng luật hợp thành có nhiều 81 81 81 82 83 84 điều kiện 4.3.4.2 Thuật toán xây dựng luật hợp thành nhiều 85 mệnh đề hợp thành 4.3.5 Bộ điều khiển mờ tĩnh 4.3.6.Bộ điều khiển mờ động 4.4 Chỉnh định mờ tham số điều khiển PID 4.4.1 Đặt vấn đề 4.4.2 Thiết kế điều khiển mờ 4.4.2.1 Xác định tất biến ngôn ngữ vào 4.4.2.2 Xác định tập giá trị cho biến vào 4.4.2.3 Xác định dạng hàm liên thuộc 4.4.2.4 Xây dựng luật điều khiển “ …thì…“ 4.4.2.5 Chọn luật hợp thành 4.4.2.6 Giải mờ 4.5 Mô hệ thống truyền động máy in làm việc tải nặng có 86 86 88 88 90 90 91 92 93 95 98 98 điều khiển mờ 4.6 Mô hệ thống truyền động máy in làm việc tải nhẹ có 105 điều khiển mờ Kết luận kiến nghị 113 Tài liệu tham khảo Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 115 Luận văn thạc sỹ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tự làm nghiên cứu không chép sử dụng kết người khác Tôi xin chịu trách nhiệm lời cam đoan Tác giả luận văn Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 Luận văn thạc sỹ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT M: Động điện chiều D~: Động xoay chiều ba pha CK: Cuộn kích từ Φ : Từ thơng kích từ FT: Máy phát tốc Ri ư: Bộ điều chỉnh dòng điện R ω : Bộ điều chỉnh tốc độ RT: Bộ điều chỉnhtrong mạch vòng đồng tốc T- Đ: Hệ truyền động Thyristor - Động điện chiều 10.BT- D~: Hệ biến tần - Động xoay chiều 11.K = KI.KM Φ : Hệ số tỷ lệ mạch vòng phản hồi dòng điện phần ứng: K I hệ số tỷ lệ dịng điện phần ứng;Km hệ số mơ men động 12.PID: ( Proportional- Itergral- Derivative) Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân đạo hàm 13.WCBIkt: Cảm biến lấy dịng điện kích từ 14.WR ω : Hàm số truyền điều chỉnh tốc độ 15.WIkt: Hàm truyền điều chỉnh dòng điện mạch vòng phản hồi dòng điện kích từ 16.WT: Hàm truyền chỉnh lưu cấp điện cho cuộn dây kích từ 17.WRT: Hàm truyền điều chỉnh mạch vòng đồng tốc 18.WĐ: Hàm truyền khâu điện từ động điện chiều 19.WCBI: Hàm truyền khâu cảm biến lấy tín hiệu dịng điện phần ứng động Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 Luận văn thạc sỹ 20.WCB: Hàm số truyền máy phát tốc 21.WCBT: Hàm số truyền khâu lấy tín hiệu đồng tốc CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU TRỤC TRONG MÁY IN 1.1 Đặt vấn đề Máy in có nhiều loại máy in vải, máy in giấy máy in kim loại có loại máy đơn giản trục máy in phức tạp nhiều trục Sau ta nêu vài loại máy in nhiều trục 1.1.1 Giới thiệu tổng quan máy in giấy offset Trong máy in offset thường bao gồm phận sau: Cấp mực Cấp Bộ phận vào giấy Chà mực Bộ phận kiểm soát giấy Bộ phận in Bộ phận giấy Chà nước Cấp nước Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc máy in Ở máy in cuộn cuộn giấy in tở để in nên cuộn lại mà phải cắt máy in Do giấy cuộn có khổ lớn nên sau cắt máy thường có phận gấp kèm theo Vì băng giấy tở từ cuộn giấy dang liên tục máy qua phận in nên máy in cuộn khơng có phận kiểm sốt giấy Nhưng lại có phận kiểm sốt băng giấy xem có bị đứt hay khơng Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 Luận văn thạc sỹ Hiện máy in cuộn thực theo thứ tự in trước, cắt sau gấp Vì in máy in cuộn sản phẩm phải in hoàn chỉnh mặt hai mặt Cách mắc giấy in cuộn hình 1.2 A B I II Hình 1.2: Sơ đồ mắc giấy máy in cuộn Cuộn giấy I in đơn vị A tới cắt - gấp đơn vị cắt - gấp Cuộn giấy II in đơn vị B tới cắt - gấp đơn vị cắt - gấp Lúc máy làm việc hai máy in cuộn 1/ màu Cuộn giấy II in qua đơn vị in B chuyển sang đơn vị in A tới đơn vị cắt - gấp lúc máy làm việc hai máy in màu 2/2 Trong trường hợp cuộn giấy không in đơn vị cắt - gấp không làm việc Cuộn giấy I in đơn vị in A, cuộn giấy II in đơn vị in B tới cắt - gấp Trường hợp có số màu 1/1 cắt - gấp số trang tăng gấp đơi Đơn vị cắt gấp không làm việc Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 Luận văn thạc sỹ Trong trường hợp cuộn giấy I in đơn vị in A, cuộn giấy II in đơn vị B đến cắt gấp đơn vị tốc độ động trục I trục II phải đồng tốc với Bộ phận vào giấy Cuộn giấy in gá vào trục quay vào giấy Có máy in cuộn phận vào giấy gá cuộn giấy Nhưng thường máy in cuộn có phận vào giấy gá hai ba cuộn giấy với mục đích để thay nhanh chóng cuộn giấy in hết sang cuộn giấy Có hai cách chuyển cuộn giấy mà không cần dừng máy Cách dán bay: Khi cuộn giấy tở để in người thợ tiến hành gá cuộn giấy lên bàn gá Khi cuộn giấy in hết hồ bôi lên băng giấy cuộn giấy Và động kéo quay cuộn giấy quay với tốc độ tương ứng với tốc độ tở cuộn giấy in hết Như tốc độ hai trục phải đồng tốc tương ứng với Bộ gá cuộn giấy quay nâng cuộn lên, hạ cuộn hết xuống Khi cuộn giấy bôi hồ tiếp xúcvới băng giấy in tở theo tốc độ Lúc lưỡi dao cắt băng giấy cũ trục cuộn giấy gá quay xuống để lấy thay cuộn vào Bộ tở giấy có tác dụng tở giấy từ cuộn giấy cách đặn Bộ điều chỉnh sức căng làm giảm thiểu bất thường tở giấy giữ cho băng giấy không bị phập phồng in Giấy chuyển tránh bị đứt giật giấy Đứt giấy phải dừng máy cần loại bỏ phần giấy cũ luồn lại phần giấy máy 1.1.2 Trần Ngọc Sơn Giới thiệu tổng quan máy in vải Lớp CHK9 10 Luận văn thạc sỹ * Dạng tín hiệu dạng xung(Step) Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 100 Luận văn thạc sỹ Để so sánh, đánh giá chất lượng làm việc hệ truyền động sử dụng điều khiển PID với điều khiển mờ với sơ đồ mơ hình vẽ Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 101 Luận văn thạc sỹ Kết mô thu đồ thị thể dạng tín hiệu số bước nhảy * Dạng tín hiệu số Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 102 Luận văn thạc sỹ * Dạng tín hiệu bước nhảy(Step) Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 103 Luận văn thạc sỹ Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 104 Luận văn thạc sỹ 4.6 Mô hệ thống truyền động máy in làm việc với tải nhẹ có điều khiển mờ Sơ đồ mô hệ thống có điều khiển mờ hình vẽ Từ sơ đồ thìbộ điều chỉnh mờ thể hình vẽ Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 105 Luận văn thạc sỹ Cho chạy mô thu đồ thị với hai trường hợp K dạng tín hiệu số tín hiệu dạng xung (Step) + Trường hợp hệ số bù K = * Dạng tín hiệu đặt số * Dạng tín hiệu bước nhảy (Step) Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 106 Luận văn thạc sỹ + Trường hợp hệ số bù K = 0,5 * Dạng tín hiệu đặt số Dạng tín hiệu đặt bước nhảy(Step) Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 107 Luận văn thạc sỹ Để so sánh, đánh giá chất lượng làm việc hệ truyền động sử dụng điều khiển PID điều khiển mờ với sơ đồ mơ hình vẽ Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 108 Luận văn thạc sỹ Kết mô thu với hai trường hợp hệ số bù dòng điện phần ứng K hai dạng tín hiệu đặt tín hiệu bước nhảy tín hiệu số + Trường hợp K = * Dạng tín hiệu số Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 109 Luận văn thạc sỹ * Dạng tín hiệu bước nhảy + Trường hợp K = 0,5 * Dạng tín hiệu số Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 110 Luận văn thạc sỹ * Dạng tín hiệu bước nhay(Step) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ: Với việc sử dụng điều khiển mờ vào mạch vòng đồng tốc hệ làm việc với tải nặng sử dụng điều khiển mờ vào mạch vòng điều chỉnh tốc độ hệ làm việc với tải nhẹ, qua kết mô cho thấy hệ thống làm việc ổn định So với trường hợp sử dụng PID đưa thêm điều khiển mờ tạo mờ lai mạch vòng cho thấy chất lượng hệ làm việc với mờ lai tốt nhiều Điều chứng tỏ việc ứng dụng điều khiển mờ để nâng cao chất lượng hệ truyền động cho máy in hợp lý Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 111 Luận văn thạc sỹ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CỦA LUẬN VĂN Bản luận án có số kết sau: Đã tìm hiểu chọn tải thích hợp đồng thời tải đặc trưng cho truyền động nhiều động điều dẫn tới việc khảo sát hệ thống mang ý nghĩa thực tế Đã phân tích cách tỷ mỉ có so sánh phương án truyền động hệ truyền động T- Đ hệ truyền động biến tần - động xoay chiều ba pha, dựa vào thực tế sản suất sử dụng tính ưu việt hệ thống truyền động T- Đ thời điểm từ chọn hệ thống T- Đ để khảo sát tổng hợp phục vụ cho máy in Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 112 Luận văn thạc sỹ Đã tổng hợp mô hệ truyền động T- Đ với điều khiển kinh điển PID hai trường hợp truyền động tải nặng trường hợp tải nhẹ kết cho thấy chất lượng hai hệ truyền động đảm bảo yêu cầu Điều chứng tỏ hệ truyền động từ trước tới sử dụng cho máy in Với phát triển khoa học kỹ thuật nói chung lý thuyết điều khiển nói riêng, có nhiều điều khiển thông minh nghiên cứu sử dụng cho hệ truyền động phức tạp, luận án nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để tạo điều khiển mờ lai(PID- Mờ) Với kết mô hệ truyền động với điều khiển cho kết tốt so vói điều khiển PID Kết luận án đóng góp mặt khoa học cho lĩnh vực truyền động nhiều động ngành tự động hoá, đồng thời cịn mang ý nghĩa thực tế phục vụ cho sản suất Kiến nghị: Tuy luận án cho số kết nêu trên, xong lĩnh vực truyền động phức tạp cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện nữa, đặc biệt cần nghiên cứu nhiều điều khiển thông minh khác để ứng dụng vào hệ truyền động làm cho đề tài có tính khoa học cao Đây đề tài mang ý nghĩa thực tế , với kết lý thuyết mơ cần có kiểm chứng mơ hình thí nghiệm từ dễ dàng áp dụng vào sản suất Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 113 Luận văn thạc sỹ TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Quang Lạp, Trần Thọ, Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 2001 Nguyễn Bính, Điện tử công suất, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 1996 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật, 2002 Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 1994 Trần Ngọc Sơn Lớp CHK9 114 .. .Luận văn thạc sỹ tiến lĩnh vực tự động hố Trước tốt nghiệp cao học, tơi nhận đề tài: ? ?Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều động dây chuyền in? ?? Nội dung luận văn đưa chia... TRÚC VÀ TỔNG HỢP 51 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ TRONG DÂY CHUYỀN IN 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Hệ truyền động máy in làm việc tải nặng 3.3 Hệ truyền động máy in làm việc tải nhẹ 3.4 Tổng hợp hệ. .. quan hệ truyền động nhiều động dây chuyền in Chương II: Các phương án xây dựng hệ thống truyền động T-Đ cho dây chuyền in Chương III: Xây dựng sơ đồ cấu trúc tổng hợp hệ thống truyền động nhiều động