Nghiên cứu điều khiển hệ thống nối trục động cơ trong dây chuyền cán thép

` ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN QUỐC KHÁNH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NỐI TRỤC ĐỘNG CƠ TRONG DÂY CHUYỀN CÁN THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa THÁI NGUYÊN – 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN QUỐC KHÁNH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NỐI TRỤC ĐỘNG CƠ TRONG DÂY CHUYỀN CÁN THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHÒNG ĐÀO TẠO KHOA ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Thị Mai Hƣơng THÁI NGUYÊN – 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Quốc Khánh Sinh ngày : 01 tháng năm 1960 Học viên lớp cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên. Hiện công tác tại: Trường Đại Học Lao Động Xã Hội – Cơ sở Sơn tây Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi. Các số liệu nêu luận văn trung thực. Những kết luận khoa học luận văn chưa công bố công trình nào. Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Quốc Khánh Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, tác giả nhận quan tâm lớn nhà trường, khoa, phòng ban chức năng, thầy cô giáo đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa điện, giảng viên tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Thị Mai Hƣơng, Trường đại học KTCN Thái Nguyên tận tình hướng dẫn trình thực luận văn này. Mặc dù cố gắng, song trình độ kinh nghiệm hạn chế, nên luận văn tránh khỏi thiếu sót định. Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện có ý nghĩa ứng dụng thực tế. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Quốc Khánh Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Thiết bị cán thường sử dụng động luyện kim chuyên dùng, có thổi gió làm mát. Các trường hợp cán có tốc độ không thay đổi (máy cán thô liên tục) thường dùng động đồng bộ. Còn máy cán cần điều chỉnh tốc độ dùng động chiều, nguồn chiều cung cấp từ chỉnh lưu riêng. Trong thực tế sản xuất nhiều dây chuyền công nghệ yêu cầu sử dụng động chiều hay xoay chiều công suất lớn đến hàng nghìn Kw. Thiết bị cán Block khâu cuối dây chuyền cán thép đại yêu cầu công suất sử dụng vào khoảng 5000 Kw thí dụ điển hình. Hệ thống quạt gió lò, trạm nén khí, trạm bơm,… hệ thống điển hình mà thường yêu cầu sử dụng động công suất lớn. Việc sử dụng động công suất lớn đáp ứng yêu cầu tải gặp nhiều khó khăn. Giải pháp khắc phục khó khăn, hạn chế sử dụng động công suất lớn đề xuất thay 02 động ghép làm việc song song có tổng công suất công suất động công suất lớn cần thay thế. Nhưng yêu cầu đặt trình vận hành hai động thay đóng góp phần công suất cho phụ tải chung nhau. Đề tài tập trung nghiên cứu điều khiển hệ thống hai động làm việc song song nối cứng trục với nhau, với mục tiêu ổn định dòng điện (phân tải). Mục tiêu nghiên cứu. - Đề tài nghiên cứu điều khiển hệ thống nối trục động dây chuyền cán thép. - Ổn định dòng điện với hệ thống động nối cứng trục. - Ứng dụng điều khiển cho hệ thống thiết bị thực tế. Nội dung nghiên cứu Chương 1: Tổng quan công nghệ cán thép Chương 2: Nghiên cứu hệ thống nối trục động dây chuyền cán thép dây Chương 3: Xây dựng mô hình toán học hệ thống điều khiển Chương 4: Mô thực nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP Cán hình thức gia công áp lực để làm thay đổi hình dạng kích thước vật thể kim loại dựa vào biến dạng dẻo nó. Yêu cầu quan trọng trình cán ứng suất nội biến dạng dẻo không lớn, đồng thời kim loại giữ độ bền cao. Ứng suất nội biến dạng dẻo giảm nhiệt độ kim loại tăng, nên thực tế cán nóng hay sử dụng để giảm lực cán lượng tiêu hao trình cán. Trường hợp yêu cầu công nghệ, chẳng hạn cán thép mỏng 1mm phải cán nguội cán nóng sinh vảy thép dày so với thành phẩm. Căn theo nhiệt độ trình tái kết tinh để phân chia cán nguội cán nóng thép nhiệt độ 6000C 6500C. Nên coi rằng: + Cán thép nhiệt độ 4000C 4500C cán nguội. + Cán thép nhiệt độ lớn 6000C 6500 C, cán nóng. 1.1. Công nghệ cán chung Ban đầu tập kết nguyên liệu vào cán gồm thép thỏi phôi, sau làm xếp đặt lên xe nạp liệu chuẩn bị vào lò nung. Lò nung phải kiểm tra (nhiên liệu, vật liệu có liên quan) chạy thử máy móc thiết bị lò trước sản xuất. Tùy theo dây chuyền thiết kế lắp đặt mà phôi xếp thành hàng xe nạp liệu, máy đẩy đưa phôi vào lò nung. Lò nung phản xạ đốt ba mặt, xung quanh lò trang bị hệ thống ống dẫn dầu quạt gió. Phôi nung lò qua ba vùng nhiệt độ (vùng sấy, vùng nung, vùng nhiệt). Nhiên liệu nung phôi thường Fo (dầu công nghiệp), phun vào lò dạng sương mù cháy nơi lò. Từ vùng nung sơ nhiệt độ tăng dần vùng nhiệt. Khi phôi đạt nhiệt độ theo yêu cầu máy tống phía sau lò đẩy khỏi lò đưa vào đường lăn nhờ hệ thống lăn phôi đưa vào hệ thống máy cán. Đầu tiên máy cán thỏi, cán thô, cán vừa, sau máy cán tinh. Máy cán có nhiều dạng đường kính trục to nhỏ khác nhau, cách bố trí giá khác máy cán. Tùy theo công nghệ thiết kế thép cán cán quay lại khâu cán. Sau cán số lần tiết diện giảm xuống, chiều dài tăng lên, đầu, đuôi thỏi bị tòe nhiệt độ giảm xuống người ta tiến hành cắt đầu đuôi đưa đến khâu trung gian khác. Mỗi lần cán phôi qua lỗ hình mà giá cán có nhiều lỗ hình. Qua nhiều lần cán, thép cán lần cuối qua máy cán tinh theo kích thước sản phẩm đến công đoạn khác. Để kích thước không dài người ta tiến hành cắt phân đoạn theo tính toán để phần thừa cuối nhỏ nhất. Rồi chuyển lên sàn làm nguội. Sàn nguội có kích Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ thước to nhỏ khác cho khỏi sàn nguội thép đạt đặc tính cứng định. Sau khỏi sàn nguội thép cắt thành phẩm nhờ máy cắt nguội Sau thép đưa tới hệ thống gom thép, đóng bó đưa vào kho, kết thúc trình cán thép. Tóm lại quy trình cán thép sau: Tập kết phôi → vào lò nung → Máy cán thỏi → Máy cán thô → Máy cán vừa → Máy cán tinh → Bộ phận làm nguội → Bộ phận đóng bó → Kho 1.2. Công nghệ cán nóng Muốn cán nóng kim loại công việc phải nung phôi thép. Việc nung kim loại đến nhiệt độ cán quan trọng, định suất chất lượng sản phẩm cán. Mục đích việc nung kim loại trước cán là: tăng tính dẻo, giảm trở kháng biến dạng tạo điều kiện cho công đoạn gia công dễ dàng. Nung phôi trước cán làm giảm lực cán, hạ thấp lượng tiêu hao điện, tăng tuổi thọ làm việc cho trục cán thiết bị máy cán, làm cho thành phần hoá học phôi đồng đều, tăng lực ép . dẫn tới suất cao, chất lượng sản phẩm tốt. Vì phải xác định nhiệt độ nung thích hợp cho loại thép, loại kim loại. Nếu nhiệt độ nung phôi cao phôi bị cháy nhiệt . dẫn tới phế phẩm nhiều. Nếu nhiệt độ nung phôi thấp tính dẻo kim loại kém, trở kháng biến dạng lớn . dẫn tới chất lượng sản phẩm xấu, không đảm bảo an toàn cho thiết bị. Từ thực tế kết hợp với lý thuyết ta có công thức kinh nghiệm để xác định nhiệt độ nung tối ưu kim loại là: Tnung = Tchảy - (200 + 250) C (1.1) Trong đó: Tchảy: nhiệt độ nóng chảy kim loại hợp kim( C). Đối với thép người ta nung nhiệt độ nhỏ công thức để tránh tượng thoát cacbon cháy nhằm đảm bảo chất lượng thép tăng chất lượng sản phẩm: Tnung = Tchảy - (100 + 150) C (1.2) 1.3. Công nghệ cán nguội Để đáp ứng nhu cầu phát triển công nghiệp hóa, đại hóa nước ta yêu cầu thép mỏng chất lượng cao liên tục nâng cao tất lĩnh vực kinh tế quốc dân. Các máy cán nóng cho sản phẩm thép mỏng chất lượng cao nhằm thoả mãn công nghệ gò, dập . Lý đưa cán nóng Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ tạo lớp vảy nên không đáp ứng độ mỏng thép mong muốn nhiệt độ cao cấu trúc kim loại không thoả mãn được. 1.4. Kết luận chương Cán thép đòi hỏi công suất điện lớn để phục vụ cho công đoạn nung phôi, vận chuyển, cán đóng gói sản phẩm. Đặc điểm cán thép môi trường làm việc tương đối khắc nghiệt (nhiệt độ cao, tiếng ồn lớn nhiều bụi bậm,…), mặt khác chất lượng thép phải đạt yêu cầu tiêu thụ được. Do vậy, vai trò điều khiển tự động hóa dây chuyền cấn thép vô to lớn. Nó định đến suất, chất lượng an toàn vận hành người thiết bị máy móc. Riêng dây chuyền cán thép dây, việc sử dụng hai ba động công suất nhỏ, thay cho động công suất lớn mà phải phân bố công suất chúng toán cho lĩnh vực điều khiển tự động hóa dây chuyền cán. Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NỐI TRỤC ĐỘNG CƠ TRÊN DÂY CHUYỀN CÁN THÉP DÂY 2.1. Giới thiệu dây chuyền cán sử dụng hệ thống nối trục hai động Sơ đồ công nghệ dây chuyền cán sử dụng hệ thống nối trục hai động điện chiều kích từ độc lập giới thiệu hình 3.1: Gi¸ c¸n Gi¸ c¸n Gi¸ c¸n Gi¸ c¸n Gi¸ c¸n Gi¸ c¸n Ph«i thÐp §1 §2 Hình 2. 1. Hệ thống nối trục hai động dây chuyền máy cán dây Trong đó: - Máy cán Block gồm giá cán rời với giá đứng giá đặt nằm ngang, việc truyền động thực động DC kích từ độc lập nối đồng trục, thực việc đồng hoá tốc độ. - Thực làm mát cho động quạt gió lắp đặt riêng cho động truyền động. Thông số động quạt làm mát: Trên nhiệm vụ đặt xây dựng hệ thống truyền động điện vừa có công suất lớn lại vừa đảm bảo việc đồng tốc phần phụ tải hai động cơ. Đáp ứng tất yêu cầu nhiệm vụ khó khăn. 2.2. Cơ sở lý thuyết nối cứng trục động Trong phần này, ta sâu nghiên cứu lý thuyết nối cứng trục hai động chiều, loại động khác đề cập sau. 2.2.1. Nối cứng trục hai động chiều kích thích độc lập + + + + Đ1 _ Đ2 _ _ _ Hình 2. 2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nối trục hai động chiều kích từ độc lập Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Sơ đồ nguyên lý hệ thống nối cứng trục hai động điện chiều kích từ độc lập thể hình 2.2. Vấn đề quan trọng hệ truyền động làm để đảm bảo phân bố tải hợp lý hai động cơ. Do nối cứng trục với nên hai động quay tốc độ. Trong trường hợp dùng hai động điện chiều kích từ độc lập có công suất, muốn chịu tải chúng phải có đặc tính hoàn toàn giống nhau. Nghĩa tốc độ không tải lý tưởng độ cứng đặc tính phải nhau. Nếu không thỏa mãn điều kiện phụ tải hai động khác nhau. Trong thực tế, có hai động công suất, thông số định mức, đặc tính chúng khác nhau. Nguyên nhân sinh sai khác khe hở không khí, điện trở cuộn dây phần ứng vật liệu chế tạo chúng khác nhau. 2.2.1. Nối cứng trục hai động chiều kích thích nối tiếp Phụ tải phân bố hai động theo tỷ số: + Đ1 Đ2 CKĐ1 CKĐ2 _ Hình 2. 3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nối trục hai động chiều kích từ nối tiếp ED1 ED k1 k2 M1 M2 (2.1) Nghĩa thay đổi kích từ ta điều chỉnh phân bố phụ tải giữ chúng cho M1 = M2. Đối với động điện chiều kích từ nối tiếp, đặc tính chúng mềm nên dễ đảm bảo điều kiện phân bố phụ tải đều, liên kết cứng với nhau. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động minh họa hình 2.4. Đôi để đảm bảo phân bố phụ tải hai động này, người ta nối thêm đoạn dây cân hai điểm a b. Trong trường hợp cần ý đảm bảo dàn cho hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ có cố điện trở mạch kích từ máy đột ngột tăng lên kích từ máy bị đứt. 2.3. Nghiên cứu phân bố công suất động máy cán thép 2.3.1. Giới thiệu: Trong dây chuyền công nghệ cán thép, yêu cầu sử dụng động chiều xoay chiều có công suất lớn đến hàng nghìn Kw. Đối với động điện có công suất hàng nghìn Kw trở lên gặp nhiều khó khăn việc thiết kế, chế tạo, vận chuyển đến nơi sử dụng không gian lắp đặt. Mặt khác, động lại không làm việc trực tiếp với lưới mà thông qua biến đổi điện công suất lớn. Đồng thời thiết bị đóng cắt bảo vệ,… theo hợp đòi hỏi công suất lớn chịu dòng điện cao. 2.3.2. Các giải pháp phân bố công suất hai động nối cứng trục 2.3.2.1. Nối nối tiếp phần ứng cuộn dây kích thích hai động Sơ đồ nguyên lý hình 2.5, phần ứng hai động nối nối tiếp cung cấp chung biến đổi xoay chiều chiều có điều khiển. Hai cuộn kích thích hai động nối nối tiếp dùng chung nguồn cung cấp. + + Đ1 Đ2 _ _ Hình 2. 4. Hai động chiều nối cứng trục, nối nối tiếp phần ứng kích thích 2.3.2.2. Sử dụng riêng biến đổi cho động Hai động điện chiều độc lập cung cấp từ hai biến đổi riêng, nhiên cần phải có mối liên hệ ràng buộc hai biến đổi hai động đóng góp công suất cho tải nhau. 2.3.3. Các giải pháp phân bố công suất hai động nối cứng trục qua tải Khi hai động không nối cứng trục trực tiếp mà nối gián tiếp qua tải (là thép cán) xuất vấn đề đồng tốc của thép cán vị trí. Có thể có số giải pháp đồng tốc sau. Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 2.3.3.1. Đồng tốc độ động nguồn cung cấp chung a. Đồng tốc độ động điều chỉnh từ thông động cơ: Trên hình 2.8 mô tả sơ đồ hai động điện chiều kích từ độc lập nối cứng trục, điều chỉnh từ thông phần ứng động chung nguồn cung cấp. Khi điện áp phần ứng động không đổi giống nhau, ta có: I kt1 I kt (2.2) Khi có sai lệch tốc độ tăng lên hay giảm xuống, làm cho cảm biến chiều dài P L thay đổi, đưa đến mạch điều chỉnh RL làm thay đổi kích từ động M2 cho ω1 = ω2. Hàm số truyền điều khiển khâu tích phân: W ( s) RL ps KL s (2.3) Sơ đồ có khả dùy trì tốc độ hai động thông qua điều chỉnh từ thông kích thích, biến đổi, biến áp nguồn cung cấp thiết bị đóng cắt, bảo vệ có công suất lớn gấp đôi, không khả thi. Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ hai động điện chiều đồng tốc Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 2.4. Kết luận chƣơng Trong chương 2, ta tiến hành nghiên cứu phương án phân bố công suất thay động điện chiều công suất lớn (1000 Kw) hai động có công suất nhỏ (2x500 Kw). Khái quát lại có hai phương án là: - Hai động nối cứng trục, cung cấp từ hai biến đổi, hai biến đổi có mối liên hệ với thông qua hệ thống mạch vòng điều khiển dòng điện tốc độ. Vì nối cứng trục tốc độ rotor hai động nhau, ta quan tâm tới phân bố đồng công suất cho động làm việc với tải định mức. - Hai động không nối cứng trục trực tiếp, mà nối cứng gián tiếp qua thép cán, cung cấp từ hai biến đổi. Như phương án phải giải hai nhiệm vụ vừa đồng tốc độ cho hai động cơ, vừa điều chỉnh sức căng để phân bố công suất hai động cơ. Phương án sử dụng cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện tốc độ. Và có bổ sung thêm số khâu phụ trợ khác. Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1. Mô tả toán học hệ thống 3.1.1. Cấu trúc hệ thống điều khiển hai động nối cứng trục Cấu trúc hệ điều điều tốc độ hai mạch vòng gồm mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ hình 3.1. Hình 3. 1. Sơ đồ cầu trúc hệ thống Trong đó: ĐC1, ĐC2: Hai động nối cứng trục, Rn: Bộ điều khiển tốc độ, Ri1, Ri2: Bộ điều khiển dòng điện động 1, động 2, BBĐ1, BBĐ2: Bộ biến đổi xung áp cấp điện cho động 1, động 2. Rn: Bộ điều khiển tốc độ, 3.1.2. Mô hình toán học hệ Phương trình không gian trạng thái hai động nối cứng trục dia1 dt dia dt dn dt Ra1 La1 Ra La 30 K m1 J 30 K m J K m1 30 La1 ia1 Km2 30 La 2 La1 ia La 30 J n ua1 (3.8) Mc ua Đặt biến trạng thái x1 i1 , x2 i2 , x3 n, viết lại phương trình 3.8 dạng rút gọn x Ax Bu , y Cx Du (3.9) Trong A Ra1 La1 K m1 30 La1 Ra La Km2 30 La 30 K m1 J 30 K m J (3.10) Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 13 B La1 La 30 J (3.11) 0 C (3.12) 0 1 D 0 0 0 (3.13) 0 Biến trạng thái x x1 ia1 ua1 y1 ia1 x2 ia , tín hiệu vào u M c , tín hiệu y y2 n . x3 n ua y3 ia 3.1.2.2. Mô hình toán học biến đổi xung áp Bộ biến đổi xung áp biến đổi điện áp chiều nguồn thành điện áp chiều điều chỉnh cách thay đổi thời gian đóng/cắt van công suất để cấp điện cho động cơ. Khi đầu vào biến thiên lượng uđk (thay đổi thời gian đóng/cắt van) đầu biến thiên lượng uđ. Tín hiệu bị trễ so với tín hiệu vào khoảng thời gian t Tv f PWM . uđ (t) = Kb·uđk·1 (t – ∆t) (3.14) Trong đó: fPWM: tần số xung đóng cắt van. Tv: thời gian trễ van. Với phát triển khoa học kĩ thuật van điện tử Tv nhỏ coi Tv = 0. Hàm truyền chỉnh lưu có điều khiển bỏ qua phần phi tuyến: Wb ( s) U d ( s) U dk ( s) Kb e Tb s Kb , Tb Tb s t (3.15) 3.2. Tổng hợp hệ truyền động thiết kế điều khiển Cấu trục hệ truyền động hai động nối cứng trục với mạch vòng điều khiển tốc độ dòng điện thể hình 3.4. Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 14 3.2.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện Tổng hợp mạch vòng dòng điện theo tiêu chuẩn tối ưu modul, ta có hàm truyền hệ thống kín: Kb 1/ Ra1 Tb s Ta1s Kb 1/ Ra1 Ri1 Tb s Ta1s Ri1 Wki1 1 i1s 2 i1 s (3.16) Ri1 (1 i1 s ) i1s Kb 1/ Ra1 Tb s Ta1s (3.17) Chọn Tb ta i1 Ri1 Ra1 (1 Ta1s) KbTb s Ta1 KbTb Ra1 KbTb s (3.18) Ri1 khâu tỷ lệ - tích phân. Tổng hợp mạch vòng dòng điện động tương tự động ta Ta1 KbTb Ri Ra1 KbTb s (3.19) 3.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ Tổng hợp mạch vòng tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu modul, ta có hàm truyền hệ thống kín: Rn Wkn Rn Wki ( K m1 1 ns 30 2) Js Km2 2 n Rn (1 n s) s Wki ( K m1 Rn (1 n s) n 30 2) Js Km2 1 ( K m1 2Tb s 2Tb2 s Km2 (3.21) s 60 2) J (3.22) (3.23) Bộ biến đổi hệ biến đổi xung áp với tần số đóng/cắt van điện tử 500 Hz nên Tb < 0.001 2Tb2 ≈ 0. Khi Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 15 J Rn (1 Chọn Rn i1 n s) n (3.24) ( K m1 2Tb s Km2 ) 60 Tb J 120Tb ( K m1 Km2 ) (3.25) Rn khâu tỷ lệ. 3.2.3. Thiết kế mạch bù tín hiệu đặt dòng điện Trong hệ thống nối cứng trục hai động kéo chung tải, điều khiển phải đảm bảo dòng phần ứng 3.3. Kết luận chƣơng Chương trình bày: - Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển hai động nối cứng trục. - Xác định mô hình toán học phần tử hệ thống. - Xác định điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh dòng điện phần ứng động cơ. - Thiết kế bù tín hiệu đặt dòng điện để điều khiển cân dòng phần ứng hai động cơ. Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 16 CHƢƠNG 4. MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 4.1. Mô hệ thống điều khiển hai động nối cứng trục 4.1.1. Tham số hệ truyền động Tham số động cơ: Công suất Pđm 50W Điện áp định mức Uđm 24 V Dòng điện định mức Iđm 2.256 A Tốc độ định mức nm 2000 RPM Điện trở phần ứng Ra 5.6 Ohms Điện cảm phần ứng La 0.00266 H Tổng mô men quán tính J 0.000275 kg.m2 Hệ số momen từ thông KmΦ 0.07454 Tham số biến đổi: Tần số đóng/cắt FPWM 500 Hz Hệ số khuếch đại Kb 0.0941 4.1.2. Mô hình mô hệ thống Mô hình mô hệ thống phần mềm Matlab/Simulink (Mathworks) [5] thể hình 4.1. PI(s) Kb Tb.s+1 Ri1 BBD1 nerr 2000 nref P(s) ierr i1 Rn PI(s) KPhi x' = Ax+Bu y = Cx+Du Load G n State-Space Kb Tb.s+1 Ri2 BBD2 Hình 4. 1. Mô hình mô hệ thống 4.1.2.1. Đáp ứng hệ thống mô không tải Sai lệch dòng điện phần ứng hai động không tải Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 17 Hình 4. 2. Sai lệch dòng điện phần ứng hai động không tải 4.1.2.2. Đáp ứng hệ thống mô có tải Sai lệch dòng điện phần ứng hai động có tải Hình 4. 3. Sai lệch dòng điện phần ứng hai động có tải 4.1.2.3. Đánh giá kết mô - Đáp ứng tốc độ mô hình mô có tải hay không tải bám theo tín hiệu đặt. - Thời gian xác lập nhanh, khoảng 0.4s. - Lượng điều chỉnh nhỏ, khoảng 6-10%. - Sai lệc dòng điện phần ứng hai động nhỏ. 4.2. Thực nghiệm hệ thống điều khiển hai động nối cứng trục 4.2.1. Thiết bị thực nghiệm Hình 4. 4. Mô hình thực nghiệm 4.2.2. Cấu trúc thực nghiệm Cấu trúc thực nghiệm điều khiển bền hệ thống nối cứng trục động phần mềm Matlab/Simulink thể hình 4.13. Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 18 Setup Arduino1 COM2 Real-Time Pacer Speedup = udk ArIO Setup Real-Time Pacer PI(s) SP Current iref Ri1 Dong dien Dir G 0.5 SP ref 1000 PI(s) Toc dat Rn Speed Dir Toc i_err PI(s) n_err Current Current SP Ri2 DC NCT 1.03 GH tren Speed 0.97 GH duoi Hình 4. 5. Cấu trúc thực nghiệm điều khiển hệ thống nối cứng trục động 4.2.3. Kết thực nghiệm Sai lêch dòng điện phần ứng hai động tín hiệu bước nhảy Hình 4. 6. Sai lệch dòng điện phần ứng hai động có tải, tín hiệu đặt hàm bước nhảy Sai lêch dòng điện phần ứng hai động tín hiệu đặt hàm bậc thang Hình 4. 7. Sai lệch dòng điện phần ứng hai động có tải, tín hiệu đặt hàm bậc thang Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 19 4.2.3.5. Đánh giá kết thực nghiệm - Đáp ứng tốc độ hệ thống có tải hay không tải bám theo tín hiệu đặt cho dù tín hiệu đặt dạng khác nhau. - Thời gian xác lập nhanh, khoảng 0.6s. - Lượng điều chỉnh nhỏ, khoảng 15-20%. - Sai lệc dòng điện phần ứng hai động nhỏ, nhỏ 0.04A. - Các điều chỉnh tốc độ, dòng điện thiết kế chương thực tốt chức điều khiển hệ thống. - Kết thực nghiệm với lý thuyết phân tích. 4.3. Kết luận chương Chương trình bày: - Mô hệ thống điều khiển hai động nối cứng trục. - Các thiết bị phục vụ thực nghiệm hệ thống hai động nối cứng trục với điều khiển dòng điện tốc độ thực Matlab/Simulink. - Thực thực nghiệm điều khiển hệ thống hai động nối cứng trục thu đáp ứng hệ thống đạt chất lượng tốt. Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 20 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nội dung luận văn tập trung vào nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển hai động nối cứng trục dây truyền cán thép có công suất lớn. Đối chiếu với yêu cầu mục tiêu đề luận văn giải đầy đủ cho kết sau: + Nghiên cứu hệ thống cán thép nhà máy luyện kim. + Nghiên cứu phương án phân bố công suất thay động điện chiều công suất lớn hai động có công suất nhỏ hơn. Phương án 1: Hai động nối cứng trục trực tiếp, cung cấp từ hai biến đổi, việc phối hợp điều khiển hai biến đổi thông qua hệ thống mạch vòng điều khiển dòng điện tốc độ. Các điều chỉnh phải thực điều khiển phân bố đồng công suất cho động làm việc với tải định mức. - Phương án 2: Hai động không nối cứng trục trực tiếp, mà nối cứng gián tiếp qua thép cán, cung cấp từ hai biến đổi. Sử dụng cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện tốc độ. Các điều chỉnh phải giải hai nhiệm vụ vừa đồng tốc độ cho hai động cơ, vừa điều chỉnh sức căng để phân bố công suất hai động cơ. + Xây dựng mô hình toán học hệ thống hai động nối cứng trục sử dụng tổng hợp điều chỉnh dòng điện tốc độ để điều khiển hệ thống. + Tiến hành mô hệ thống điều khiển hai động nối cứng trục phần mềm Matlab/Simulink thu đáp ứng mô đạt chất lượng tốt. + Từ kết tác giả xây dưng mô hình thực nghiệm hai động nối cứng trục thuật toán điều khiển thực môi trường Simulink. Kết đáp ứng tốc độ mô hình thực nghiệm đạt kết theo yêu cầu. Dòng điện phần ứng hai động phân bố đóng tải vào mô hình theo yêu cầu đề đề tài. Kiến nghị Hoàn thiện kết nghiên cứu để áp dụng vào thực tiễn sản xuất. /. Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ [...]... Nội dung trong luận văn cơ bản tập trung vào nghiên cứu và khảo sát hệ thống điều khiển hai động cơ nối cứng trục trong các dây truyền cán thép có công suất lớn Đối chiếu với yêu cầu và mục tiêu đề ra bản luận văn đã giải quyết đầy đủ và cho được các kết quả sau: + Nghiên cứu về hệ thống cán thép trong các nhà máy luyện kim + Nghiên cứu các phương án phân bố công suất khi thay thế một động cơ điện một... tích 4.3 Kết luận chương 4 Chương 4 đã trình bày: - Mô phỏng hệ thống điều khiển hai động cơ nối cứng trục - Các thiết bị phục vụ thực nghiệm hệ thống hai động cơ nối cứng trục với bộ điều khiển dòng điện và tốc độ được thực hiện trên Matlab/Simulink - Thực hiện thực nghiệm điều khiển hệ thống hai động cơ nối cứng trục thu được các đáp ứng hệ thống đạt chất lượng tốt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/... điện Trong hệ thống nối cứng trục hai động cơ kéo chung 1 tải, bộ điều khiển phải đảm bảo dòng phần ứng 3.3 Kết luận chƣơng 3 Chương 3 đã trình bày: - Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển hai động cơ nối cứng trục - Xác định mô hình toán học các phần tử trong hệ thống - Xác định bộ điều chỉnh tốc độ, bộ điều chỉnh dòng điện phần ứng động cơ - Thiết kế bộ bù tín hiệu đặt dòng điện để điều khiển. .. trục Cấu trúc của hệ điều điều tốc độ hai mạch vòng gồm mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ như hình 3.1 Hình 3 1 Sơ đồ cầu trúc hệ thống Trong đó: ĐC1, ĐC2: Hai động cơ nối cứng trục, Rn: Bộ điều khiển tốc độ, Ri1, Ri2: Bộ điều khiển dòng điện động cơ 1, động cơ 2, BBĐ1, BBĐ2: Bộ biến đổi xung áp cấp điện cho động cơ 1, động cơ 2 Rn: Bộ điều khiển tốc độ, 3.1.2 Mô hình toán học của hệ Phương trình... khi hai động cơ nối cứng trục 2.3.2.1 Nối nối tiếp phần ứng và cuộn dây kích thích hai động cơ Sơ đồ nguyên lý như hình 2.5, phần ứng hai động cơ được nối nối tiếp và được cung cấp chung một bộ biến đổi xoay chiều một chiều có điều khiển Hai cuộn kích thích của hai động cơ cũng được nối nối tiếp và được dùng chung một nguồn cung cấp + + Đ1 Đ2 _ _ Hình 2 4 Hai động cơ một chiều nối cứng trục, nối nối tiếp... hai động cơ, vừa điều chỉnh sức căng để phân bố công suất đều giữa hai động cơ Phương án cũng sử dụng cấu trúc điều khiển các mạch vòng dòng điện và tốc độ Và có bổ sung thêm một số khâu phụ trợ khác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 CHƢƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Mô tả toán học hệ thống 3.1.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển hai động cơ nối cứng trục. .. bằng hai động cơ có công suất nhỏ hơn Phương án 1: Hai động cơ được nối cứng trục trực tiếp, được cung cấp từ hai bộ biến đổi, việc phối hợp điều khiển hai bộ biến đổi thông qua hệ thống các mạch vòng điều khiển dòng điện và tốc độ Các bộ điều chỉnh phải thực hiện điều khiển phân bố đồng đều công suất cho từng động cơ khi làm việc với tải định mức - Phương án 2: Hai động cơ không được nối cứng trục trực... máy bị đứt 2.3 Nghiên cứu phân bố công suất động cơ trong máy cán thép 2.3.1 Giới thiệu: Trong dây chuyền công nghệ cán thép, yêu cầu sử dụng động cơ một chiều hoặc xoay chiều có công suất rất lớn đến hàng nghìn Kw Đối với động cơ điện có công suất hàng nghìn Kw trở lên sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc thiết kế, chế tạo, vận chuyển đến nơi sử dụng và không gian lắp đặt Mặt khác, động cơ đó lại không... hiệu đặt - Thời gian xác lập nhanh, khoảng 0.4s - Lượng quá điều chỉnh nhỏ, khoảng 6-10% - Sai lệc dòng điện phần ứng hai động cơ nhỏ 4.2 Thực nghiệm hệ thống điều khiển hai động cơ nối cứng trục 4.2.1 Thiết bị thực nghiệm Hình 4 4 Mô hình thực nghiệm 4.2.2 Cấu trúc thực nghiệm Cấu trúc thực nghiệm điều khiển bền hệ thống nối cứng trục động cơ trên phần mềm Matlab/Simulink thể hiện trên hình 4.13 Số... đổi, giữa hai bộ biến đổi này có mối liên hệ với nhau thông qua hệ thống các mạch vòng điều khiển dòng điện và tốc độ Vì nối cứng trục cho nên tốc độ rotor của hai động cơ là bằng nhau, ta chỉ quan tâm tới phân bố đồng đều công suất cho từng động cơ khi làm việc với tải định mức - Hai động cơ không được nối cứng trục trực tiếp, mà nối cứng gián tiếp qua thép cán, được cung cấp từ hai bộ biến đổi Như . với hệ thống 2 động cơ nối cứng trục. - Ứng dụng điều khiển cho một hệ thống thiết bị thực tế. Nội dung nghiên cứu Chương 1: Tổng quan về công nghệ cán thép Chương 2: Nghiên cứu hệ thống nối. vực điều khiển tự động hóa trong dây chuyền cán. 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NỐI TRỤC ĐỘNG CƠ TRÊN DÂY CHUYỀN CÁN THÉP DÂY. song song nối cứng trục với nhau, với mục tiêu ổn định dòng điện (phân tải). Mục tiêu của nghiên cứu. - Đề tài nghiên cứu điều khiển hệ thống nối trục động cơ trong dây chuyền cán thép. -