Nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền động điện tháo quấn băng vật liệu sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THÁO QUẤN BĂNG VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Ngành: Mã: Học viên: Ngƣời HD Khoa học: TỰ ĐỘNG HỐ TƠN THẤT ĐỒNG TS TRẦN XN MINH THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ***** Độc lập – Tự – Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THÁO QUẤN BĂNG VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Học viên : TÔN THẤT ĐỒNG Lớp : Cao học K11-TĐH Cán HDKH : TS TRẦN XUÂN MINH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS Trần Xuân Minh BAN GIÁM HIỆU Tôn Thất Đồng KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -i- LỜI NÓI ĐẦU Hiện Việt Nam, nhiều nhà máy sản xuất thép cán, giấy, vải, dây điện, bao bì… đƣợc xây dựng nhiều, sản phẩm cuối nhà máy băng cuộn thép, cuộn vải, cuộn giấy, cuộn nilon tổng hợp Trong dây chuyền sản xuất nhà máy ln có khâu thực tháo-quấn lại vật liệu Máy tháo-quấn băng vật liệu có chức sau: từ cuộn băng vật liệu ban đầu có kích thƣớc lớn đƣợc tháo quấn để đƣa qua dao cắt (để chia nhỏ) qua lô in để in hình, sau lại quấn lại thành cuộn Với yêu cầu cao suất làm việc nên hệ thống đặt nhiều vấn đề phức tạp biến đổi thông số trình làm việc; hiên nƣớc nhƣ giới có nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu hệ thống nhiên tồn số vấn đề cần nghiên cứu làm rõ Để làm sáng tỏ vấn đề phức tạp hệ thống nhƣ nghiên cứu đóng góp thêm sáng kiến để làm phong phú thêm thành nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển cho hệ thống này, góp phần cho vào cơng đại hóa ngành cơng nghiệp sản xuất băng vật liệu Đƣợc đồng ý dẫn dắt cán hƣớng dẫn khoa học, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ truyền động điện tháo quấn băng vật liệu sử dụng động điện chiều kích từ độc lập” Sau thời gian làm nghiên cứu liên tục, nghiêm túc; với hƣớng dẫn tận tình cán hƣớng dẫn khoa học, thầy cô khoa, giúp đỡ học viên lớp bạn đồng nghiệp Đến luận văn hoàn thành Qua tác giả xin gửi lời cám ơn tới quý thầy cô khoa Điện trƣờng ĐH Kỹ Thuật Công nghiêp - ĐH Thái Nguyên; Ban Giám Hiệu toàn thể giáo viên khoa Điện trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Huế nhiệt tình giúp đỡ hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành đƣợc luận văn Đồng thời tác giả muốn gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Trần Xuân Minh, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tác giả suốt thời gian qua Tác giả xin cám ơn gia đình, bè bạn ủng hộ vật chất lẫn tinh thần thời gian nghiên cứu để hồn thành tốt cơng trình nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - ii - Mặc dù đƣợc hƣớng dẫn tận tình cán hƣớng dẫn với nỗ lực cố gắng thân; song kiến thức cịn hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chƣa nhiều, nên thuyết minh khơng tránh khỏi thiếu sót định Vì thế, tác giả mong tiếp tục đƣợc giúp đỡ, góp ý nhiệt tình q thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn ! Tác giả luận văn Tơn Thất Đồng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - iii - LỜI CAM ĐOAN Tên là: Tôn Thất Đồng Sinh ngày 08 tháng 02 năm 1983 Học viên lớp cao học khoá 11 - Tự động hoá - Trƣờng đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nghuyên Hiện công tác khoa Điện trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Huế Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ truyền động điện tháo quấn băng vật liệu sử dụng động điện chiều kích từ độc lập” TS Trần Xuân Minh hƣớng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Nếu sai phạm chịu hoàn toàn trách nhiệm trƣớc Hội đồng khoa học trƣớc pháp luật Thái Nguyên, ngày 28 tháng năm 2010 Tác giả Tơn Thất Đồng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - iv - MỤC LỤC Trang bìa LỜI NĨI ĐẦU i LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THÁO-QUẤN BĂNG VẬT LIỆU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Hệ thống truyền động tháo-quấn băng vật liệu 1.2.1 Cấu tạo tổng quát hệ thống tháo-quấn băng vật liệu (giấy) 1.2.2 Đặc điểm cấu tạo chức thành phần: 1.2.3 Yêu cầu công nghệ hệ thống tháo-quấn băng vật liệu 1.2.4 Giới thiệu số mơ hình điều khiển hệ thống tháo-quấn băng vật liệu 11 1.3 Lý thuyết sức căng hệ thống tháo-quấn băng vật liệu 14 1.3.1 Khái niệm sức căng băng vật liệu 14 1.3.2 Lý thuyết điều chỉnh lực căng băng vật liệu 15 1.3.3 Giới thiệu đo lực căng băng vật liệu 17 1.4 Mơ hình phi tuyến hệ thống tháo quấn băng vật liệu: 22 CHƢƠNG 2: 30 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THÁO-QUẤN BĂNG VẬT LIỆU DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 30 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -v- 2.1 Tổng quan truyền động điện chiều 30 2.2 Nghiên cứu khảo sát hệ thống Thyristor – Động 30 2.2.1 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định đƣờng đặc tính tĩnh 32 2.2.1.1 Bộ điều chỉnh tốc độ quay không bão hòa 33 2.2.1.2 Bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hòa 34 2.2.2 Chất lƣợng hệ truyền động điều chỉnh tốc độ hai mạch vịng kín 35 2.2.2.1 Mơ hình tốn học trạng thái động 35 2.2.2.2 Phân tích q trình khởi động 35 2.2.2.3 Tác dụng hai điều chỉnh 38 2.3 Tổng hợp hệ thống truyền động hệ thống điều chỉnh tốc độ hệ thống tháoquấn băng vật liệu 38 2.3.1 Xây dựng hàm truyền khâu hệ thống điều khiển 40 2.3.1.1 Hàm truyền động điện 40 2.3.1.2 Bộ chỉnh lƣu bán dẫn Thyristor 45 2.3.1.3 Hàm truyền máy phát tốc 47 2.3.1.4 Hàm truyền thiết bị đo điện 48 2.3.1.5 Tổng hợp hệ điều khiển RI, R 48 a Tổng hợp điều khiển dòng điện RI 48 b.Tổng hợp điều khiển tôc độ R 50 2.3.2 Thiết kế mô điều khiển tốc độ động chiều kích từ độc lập truyền động cho tang tháo-quấn băng vật liệu sử dụng điều khiển PI kinh điển 54 2.3.2.1 Đặc điểm tính tốn thơng số hệ thống truyền động 54 2.3.2.3 Mô Simulink – Matlab điều khiển PI 56 CHƢƠNG 3: 62 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - vi - BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI PI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP TRUYỀN ĐỘNG CHO HỆ THỐNG THÁO-QUẤN BĂNG VẬT LIỆU 62 3.1 Nghiên cứu lý thuyết điều khiển mờ lai PID mờ 62 3.1.1 Tổng quan lý thuyết điều khiển mờ 62 3.1.2 Sơ đồ khối điều khiển mờ 63 3.1.3 Nguyên lý điều khiển mờ 65 3.1.4 Những nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ 65 3.1.5 Các điều khiển mờ 69 3.1.5.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh 69 3.1.5.2 Bộ điều khiển mờ động 69 3.1.6 Hệ điều khiển mờ lai 71 3.2 Bộ điều khiển mờ lai PI điều khiển tốc độ động chiều kích từ độc lập truyền động cho tang tháo-quấn băng vật liệu 72 3.2.1 Cơ sở thiết kế điều khiển mờ lai PI 72 3.2.2 Thiết kế điều khiển mờ lai PI 73 3.2.3 Mô điều khiển mờ lai PI 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - vii - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT L (m) Độ dài đoạn băng vật liệu W (m) Độ rộng đoạn băng vật liệu P (N) Lực kéo căng h (m) Độ dày băng vật liệu  (N/m) Độ giãn theo chiều dài băng vật liệu L (N/m) Độ giãn theo chiều ngang (cạnh) băng vật liệu  (N/m2) Độ bền kéo A (m2) Tiết diện ngang băng vật liệu E Hằng số co giản vật liệu ε (N/m2) Ứng suất căng ban đầu phía tang tháo T0 (N) Lực căng siết chặc ban đầu cuộn tháo T (N) Lực căng băng vật liệu K Hệ số đàn hồi dải băng R0 (m) Bán kính lõi tang quay J0 (Kg.m2) Mơ men qn tính lõi tang quay R u , R r (m) Bán kính lõi tang quay tháo quấn tang quấn lại J u , J r (Kg.m2) Momen quan tính lõi tang quay tháo quấn tang quấn lại R u , R r (m) Bán kính tang quay tháo quấn tang quấn lại J u , J r (Kg.m2) Mô men quan tính tang quay tháo quấn tang quấn lại Mu, Mr (N.m) Mô men truyền động tang quay tháo quấn tang quấn lại Vu , Vr (m/s) Vận tốc dài tang tháo quấn tang quấn lại u ,  r (rad/s) Vận tốc quay trục tang tháo quấn trục tang quấn lại Rω Bộ điều chỉnh tốc độ Ri Bộ điều chỉnh dòng điện n (vòng/phút) Vận tốc quay Mc (N.m) Mô men cản VF, VR Hai chỉnh lƣu có điều khiển mắc song song ngƣợc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - viii - GVR, GVF Thiết bị phát xung cho hai chỉnh lƣu điều khiển VR, VF HCD Phần tử hạn chế dòng điện trình q độ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... căng băng vật liệu 17 1.4 Mô hình phi tuyến hệ thống tháo quấn băng vật liệu: 22 CHƢƠNG 2: 30 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THÁO-QUẤN BĂNG VẬT LIỆU DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN... băng vật liệu Đƣợc đồng ý dẫn dắt cán hƣớng dẫn khoa học, tác giả lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu xây dựng hệ truyền động điện tháo quấn băng vật liệu sử dụng động điện chiều kích từ độc lập? ?? Sau... Độc lập – Tự – Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THÁO QUẤN BĂNG VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU