Nghiên cứu và nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều động cơ trong dây chuyền in

Header Page of 126 VIỆT NAM ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** -o0o - THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHI ÊN CỨU VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ TRONG DÂY CHUYỀN IN Học viên: Trần Ngọc Sơn Lớp: CHK9 Chuyên ngành: Tự động hoá Người HD khoa học: PGS - TS.Võ Quang Lạp Ngày giao đề tài: 01/05/2008 Ngày hoàn thành: 25/02/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN TS Nguyễn Văn Hùng PGS - TS.Võ Quang Lạp Trần Ngọc Sơn Footer Page of 126 Header Page of 126 Luận văn thạc sỹ MỞ ĐẦU Đất nước ta thời kỳ công nghiệp hoá, đại hoá 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 với thông 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 vòng 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 h iểu, 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 thông thường hoàn toàn dựa vào độ xác tuyệt đối thông tin mà nhiều ứng dụng không cần thiết có được, hệ điều khiển lôgic mờ áp dụng hiệu trình chưa xác định rõ hay đo đạc xác được, trình điều khiển điều kiện thiếu thông tin Chính khả điều khiển mờ giúp giải thành công toán phức tạp, toán mà trước không giải Sau năm học tập trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đào tạo tiếp thu kiến thức đại tiên Footer PageSố2 hóa of 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 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 Tôi xin trân tr ọng bày tỏ l òng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Võ Quang Lạp - người hướng dẫn tận tình giúp hoàn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin trân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đóng góp nhiều ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành luận văn Tôi 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 hoàn thành khoá học Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2009 Người thực Footer PageSố3 hóa of 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Luận văn thạc sỹ Tên đề mục MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ NHIỀU ĐỘNG CƠ TRONG 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 11 1.1.2.1 Xác định phụ tải động truyền động máy in vải 13 1.1.2.2 Sơ đồ điều khiển truyền động máy in vải 15 1.2 Những yêu cầu truyền động nhiều trục máy in 16 1.3 Đặc tính phụ tải 17 1.4 Hệ thống truyền động 18 CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO 19 DÂY CHUYỀN IN 2.1.Đặt vấn đề 19 2.2 Hệ thống Tiristor - Động chiều kích từ độc lập 19 2.2.1 Mô hình động điện chiều 19 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống T-Đ hệ thay đổi từ thông 24 (tải nhẹ) 2.2.2.1 Sơ đồ mắc song song 24 2.2.2.2 Sơ đồ mắc nối tiếp 25 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống T- Đ hệ thay đổi điện áp 28 (tải nặng) 29 29 Footer PageSố4 hóa of 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Luận văn thạc sỹ 32 (α,β) 35 (α,β) 37 (α,β Rotor (d,q) 41 43 46 (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 51 3.2 Hệ truyền động máy in làm việc tải nặng 51 3.3 Hệ truyền động máy in làm việc tải nhẹ 53 3.4 Tổng hợp hệ thống 55 3.4.1 Tổng hợp hệ thống máy in hệ làm việc với tải nặng 55 3.4.1.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 56 3.4.1.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 57 3.4.1.3 Tổng hợp mạch vòng lực căng 59 3.4.2 Tổng hợp hệ thống máy in hệ làm việc với tải nhẹ 3.5 Tính toán thông số hệ thống truyền động máy in sử dụng động điện chiều kích từ độc lập Footer PageSố5 hóa of 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 64 Header Page of 126 Luận văn thạc sỹ 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 78 4.2.3 Biến ngôn ngữ 79 4.2.4 Suy luận mờ luật hợp thành 79 4.3 Bộ điều khiển mờ 81 4.3.1 Cấu trúc điều khiển mờ 81 4.3.2 Mờ hoá 81 4.3.3 Giải mờ (defuzzyfier) 82 4.3.4 Khối luật mờ khối hợp thành 83 4.3.4.1 Các bước xây dựng luật hợp thành có nhiều 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 86 4.3.6.Bộ điều khiển mờ động 86 Footer PageSố6 hóa of 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Luận văn thạc sỹ 4.4 Chỉnh định mờ tham số điều khiển PID 88 4.4.1 Đặt vấn đề 88 4.4.2 Thiết kế điều khiển mờ 90 4.4.2.1 Xác định tất biến ngôn ngữ vào 90 4.4.2.2 Xác định tập giá trị cho biến vào 91 4.4.2.3 Xác định dạng hàm liên thuộc 92 4.4.2.4 Xây dựng luật điều khiển “ …thì…“ 93 4.4.2.5 Chọn luật hợp thành 95 4.4.2.6 Giải mờ 98 4.5 Mô hệ thống truyền động máy in làm việc tải nặng có 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 115 Footer PageSố7 hóa of 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 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 Footer PageSố8 hóa of 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 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 thông 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: KI hệ số tỷ lệ dòng điện phần ứng;Km hệ số mô men động 12.PID: ( Proportional- Itergral- Derivative) Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân đạo hàm 13.WCBIkt: Cảm biến lấy dòng 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 dòng điện phần ứng động 20.WCB: Hàm số truyền máy phát tốc 21.WCBT: Hàm số truyền khâu lấy tín hiệu đồng tốc Footer PageSố9 hóa of 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 10 ofvăn 126.thạc sỹ Luận 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 phận kiểm soát giấy Nhưng lại có phận kiểm soát băng giấy xem có bị đứt hay không 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 Footer PageSố10hóa ofbởi 126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 103 of 126.thạc sỹ Luận văn Để so sánh, đánh giá chất lượng làm việc hệ truyền động sử dụng điều khiển PID với điều khiển mờ với sơ đồ mô hình vẽ Kết mô thu đồ thị thể dạng tín hiệu số bước nhảy * Dạng tín hiệu số Footer PageSố103 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 104 of 126.thạc sỹ Luận văn Footer PageSố104 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 105 of 126.thạc sỹ Luận văn * Dạng tín hiệu bước nhảy(Step) Footer PageSố105 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 106 of 126.thạc sỹ Luận văn 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 Footer PageSố106 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 107 of 126.thạc sỹ Luận văn Từ sơ đồ thìbộ điều chỉnh mờ thể hình vẽ 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 Footer PageSố107 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 108 of 126.thạc sỹ Luận văn * Dạng tín hiệu bước nhảy (Step) + Trường hợp hệ số bù K = 0,5 * Dạng tín hiệu đặt số Footer PageSố108 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 109 of 126.thạc sỹ Luận văn Dạng tín hiệu đặt bước nhảy(Step) Footer PageSố109 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 110 of 126.thạc sỹ Luận văn Để so sánh, đánh giá chất lượng làm việc hệ truyền động sử dụng điều khiển PID điều khiển mờ với sơ đồ mô hình vẽ 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 Footer PageSố110 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 111 of 126.thạc sỹ Luận văn + Trường hợp K = * Dạng tín hiệu số * Dạng tín hiệu bước nhảy Footer PageSố111 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 112 of 126.thạc sỹ Luận văn + Trường hợp K = 0,5 * Dạng tín hiệu số * Dạng tín hiệu bước nhay(Step) Footer PageSố112 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 113 of 126.thạc sỹ Luận văn 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 v òng 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 Footer PageSố113 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 114 of 126.thạc sỹ Luận văn 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 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 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 Footer PageSố114 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 115 of 126.thạc sỹ Luận văn 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 mô cần có kiểm chứng mô hình thí nghiệm từ dễ dàng áp dụng vào sản suất Footer PageSố115 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 116 of 126.thạc sỹ Luận văn 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 6.Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển mờ, NXB KH Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 7.Nguyễn Thương Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động đại, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 1999 Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều pha, NXB Giáo dục Nguyễn Phùng Quang, Matlab Simulink, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 2004 10 Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng, Máy thiết bị nâng, NXB khoa học kỹ thuật- Hà Nội, 1999 11 Trịnh Đình Đề, Phân tích tổng hợp hệ thống điều khiển truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 1983 12 Võ Quang Lạp, Trần Xuân Minh, Kỹ Thuật biến đổi, ĐHKTCN,1998 13 Nguyễn Hoàng Hải, Lập trình Matlab, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2003 Footer PageSố116 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 117 of 126.thạc sỹ Luận văn 14 Nguyễn Như Hiển, Nguyễn Mạnh Tùng, Điều khiển Lôgic PLC, NXB khoa học tự nhiên công nghệ- Hà Nội, 2007 15 Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 2004 16 RJ Marks II, Fuzzy Logic Technology and Application, I EEE, 1994 17 Klir G.J and Yuan B, Fuzzy Sets and Fuzzy logic; Theory and Applications, Prentice Hall, 1995 Footer PageSố117 hóaof bởi126 Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... 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. .. 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 51 3.2 Hệ truyền động máy in làm việc tải nặng 51 3.3 Hệ truyền động máy in làm việc tải nhẹ