Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)

Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động cơ ứng dụng trong chuyển động trục cán (Luận văn thạc sĩ)

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KÝ THUẬT CƠNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ BÍCH NGA NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG TRONG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VÕ QUANG LẠP PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN 2018 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Thị Bích Nga học viên lớp cao học khóa 18 chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác khoa Điện - Trường Cao đẳng nghề số - BQP Xin cam đoan: Đề tài “ Nâng cao chất lượng hệ chuyển động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán” hướng dẫn PGS - TS Võ Quang Lạp cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo ghi danh mục tham khảo, không sử dụng tài lệu khác mà không ghi danh mục Tôi xin cam đoan tất nội dung luân văn đề cương yêu cầu giáo viên hướng dẫn Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm iii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy PGS - TS Võ Quang Lạp, luận văn với đề tài “Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyền động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán” hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PGS - TS Võ Quang Lạp tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Khoa sau đại học, thầy giáo, cô giáo khoa Điện - Trường đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập q trình nghiên cứu thực luận văn Tồn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình quan tâm động viên, giúp đỡ suốt trình học tập Tác giả Nguyễn Thị Bích Nga iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN 1.1 Ứng dụng hệ truyền động nhiều động máy sản xuất 1.2 Đặc tính phụ tải hệ truyền động nhiều động 1.2.1 Đặc tính phụ tải máy gia công kim loại 1.2.2 Đặc tính phụ tải chuyển động trục cán dây chuyền cán liên tục 1.3 Phân tích chọn phương án truyền động cho cho hệ truyền động cán nóng thơ 1.3.1 Hệ truyền động máy phát - động điện chiều (F - Đ) 1.3.2 Hệ truyền động chỉnh lưu Thysistor - động điện chiều (T - Đ) 10 1.3.3 Hệ thống truyền động vecto biến tần – động không đồng (BT - ĐKĐB) 11 1.4 Kết luận chương 12 CHƯƠNG II: TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHO TRUYỀN ĐỘNG TRONG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ 13 2.1 Xây dựng hệ truyền động cho dây chuyền cán thô 13 2.2 Tổng hợp hệ truyền động BT - ĐKĐB cho hệ truyền động dây chuyền cán thô 14 2.2.1 Mô tả động KĐB ba pha dạng đại lượng vector không gian 14 2.2.2 Các phương pháp biến đổi đại lượng điện động KĐB từ hệ tọa độ vectơ không gian (a,b,c) hệ tọa độ khác 16 v 2.2.3 Sự biến đổi lượng mômen điện từ 16 2.2.4 Xây dựng mơ hình tốn học cho động khơng đồng 18 2.2.5 Cơ sở để định hướng từ thông hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) 21 2.2.6 Tổng hợp hệ truyền động BT - ĐKĐB 25 2.2.7 Mô hệ truyền động 28 2.3 Kết luận chương 31 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH LỰC CĂNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG DÂY CHUYỀN CÁN THÔ 32 3.1 Đặt vấn đề 32 3.2 Xây dựng hệ điều khiển ổn định lực căng với RT dùng PID tuyến tính 32 3.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ ổn định lực căng 32 3.2.2 Tởng hợp mạch vòng 33 3.2.3 Mô hệ ổn định lực căng 34 3.3 Nâng cao chất lượng hệ điều khiển ổn định lực căng hệ điều khiển chuyển động dây chuyền cán thô 38 3.3.1 Tổng hợp hệ thống sử dụng điều khiển mờ thích nghi 39 3.3.2 Thiết kế điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song 47 3.4 Kết luận chương 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC I 71 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB TỪ HỆ TỌA ĐỘ CỦA VECTƠ KHÔNG GIAN(a,b,c) VỀ CÁC HỆ TỌA ĐỘ KHÁC 71 PHỤ LỤC 81 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ 81 PHỤ LỤC 86 TÍNH TOÁN CÁC THỚNG SỚ 86 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Đặc tính phụ tải máy gia công kim loại Hình 1.2 Mơ hình cán liên tục Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng tốc độ ở chế độ cán thơ Hình 1.4 Đặc tính phụ tải q trình cán thơ Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng tốc độ ở chế độ cán tinh Hình 1.6 Đặc tính phụ tải trình cán tinh Hình 1.7 Sơ đồ công nghệ máy cán nối cứng trục Hình 1.8 Sơ đồ nối cứng trục Hình 1.9 Đặc tính phụ tải nối cứng trục cán với hai động Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mômen hai động Hình 1.11 Hệ truyền động F - Đ 10 Hình 1.12 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động 10 Hình 1.13 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động KĐB thiết bị biến tần Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng tốc độ chế độ cán thơ dùng BT - ĐKĐB 11 13 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý dây quấn động không đồng 14 Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc chi tiết động khơng đồng 20 Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc tổng hợp động không đồng 21 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Định hướng từ thông hệ tọa độ tựa theo từ thông roto (d,q) Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động không đồng thiết bị biến tần Sơ đồ cấu trúc chi tiết hệ thống TĐĐ sử dụngbiến tần động KĐB 22 24 25 vii Hình 2.8a Hình 2.8b Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần động không đồng Sơ đồ cấu trúc rút gọn hệ thống điện sử dụng biến tần động không đồng 26 27 Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 28 Hình 2.10 Sơ đồ mơ cấu trúc hệ thống Matlab Simulink 29 Hình 2.11 Đáp ứng tốc độ đầu hệ thống 30 Hình 2.12 Đáp ứng dòng điện đầu hệ thống 30 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ truyền động lực căng 32 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ ởn định lực căng 33 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh lực căng 34 Hình 3.4 Sơ đồ mơ hệ điều khiển điều khiển PID 35 Hình 3.5 Quan hệ giữa Δφ ω 38 Hình 3.6 Sơ đồ khối chức điều khiển mờ 39 Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển mờ động 40 Hình 3.8 Điều chỉnh hệ số khuếch đại 41 Hình 3.9 Bộ điều khiển theo mơ hình mẫu 41 Hình 3.10 Bộ điều khiển tự chỉnh 42 Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu 43 Hình 3.12 Sơ đồ khối MRAS dựa lý thuyến Lyapunov cho đối tượng bậc 44 Hình 3.13 Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 45 Hình 3.14 Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 46 Hình 3.15 Điều khiển thích nghi có mơ hình theo dõi 47 Hình 3.16 Cấu trúc hệ điều khiển mờ hai đầu vào 47 Hình 3.17 Định nghĩa hàm liên thuộc cho biến vào 48 Hình 3.18 Luật hợp thành tuyến tính 48 Hình 3.19 Quan hệ vào luật hợp thành tuyến tính 50 viii Hình 3.20 Sự hình thành suy luận từ luật hợp thành 50 Hình 3.21 Các vùng suy luận 51 Hình 3.22 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu K 55 Hình 3.23 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu 55 Hình 3.24 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đàu hệ số tích phân sai lệch đầu vào 56 Hình 3.25 Sơ đồ khối mờ 57 Hình 3.26 Các luật hợp thành 61 Hình 3.27 Quan hệ vào điều khiển mờ 62 Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.30 Hình P1.1 Hình P1.2 Sơ đồ mô so sánh chất lượng điều khiển PID điều khiển mờ thích nghi Các tín hiệu đầu tương ứng với giá trị khác vị trí đặt đầu vào φđặt = 6V Sai lệch tốc độ giữa điều khiển mờ thích nghi điều khiểnPID Hệ tọa độ vectơ khong gian (a,b,c) hệ tọa độ cố định stator (α,β) Hệ tọa độ cố định stator (,) hệ tọa độ cố định 62 64 66 70 72 rotor (x,y) Biểu diễn vector dòng điện rotor hệ tọa độ cố định stator Hình P1.3 (,) hệ tọa độ cố định rotor (x,y) 73 Biểu diễn vector dòng điện stator hệ tọa độ cố định stator Hình P1.4 (,) hệ tọa độ tựa theo từ thơng rotor (d,q) 75 Hình P2.1 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện 80 Hình P2.2 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ 82 Hình P2.3 Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ 83 ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƯỚC NGOÀI PID : Proportional Integral Derivative (bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân, đạo hàm) T-Đ : Hệ truyền động Thysistor - động điện chiều FT : Máy phát tốc F-Đ : Hệ truyền động máy phát - động điện chiều BT - ĐKĐB : Hệ thống truyền động vecto biến tần – động không đồng BT : Biến tần KĐB : Không đồng MRAFC : Model Reference Adaptive Fuzzy Controller (bộ điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu) FLC : Fuzzy Logic Control (hệ logic mờ ) MỞ ĐẦU Trong thực tế, nhiều máy sản xuất có yêu cầu chuyển động công suất lớn hoặc những yêu cầu cơng nghệ chuyển động máy sản xuất người ta thường dùng điều khiển chuyển động nhiều động Những chuyển động làm việc điều chỉnh tốc độ cơng suất khơng đởi mô men thay đổi hoặc điều chỉnh tốc độ cơng suất thay đởi mơ men khơng đởi hay có trường hợp q trình làm việc tốc độ không đổi mô men thay đổi Với những điều kiện cụ thể máy sản xuất chuyển động nhiều động yêu cầu cần thiết Từ những yêu cầu trên, đề tài luân văn nghiên cứu chọn hướng chuyển động nhiều động thích hợp để khảo sát tính toán, đồng thời nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động Với cách đặt vấn đề nên đề tài luận văn chọn là: ”Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán ” Nội dung luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan hệ truyền động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán Chương 2: Tổng hợp hệ truyền động nhiều động ứng dụng cho truyền động dây chuyền cán thô Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển ổn định lực căng hệ điều khiển chuyển động dây chuyền cán thô Kết luận kiến nghị Thái Nguyên, ngày tháng Tác giả luận văn Nguyễn Thị Bích Nga năm 2018 ... thời nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động Với cách đặt vấn đề nên đề tài luận văn chọn là: Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán ”... luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan hệ truyền động nhiều động ứng dụng chuyển động trục cán Chương 2: Tổng hợp hệ truyền động nhiều động ứng dụng cho truyền động dây chuyền cán thô... dùng hệ truyền động chất lượng cao thỏa mãn yêu cầu máy sản xuất Hệ thống điều khiển chuyển động trục cán kim loại thuộc hệ điều khiển chuyển động 1.2 Đặc tính phụ tải của hệ truyền động nhiều