Nghiên cứu nâng cao chất lượng truyền động điện một chiều sử dụng trong hệ tùy động

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 NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG TRONG HỆ TUỲ ĐỘNG Học viên: Trần Thị Nam Lớp: CHK9 Chuyên ngành: Tự động hoá Người HD khoa học: TS.Nguyễn Thanh Hà Ngày giao đề tài: 01/05/2008 Ngày hoàn thành: 20/02/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN TS Nguyễn Văn Hùng TS.Nguyễn Thanh Hà Trần Thị Nam Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -1- CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU I.1.Khái niệm Động điện nói chung động điện chiều nói riêng thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ Khi đặt dây dẫn vào từ trường cho dòng điện chạy qua dây dẫn từ trường tác dụng lực từ vào dây dẫn làm dây dẫn chuyển động Động điện biến đổi điện thành  Ưu điểm động chiều: - Động điện chiều dùng làm động hay máy phát điều kiện làm việc khác - Động điện chiều có ưu điểm lớn điều chỉnh tốc độ khả tải ứng dụng nghành cơng nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải… - Động điện chiều có cấu tạo khơng q phức tạp khó khăn cho việc chế tạo sửa chữa.Động điện chiều có dải điều chỉnh rộng cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản - Hiệu suất làm việc động điện chiều tương đối cao Với động công suất nhỏ khoảng 75% -85%, động cơng suất trung bình lớn khoảng 85% 94% I 2.Sơ đồ khối tổng quát hệ truyền động điện Năng lượng (-) R B§ M Msx §L Hình 1-1 Sơ đồ khối tổng qt hệ truyền động điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -2- Trong đó: Msx: máy sản xuất M: động truyền động BĐ: biến đổi R: Các điều chỉnh ĐL: Thiết bị đo lường Động thường dùng động điện chiều, động không đồng xoay chiều, động bước Các động điện cấp nguồn điện từ biến đổi Các biến đổi thường dùng chỉnh lưu có điều khiển tiristor, biến tần tranzitor….Các điều khiển có hai chức năng: Thứ biến đổi điện từ dạng sang dạng khác, thứ hai mang thông tin để điều khiển thông số đầu biến đổi *Hệ truyền động điện chiều thường phân loại: + Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện điều chỉnh trì lượng đặt trước khơng đổi.Ví dụ: Duy trì tốc độ khơng đổi, trì mơmen không đổi + Hệ điều chỉnh tự động truyền động tùy động( hệ bám) hệ điều chỉnh vị trí, cần điều khiển tự động theo lượng đặt trước biến thiên tùy ý, thường gặp truyền động quay ăng ten, quay rada, cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại… + Hệ điều chỉnh tự động truyền động theo chương trình, thực chất hệ điều khiển vị trí đại lượng điều khiển phải tn theo chương trình định trước, thơng thường đại lượng điều khiển quỹ đạo chuyển động không gian phức tạp nên cấu trúc thường gồm nhiều trục, chương trình điều khiển ghi lại bằ ng bìa, băng, đĩa từ… thường gặp hệ điều khiển theo chương trình trung tâm gia công cắt gọt kim loại, hoạt động robot sản xuất I.3.Một số phương pháp đánh giá độ ổn định chất lượng hệ thống I.3.1.Các thông số đánh giá độ ổn định a.Tiêu chuẩn đại số Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -3-  Tiêu chuẩn Routh : Giả sử hệ thống có phương trình đặc tính hệ kín sau: ao.pn +a1.pn-1 +a2.pn-2 +… +an-1.p +a = Tiêu chuẩn Routh phát biể u: Điều kiện cần đủ để hệ thống tự động điện ổn định theo tiêu chuẩn Routh là: - ∀ai phải dương - Các số hạng cột thứ bảng Routh phải dương  Tiêu chuẩn Huwithz: Cũng với giả thiết hệ thống có phương trình đặc tính kín sau: a0pn + a1pn-1 + a2pn-2 + …+ an-1p + an = Tiêu chuẩn Huwithz phát biểu sau: Điều kiện cần đủ để hệ thống điều khiển tự động ổn định là: - ∀ai phải dương - Các định thức Huwithz phải dương b.Tiêu chuẩn ổn định theo đặc tính tần số Một tiêu chuẩn thường dùng tiêu chuẩn ổn định Nyquit đặc tính tần Logarit Tiêu chuẩn ổn định Nyquit đặc tính tần Logarit phát biểu sau: Điều kiện cần đủ để hệ thống tự động điều khiển kín ổn định hệ hở ổn định số chuyển đổi dương số chuyển đổi âm đường đặc tính Ψ(ω) với đường thẳng (-π) khoảng L(ω) dương Theo hình vẽ (1-2) hệ thống đạt tiêu chuẩn ổn định I.3.2 Các tiêu chất lượng a Chỉ tiêu đánh giá chất lượng thông qua đặc tính độ Áp dụng cho phương pháp tổng hợp theo modul tối ưu: ct tqđ n ε% yêu cầu < 8,4Tδ ≤3 ≤ 4,3 Áp dụng cho phương pháp tổng hợp theo modul đối xứng: ct tqđ n ε% yêu cầu < 16,5Tδ ≤3 ≤ 43,4 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -4- b Các tiêu chuẩn tích phân + Tiêu chuẩn tích phân bình phương (ISE) theo tiêu chuẩn đánh giá nặng sai lệch lớn đánh giá nhẹ sai lệch nhỏ tiêu chuẩn đánh giá tích phân sau: ∞ ∫ e (t )dt + Tiêu chuẩn ITAE: Theo tiêu chuẩn đánh giá nhẹ sai lệch ban đầu, đánh giá nặng sai lệch trình độ đánh giá theo tích phân sau: ∞ ∫ t.e(t )dt + Ngồi cịn hay dùng tiêu chuẩn kết hợp ITSE sau: ∞ ∫ t.e (t )dt Trong đó: e(t) hàm sai lệch Các tiêu chuẩn ổn định đại số tiêu chất lượng đánh giá qua đặc tính q độ hay dùng dễ áp dụng có tính tường minh, trực quan , thuyết phục I.4 Mơ hình tốn học động chiều Động điện chiều có nhiều loại, động điện chiều kích từ độc lập hay sử dụng nhiều có nhiều ưu điểm, sơ đồ thay động chiều kích từ độc lập sau: U­ + I kt U kt - + Iư CF MC kt ĐC M đt ­ U - Hình 1-2 Hệ thống truyền động động chiều kích từ độc lập Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -5- ĐC: Động chiều Uư: Điện áp đặt vào phần ứng động Iư: Dịng điện phần ứng Ikt: Dịng điện kích từ φkt: Từ thơng kích từ CF: Cuộn dây cực từ phụ CB: Cuộn dây bù MĐT: Mô men điện từ MC : Mô men cản ω : Tốc độ góc động I.4.1 Mơ hình tốn học chế độ xác lập động chiều kích từ độc lập + Phương trình cân điện áp phần ứng: Uư = E + Iư.Rư + Phương trình sức điện động động cơ: E = K.φ.ω + Phương trình mơ men điện từ: Mđt = K.φ.ω.Iư + Phương trình đặc tính cơ: ω= U u − I u Ru K φ I.4.2 Mơ hình tốn học chế độ độ động chiều kích từ độc lập Hệ phương trình viết cho động sau: + Với mạch kích từ: UKT(p) = RKT.IKT (p) + NKT.p φKT (p) + p.LKT.IKT (p) + Đối với mạch phần ứng: Uư(p) = Rư.Iư (p) + p.Lư.Iư (p)+ p.NKT.φKT (p) + E(p) Trong biểu thức dấu (-) khử từ, dấu (+) tham gia từ hóa + Phương trình cân mơ men: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -6- MĐT = NC +J dω dt MĐT : Mô men điện từ động MC : Mô men cản phụ tải J: Mơ men qn tính hệ quy đổi trục động + Phương trình sức từ động tổng: F = IKT.NKT + Fư(Iư) Fư(Iư) : Sức từ động phản ứng phần ứng + Sức điện động tính sau: E = Cφω Mơ men điện từ tính sau: MĐT = CφI C: Hằng số phụ thuộc vào cấu tạo động φ: Từ thơng máy điện chiều ω: Vận tốc góc(rad/s) Từ phương trình xây dựng sơ đồ cấu trúc tổng quát động chiều kích từ độc lập: Uu(p) (-) 1/Ru Iu + Tu p - MC MĐT Jp n(p) NM NK NKTφ UKT K φ P.N KT PKT NKT (1) Hình 1-3 Sơ đồ cấu trúc tổng quát động chiều kích từ độc lập Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -7- Khối (1) biểu diễn cho phản ứng phần ứng, từ thấy tính phi tuyến sơ đồ cao Như tuyến tính hóa lân cận điểm làm việc phương trình tuyến tính hóa viết sau: + Mạch phần ứng: U0 + ∆U(p) = Rư [.I0+∆I(p) ] +pL[I0 + ∆I(p)] + K[φ0 + ∆φ(p)][ωB +∆ω(p)] + Mạch kích từ: Uk0 + ∆Uk(p) = Rk.[Ik0+∆Ik(p)] +pLk[Ik0 + ∆Ik(p)] Một cách gần ta có phương trình gia số: ∆U(p)- [k ωB ∆φ(p) +k.φ0 ∆ω(p)] = Rư ∆I(p)(1+ Tư p) ∆U(k) = Rk ∆Ik(p)(1+ Tkp) k.I ∆φ(p) + k.φ0 ∆ω(p) - ∆MC = Jp.∆ω(p) Từ hệ phương trình ta xác định sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa sau: K MC U - UK 1/Rư + Tưp M Kφo π (-) Kφo KΙo 1/RkT + Tk p Kωo KT Hình 1-4 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa Khi động có từ thơng khơng đổi, phương trình viết sau: kφ = const = Cu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -8- U(p) = Rư.I(p)(1+ Tư p) + Cu.ω(p) Cu.I(p) – MC(p) = J.p.ω(p) Từ hệ phương trình xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống trường hợp từ thông không đổi sau: Co U(p) 1/Rư Co + Tưp ω(p) Tp -UC Hình 1-5 Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi Khi động có điện áp khơng đổi, từ hệ phương trình tổng quát thành lập sử dụng sơ đồ tuyế n tính hóa lân cận điểm làm việc, thay ∆U(p) vào, tính tốn tương tự ta có hàm truyền động sau: W(p) = k1 (1 + T p ) − k (1 + Tk p ).(T1T2 p + T3 p + 1) k1, k2 hệ số, T1, T2, T3 số thời gian I.5.Mơ hình tốn học biến đổi Mơ hình tổng qt biến đổi ba pha mắc theo sơ đồ cầu: Mạch chỉnh lưu cầu ba pha gồm thành phần chủ yếu: a T b c T 1,3,5 2,4,6 LC §C Hình 1-6 Mạch động lực biến đổi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật -9- Sơ đồ mạch điện gồm tiristor công suất Các điện áp U xoay chiều cung cấp cho chỉnh lưu.Các tiristor T1,2,3 T2,4,6 có nhiệm vụ điều chỉnh dòng điện để cung cấp nguồn điện chiều cho tải.Chiều điện áp hình vẽ Các tiristor thay dẫn dịng lệch pha góc =120 Các biểu thức tính tốn viết sau: Với id(t ) liên tục: id(t ) = U (t ) − E R Điện áp trung bình chỉnh lưu: π 6 } ∫ 6.U cos ωtdωt Ud0 = { 2π −π Ud0 = { Ungmax = π U } = 2,34 U2 cosα với tải trở 6.U = 2,45U2 Phương trình cân điện áp biến đổi: γ1.Ud0cosαmin = γ2.Eưdm+ Σ (∆Uv) + Iưmax.Rư Σ + ∆U µ max Với : Ud0 : Điện áp khơng tải chỉnh lưu γ1 : hệ số tính đến giảm điện áp lưới γ2 : hệ số tính đến dự trữ máy biến áp αmin: góc điều khiển cực tiểu Σ (∆Uv): Tổng sụt áp van Rư Σ : Điện trở tổng cộng phần ứng Rư Σ = Rư + Rba ≈ Rư Iưmax : Dòng điện phần ứng cực đại ∆U µ max: Sụt áp cực đại tượng trùng dẫn Eưdm: Sức điện động định mức động Eưdm = Uđm - Iưdm,Rư Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 83 - c) Dòng điện NHẬN XÉT : * Khi không tải: + Thời gian độ trình khởi động trình hãm: - Khi khởi động hãm đặt với vị trí đặt: ϕđ = 15V, ϕđ = 10V thời gian độ khởi động hệ thống có sử dụng điều khiển mờ giảm từ (1 ÷ 3)s tức chiếm từ (7 ÷ 20)% so với khơng có điều khiển mờ + Tốc độ q trình khởi động nhanh chóng đạt trạng thái ổn định dao động Gia tốc hệ thống có điều khiển mờ biến thiên giữ ổn định * Khi có tải: Itải = 51A Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 84 - Với ϕđ = 15V, ϕđ = 10V thời gian độ hệ thống thay đổi lượng điều chỉnh hệ nhỏ, tốc độ dòng điện ổn định Như hệ thống làm việc chế độ không tải có tải đảm bảo chất lượng tĩnh động tốt dùng hệ PID kinh điển * Độ xác: Khi chọn tập giá trị mờ luật điều khiển thích hợp thi luật điều khiển mờ giúp cho hệ đạt độ xác cao, với giá trị đặt nhỏ Khi vị trí đặt lớn định mức ngồi việc giảm thời gian độ, điều khiển mờ giảm độ điều chỉnh đặc biệt trình hãm Hệ thống mô xét phụ tải định mức, điều chứng tỏ tính bền vững cao hệ điều khiển Thuật tốn chương trình chuẩn hoá nên việc thức khâu điều khiển mờ tương đối đơn giản Số lượng giá trị mờ số luật mờ chọn tuỳ ý nên ta thực điều khiển mờ theo đặc tuyến phi tuyến mong muốn KẾT LUẬN 1.Kết luận - Trong luận văn nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện chiều cho số kết sau: + Khảo sát tổng quan hệ thống tuỳ động vị trí, q trình tính tốn đề cập đến thơng số: Điện cơ, điện từ, mơmen qn tính, mơmen cản Từ mơ cho kết quả: Tốc độ, vị trí, dòng điện Với kết giúp cho việc đánh giá, khảo sát nâng cao chất lượng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 85 - + Các hệ truyền động điện hệ điều khiển vị trí dùng động khơng đồng bộ, điều khiển chế độ làm việc dải điều chỉnh tốc độ hẹp, độ êm dịu thấp, gây tổn thất lượng đáng kể, hiệu suất thấp hệ yêu cầu công suất cao.Giải pháp thay hệ truyền động điện hệ truyền động điện T-Đ khắc phục nhược điểm trên.Khi khảo sát tính tốn cho thấy chất l ượng hệ thống tốt hẳn hệ có sẵn Đồng thời hệ T- Đ mang lại nhiều ưu điểm Chất lượng đặc tính khởi động hãm tốt, hiệu suất cao, việc điều chỉnh thay đổi tốc độ dễ ràng, tạo chế độ tự động điều chỉnh thích hợp với tải Ở hệ thống ta đưa thêm mạch vịng vị trí làm cho độ xác hệ cao + Luận văn nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện sử dụng động chiều nhờ luật điều khiển mờ với đối tượng ứng dụng cụ thể hệ thống truyền động cho cần cẩu tháp + Kết ban đầu thu hệ truyền động cần cẩu tháp nâng lên, điều thể đường đặc tính thể giá trị dịng điện, tốc độ, vị trí dùng luật điều khiển mờ dùng luật điều khiển kinh điển PID + Với kết ban đầu thu luận văn sử dụng làm tài liệu công tác giảng dạy thân tơi mong muốn nh có điều kiện thời gian kiến thức, kết nghiên cứu luận văn ứng dụng hệ truyền động thực tế đem lại hiệu cao 2.Kiến nghị - Để giảm thiểu lượng điện tiêu thụ, tăng thời gian sử dụng cần cải tạo hệ TĐĐ động rotor dây quấn thiết bị nâng giải pháp sử dụng hệ T-Đ kết hợp với điều khiển mờ, mờ trượt, mờ thích nghi, nơron… - Với mục tiêu đại hoá hệ thống thiết bị nâng, hệ thống cần cẩu tháp, hệ thống thang máy, máy gia công CNC…khi xây dựng cần trang bị hệ truyền động điện T-Đ có kết nối với máy tính Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 86 - TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- TS.Trần Thọ, PGS.TS.Võ Quang Lạp (2004), Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2- Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2006) Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 3- Hoàng Minh Sơn (2006), Cơởs hệ thống điều khiển trình, Nhà xuất Bách khoa, Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 87 - 4- Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2006), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà nội 5- Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 6- Nguyễn Cơng Hiền (2006), Mơ hình hố hệ thống mơ phỏng, Đại học Bách khoa, Hà nội 7- Bùi Quốc Khánh (2004), Điều khiển mờ lai PI cho truyền động T-Đ có tham số J biến đổi, 8- Nguyễn Trọng Thuần (2002), Điều khiển Logic ứng dụng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC MỤC TÊN ĐỂ MỤC TRANG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU I.1 Khái niệm I.2 Sơ đồ khối tổng quát hệ truyền động I.3 Một số phương pháp đánh giá độ ổn định chất lượng hệ thống I.3.1 Các thông số đánh giá độ ổn định I.3.2 Các tiêu chất lượng Mơ hình tốn học động chiều Mơ hình tốn học chế độ xác lập động I.4 I.4.1 chiều kích từ độc lập I.4.2 Mơ hình tốn học chế độ độ động chiều kích từ độc lập I.5 Mơ hình tốn học biến đổi I.6 Hàm truyền biến đổi 10 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 11 II.1 Giới thiệu điều khiển kinh điển PID 11 II.1.1 Các luật điều khiển a.Luật điều khiển tỉ lệ (P) 11 b.Luật điều khiển tích phân (I) c.Luật điều khiển vi phân (D) d.Luật điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI) 12 e Luật điều khiển tỉ lệ - vi phân (PD) f Luật điều khiển tỉ lệ - vi phân – tích phân (PID) II.1.2 Các điều khiển a.Bộ điều khiển tỉ lệ (P) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 13 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật II.1.3 b Bộ điều khiển tích phân - tỉ lệ (PI) 15 c Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân – vi phân (PID) 16 Chọn điều khiển đặt thông số cho điều 18 khiển II.2 Bộ điều khiển mờ II.2.1 Cấu trúc điều khiển mờ 21 21 a Sơ đồ khối điều khiển mờ b Phân loại điều khiển mờ 22 Các bước tổng hợp điều khiển mờ 22 II.3 Nguyên lý điều khiển mờ 24 II.4 Các điều khiển mờ 27 II.4.1 Phương pháp tổng hợp kinh điển 27 II.4.2 Bộ điều khiển mờ tĩnh 28 II.4.3 Bộ điều khiển mờ động 29 II.4.3.1 Bộ điều khiển theo luật I 29 II.4.3.2 Bộ điều khiển theo luật PD 29 II.4.3.3 Bộ điều khiển theo luật PI 30 II.4.3.4 Bộ điều khiển theo luật PID 30 Bộ điều khiển mờ lai 32 CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ HỆ TUỲ ĐỘNG 35 II.2.2 II.5 III.1 Ứng dụng hệ tuỳ động vị trí 35 III.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống tuỳ động 35 vị trí III.2.1 Cấu tạo 35 III.2.2 Nguyên lý làm việc 37 So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều 37 III.3 tốc III.4 Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật III.4.1 Hệ thống tuỳ động vị trí kiểu mơ 38 III.4.2 Hệ thống tuỳ động vị trí kiểu số 39 III.4.2.1 Hệ thống tuỳ động vị trí kiểu pha số 39 III.4.2.2 Hệ thống tuỳ động điều khiển xung số 40 III.4.3 Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số 41 III.5 Tổng quan cần cẩu tháp 42 III.5.1 Công dụng cần cẩu tháp 42 III.5.2 Phân loại cần cẩu tháp 42 a Phân loại theo chức di chuyển b Phân loại theo cách bốc dỡ hàng 43 c Phân loại theo sức nâng cần cẩu d Phân loại theo cấu truyền lực III.5.3 Đặc điểm chế độ làm việc cần cẩu tháp III.5.4 Các chuyển động cần cẩu tháp 43 a Chuyển động cấu nâng hạ b Chuyển động xe cần 44 c Chuyển động quay cần d Quá trình làm việc cần cẩu tháp chu kỳ bốc dỡ hàng III.5.5 Sơ đồ động học cấu nâng hạ cần cẩu tháp 46 a.Trường hợp cho trước phụ tải tĩnh G, lực cản 47 FC, chuyển động tịnh tiến với vận tốc v b.Trường hợp biết tang trống quay có mơmen MT, vận tốc góc ωT, hộp tốc độ có hiệu suất η, tỉ 48 số truyền i, động có tốc độ ωĐ III.5.6 Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động nâng hạ 48 cần cẩu tháp CHƯƠNG IV TỔNG HỢP VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật IV.1 Xây dựng hàm truyền khâu hệ thống 50 điều khiển IV.1.1 Hàm truyền động điện 50 IV.1.2 Bộ chỉnh lưu bán dẫn Thyristor 56 IV.1.3 Hàm truyền máy phát tốc 58 IV.1.4 Hàm truyền thiết bị đo điện 58 IV.1.5 Tổng hợp hệ điều khiển Ri, Rω, Rφ 58 a Tổng hợp điều khiển dòng địên Ri IV.2 b Tổng hợp điều khiển tốc độ Rω 60 c Tổng hợp mạch vịng vị trí 62 Mơ hệ thống truyền động cần cẩu tháp với điều khiển kinh điển PID IV.2.1 Tính tốn thơng số hệ điều khiển vị trí động chiều kích từ độc lập IV.2.2 Xây dựng sơ đồ mô MATLAB SIMULINK IV.3 Tổng hợp hệ thống với điều khiển PID kết hợp 67 67 69 với điều khiển mờ 74 IV.3.1 Mờ hoá 74 IV.3.2 Luật điều khiển hợp thành 76 IV.3.3 Giải mờ 77 IV.4 Mơ hệ thống điều khiển vị trí có điều khiển mờ 77 Kết luận kiến nghị 83 Kết luận 84 Kiến nghị 85 Tài liệu tham khảo 86 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TÊN HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ HÌNH 1-1 1-2 TRANG Sơ đồ khối tổng quát hệ truyền động điện Hệ thống truyền động động chiều kích từ độc lập 1-3 Sơ đồ cấu trúc tổng quát động chiều kích từ độc lập 1-4 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hố -5 Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi 1-6 Mạch động lực biến đổi 1-7 Sơ đồ tổng quát biến đổi 10 2-1 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động sử dụng điều 14 khiển P 2-2 Sơ đồ hệ thống với điều khiển PI 15 2-3 Sơ đồ hệ thống với điều khiển PID 17 2-4 Đặc tính độ điều khiển PID 17 2-5 Các khối chức điều khiển mờ 21 2-6 Cấu trúc tổng quát hệ mờ 22 2-7 Hình vẽ minh hoạ ví dụ 24 2-8 Bộ điều khiển mờ có khâu P, khâu D giao 26 diện đầu vào khâu I giao diện đầu 2-9 Mơ hình chuyển đổi hiểu biết người hệ 27 mờ 2-10 Hệ điều khiển mờ theo luật I 29 2-11 Hệ điều khiển mờ theo luật PD 30 2-12 Hệ điều khiển mờ PID 31 3-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động vị trí kiểu chiết 36 áp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 3-2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động kiểu mô 38 3-3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển góc 39 pha kiểu số 3-4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển xung 40 số 3-5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển mã 41 số 3-6 Biểu đồ phụ tải cấu chuyển động cần 45 cẩu tháp 3- Sơ đồ động học cấu nâng han cần cẩu tháp 47 4-1 Hệ truyền động Thyristor – Động 49 4-2 Mạch điện thay động chiều 50 4-3 Sơ đồ cấu trúc động chiều 52 4-4 Tuyến tính hố đoạn đặc tính từ hố đặc tính tải 53 4-5 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hố 54 4-6 Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi 54 4-7 Các sơ đồ cấu trúc thu gọn a.Theo tốc độ 55 b.Theo dòng điện 4-8 Thời gian phát xung thời gian điều khiển 56 chỉnh lưu 4-9 Sơ đồ cấu trúc chỉnh lưu bán dẫn Thyristor 57 a Khi chuẩn xác b Khi gần 4-10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 59 4-11 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 59 4-12 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 60 4-13 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vịng vị trí 62 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 4-14 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 64 4-15 Quan hệ Δφ ω 66 4-16 Sơ đồ mô hệ điều khiển vị trí điều 70 khiển PID 4-17 Các tín hiệu vị trí đầu tương ứng với giá trị 71 khác vị trí đặt đầu vào φđặt = 10V, I = 51A 4-18 Các tín hiệu vị trí đầu tương ứng với giá trị 72 khác vị trí đặt đầu vào φđặt = 15V, I = 51A 4-19 Các tín hiệu vị trí đầu tương ứng với giá trị 73 khác vị trí đặt đầu vào φđặt = 10V 4-20 Vị trí đặt điều khiển mờ động hệ điều khiển vị 74 trí 4-21 Sự phân bố giá trị mờ biến đầu vào:vị trí 75 đặt 4-22 Sự phân bố giá trị mờ biến đầu vào: hệ số 75 khuếch đại 4-23 Các luật điều khiển mờ 76 4-24 Sơ đồ khối khối luật bù mờ 77 4-25 Sơ đồ mô hệ điều khiển vị trí có điều 77 khiển mờ 4-26 Quan hệ vào – điều khiển mờ 78 4-27 Kết mô với φđặt = 10 V, I =51 A 79 4-28 Kết mô với φđặt = 15 V, I =51 A 80 4-29 Kết mô với φđặt = 10 V 81 4-30 Kết mô với φđặt = 15 V 82 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc s k thut Mở ĐầU Ngy nay, t ng húa nhà máy quan tâm đặc biệt ứng dụng nhiều máy công cụ, nhiều lĩnh vực sản xuất đem lại hiệu định Để sản xuất nhiều sản phẩm, việc nâng cao chất lượng tăng khả tự động hóa ngày lưu tâm doanh nghiệp, hệ truyền động điện nâng cao chất lượng với công nghệ sản xuất tạo nhiều sản phẩm có chất lượng Hệ truyền động điện nâng cao chất lượng làm giảm tiêu hao điện giảm giá thành sản phẩm, ngồi cịn góp phần làm gọn nhẹ giảm sức lao động.Do yêu cầu cấp thiết đặt làm để nâng cao chất lượng hệ thống.Với mục tiêu luận văn nghiên cứu, tìm hiểu ứng dụng điều khiển mờ kết hợp với điều khiển kinh điển PID để nâng cao chất lượng hệ thống sử dụng cho hệ tùy động Bản luận văn có cấu trúc gồm phần sau: Chương I: Tổng quan hệ truyền động điện chiều Chương II: Giới thiệu điều khiển Chương III: Tổng quan hệ tùy động Chương IV: Tổng hợp mô hệ thống điều khiển Tôi xin chân thành ảcm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Nguyễn Thanh Hà – người hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành ảcm ơn thầ y cô giáoở Khoa điện – Trường Đại Học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp đóng góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành ảm c ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học Công Nghiệp Thái Nguyên, Khoa Sau Đại Học tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa học Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Do thời gian trình độ có hạn nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến bảo thầy cô, ý kiến đóng góp bạn bè, đồng nghiệp để luận văn tơi hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 02 năm 2009 Học viên Trần Thị Nam Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình tơi tổng hợp nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Trần Thị Nam Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... hàm truyền khâu hệ thống điều khiển IV.1.1.Hàm truyền động điện Cho đến động điện chiều dùng phổ biến hệ truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động chiều từ vài W đến hàng MW Mạch điện. .. trường tác dụng lực từ vào dây dẫn làm dây dẫn chuyển động Động điện biến đổi điện thành  Ưu điểm động chiều: - Động điện chiều dùng làm động hay máy phát điều kiện làm việc khác - Động điện chiều. .. VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU I.1.Khái niệm Động điện nói chung động điện chiều nói riêng thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ Khi đặt dây dẫn vào từ trường cho dòng điện