Luận văn Nghiên cứu và nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều động cơ trong dây chuyền in
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-----------o0o-----------
***
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN 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
Luận văn thạc sỹ
MỞ ĐẦU
Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Việc nâng
cấp các dây chuyền trong máy sản xuất là một vấn đề rất quan trọng và cấp
thiết. Nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng năng suất lao động.
Hiện nay, các dây chuyền in trong các nhà máy đã quá cũ và lạc hậu,
được nhập từ nước ngoài với các thông số của dây chuyền không rõ ràng, hệ
truyền động chủ yếu là sử dụng các bộ điều khiển truyền thống. Để nâng cao
chất lượng thì mới dừng lại ở các mạch vòng phản hồi nên chất lượng chưa cao
đồng thời còn có nhiều nhược điểm vì nó ảnh hưởng đên tính liên tục của hệ
thống dẫn đên lượng đầu ra cũng dễ bị thay đổi. Do đó một vấn đề đặt ra là làm
như thế nào để nâng cao chất lượng của hệ thống. Trên cơ sở đó thì trong luận
văn này sẽ đi tìm h iểu, nghiên cứu và ứng dụng phương pháp điều khiển mờ
vào việc chỉnh định tham số của bộ điều chỉnh truyền thống và thay bộ điều
chỉnh truyền thống bằng một bộ mờ riêng vào hệ thống truyền động trong dây
chuyền in đã có ở nước ta để nâng cao chất lượng của hệ thống.
Điều khiển mờ hiện đang giữ vai trò quan trọng trong các hệ thống điều
khiển hiện đại, vì nó đảm bảo tính khả thi của hệ thống, đồng thời lại thực hiện
tốt các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ như độ chính xác cao, độ tác động nhanh, tính
bền vững và ổn định tốt, dễ thiết kế và thay đổi…Khác với kỹ thuật điều khiển
truyền thống thông thường là hoàn toàn dựa vào độ chính xác tuyệt đối của
thông tin mà trong nhiều ứng dụng không cần thiết hoặc không thể có được, hệ
điều khiển lôgic mờ được áp dụng hiệu quả nhất trong các quá trình chưa xác
định rõ hay không thể đo đạc chính xác được, trong các quá trình điều khiển ở
điều kiện thiếu thông tin. Chính khả năng này của điều khiển mờ đã giúp giải
quyết thành công các bài toán phức tạp, các bài toán mà trước đây không giải
được.
Sau hơn 2 năm học tập tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên, tôi đã được đào tạo và tiếp thu được những kiến thức hiện đại và tiên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
tiến trong lĩnh vực tự động hoá. Trước khi tốt nghiệp cao học, tôi nhận được đề
tài: “Nghiên cứu và nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều động cơ trong
dây chuyền in”
Nội dung của bản luận văn được đưa chia làm 4 chương:
Chương I: Tổng quan về hệ truyền động nhiều động cơ trong 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 và tổng hợp hệ thống truyền động
nhiều động cơ trong dây truyền in.
Chương IV: Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để nâng cao chất lượng
hệ thống trong dây chuyền in.
Tôi xin trân tọrng bày tỏ l òng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS Võ
Quang Lạp - người đã hướng dẫn tận tình và giúp tôi hoàn thành luận văn thạc
sĩ này.
Tôi xin trân thành cảm ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho
tôi 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 đã tạo những điều kiện
thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khoá học.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2009
Người thực hiện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
MỤC LỤC
Tên đề mục
Trang
9
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ NHIỀU ĐỘNG CƠ TRONG
DÂY CHUYỀN IN
1.1 Đặt vấn đề:
9
1.1.1. Giới thiệu tổng quan máy in giấy offset
1.1.2. Giới thiệu tổng quan máy in vải
1.1.2.1. Xác định phụ tải của động cơ truyền động máy in vải
1.1.2.2. Sơ đồ điều khiển truyền động máy in vải
1.2. Những yêu cầu về truyền động nhiều trục trong máy in
1.3. Đặc tính phụ tải
11
13
15
16
17
18
19
1.4. Hệ thống truyền động
CHƯƠNG II. CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO
DÂY CHUYỀN IN
2.1.Đặt vấn đề
19
19
19
24
2.2. Hệ thống Tiristor - Động cơ một chiều kích từ độc lập
2.2.1. Mô hình động cơ điện một chiều
2.2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống T-Đ khi hệ thay đổi từ thông
(tải nhẹ)
2.2.2.1. Sơ đồ mắc song song
24
25
28
2.2.2.2. Sơ đồ mắc nối tiếp
2.2.3. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống T- Đ khi hệ thay đổi điện áp
(tải nặng)
29
29
.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
32
35
37
(α,β)
(α,β)
(α,β
trên Rotor (d,q)
41
43
46
51
(d,q)
CHƯƠNG III. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ TỔNG HỢP
HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ TRONG
DÂY CHUYỀN IN
3.1 Đặt vấn đề.
51
51
53
55
55
56
57
59
62
64
3.2. Hệ truyền động máy in khi làm việc tải nặng
3.3. Hệ truyền động máy in khi làm việc tải nhẹ
3.4. Tổng hợp hệ thống
3.4.1. Tổng hợp hệ thống máy in khi hệ làm việc với tải nặng
3.4.1.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện
3.4.1.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ
3.4.1.3. Tổng hợp mạch vòng lực căng
3.4.2. Tổng hợp hệ thống máy in khi hệ làm việc với tải nhẹ
3.5. Tính toán các thông số của hệ thống truyền động máy in sử dụng
động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
3.6. Mô phỏng hệ truyền động bằng phần mềm Matlap – Simulink
với việc sử dụng bộ điều khiển PID
3.6.1. Mô phỏng hệ thống truyền động máy in khi làm việc tải
nặng
68
68
72
75
75
75
3.6.2. Mô phỏng hệ thống truyền động máy in khi làm việc với tải
nhẹ
CHƯƠNG IV. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ
ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG MÁY IN
4.1. Đặt vấn đề
4.2. Các khái niệm cơ bản
4.2.1. Tập mờ
4.2.1.1. Nhắc lại tập rõ
4.2.1.2. Tập con mờ
4.2.2. Các phép toán trên tập mờ
4.2.3. Biến ngôn ngữ
78
79
79
81
81
81
82
83
84
4.2.4. Suy luận mờ và luật hợp thành
4.3. Bộ điều khiển mờ
4.3.1. Cấu trúc một bộ điều khiển mờ
4.3.2. Mờ hoá
4.3.3. Giải mờ (defuzzyfier)
4.3.4. Khối luật mờ và khối hợp thành
4.3.4.1. Các bước xây dựng luật hợp thành khi có nhiều
điều kiện
4.3.4.2. Thuật toán xây dựng luật hợp thành của nhiều
mệnh đề hợp thành
85
4.3.5. Bộ điều khiển mờ tĩnh
86
86
4.3.6.Bộ điều khiển mờ động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
4.4. Chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID
4.4.1. Đặt vấn đề
88
88
90
90
91
92
93
95
98
98
4.4.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ
4.4.2.1 Xác định tất cả các biến ngôn ngữ vào ra
4.4.2.2. Xác định tập giá trị cho các biến vào ra
4.4.2.3. Xác định dạng hàm liên thuộc
4.4.2.4. Xây dựng các luật điều khiển “ nếu …thì…“
4.4.2.5. Chọn luật hợp thành
4.4.2.6. Giải mờ
4.5. Mô phỏng hệ thống truyền động máy in làm việc tải nặng khi có
bộ điều khiển mờ
4.6. Mô phỏng hệ thống truyền động máy in làm việc tải nhẹ khi có
bộ điều khiển mờ
105
113
115
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi tự làm và nghiên cứu không
sao chép hoặc sử dụng kết quả của người khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình.
Tác giả luận văn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1. M: Động cơ điện một chiều
2. D~: Động cơ xoay chiều ba pha
3. CK: Cuộn kích từ
4.
Φ
: Từ thông kích từ
5. FT: Máy phát tốc
6. Ri ư: Bộ điều chỉnh dòng điện
7. R : Bộ điều chỉnh tốc độ
ω
8. RT: Bộ điều chỉnhtrong mạch vòng đồng tốc
9. T- Đ: Hệ truyền động Thyristor - Động cơ điện một chiều
10.BT- D~: Hệ biến tần - Động cơ xoay chiều
11.K = KI.KM.
Φ
: Hệ số tỷ lệ trong mạch vòng phản hồi dòng điện phần ứng: KI
là hệ số tỷ lệ của dòng điện phần ứng;Km là hệ số mô men của động cơ
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 : Hàm số truyền bộ điều chỉnh tốc độ
ω
15.WIkt: Hàm truyền bộ điều chỉnh dòng điện trong mạch vòng phản hồi dòng
điện kích từ
16.WT: Hàm truyền bộ chỉnh lưu cấp điện cho cuộn dây kích từ
17.WRT: Hàm truyền của bộ điều chỉnh trong mạch vòng đồng tốc
18.WĐ: Hàm truyền khâu điện từ của động cơ điện một chiều
19.WCBI: Hàm truyền của khâu cảm biến lấy tín hiệu dòng điện phần ứng động
cơ
20.WCB: Hàm số truyền máy phát tốc
21.WCBT: Hàm số truyền của khâu lấy tín hiệu đồng tốc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU TRỤC
TRONG MÁY IN
1.1.
Đặt vấn đề.
Máy in có nhềiu loại như máy in vải, máy in giấy và máy in kim loại
trong đó có loại máy đơn giản một trục và máy in phức tạp nhiều trục. Sau đây
ta nêu một vài loại máy in nhiều trục.
1.1.1. Giới thiệu tổng quan về máy in giấy offset.
Trong máy in offset thường bao gồm các bộ phận sau:
Cấp mực
Cấp hơi
Chà mực
Bộ phận kiểm
soát giấy
Bộ phận
vào giấy
Bộ phận
in
Bộ phận
ra giấy
Chà nước
Cấp nước
Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc máy in
Ở máy in cuộn cả cuộn giấy in được tở ra để in nên không thể cuộn lại
mà phải cắt ngay trên máy in. Do giấy cuộn có khổ lớn nên sau khi cắt máy
thường có bộ phận gấp kèm theo. Vì băng giấy được tở ra từ cuộn giấy dang
liên tục trên máy qua các bộ phận in nên ở máy in cuộn không có bộ phận kiểm
soát giấy. Nhưng lại có bộ phận kiểm soát băng giấy xem có bị đứt hay không.
Hiện nay ở các máy in cuộn đều thực hiện theo thứ tự in trước, cắt sau rồi
gấp. Vì thế khi in trên máy in cuộn sản phẩm ra phải được in hoàn chỉnh trên
một mặt hoặc trên cả hai mặt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Cách mắc giấy in cuộn như hình 1.2
A
B
1
2
I
II
Hình 1.2: Sơ đồ mắc giấy máy in cuộn
Cuộn giấy I được in trên đơn vị A và tới cắt - gấp ở đơn vị cắt - gấp 1.
Cuộn giấy II được in trên đơn vị B và tới cắt - gấp ở đơn vị cắt - gấp 2. Lúc này
máy làm việc như hai máy in cuộn 1/ 1 màu.
Cuộn giấy II được in qua đơn vị in B rồi chuyển sang đơn vị in A và tới
đơn vị cắt - gấp 1 lúc này máy làm việc như hai máy in màu 2/2. Trong trường
hợp này cuộn giấy 1 không in và đơn vị cắt - gấp 2 không làm việc.
Cuộn giấy I in trên đơn vị in A, cuộn giấy II in trên đơn vị in B rồi cùng
tới cắt - gấp 2. Trường hợp này có số màu 1/1 nhưng khi cắt - gấp thì số trang
tăng gấp đôi. Đơn vị cắt gấp 1 không làm việc.
Trong trường hợp cuộn giấy I in trên đơn vị in A, cuộn giấy II in trên đơn
vị B rồi cùng đến cắt gấp ở đơn vị 2 thì tốc độ của động cơ ở trục I và trục II
phải đồng tốc với nhau.
Bộ phận vào giấy.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Cuộn giấy in được gá vào trục quay của bộ vào giấy. Có máy in cuộn bộ
phận vào giấy chỉ gá được một cuộn giấy. Nhưng thường các máy in cuộn có bộ
phận vào giấy gá được hai hoặc ba cuộn giấy với mục đích để thay nhanh
chóng cuộn giấy đã in hết sang cuộn giấy mới.
Có hai cách chuyển cuộn giấy mà không cần dừng máy.
Cách dán bay: Khi một cuộn giấy đang tở để in người thợ tiến hành gá
cuộn giấy tiếp theo lên bàn gá. Khi cuộn giấy in sắp hết hồ được bôi lên băng
giấy của cuộn giấy mới. Và một động cơ kéo quay cuộn giấy mới quay với tốc
độ tương ứng với tốc độ tở của cuộn giấy đang in sắp hết. Như vậy tốc độ ở hai
trục này phải đồng tốc tương ứng với nhau. Bộ gá cuộn giấy quay nâng cuộn
mới lên, hạ cuộn sắp hết xuống. Khi cuộn giấy bôi hồ tiếp xúcvới băng giấy
đang in thì nó được tở ra theo vì cùng tốc độ. Lúc này một lưỡi dao sẽ cắt băng
giấy cũ ra và trục cuộn giấy được bộ gá quay xuống để lấy ra thay cuộn mới
vào.
Bộ tở giấy có tác dụng tở giấy từ cuộn giấy một cách đều đặn. Bộ điều
chỉnh sức căng làm giảm thiểu những bất thường khi tở giấy và giữ cho băng
giấy không bị phập phồng quá khi in. Giấy chuyển đều còn tránh bị đứt do giật
giấy. Đứt giấy sẽ phải dừng máy vì cần loại bỏ phần giấy cũ và luồn lại phần
giấy mới trên máy.
1.1.2. Giới thiệu tổng quan về máy in vải
Phân xưởng in nhuộn là một trong những công đoạn cuối cùng của nhà
máy dệt trước khi đưa ra thành phẩm. Vải sau khi đã được tẩy trắng hoặc đã
được nhuộm màu được đưa đến máy in vải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Sơ đồ công nghệ máy in vải như hình 1.3
Bang Cao Su
V?i Lót
V?i In
1
5
2
2
4
3
2
2
Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ in vải
Qua sơ đồ công nghệ ta thấy ở trục vải in cũng trục đầu vào và trục đầu
ra.
Trục vải lót cũng có trục đầu vào và trục đầu ra.
Trục băng cao su cũng có trục đầu vào và trục đầu ra.
Công đoạn in vải được thực hiện theo nguyên tắc sau.
Vải được căng trên quả lô in, còn các trục in 2 mang hồ in lăn trên quả lô
in 1 và in màu lên vải.
Mỗi trục lấy hồ ở máng hồ 3 nhờ trục lấy hồ 4. Tuỳ thuộc vào số lượng
màu in trên vải mà số trục in có thể nhiều hoặc ít, thường số trục in có thể là 2,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
4, 6, 8, 10, 12, 16. Vì lô in bằng thép cứng nên không thể quấn trực tiếp
vải lên lô để in được, nên vải in được lót bằng một lớp vải cao su. Ngoài ra để
đảm bảo chất lượng vải in còn được lót bằng một lớp vải lót. Các lớp vải in, vải
lót và cao su trước khi vào và sau khi ra khỏi lô in đều đi qua các hệ thống giá
căng và vuốt mép vải. Lớp lót cao su sau khi đi ra khỏi lô in được quay trở lại vị
trí ban đầu. Lớp vải lót được tách ra khỏi máy ngay phía trước buồng sấy. Lớp
vải in sau khi in xong được đi qua buồng sấy để làm khô. Để giữ cho lớp vải in
hoàn toàn nằm ở giữa bề rộng của lớp vải lót cũng như lớp vải vải cao su, ở
máy có bố trí một hệ thống tự động điều chỉnh mép vải. Sau khi đi ra khỏi
buồng sấy thì thành phẩm hoàn chỉnh là vải hoa.
1.1.2.1: Xác định phụ tải của động cơ truyền động máy in.
Phụ tải của động cơ truyền động chính máy in gồm bốn thành phần
Công suất P1 cần thiết để khắc phục lực ma sát giữa các trục máy in và
qua lô in.
M1.ω
1000
P =
(KW)
1
v1
M1 = F.r .µ1 Và ω1 =
1
r
1
F.r .µ1.v1 F.v1.µ1
1
Do đó
P =
=
(KW)
1
1000.r
1000
1
Trong đó
µ1 : Hệ số ma sát giữa trục in và quả lô in
ω1 : Tốc độ góc của trục in (rad/s)
v1: Tốc độ dài của trục in (m/s)
F Lực ép của trục in lên quả lô in (N)
M1: Mô men quay trục in (N,m)
r1 : Bán kính trục in (m)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
F
F
M2
M1
d2
M2
d4
M1
M2
M1
d3
M1
F
F
d1
Hình 1.4: Sơ đồ phụ tải máy in vải
Công suất P2 khắc phục lực ma sát giữa ngõng trục in và cổ trục in.
M 2
F.v2 .µ2
1000
P =
=
(KW)
2
1000
M2: Mô men quay của cổ trục in.
v2 : vận tốc dài của ngõng trục.
µ2 : Hệ số ma sát giữa ngõng trục và trục.
r2 : Bán kính ngõng trục in.
d2
v2 = v1.
d1
F.µ2 .v1.d2
1000.d1
Mà P =
2
Công suất P3 để khắc phục lực ma sát giữa ngõng trục và trục quả lô
in.
M3.ω3 T.v3
P =
=
(KW)
3
1000
1000
T: Lực ma sát trên ngõng trục quả lô in (N)
v3: Tốc độ dài của ngõng trục quả lô in (m/s)
r3: Bán kính ngõng trục (m)
d3
v3 = r4 .
d4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
T.v4 .d3
P =
3
1000.d4
d4: Đường kính quả lô in
v4: Vận tốc dài quả lô in
Công suất cần thiết để khắc phục lực ma sát trong bộ truyền được xác
định bởi hiệu suất của bộ truyền và v1 = v4 = v là tốc độ của băng vải được in
thì công suất máy in là.
d
d
v
3
P =
. x.F(µ1 + µ2 . 2 ) + T.
1000η
d1
d4
x: Số trục in
Từ công thức trên ta thấy phụ tải của động cơ truyền động máy in sẽ
tăng khi số trục in tăng.
1.1.2.2: Sơ đồ điều khiển truyền động máy in vải.
Từ đồ hình 1.2 mỗi hệ thống truyền động cho vật liệu: băng cao su, vải
lót, vải in được thể hiện như hình vẽ sau.
I
II
Hình 1.5: Sơ đồ điều khiển truyền động
Như vậy để áp ứng công nghệ trên mỗi máy in có 6 động cơ truyền động
tương ứng với ba dây chuyền kéo băng cao su, vải lót , vải in. Trong mỗi dây
truyền các động cơ làm việc phải đồng tốc tương ứng với nhau. Thông thường
hệ thống truyền động băng cao su có tải nặng nhất, tải nhẹ nhất trong hệ thống
này là truyền động kéo vải in.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
1.3.Những yêu cầu của hệ truyền động nhiều trục trong máy in.
- Tất cả truyền động thành phần phải giữ tỷ lệ tốc độ không đổi trong cả
chế độ tĩnh và chế độ động, ta gọi là yêu cầu đồng bộ hoá tốc độ.
- Vật liệu trong dây chuyền yêu cầu phải giữ cho sức căng không đổi.
Nên hệ truyền động phải điều chỉnh cả tốc độ và cả lực kéo.
+ Đối với hệ đồng bộ hoá tốc độ việc điều chỉnh hệ phụ thuộc vào loại
liên kết cơ giữa các động cơ thành phần.
+ Các động cơ liên kết cơ cứng qua hộp giảm tốc yêu cầu đặc tính cơ của
từng động cơ phải tuyệt đối cứng.
+ Các động cơ lên kết mền với nhau qua băng vật liệu có tiết diện lớn lực
cân bằng truyền qua vật liệu cứng như vậy việc đồng bộ tốc độ có thể dùng đặc
tính cơ các truyền động thành phần mền.
+ Ở các vật liệu băng nó không truyền được lực kéo nên truyền động
chính trong hệ sẽ điều chỉnh tốc độ và phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất cả các
truyền động, động cơ còn lại. Các truyền động này có nhiệm vụ điều chỉnh giữ
mô men không đổi. Tốc độ của tất cả truyền động chạy theo băng còn lực căng
giữa các cơ cấu truyền động do các mạch điều chỉnh xác định.
+ Nếu không xác định được trực tiếp lực kéo, người ta phải tạo mạch
vòng nhân tạo trong dây chuyền, mạch vòng có thể hiệu chỉnh tốc độ của từng
động cơ trong hệ truyền động.
+ Ở dây chuyền như in giấy vật liệu dễ đứt thì tất cả các truyền động
thành phần phải được giữ tốc độ không đổi.
+ Với truyền động có cuộn cuốn và cuộn nhả thì yêu cầu tốc độ truyền
động phải thay đổi phụ thuộc theo đường kính hay nõi cách khác là giữ tốc độ
dài không thay đổi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
1.4.Đặc tính phụ tải.
Trong đề tài này sẽ tiến hành khảo sát và xây dựng cho hai hệ thống
truyền động: Kéo băng cao su tải nặng; kéo vải in tải nhẹ, còn vải lót có thể cho
là tải nặng hoặc tải nhẹ tuỳ theo máy in cụ thể. Đối với hệ thống truyền động tải
nặng thông thường làm việc ở tốc độ thấp, điều chỉnh tốc độ giữ cho mô men
không đổi ; công suất thay đổi. Nó sẽ làm việc ở vùng 1 của đặc tính phụ tải
như hình 1.5. Đối với hệ thống truyền động tải nhẹ làm việc ở vùng tốc độ lớn
mô men biến thiên, tốc độ tăng mô men giảm, công suất giữ không đổi. Hệ
truyền động này sẽ làm việc ở vùng 2 của đặc tính phụ tải.
MC, PC
Pc
Mc
1
2
0
vc
vc
Hình 1-6: Đặc tính tải ở chế độ tĩnh
Vùng 1: Có công suất biến thiên P < Pmax còn mô men là hằng số
M = Mmax.
Vùng 2: Có mô men biến thiên M < Mmax, công suất là hằng số
P = Pmax.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
1.5. Hệ thống truyền động.
Với yêu cầu truyền động đã nêu ở trên có thể dùng hệ thống T- Đ.
Trong trường hợp tải nặng ( kéo băng cao su) hệ thống sẽ được thiết kế làm việc
ở vùng 1. Truyền động tải nhẹ (vải lót) hệ thống làm việc ở vùng 2. Như vậy
chúng ta sẽ có hai hệ thống tương ứng làm việc với hai vùng của đặc tính tải:.
+ Vùng 1 thay đổi điện áp trong trường hợp tải nặng.
+ Vùng 2 thay đổi từ thông trong trường hợp tải nhẹ.
Có thể dùng hệ thống tryền động với động cơ xoay chiều ba pha roto
ngắn mạch với biến tần, lúc này việc điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền
động thoả mãn yêu cầu sau:
U
+ Vùng 1: Hệ điều khiển = hằng số.
f
+ Vùng 2: Hệ điều khiển tần số với mô men biến thiên và công suất
không đổi.
Vậy với hai hệ truyền động đã nêu ta sẽ phân tích để chọn hệ thống
truyền động thích hợp cho hai hệ truyền động là truyền động kéo băng cao su và
truyền động kéo vải in. Việc phân tích và chọn phương án truyền động được
thực hiện ở chương II.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO
HỆ THỐNG MÁY IN
2.1.Đặt vấn đề:
Để đáp ứng công nghệ máy in hiện nay có 2 phương án:
- Hệ thống Tiristor- Động cơ điện một chiều điều kích từ độc
lập.
- Hệ thống Biến tần- Động cơ không đồng bộ.
2.2. Hệ thống Tiristor - Động cơ một chiều kích từ độc lập:
2.2.1 Mô hình động cơ điện một chiều:
Mạch điện thay thế của động cơ một chiều như hình 2-1.
Rư
Lư
Id
CF
ω
M
U
E
MC
UK
RK
ik
Φ
UK
Hình 2-1. mạch điện thay thế của động cơ một chiều.
Hệ thống mô tả động cơ Đ thường là phi tuyến, trong đó các đại lượng
đầu vào (tín hiệu điều khiển) thường là điện áp phần ứng U, điện áp kích từ Uk,
tín hiệu ra thường là tốc độ góc của động cơ ω, mômen quay M, dòng điện phần
ứng I hoặc vị trí của Rotor ϕ. Mômen tải M C là mômen do cơ ấcu làm việc
truyền về trục động cơ, mômen tải MC là nhiễu loạn quan trọng nhất của hệ
Truyền động điện tự động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì có thể viết được các
phương trình mô tả sơ đồ thay thế hình (2-4) như sau:
Mạch kích từ có hai biến là dòng điện kích từ ik và từ thông Φ phụ thuộc
phi tuyến bởi đường cong từ hoá của lõi sắt:
Uk(p) = RkIk(p) + Nk.P. Φ(p)
(2-1)
Trong đó:
Nk – số vòng dây cuộn kích từ.
Mạch phần ứng:
U(p) = Rư.I(p) + LưpI(p) + E(p)
(2-2)
Hay
1/Ru
1+ pTu
I =
[
U(p) − E(p)
]
p
Trong đó:
Lư - điện cảm mạch phần ứng.
Tư = Lư/Rư – Hằng số thời gian mạch phần ứng.
Phương trình truyền động của hệ:
M(p) – MC(p) = Jpω
(2-3)
Trong đó J là mômen quán tínhủca các phần chuyển động quy đổi về
trục động cơ.
Từ các phương trình trên ta thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ
điện một chiều:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
MC
ω
M
1
1
U
1 + pTư
jp
-
-
Rư
UK
Φ
1
pNK
k
-
ik
RK
NK
Φ
Hình 2-2. Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều.
Ta thấy rằng sơ đồ này là phi tuyến mạch, trong tính toán ứng dụn g
thường dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc. Trước hết chọn điểm
làm việc ổn định và tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đoạn đặc tính
mômen tải như hình 2-4. Độ sốc của đặc tính từ hoá và đặc tính mômen tải khi
bỏ qua hiện tượng từ trễ tương ứng là:
ΔΦ
ΔIk
kk =
Φo,Ik0
ΔMc
Δω
B =
Mcb,ωB
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Φ
MC
KK
Φ0
MCB
B
IK
ωC
0
ωCB
0
IK0
Hình 2-3. Tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính tải.
Tại điểm làm việc xác lập có: điện áp phần ứng U0, dòng điện phần ứng
I0, tốc độ quay ωB, điện áp kích từ Uk0, từ thông Φ0, dòng điện kích từ I k0 và
mômen tải MCB. Biến thiên nhỏ các đại lượng trên tương ứng là: ∆U(p), ∆I(p),
∆ω(p), ∆Uk(p), ∆Ik(p), ∆Φ(p) và ∆Mc(p).
Phương trình mô tả động cơ có thể viết dưới dạng sau:
Mạch phần ứng:
U0 + ∆U(p) = Rư[I0 + ∆I(p)] + pLư[I0 + ∆I(p)] + K[Φ0 + ∆Φ(p)].[ωB +
∆ω(p)] (2-4)
Mạch kích từ:
Uk0 + ∆Uk(p) = Rk[Ik0 + ∆Ik(p)] + pLk[Ik0 + ∆Ik(p)]
Phương trình truyển động cơ học:
(2-5)
(2-6)
K[Φ0 + ∆Φ(p)].[I0 + ∆I(p)] – [MB - ∆Mc(p)] = Jp.[ωB + ∆ω(p)]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Nếu bỏ qua các vô cùng bé bậc cao thì từ các phương trình trên có thể
viết được các phương trình của gia số:
∆U(p) – [K. ωB. ∆Φ(p) + K. Φ0. ∆ω(p)] = Rư∆I(p).(1+ pTư)
∆Uk(p) = Rk. ∆Ik(p).(1+ pTk)
(2-7)
(2-8)
(2-9)
K.I0. ∆Φ(p) + K.Φ0. ∆I(p)] - ∆Mc(p) = Jp.∆ω(p)
Từ phương trình (2-6), (2-7), (2-8) ta có sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ
điện một chiều kích từ độc lập như hình 2-4.
B
∆M
-
∆ω
∆M
∆I
1
jp
1/Rư
1 + sTư
∆U
KΦ0
-
KΦ0
KI0
KωB
∆Φ
∆UK
∆Ik
1/Rk
1 + sTk
KK
Hình 2-4. Sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Nhìn vào sơ đồ ta thấy rằng để điều chỉnh tốc độ ω ta có thể thực hiện
theo 2 cách:
- Giữ nguyên điện áp mạch kích từ Ub và điều chỉnh điện áp mạch phần
ứng Ua.
- Giữ nguyên điện áp mạch phần ứng và điều chỉnh điện áp Ub: điều
chỉnh từ thông φ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Với hệ thống máy in ta thực hiện hai phương đối với động cơ điện một
chiều kích từ độc lập.
Phương án 1: Khi hệ thống làm việc với tải nặng việc điều chỉnh tốc
độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.
Phương án 2: Khi hệ thống làm việc với tải nhẹ việc điều chỉnh tốc độ
bằng cách thay đổi từ thông.
2.2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống T-Đ khi hệ thay đổi từ thông( tải
nhẹ).
Khi dùng hệ thống T- Đ trong vùng tải nhẹ thay đổi kích từ sơ đồ xây
dựng theo hai cách là song song và nối tiếp.
2.2.2.1. Sơ đồ mắc song song
Đ
F
ω
ωb
Rω
RiKT
+
ω*
CKT
IKTmin
Hình 2-5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống mắc song song
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Hệ thống truyền động điện T - Đ trên có sử dụng 3 mạch vòng phản
hồi là mạch vòng dòng điện kích từ, mạch vòng bù dòng điện phần ứng và
mạch vòng tốc độ.
Trong đó lượng đặt tốc độ ω* sẽ đặt chung cho cả dây truyền.
Để bảo đảm điều chỉnh mômen cho thích hợp khi mômen tải thay đổi ta
đưa thêm một mạch vòng phản hồi bù dòng điện phần ứng vì khi từ thông thay
đổi để mômen là không thay đổi thì ta phải bù một lượng dòng điện phần ứng
ωdm
và lượng tốc độ bù được tính ∆ωb = Kb M
M dm
Với mạch bù dòng điện mạch phần ứng làm cho đặc tính mềm giống đặc
tính cơ động cơ kích từ nối tiếp. Trong sơ đồ còn có mạch vòng tốc độ để ổn
định tốc độ, mạch vòng dòng điện kích từ để ổn định dòng điện kích từ với cách
thiết kế hệ truyền động như trên sẽ đáp ứng cho việc điều chỉnh mômen của các
chuyển động và cụ thể là phù hợp với hệ thống tải nhẹ.
2.2.2.2. Sơ đồ mắc nối tiếp.
_
•
+
•
Uv
Đ
FT
CK
Φ
RIu
RIkt
Rω
(-)
βIkt
(-)
γ n
(+)
βIu
Hình 2- 6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống mắc nối tiếp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Từ sơ đồ khối của hệ T - Đ ta có sơ đồ cấu trúc th eo hàm số truyền như
sau:
ω
-
1
∆ω
ωw
WRω
Rk (1+Tk S)
Kφ
+
+∆ωb
Kt min
Mc
U1
-
Uab
1
-
Uk
1
JS
Kφ
Ru (1+Tu S)
+
ω
M
Kk
Kφ
Hình 2-7. Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh
Với hàm truyền dòng điện theo điện áp mạch phần ứng:
s.Tc
Fu (s) ≈
(2.10)
(1+ s.Tu ).(1+ s.T ∗ )
Tc
(KΦ)2
Với :
Tc∗ =
Vì hằng số thời gian mạch kích từ Tk lớn vì vậy ta chọn hàm truyền bộ
điều chỉnh tốc độ là PID.
(1+ s.Tc∗ )(1
s.Tu
+
s.Tk )
Tu
Tc
FRω
(
s
) =
.Kr .
(2.11)
Hàm truyền hở của hệ bù:
s.Tc∗
Tu (1+ s.Tc∗ )(1+ s.Tk )
Fbo (s) =
.Kr .
.
(2.12)
(1+ s.Tu )(1+ s.Tc∗ )(1+ s.Tk )
Tc
s.Tu
Tu
T ∗.Kr .
Tc
1
Fob(s)
=
.
Tu
(1+ S.Tu )
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
Hàm truyền hở của mạch vòng tốc độ:
Ko
s.Tu
Fωo(s)
=
.(1+
)
(2.13)
s.K
K
Tc∗
T u
Tu
.Kr . .Kc
Tc
∗
Trong đó:
K = 1+
∗
Kc = Kk .KΦ
Kr
Ko =
Tc
Nếu lực căng đều và K = 1 ta có hàm truyền:
Ko
Fωo (s) =
(2.14)
s.(1+ s.Tu )
Từ sơ đồ cấu trúc trên ta có sơ đồ khối như sau:
1
JS(KΦ)2
ωw
Kcl .KK
ω
-
1
1
FRω
JS(KΦ)2
Rkt (1+Tkt S)
Ru (1+ Tu S)
+
Uk
K
Hình 2-8. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
2.2.3. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống T – Đ khi hệ thay đổi điện áp( tải
nặng)
∗
RIkt
Rω
U
GI
CK
Φ
FT
Đ
Uv
P
Hình 2- 9. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Nếu quan tâm đến lực căng thì ta đưa thêm mạch vòng phản hồi dòng
điện phần ứng vào sơ đồ.
∗
U
RIkt
Rω
GI
K
Uv
P
FT
CK
Φ
Đ
Hình 2- 10. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Từ sơ đồ khối của hệ T – Đ ta có sơ đồ cấu trúc theo hàm truyền khi hệ
thống làm việc với tải nhẹ như sau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn thạc sỹ
ωd
Ui(s)
(-)
Uiđ
ωs
Udk
Uđ
WR
1
WR
WT
WĐ
K
ω
ω
JS
(-)
(-)
Mc
WCBI
WCB
ω
Hinh 2- 11. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh
.
Nhằm đạt được các tính năng điều khiển tương tự như động cơ một
chiều ta tiến hành mô tả động có không đồng bộ ba pha trên hệ toạ độ tựa theo
từ thông rotor, nghĩa là chuyển đổi được cấu trúc mạch và các mối quan hệ
phức tạp của các đại lượng ba pha thành các tương quan minh bạch (dòng điện
~ từ thông, dòng điện ~ mômen) như của động cơ một chiều. Các phương thức
điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha trên cơ sở phương pháp mô tả đó
được gọi là phương thức điều khiển tựa theo từ thông rotor (rotor flux
orientation)
vec tơ không gian.
Ta xét động cơ có số đôi cực p = 1, trên stator có ba cuộn dây bố trí lệch
nhau 1200. Dây quấn rôtor của động cơ không đồng bộ ba pha rôtor lồng sóc
thực chất là dây quấn nhiều pha, nhưng ta có thể quy về dây quấn ba pha như
hình 2.12.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Tải về để xem bản đầy đủ
117 trang
25/08/2024
440
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu và nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều động cơ trong dây chuyền in", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_nghien_cuu_va_nang_cao_chat_luong_he_truyen_dong_nh.pdf
