LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hoá ,hiện đại hoá đất nước có thể nói một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức độ tự động hoá trong các quá trình sản xuất mà trước hết là năng suất sản xuất và chất lượng sản phẩm .Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử ,công nghệ thông tin và những thành tựu trong lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng trong lĩnh vực tự động hoá ở nước ta ,mặc dù là một nước chậm phát triển ,nhưng trong những năm gần đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật , đặc biệt là sự tự động hoá các quá trình sản xuất ngày càng được chú trọng , nhằm tạo bước phát triển mới ,hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành mọt nền kinh tế tri thức Ngày nay ,tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào từng ngõ ngách và trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm .Việc tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhưng chúng luôn mâu thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một bài toán khó.Một trong những ứng dụng đó là “Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động chính cho máy doa ngang”. Với sự cố gắng của bản thân bản đồ án đã được hoàn thành .Tuy nhiên do kiến thức còn có hạn nên tài liệu thiết kế này của em không tránh khỏi những sai lầm và thiếu sót .Chính vì vậy mà em mong các thầy cô sẽ chỉ bảo và góp ý để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn . Em xin chân thành cảm ơn ! 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÁY DOA 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY DOA 1.1. Nhiệm vụ của máy doa trong dây truyền sản xuất Máy cắt kim loại dùng để gia công chi tiết bằng kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa tạo chi tiết có hình dạng đúng yêu cầu. Các máy cắt có thể là khoan, bào, phay, doa. Máy doa chính là một loại máy dùng để gia công chi tiết bằng kim loại. Máy doa dùng để gia công chi tiết với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt được độ chính xác và độ bóng cao. Máy doa được chia thành hai loại chính: máy doa đứng và máy doa ngang. Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Doa là một phương pháp gia công chi tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đã được khoan ,khoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren. Ngoài ra máy doa còn có thể được dung để phay. Doa là một phương pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ ∇6-∇9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1. Hình 1.1. Hình dáng bên ngoài của máy doa ngang. 1.Bệ máy; 2. Ụ trước; 3. Giá; 4. Bàn quay gá chi tiết; 5. Ụ trục chính; 6. Trục trước. 2 1.1.1. Các bộ phận của máy doa a, Thân máy Thân máy là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có hai ụ. b, Ụ chính Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so với thân máy. Động cơ trục chính được gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển được thực hiên nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao. c, Ụ trục phụ Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao hoặc bằng tay. Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao. d, Bàn máy Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải. 1.1.2. Các đặc điểm của máy doa hiện đại Những máy Doa hiện đại ngày nay hay còn được gọi là máy doa vạn năng thì ngoài chức năng doa máy còn có thể thực hiện được các chức năng như một máy mài, máy khoan … Trên chuyển động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa , vì vậy máy có thể gia công thô ( Khoan , khoét các lỗ hình côn , hìng trụ ) và sau đó thì có thể gia công tinh khi gá mũi doa. Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau. Máy doa ngang là máy Doa có mũi doa quay theo phương ngang. Các nguyên công chính của máy doa vạn năng: - Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao. - Nguyên công tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt ren Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục chính. -Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thường nặng nề nhất. 3 - Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngoài. 1.2. CÁC TRUYỀN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MÁY DOA a, Truyền động chính Truyền động chính trong máy Doa là truyền động quay mâm gá dao, truyền động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ ∆∆-YY. Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng chưa ăn khớp động cơ được đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phương pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí. Động cơ chính được hãm ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử máy. b, Truyền động ăn dao Chuyển động ăn dao có thể là chuyển động tịnh tiến theo phương ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di chuyển dọc ( trái, phải) của trục chính mang đầu dao. Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển động này được truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ độc lập và nó là truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy doa với những yêu cầu về các thông số chất lượng rất cao. c, Các truyền động phụ - Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc. - Các truyền động bơm nước, bơm dầu làm mát, chuyển động thẳng đứng của ụ dao vv d, Các chế độ vận hành của máy +Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động. Trong bản đồ án náy em sẽ thiết kế một hệ truyền động ăn dao tự động 4 + Trong các quá trình gia công máy có thể vận hành ở những cấp tốc độ khác nhau tuỳ thuộc trạng thái làm việc và yêu cầu của người sử dụng khi đó ta sẽ có các phương án điều chỉnh tương ứng , ví như thực hiện chạy nhanh bàn dao bằng phương pháp giảm từ thông động cơ. Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng đại quang học phần này sẽ được nói đến chi tiết ở các phần sau. +Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng được bố chí trên hai ụ máy. 1.3. CÁC YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CỦA MÁY DOA Trong máy doa ngang truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao. Ở truyền động này dùng động cơ một chiêu kích từ độc lập, truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng. 1.3.1. Truyền động chính Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh φ = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh. Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc và hộp tốc độ (động cơ có một cấp hay nhiều cấp tốc độ). Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện một chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng. Nhờ vậy có thể đơn giản kết cấu cơ khí, mặt khác có thể hạn chế được mô men ở vùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều chỉnh tốc độ hai vùng. 1.3.2. Truyền động ăn dao Phạm vi điều chỉnh truyền động ăn dao là D = 1500/1. Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2 mm/ph ÷ 600 mm/ph ; khi di chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5 m/ph ÷ 3 m/ph. Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi. Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ < 10%. Hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác, đảm bảo sự liên động với truyền động chính khi làm việc tự động. 5 Ở những máy doa cỡ trung bình và nặng, hệ thống truyền động ăn dao sử dụng hệ thống khuyếch đại máy điện - động cơ điện một chiều hoặc hệ thống T - Đ. 6 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRỤC CHÍNH MÁY DOA 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 2.1.1. Khái niệm chung Thích nghi là quá trình thay đổi thông số và cấu trúc hay tác động điều khiển trên cơ sở lượng thông tin có được trong quá trình làm việc với mục đích đạt được một trạng thái nhất định, thường là tối ưu khi thiếu lượng thông tin ban đầu cũng như khi điều kiện làm việc thay đổi. Điều khiển thích nghi là tổng hợp các kĩ thuật nhằm tự động chỉnh định các bộ điều chỉnh trong mạch điều khiển nhằm thực hiện hay duy trì ở một mức độ nhất định chất lượng của hệ khi thông số của quá trình được điều khiển không biết trước hay thay đổi theo thời gian. Hệ thống được mô tả trong hình dưới đây gồm 2 vòng: (1) Vòng hồi tiếp thông thường (Feedback) (2) Vòng hồi tiếp điều khiển thích nghi (Adaptation) Hình 2.1. Biểu diễn nguyên lý của điều khiển thích nghi. 2.1.2. Phân loại các hệ thống điều khiển thích nghi Có thể phân loại các hệ thích nghi theo các tiêu chuẩn sau: - Hệ thích nghi mô hình tham chiếu ( MRAC ) 7 - Bộ tự chỉnh định ( STR ) - Lịch trình độ lợi - Hệ tự học - Hệ tự tổ chức 2.1.3. Ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi Hệ điều khiển thích nghi có các ứng dụng như sau: • Tự chỉnh định • Lịch trình độ lợi • Thích nghi liên tục Hình 2.2. Sơ đồ các ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi. 2.1.4. Thiết kế hệ thích nghi theo mô hình tham chiếu MRAC a) Hệ thích nghi mô hình tham chiếu - MRAC (Model Reference Adaptive Control) 8 Hệ thống thích nghi sử dụng mô hình chuẩn là một trong những phương pháp chính của điều khiển thích nghi. Nguyên lí cơ bản như sau: Hình 2.3. Sơ đồ khối của một hệ thống thích nghi mô hình tham chiếu Mô hình chuẩn sẽ cho đáp ứng ngõ ra mong muốn đối với tín hiệu đặt (yêu cầu). Hệ thống có một vòng hồi tiếp thông thường bao gồm đối tượng và bộ điều khiển. Sai số e là sai lệch giữa ngõ ra của hệ thống và của mô hình chuẩn e = y - y m . Bộ điều khiển có thông số thay đổi dựa vào sai số này. Hệ thống có hai vòng hồi tiếp:hồi tiếp trong là vòng hồi tiếp thông thường và vòng hồi tiếp bên ngoài hiệu chỉnh tham số cho vòng hồi tiếp bên trong. Vòng hồi tiếp bên trong được giả sử là nhanh hơn vòng hồi tiếp bên ngoài. Hình trên là mô hình MRAC đầu tiên được đề nghị bởi Whitaker vào năm 1958 với hai ý tưởng mới được đưa ra: Trước hết sự thực hiện của hệ thống được xác định bởi một mô hình, thứ hai là sai số của bộ điều khiển được chỉnh bởi sai số giữa mô hình chuẩn và hệ thống. Mô hình chuẩn sử dụng trong hệ thích nghi bắt nguồn từ hệ liên tục sau đó được mở rộng sang hệ rời rạc có nhiễu ngẫu nhiên b) Thiết kế MRAC bằng phương pháp tiếp cận Gradient Có ba phương pháp cơ bản để phân tích và thiết kế hệ MRAC : 1. Phương pháp tiếp cận Gradient 2. Hàm Lyapunov 3. Lý thuyết bị động 9 Ở đây em xin đề cập đến phương pháp tiếp cận Gradient: Phương pháp Gradient được dùng bởi Whitaker đầu tiên cho hệ MRAC. Phương pháp này dựa vào giả sử tham số của bộ hiệu chỉnh thay đổi chậm hơn các biến khác của hệ thống. Giả sử này thừa nhận có sự ổn định giả cần thiết cho việc tính toán độ nhạy và cho cơ cấu hiệu chỉnh thích nghi. Phương pháp tiếp cận gradient không cho kết quả cần thiết cho hệ thống kín ổn định. Bộ quan sát được đưa ra để áp dụng lý thuyết ổn định Lyapunov và lí thuyết bị động được dùng để bổ sung cho cơ cấu thích nghi. Đối với hệ thống có tham số điều chỉnh được như trong hình 2.3, phương pháp thích nghi sử dụng mô hình chuẩn cho một cách hiệu chỉnh tham số tổng quát để có được hàm truyền hệ thống vòng kín gần với mô hình. Đây gọi là vấn đề mô hình kèm theo. Một câu hỏi đặt ra là chúng ta làm cho sai lệch nhỏ như thế nào, điều này phụ thuộc bởi mô hình, hệ thống và tín hiệu đặt. Nếu có thể làm cho sai số bằng 0 đối với mọi tín hiệu yêu cầu thì gọi là mô hình kèm theo hoàn hảo. +) Mô hình kèm theo Vấn đề mô hình kèm theo có thể được giải quyết bằng thiết kế phân số cực. Mô hình kèm theo là cách đơn giản để thiết lập hay giải một vấn đề điều khiển tuỳ động. Mô hình sử dụng có thể là tuyến tính hay phi tuyến. Các tham số trong hệ thống được hiệu chỉnh để có được y càng gần với y m càng tốt đối với một tập các tín hiệu vào. Phương pháp thích nghi là một công cụ thiết kế hệ MRAC. Mặc dù mô hình kèm theo hoàn hảo chỉ có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng nhưng phân tích trường hợp này sẽ cho hiểu biết sâu sắc vào vấn đề thiết kế. Xét hệ 1 đầu vào, 1 đầu ra có thể là liên tục hay rời rạc có phương trình: y(t) = )(tu A B (2.1) với u là tín hiệu điều khiển, y là ngõ ra. Kí hiệu A, B là những đa thức theo biến S hay Z. Giả sử bậc của A ≥ bậc của B nghĩa là hệ thống là hợp thức (đối với hệ liên tục) và nhân quả đối với hệ rời rạc. Giả sử hệ số bậc cao nhất của A là 10 [...]... Matlab thì việc thiết kế bộ điều khiển mà điển hình là bộ PID khiến cho việc thiết kế trở nên dễ dàng hơn rất nhiều Tuy nhiên trong quá trình hoạt động, các tham số của động cơ có thể bị thay đổi Hoặc với 1 bộ điều khiển PID thường như vậy chỉ có thể điều khiển được 1 đối tượng cố định chuẩn, nếu thay đổi đối tượng thì bộ điều khiển PID thường không còn có mang tính chính xác Bộ điều khiển thích nghi... = Đặt RA.Bf + Kt Kb LA.J Hàm truyền đối tượng có dạng : G DC (s) = B( s) b1 = A( s) s 2 + a1.s + a 2 Vấn đề đặt ra là cần thiết kế bộ điều khiển tốc độ (bỏ qua mạch vòng dòng điện) động cơ có hàm truyền như trên Để thiết kế 1 bộ điều khiển tốc độ thông thường có rất nhiều các phương pháp khác nhau Ta thường gặp nhiều khó khăn khi phải thiết kế bằng tay 1 bộ điều khiển cho đối tượng để nhằm đạt được... nghi theo mô hình tham chiếu MRAC có thể giải quyết vấn đề này Phương pháp thiết kế được chọn là phương pháp tiếp cận Gradient 2.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO MÁY DOA Mô hình Mô hình ym Tham số điều khiển Cơ cấu hiệu chỉnh Cơ cấu hiệu chỉnh uc Bộ điều khiển Bộ điều khiển u Đối tượng Đối tượng y Hình 2.6 Sơ đồ khối của một hệ thống thích nghi mô hình tham chiếu Trong đó ta có: • U C là tín... truyền đạt mong muốn thì phép xấp xỉ này cũng tiến đến một phép toán chính xác Nói tóm lại, tính ổn định của hệ thống phụ thuộc nhiều vào thông số b1 của quá trình Việc lựa chọn thông số γ của bộ điều khiển thích nghi phải căn cứ vào tầm thay đổi của thông số b1 khi hệ thống hoạt động CHƯƠNG 3 KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH TRÊN MATLAB & SIMULINK 18 3.1 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BỘ ĐIỀU KHIỂN Hình 3.1 Các khối chính. .. (0~5VDC) biến đổi thành (0~24VDC) cấp cho động cơ Các bộ điều khiển dòng điện phần ứng, tốc độ động cơ được tổng hợp trên máy tính, hay nói chính xác hơn thì Ri và Rw là các thuật toán điều khiển được cài đặt trên thiết bị tính toán (máy tính, vi xử lý, vi điều khiển) Ngoài ra còn có các cảm biến phản hồi dòng phần ứng và tốc độ động cơ Ta có hệ phương trình mô tả động cơ điện 1 chiều trên miền ảnh Laplace... tụ về hàm truyền mong muốn) Do đó, khi có nhiễu tác động vào hệ thống, chỉ 21 có thể chọn γ 1 bằng cách thử nghiệm Và khi đó ta lựa chọn γ 1 < 0.8* γ 1 max thì sẽ đảm bảo tính ổn định của hệ thống 3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Với n * = 2000 Hình 3.5 Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi: γ 1 = -1 Hình 3.6 Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi: γ 1 = -10 22 Hình 3.7 Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích... Các khối chính của bộ điều khiển Trong đó : 1 Khối đối tượng là quá trình cần điều khiển (đối tượng động cơ cần điều khiển tốc độ) K1.K Kt b1 LA.J G DC (s) = = 2 LA.Bf + RA.J RA.Bf + Kt.Kb s + a1.s + a 2 s2 + s+ LA.J LA.J 19 Hình 3.2 Đối tượng điều khiển 2 Khối mô hình mẫu Hàm truyền đạt mong muốn của hệ thống vòng kín: N m (s) bm1 G m (s) = N * ( s) = 2 s + am1.s + am2 3 Khối luật điều khiển: u = k.(n... - n) Hình 3.3 Khối luật điều khiển 4 Khối hiệu chỉnh hệ số: là khối quan trọng nhất của bộ điều khiển thích nghi, có chức năng hiệu chỉnh hệ số tỉ lệ k của khối luật điều khiển theo luật cập nhật thông số MIT   ( p 2 + a1 p + a 2) dk γ 1 (n - n m )  2 n *  =2 dt  ( p + a1 p + a 2 + (bm1 + am2 − a 2) / 2)  20 Hình 3.4 Khối hiệu chỉnh hệ số 3.2 ĐIỀU KIỆN HOẠT ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG Có 3 yếu tố... nhật hệ số tỉ lệ k của bộ điều khiển được do các thông số động cơ thay đổi dẫn đến hàm truyền đối tượng lúc này cũng thay đổi Do đó phải sử dụng phép xấp xỉ để loại bỏ đi thông số chưa biết này Đối với động cơ DC servo, đặc tính tốc độ của động cơ đạt theo 1 chỉ tiêu mong muốn nào đó nghĩa là tín hiệu tốc độ đặt đạt mong muốn trong thời gian xác lập nhất đinh t giây(t = 1 ÷ 3s), độ quá điều chỉnh không... Do đó, nếu γ 1 nhỏ (khi thông số b1 nhỏ), hệ thống sẽ hội tụ chậm Nếu γ 1 lớn (khi thông số b1 lớn), tính ổn định của hệ thống sẽ không được đảm bảo và hệ thống sẽ không điều khiển được Như vậy bộ điều khiển chỉ có thể thích nghi khi thông số b1 của quá trình thay đổi trong một gới hạn cho phép Phép xấp xỉ k = (bm1 + am2 –a2)/(2.b1) không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điêu khiển vì một khi hệ thống . mặt ngoài. 1.2. CÁC TRUYỀN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MÁY DOA a, Truyền động chính Truyền động chính trong máy Doa là truyền động quay mâm gá dao, truyền động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng. thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một bài toán khó.Một trong những ứng dụng đó là Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động chính cho máy doa ngang”. Với sự cố gắng của bản. hệ thống khuyếch đại máy điện - động cơ điện một chiều hoặc hệ thống T - Đ. 6 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRỤC CHÍNH MÁY DOA 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 2.1.1. Khái