ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  - LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI GIẢI BÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG TRỤC Nghành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: Học viên: ĐỖ ĐỨC THÀNH Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN DUY CƯƠNG THÁI NGUYÊN – 2010 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  - LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI GIẢI BÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG TRỤC Nghành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: Học viên: ĐỖ ĐỨC THÀNH Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN DUY CƯƠNG THÁI NGUYÊN – 2010 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  - ĐỖ ĐỨC THÀNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI GIẢI BÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG TRỤC Nghành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Nội dung của luận văn được chia thành 3 chương: Chương 1: Giới thiệu dây chuyền công nghệ nhà máy Cán Thép Lưu Xá Thái Nguyên Chương 2: Tìm hiểu lý thuyết điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu MRAC Chương 3: Xây dựng mô hình toán, thiết kế bộ ĐKTN giải bài toán cân bằng tải cho hai động cơ nối cứng trục (Cán Block) Lập mô hình, chạy mô phỏng, hiệu chỉnh và đánh giá chất lượng CHƯƠNG I GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY CÁN THÉP LƯU XÁ – CÔNG TY GANG THÉP THÁI NGUYÊN 1.1 Quá trình hình thành và phát triển của Nhà máy cán thép Lưu Xá 1.2 Cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý của Nhà máy Cán thép Lưu Xá 1.3 Công nghệ sản xuất thép của Nhà máy Với quy trình công nghệ một lần nung được áp dụng để sản xuất ra thép dây φ6, φ8 theo sơ đồ sau Chuẩn bị phôi Nung phôi Cán thép thô và trung Cán Block Làm nguội Kiểm tra Đóng bó, nhập kho Kiểm tra Hình 1.2 Quy trình công nghệ cán thép Bước 1: Chuẩn bị phôi Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất là thép thỏi và thép phôi nhập khẩu từ Nga, Trung Quốc và nhập từ các đơn vị thành viên Bước 2: Nung phôi Khi phôi đã được chuẩn bị kiểm tra được đưa vào lò nung Nung theo chế độ nung kim loại đối với từng loại mác thép, định ra chế độ nung phù hợp như: chế độ nung, tốc độ nung và nhiệt độ nung Bước 3: cán thép thô, trung Cán thép thô dùng động cơ 2000Kw cho thép ra φ50 và cán trung dùng 9 giá cán liên tiếp liên hệ về tốc độ K10 – K19 ra đường kính D32-D12, tiếp sau giá cán K20 là đầu vào Cán thành phẩm Block Bước 4: Cán Thành phẩm _ Cán Block Cán Block là khâu rất quan trọng: một khối chi tiết máy gồm 6 bộ trục cán được dẫn động qua các hộp bánh răng truyền lực do hai động cơ một chiều 600kw nối cứng trục, nguồn điện áp vào lấy từ hai đầu ra đấu sao và đấu tam giác của máy biến áp 10B Thông thường, nhiệt độ cán kết thúc hợp lý nhất là 750 0C đến 800 0C Thép cán sau khi kiểm tra, đạt chất lượng được đưa lên sàn làm nguội Bước 5: Làm nguội Thép sau khi cắt đoạn được làm nguội trên sàn nguội Nhiệt độ kết thúc của việc làm nguội từ 1500C đến 2000C Bước 6: Đóng bó và nhập kho sản phẩm Chất lượng sản phẩm sản xuất ra được kiểm tra kỹ, cho ra đóng bó, nhập kho và đều đạt tiêu chuẩn quy định của TCVN 1.4 Cán Block hiện nay - động cơ một chiều và vấn đề còn tồn tại Trong dây chuyền Nhà Máy Cán Thép Lưu Xá thì máy cán Block là khâu quan trọng đảm bảo chất lượng sản phẩm, dùng hai động cơ một chiều 600kw cùng thông số giống nhau, nối cứng trục và chung một tải cán thép qua hệ truyền động bánh răng, hộp truyền lực Hai tủ động lực lấy nguồn điện áp từ hai đầu ra đấu sao và đấu tam giác của máy biến áp 10B Hai động cơ được điều khiển bởi hai bộ điều khiển một chiều phối hợp theo kiểu Master_ Slave Bộ điều khiển động cơ chính số 1 xử lý các tín hiệu: phản hồi từ loopscan phát hiện sức căng trùng của thép; phản hồi tốc độ từ máy phát tốc Sau đó, truyền tín hiệu điều khiển tới hai bộ điều chỉnh dòng điện (tạo mô men quay cho hai động cơ) theo hệ số cố định Ưu điểm : Việc sử dụng 02 động cơ có cùng công suất và thông số chế tạo thay vì dùng 01 động cơ công suất lớn tạo điều kiện thuận lợi hơn trong việc chế tạo cũng như việc sử dụng các thiết bị phụ trợ đi kèm, đồng thời giảm chi phí vận chuyển, lắp đặt, bảo dưỡng Nhược điểm : Các động cơ được chế tạo có công suất cùng các thông số kỹ thuật tương ứng giống nhau, tuy nhiên luôn có sự sai lệch đặc biệt trong quá trình làm việc Bộ điều khiển hiện tại dưới dạng phối hợp theo kiểu Master - Slaver với hệ số hiệu chỉnh cân bằng cố định Sau một thời gian sử dụng, do ảnh hưởng ngoại cảnh, thông số của các động cơ cũng như thông số của các bộ điều khiển tương ứng bị trôi dẫn đến sự sai lệch về dòng điện của 02 động cơ trong tất cả các chế độ làm việc đặc biệt khi tải định mức MASTER CHINH LUU 1 i SLAVE Bo Dieu Khien 1 Bo Dieu Khien 2 I1 CHINH LUU 2 I2 i 1 Phat Toc DC1 DC2 i HOP_SO BLOCK Hình 1.3: Sơ đồ điều khiển cán Block Thực tế bây giờ khi có tải dòng của động cơ 2 dao động rất lớn (dòng động cơ 1 là khoảng 480 (A), còn dòng động cơ 2 dao động quanh giá trị 830 (A)) và không cùng tăng hay không cùng giảm dòng với động cơ số 1, làm hai động cơ ghì nhau (trở thành tải của nhau) Dẫn đến trong quá trình vận hành bảo vệ dòng thường tác động dừng máy sự cố, về lâu dài gây nóng máy, phá hỏng phần cơ khí, năng suất kém Việc chế tạo ra bộ điều khiển mới nhằm khắc phục các nhược điểm như đã nêu là cần thiết và mang tính cấp bách Thiết kế mới bộ điều khiển cho cán Block là nội dung chính của bản luận văn và được trình bày ở các chương tiếp sau CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU MRAC 2.1 Lịch sử phát triển của hệ điều khiển thích nghi 2.2 Khái quát về hệ điều khiển thích nghi u - + Bộ DK - Đối tượng y Bộ điều khiển + + Thích nghi Mô hình mẫu Hình 2.1b: Hệ thích nghi tín hiệu 2.3 Cơ chế thích nghi – thiết kế bộ điều khiển thích nghi dựa vào luật MIT: Trong ví dụ này, đối tượng (tuyến tính) được mô tả bằng hàm truyền: bp s 2 + a ps +1 bm Kω2 n và mô hình hoá bởi: 2 hoặc 2 s + a ms + 1 s + 2ξωn s + ω2 n Sự biến đổi trong tham số ap được bù lại bằng cách hiệu chỉnh Ka và những biến đổi trong tham số bp được chỉnh định bằng cách điều chỉnh Kb K b + bp s 2 + (a p + K a )s +1 (2.5) Điều này nhận được luật điều chỉnh được gọi là luật MIT: K b (t) = K b (0) +β ∫(eu)dt (2.8) K a (t) = K a (0) +α ∫(ex 2)dt (2.9) SignalMonitor   bp Yp Square ap Kb Ka  Beta Square1  Alpha Sailech_e nhieu1 k 2 s2 + 2  s + 2 Ym model 1.5 setpoint 1 0.5 0 Ym 1 0.5 0 -0.5 1.5 Yp 1 0.5 0 0 sailech-e -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 0.4 Ka 0.2 0 -0.2 -0.4 Kb 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 20 30 40 50 60 70 time {s} Hình 2.6: Kết quả việc thích nghi của Ka và Kb 2.4 Phương pháp độ nhạy: 80 90 100 2.5 Phương pháp ổn định của liapunov & 1 Xác định phương trình vi phân cho e: e = Am e + Ax p + Bu 2 Chọn một hàm liapunov: V ( e) = eT Pe + a T α a + bT β b & & & & & V = eT Pe + eT Pe + 2a T α a + 2bT β b 3 Xác định điều kiện dưới để V xác định âm & & eT PAx p + a T α a = 0 , & eT PBu + bT β b = 0 T 4 Giải tìm P từ phương trình Am P + PAm = −Q t Luật thích nghi theo Liapunov: Ka = − 1 ( p e + p22 e2 ) x2 dt + K a (0) α 22 ∫ 21 1 0 t 1 Kb = ( p e + p22e2 )u dt + K b (0) β 2 ∫ 21 1 0 SignalMonitor  bp Square  Bp Yp ap Sailech_e Ap_process Ka Kb beta alpha   P21 P22 d/dt k 2 s2 + 2  s + m odel_adaptive 2 Ym Hình 2.10.c: Hệ thống thích nghi được thiết kế theo phương pháp ổn định Liapunov có bổ xung khâu tỷ lệ model 1.5 SignalMonitor 1 0.5 0 Ym 1 0.5 0 -0.5 1.5 Yp 1 0.5 0 0.5 sailech-e 0 -0.5 -1 3 Ka 2 1 0 -1 2 Kb 1 0 -1 -2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 time {s} Hình 2.10.d: Các đáp ứng nhận được khi tham số Ka, Kb bổ xung khâu tỷ lệ 2.6 Áp dụng nhận dạng và ước lượng trạng thái để thiết kế bộ điều khiển thích nghi gián tiếp u + - Bộ điều khiển Đối tượng Bộ điều khiển Thích nghi Mô hình chỉnh định Hình 2.12: MRAS áp dụng để nhận dạng xP + - CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN, THIẾT KẾ BỘ ĐKTN GIẢI BÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG TRỤC (CÁN BLOCK), LẬP MÔ HÌNH, CHẠY MÔ PHỎNG, HIỆU CHỈNH VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG Cán Block là khối quan trọng đảm bảo chất lượng sản phẩm, yêu cầu chính của các bộ điều khiển cho khối này là ổn định tốc độ và chia đều tải cho 02 động cơ khi tải cán thép thay đổi Tuy nhiên bộ điều khiển đang sử dụng với các thông số cố định không đáp ứng được khi thông số thay đổi gây ra dòng hai động cơ có sự sai lệch lớn Nên nội dung chương này là đề xuất và thiết kế bộ điều khiển thích nghi gồm hai mạch vòng: mạch vòng tốc độ sử dụng bộ chỉnh PID với các thông số cố định để ổn định tốc độ và mạch vòng dòng điện với với bộ điều khiển thích nghi để cân bằng dòng điện (bám sát nhau) hai động cơ trong phạm vi cho phép Nội dung Chương 3 sẽ gồm: -Mô hình hóa động cơ điện một chiều, tính toán các tham số liên quan -Xây dựng bộ điều chỉnh dòng điện của động cơ 1 và đây được xem là mô hình mẫu để xây dựng bộ điều chỉnh cho mạch vòng dòng điện động cơ 2 -Xây dựng bộ điều chỉnh thích nghi cho mạch vòng dòng điện của động cơ thứ 2 sao cho dòng điện hai động cơ 2 luôn bám sát dòng điện của động cơ 1 -Xây dựng bộ điều khiển mạch vòng tốc độ, tính toán bộ thông số PID Hiệu chỉnh lại bộ thông số PID sao cho độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ theo yêu cầu Mc DONG_CO_1 R_W Toc_do_dat DKD_1 BDK_TOCDO BDK_DONGDIEN_1 BBD_1 i i 1+2 1 DC_1 Cu 1/J BBD_1  J sailech_e CO CAU THICH NGHI Toc_do DKTN_DONGDIEN_2 i BBD_2 DC_2 BBD_2 DKTN 2 DONG_CO_2 Hình 3.1: Đề xuất bộ điều khiển mới 3.1 Mô tả toán học động cơ điện một chiều Cu Mc Eu i_u 1/Ru U_u 1+Tu.s Cu 1/J 1 s J Phan_ung W_Tocdo Hình 3.3: Cấu trúc động cơ một chiều từ thông không đổi 3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện thích nghi theo mô hình mẫu MRAC Dong_dien_dat ε BDK_D1 1 BDK_Dongdien_1 BBD_1 DC_1 BBD_1 Phan_ung_1 CO CAU THICH NGHI ε Dong_dien_1 Sailech_e BDK_TN 2 i1 BBD_2 DC_2 BDK_TN BBD_2 Phan_ung_2 i2 Dong_dien_2 Hình 3.4: Mô hình điều chỉnh dòng cho hai động cơ 3.2.1 Xây dựng bộ điều chỉnh dòng điện 1 theo phương pháp tối ưu độ lớn I_dat 0.13 s + 1 9.3 0.837 s 0.045 s + 1 0.13 s + 1 Chinh_luu_1 Phan_ung_1 Dong_dien_dat R_I 1 Dong_dien_1 Hình 3.7: Mạch vòng dòng điện 1 có bộ điều chỉnh tối ưu độ lớn Dap ung buoc nhay cua dong dien mau 1.5 Step overshoot = 4.321% 1 Steady State = 1 settling time = 0.186508 0.5 rise time = 0.136799 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 time 3.2.2 Bộ điều chỉnh dòng điện DC2 dùng điều khiển thích nghi Bộ điều chỉnh dòng điện 2 dùng bộ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu MRAC (bộ điều chỉnh tối ưu độ lớn của bộ điều chỉnh dòng điện 1) Xây dựng bộ điều khiển thích nghi thực tế theo 4 bước như sau: Bước 1: Hàm truyền của mạch vòng dòng điện 2 chưa có bộ điều chỉnh H OI ( s ) = 9, 3 (0, 045.s + 1).(0, 13.s + 1) Dùng phần mềm 20.sim chuyển hàm truyền thành ma trận trạng thái 1   0 Ap =    −170, 9 − 29, 91  0  Bp =   1059  Mô hình mẫu theo tối ưu độ lớn (3.24) có ma trận trạng thái  0 Am =   −246 , 9 1  − 22.22    0  Bm =    246 , 9  Ta định nghĩa : u _ tín hiệu vào, x1 = xp : tín hiệu ra, x 2 = x 1 x p = Ap x + B p u , xm = Am x + Bmu , x1 = x p , x2 = x1 , e = xm − x p Phương trình vi phân của e là: e = x m − x p = Am e + Ax p + Bu Với: A = Am - Ap B = Bm - Bp 0   0 A= ÷  −76 7, 69  ⇒  0  B= ÷  −812,1  Đặt các biến hệ số thích nghi KA, KB, KC, sao cho các ma trận |A|, |B| → 0 0  A=  −76 + K A 0  e = Am e +   −76 + K A 0  ÷ 7, 69 + K B   0  B= ÷  −812,1 + K C  0   x1   0    x  +  −812.1 + K  u 7, 69 + K B   2   C Bước 2: Lựa chọn một hàm Liapunov V, chú ý các phần tử khác 0 của ma trận A,B V (e) = eT Pe + 2 K 2 P + 2 K 2 D + 2 B 2TN Bước 3: Xác định các điều kiện dưới đây mà dV/dt là xác định âm & V = ( Am e)T Pe + eT P ( Am e) + 2eT PBε + 2 K Pα K P & + 2eT PAx2 + 2 K D β K D + 2eT PAx1 + 2 BTN λ BTN Đặt : T T eT ( Am P + PAm )e = −eT Qe ⇔ Am P + PAm = − Q Các thành phần còn lại của (3.30) giải bằng 0: α, β, λ các hệ số thích nghi > 0 .T & eT PAε + K Pα K P = 0 e PAx2 + K D β K D = 0 T e PBx1 + BTN λ BTN = 0 Đây là các luật điều chỉnh thích nghi cho bộ điều khiển dòng điện 2: t 1 K P = ∫ ( P21e + P22 e)ε dt + K P (0) α0 t KD = 1 ∫ ( P21e + P22 e) x2 dt + K D (0) β 0 t BTN = 1 ∫ ( P21e + P22 e) x1 dt + BTN (0) λ0 T Bước 4: Giải P từ phương trình (3.31): Am P + PAm = −Q Ta lựa chọn một ma trận Q bất kỳ xác định dương, thì hệ thích nghi cho kết quả  500 200  Q= ÷  200 400  được bảo đảm ổn định Chọn giá trị Q như sau: Thay Q, Am vào phương trình (3.31) và cân bằng hệ số trong phương trình: 1   p11  0  ÷   −246.9 − 22.22   p21 p12   0 −246,9   500 200  = ÷ ÷ p22   1 −22, 22 ÷  200 400    (3.39)  2056 1.01  P= ÷  1.01 9.04  Từ (3.39) tính ra: I_v p12   p11 ÷+  p22   p21 Toi uu do lon x 0.13 s + 1 9.3 0.837 s 0.045 s + 1 Phan_ung_1 m 0.13 s + 1 Chinh_luu_1 Dong_dien_dat R_I 1 Dong_dien_1 sailech_e e P21 Liapunov Bu thich nghi B P22 x 1 TN K u ε K d/dt x 2 d d/dt 9.3 p Ui_dk 1 0.045 s + 1 0.13 s + 1 Chinh_luu_2 x p Phan_ung_2 Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển cán Block có bộ điều chỉnh dòng điện 2 dùng bộ điều chỉnh thích nghi theo mô hình mẫu MRAC Sơ đồ điều khiển có bộ điều chỉnh dòng điện 2 cấu trúc có dạng : PD -Khâu tỷ lệ P lấy tín hiệu từ sai lệch đầu vào ε -Khâu vi phân D lấy tín hiệu từ đầu ra x1 -Khâu bù thích nghi BTN lấy tín hiệu qua phản hồi đầu ra x1 Dong_dien_2 -Biến trạng thái x 2: đạo hàm từ đầu ra x1 -Liapunov: block giải phương trình (3.31) bằng phần mềm 20.sim -P21, P22: được giải từ phương trình Liapunov (3.31) Dap ung dong dien dung MRAC 1.5 Dong_dien_dat 1 0.5 0 Dong_dien_1 1 0.5 0 -0.5 Dong_dien_2 1 0.5 0 -0.5 sailech_e 0.02 0.01 0 -0.01 -0.02 0 5 10 15 20 25 30 time {s} Hình 3.11: Đáp ứng mạch vòng dòng điện Dac tinh he so thich nghi - on dinh 0.6 Kp 0.4 0.2 0 -0.2 0.6 Kd 0.4 0.2 0 -0.2 B_TN 0.15 0.1 0.05 0 0 5 10 15 time {s} 20 25 30 Hình 3.12 : hệ số thích nghi –ổn định sau 25(s) Nhận xét: sau một khoảng thời gian ngắn sự sai lệch giữa hai dòng điện tiến về một giá trị rất nhỏ, dòng điện 2 bám theo dòng điện 1 Các hệ số thích nghi sau khoảng tời gian 25(s) tiến tới giá trị ổn định Mạch vòng dòng điện thích nghi theo mô hình mẫu MRAC làm việc rất ổn định khi thông số mạch phần ứng thay đổi lớn Thông số phần ứng : k 1 = (TU s + 1) (0, 13.s + 1) Khi thời gian t = 30 (s) thay đổi hệ số khuyếch đại : k = 2 Khi thời gian t = 70(s) thay đổi thời gian TU : TU = 0.5 k 2 = (TU s + 1) (0, 13.s + 1) k 2 = (TU s + 1) (0, 5.s + 1) Dap ung dong dien - dung MRAC 1.5 Dong_dien_dat 1 0.5 0 Dong_dien_1 1 0.5 0 Dong_dien_2 1 0.5 0 k 2 1.5 1 0.5 0.5 Tu 0.4 0.3 0.2 0.1 0.02 Sailech_e 0.01 0 -0.01 -0.02 0 20 40 60 80 100 time {s} Hình 3.13: Đáp ứng mạch vòng dòng điện thích nghi (khi thông số k,Tu thay đổi tại thời điểm t =30(s), t =70(s) ) 120 Sau khi thay đổi thông số mạch phần ứng k, Tu tại các thời điểm t =30(s), t =70(s) Theo kết quả mô phỏng sai lệch giữa hai dòng điện sai lệch rất nhỏ gần về giá trị 0, hệ số thích nghi tiến về giá trị ổn định He so thich nghi - on dinh khi co nhieu o 30 va 70 (s) k 2 1.5 1 0.5 0.5 Tu 0.4 0.3 0.2 0.1 0.4 Kp 0.3 0.2 0.1 0 Kd 0.05 0 -0.05 B_TN 0.15 0.1 0.05 0 0 20 40 60 80 100 120 time {s} Hình 3.14 : hệ số thích nghi - ổn định sau khi thông số k,Tu thay đổi tại thời điểm t =30(s), t =70(s) 3.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ Vấn đề đặt ra ở mạch vòng tốc độ là phải luôn ổn định tốc độ theo yêu cầu của tải (cho các loại sản phẩm khác nhau) hay có sự thay đổi mô men quán tính J quy đổi về trục động cơ (ma sát do bi, bánh răng ) Bộ điều chỉnh tốc độ phải xử lý các tín hiệu đầu vào (tín hiệu phản hồi tốc độ từ máy phát tốc, sen sơ phát hiện thép vào, cảm biến sức căng trùng giữa hai giá cán) tạo ra tín hiệu điều khiển cho hai bộ điều chỉnh dòng (hai động cơ nối cứng trục) Từ đó xây dựng sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mạch vòng tốc độ Khi chưa có bộ điều chỉnh tốc độ R w(s), ta có hàm truyền mạch vòng tốc độ như sau: W ho ( s) = Cu J (0.00405.s 2 + 0.09.s + 1) s Từ (p.3) và (p.6) ở phần phụ lục có : J = 23,4 ; Cu =3,206 Dùng phương pháp Ziegler – Nichols thứ hai : (trang 176 tài liệu [2] ) ta cho bộ điều chỉnh Rw là bộ khuếch đại Kp Hình (3.16), sau đó tăng hệ số khuếch đại Kp tới giá trị Kth để hệ kín ở chế độ biên giới ổn định (dao động điều hòa) Xác định chu kỳ Tth của dao động dựa trên trên phần mềm mô phỏng 20.sim Kth = 162.201559 Toc_do 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 0 0.5 1 1.5 time {s} Hình 3.19 : với Kth=162.201559 hệ kín dao động điều hòa Dùng phần mềm 20.sim lấy hiệu tọa độ hai đỉnh dao động max liên tiếp trên trục hoành, ta xác định được Tth : Tth = 0.401602012357828 ∼ 0.4016 2 K Dong_dien_1 Kp x SVF K Toc_do_dat 0.13 s + 1  Ki K ε 9.3 0.837 s 0.045 s + 1 Phan_ung_1 i1+2 m 0.13 s + 1 Chinh_luu_1 1 R_I 1 Cu sailech_e 1/J Cu  J e d/dt P21 Kd Bu thich nghi Liapunov B P22 2 K d/dt TN K ε Mc i x 2 d x 1 d/dt 9.3 p Ui_dk Toc_do 2 1 0.045 s + 1 Chinh_luu_2 Phan_ung_2 x p 0.13 s + 1 Dong_dien_2 Hình 3.20 : mạch vòng tốc độ sử dụng bộ điều khiển PID Sử dụng bộ điều chỉnh PID theo công thức trong tài liệu [2] trang 177 RW (s) =K p (1 + RW (s) =K p (1 + 1 + T D s ) TI s 1 486 , 6 + T D s ) = 97 , 32 + + 4.681.s T I s s Ta hiệu chỉnh lại thông số bộ PID dựa trên (3.45) để giảm độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ, dùng phần mềm mô phỏng 20.sim thực hiện, chọn được như sau: RW (s) =81 + 17 + 4, 6.s s Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng đối với bộ điều khiển mới (mạch vòng tốc độ) khi thay đổi mô men tải MC và tín hiệu vào tốc độ đặt tại các thời điểm t1, t2, t3: Hình 3.23 t1 = 10(s) với MC = 0→ MC = 2 t2 = 30(s) với MC = 2→ MC = 1 Hình 3.22 : Đáp ứng mạch vòng tốc độ - khi sử dụng bộ PID đã hiệu chỉnh t3 = 25(s) → 2*Toc_do_dat Dap ung khi tai Mc va tin hieu dat thay doi 2.5 Toc_do_dat 2 1.5 1 0.5 0 Mc 2 1.5 1 0.5 0 Toc_do 2 1.5 1 0.5 0 -0.5 0 10 20 30 40 50 time {s} Hình 3.23 : Đáp ứng mạch vòng tốc độ - tốc độ ổn định khi tải MC và tín hiệu vào tốc độ đặt thay đổi Nhận xét: Hệ thống đã đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ: thời gian quá độ nhỏ < 0,5(s), độ quá điều chỉnh: 1,16-1 100 = 16 0 0 , trong phạm vi cho phép 1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu tài liệu và được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Duy Cương Tác giả đã hoàn thành những nội dung công việc cụ thể của luận văn như sau: Phần thứ nhất: Giới thiệu tổng quan nhà máy Cán Thép Lưu Xá, cán Block và những vấn đề cần giải quyết Trong phần thứ hai: Tác giả đã khái quát lại và kiểm chứng bằng mô phỏng một số phương pháp thiết kế bộ điều khiển thích nghi dựa theo mô hình mẫu, áp dụng lý thuyết ổn định Liapunov cho việc thiết kế, đây là một nền lý thuyết thường được các nhà điều khiển khai thác và vận dụng khi thiết kế bộ ĐKTN Đã có nhiều đề tài nghiên cứu ĐKTN theo mô hình mẫu dựa trên lý thuyết ổn định Liapunov Những đề tài trước đây khi tính toán để xây dựng cơ cấu ĐKTN mới chỉ đưa ra phương pháp thiết kế nói chung Khi thiết kế bộ ĐKTN, để thỏa mãn điều kiện ổn định có nhiều cách lựa chọn hàm Liapunov Do đó, cơ cấu điều khiển thiết kế ra cũng có nhiều kết quả khác nhau Công thức do Job van Amerongen đưa ra là một trong số những kết quả nhận được Ưu điểm của công thức là thực sự chính xác, rõ ràng, dễ hiểu, dễ áp dụng vào thực tế khi điều khiển đối tượng cụ thể Khi nghiên cứu ĐKTN theo mô hình mẫu, công thức này đã được tác giả giới thiệu trong luận văn Công thức được tác giả áp dụng để xây dựng bộ ĐKTN trực tiếp và bộ ĐKTN gián tiếp, tham số và trạng thái nhận dạng của đối tượng hoàn toàn không còn nhiễu Vì vậy, tham số và trạng thái được nhận dạng khi đưa vào bộ điều khiển sẽ cho tín hiệu điều khiển tốt Tín hiệu ra của đối tượng bám chính xác tín hiệu vào, sai lệch điều khiển rất nhỏ và tiến tới bằng không trong một thời gian rất ngắn Các thông số bộ điều khiển được thiết kế sẽ tiến đến giá trị xác lập ổn định Tính khả thi đã được kiểm chứng tính bằng mô phỏng dựa trên phần mềm 20-SIM Phần thứ ba: Đây là phần nội dung chính của bản luận văn đồng thời tác giả hy vọng đây là sự đóng góp nhỏ bé của mình trong lĩnh vực điều khiển, tác giả áp dụng lý thuyết ĐKTN theo mô hình mẫu MRAC để cân bằng tải cho hai động cơ một chiều nối cứng trục với nhau theo yêu cầu tải cán thép biến thiên mà vẫn ổn định tốc độ Các công việc đã thực hiện bao gồm: - Mô hình hóa động cơ điện một chiều, tính toán các tham số liên quan - Tổng hợp mạch vòng dòng điện 1 theo phương pháp tối ưu độ lớn cho bộ điều chỉnh dòng điện của động cơ 1, sau đó được chọn làm hàm mẫu - Xây dựng bộ điều chỉnh thích nghi mạch vòng dòng điện 2 với hàm mẫu là mạch vòng dòng điện 1, tính toán các thông số (theo nguyên lý ổn định Liapunov), lập sơ đồ cấu trúc mạch thích nghi cho bộ điều chỉnh dòng điện 2 - Xây dựng bộ điều khiển mạch vòng tốc độ, tính toán bộ thông số PID theo phương pháp Ziegler – Nichols thứ hai Hiệu chỉnh lại thông số PID sao cho độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ theo yêu cầu - Trong các bước trên có mô phỏng và đánh giá bằng các đồ thị, hình vẽ Kết quả mô phỏng đã chỉ ra rằng hệ thống làm việc ổn định, đáp ứng được công nghệ cán thép, bộ điều khiển thích nghi trong mạch vòng dòng điện làm việc ổn định, tác động nhanh, đáp ứng chính xác, dòng của 02 động cơ được phân đều khi thông số của hệ thống thay đổi Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Duy Cương Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Phản biện 2: TS Nguyễn Văn vỵ Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Vào hồi 7h ngày 07 tháng 10 năm 2010 Có thể tìm hiểu luận văn tại trung tâm Học liệu Đại học Thái Nguyên và Thư viện: Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp