Chương trình mô phỏng hệ truyền động chính máy bào giường hệ f đ trên matlab

- 1 -
Lời mở đầu
Hiện nay kỹ thuật điện - điện tử tin học đang có sự phát triển rất mạnh
mẽ cả về mặt lý thuyết lẫn thực tế trong lĩnh vực truyền động điện tự động. Trớc
hết phải kể đến sự ra đời và ngày càng hoàn thiện các bộ biến đổi điện tử công
suất, với kích thớc gọn nhẹ, độ tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các
mạch điều khiển dùng vi mạch điện tử, vi xử lý Các hệ truyền động điện tự
động ngày nay thờng dùng nguyên tắc điều khiển vectơ cho các động cơ xoay
chiều. Phần lớn các mạch điều khiển này dùng kỹ thuật số với chơng trình phần
mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển, vì vậy
làm tăng độ tác động nhanh và độ chính xác cao cho hệ truyền động. Tuy nhiên
việc tiến hành bằng mô hình thực vẫn đang là vấn đề khó khăn.
Trang bị điện _điện tử máy gia công kim loại đề cập tới phần điện_điện tử
máy gia công kim loại. Đây là loại máy chủ yếu và quạn trọng trong công
nghiệp nặng của nền kinh tế nớc ta. Trang bị điện máy bào giờng giúp ngòi kĩ s
có kiến thức về điều khiển tịnh tiến có chu kì của vật thể có quán tính lớn. Mô
phỏng chuyển động chính của máy bào giờng là cơ sở để chúng ta biết đợc dạng
chuyển động và để điều chỉnh tốc độ bàn máy. Để thực hiện việc mô phỏng này
ta sử dụng phần mềm Matlab & Simulink.
- 2 -
Chơng1.Giới thiệu máy bào giờng
Máy bào giờng là máy có thể gia công các chi tiêt lớn, chiều dài bàn có thể từ
1.5 đến 2.5m
Hình1-1: Dạng bên ngoài máy bào giờng
1.chi tiết đợc gia công
2.bàn máy
3.dao cắt
4.bàn daođứng
5.xà ngang
Đồ thị tôc độ của bàn máy, đây là dạng đồ thị thờng gặp
- 3 -

Chong2. Giới thiệu động cơ điện một chiều
2.1. Phơng trình cân bằng điện áp
E
dt
di
LIRU
uuu
++=
Trong đó:
U
- điện áp phần ứng
u
R
- điện trở mạch phần ứng
u
I
- dòng điện mạch phần ứng
u
L
- điện cảm mạch phần ứng
E
- sức điện động phần ứng




.
.2

a

pN
KE ==
(1)
Với
p
- số đôi cặp từ chính
N
- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a
- số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
K
- hệ số cấu tạo của động cơ

- từ thông kích từ dới một cực từ

-tốc độ quay của động cơ
Chuyển sang Laplace ta đợc:

u
u
uuuu
Tp
R
EUI
EIpLIRU
.1
/1
)(
+
=

++=
(2)
Trong đó
u
u
u
R
L
T =
:hằng số thời gian điện từ mạch phần ứng
2.2. Phơng trình mômen điện từ của động cơ

udt
IKM

=
(3)
dt
M
:Mômen điện từ của động cơ
2.3. Phơng trình cơ học của động cơ
=M
dt
d
JM
c

+
(4)
c

M
: Mômen cản của động cơ
J
: Mômen quán tính của động cơ
Chuyển sang laplace ta đợc:

JpMM
c
+=
- 4 -
Jp
MM
c

=

Từ các phơng trình (1)(2)(3)(4)(5) ta có sơ đồ cấu trúc động cơ điện môt chiều:
Hình 3: Sơ đồ cấu trúc đông cơ điên một chiều
Tổng hợp mạch vòng dòng điện
Đặt:
vdkisi
TTTT ++=


=
i
S
0
)1)(1(
/1.

ppTpT
RKK
usi
uicl
++
Bỏ qua ảnh hởng của sức điện động E ta có mạch
vòng dòng điện nh hình
Hình4: Mạch vòng dòng điện động cơ điện một chiều.
Trong đó :
)1)(1( PTPT
K
vdk
cl
++
cl
K
: Hệ số khuếch đại chỉnh lu
dk
T
: Hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lu
v
T
: Hằng số thời gian của sự chuyển mạch chỉnh lu
pT
K
i
i
+1
:Hàm truyền của cảm bién dòng điện
i

K
:Hệ số khuếch đại của cảm biến dòng điện
i
T
: Hằng số thời gian của cảm biến dòng điện
Thu gọn ta đợc sơ đồ nh hình vẽ:
u
u
pT
R
+
1
/1

.K
Jp
1

.K
d
U
U
u
I
M
c
M


E

i
R
).1)(.1( pTpT
K
vdk
cl
++
pT
R
u
u
.1
/1
+
pTi
K
i
.1
+
id
U
I
i
U

- 5 -
Trong đó
i
S

0
là hàm truyền của đối tượng
H×nh 6 : S¬ ®å thu gän cđa m¹ch vßng dßng ®iƯn


=
i
S
0
)1)(1)(1)(1(
/1.
pTpTpTpT
RKK
uivdk
uicl
++++
V×
ivdk
TTT ;;
lµ c¸c h»ng sè thêi gian rÊt nhá nªn ta cã thĨ bá qua c¸c thµnh phÇn
bËc cao

⇒
=
i
S
0

[ ]
)1()(1

/1.
pTpTTT
RKK
uivdk
uicl
++++
p dơng tiªu chn m«dul tèi u ta cã hµm trun cđa hƯ thèng:

MC
F
=
22
221
1
pp
σσ
ττ
++
Mµ
MCK
FF =
=
ii
ii
SR
SR
0
0
1+

⇒
=
i
R
)1(
1
1
0
−
−
Mii
FS
Thay vµo ta cã:

=
i
R
)1(2.
)1)(1(
ppKK
pTpTR
icl
usiu
σσ
ττ
+
++
Chän
σ
τ

=
si
T
ta cãbé ®iỊu chØnh dßng:
=
i
R








+
usiicl
uu
pTTKK
TR
1
1
2


⇒
i
R
lµ kh©u tØ lƯ tÝch ph©n PI
Tỉng hỵp m¹ch vßng tèc ®é

Tõ kÕt qu¶ võa x¸c ®Þnh ta cã hµm trun cđa m¹ch vßng dßng ®iƯn

=
MC
F

22
221
1
pTpT
sisi
++
V×
<<
si
T
nªn ta cã thĨ bá qua c¸c thµnh phÇn bËc cao

⇒
=
MC
F
pT
si
21
1
+
Ta cã s¬ ®å m¹ch vßng tèc ®é:
i
R

i
S
0
id
U
I
_
- 6 -

Hình 7: Sơ đồ mạch vòng tốc độ động cơ một chiều
=
c
T
2
)(
.

K
JR
u
:Hằng số thời gian cơ học của động cơ
pT
K


+1
:Hàm truyền của máy phát tốc

K
:Hệ số khuếch đại của máy phát tốc

T
: Hằng số thời gian của máy phát tốc
-Sơ đồ thu gọn:
Hình 8: Sơ đồ thu gọn mạch vòng tốc độ

Trong đó:

0
S
=
)1)(21.()(
.
pTpTpTKK
RuK
sici



++
Vì
si
T
vaứ

T
<< nên ta có thể bỏ qua các thành phần bậc cao:


0

S
=
[ ]
pTTpTKK
RK
sici
u
)2(1)(



++
Đặt

s
T
=2
si
T
+

T
ta có:


0
S
=
)1()( pTpTKK
RK

sci



+
Aựp dụng tiêu chuẩn môdul tối u ta có:

MC
F
=
22
221
1
pp


++
Mà
MC
F
=


0
0
1 SR
SR
+

R
=
)1(
1
1
0


MC
FS

Thay vào ta đợc:

R
pT
K


+
1
d
U



i
U

pT

si
21
1
+
i
K
1
pTK
R
c
u
.


R

0
S
d
U

_

- 7 -


R
=
)1(2.
)1()(

ppRK
pTpTKK
u
sci




+
+
Chọn


=

s
T
ta có:


R
=


su
ci
TRK
TKK
.2
)(

R
là khâu tỉ lệ P
Chơng 3. Mô phỏng bằng Matlab truyền động chính của máy bào
giờng hệ truyền động F-Đ
3.1. Lựa chọn tham số
Các thông số:
-Công suất định mức : P
đm
= 12 (KW)
-Điện áp định mức phần ứng: U
đm
= 220(V)
-Tốc độ quay định mức : n
đm
= 1200(v/ph)
-Điện cảm phần ứng :L
u
= 0,2 (H)
-Hiệu suất của động cơ :
đm
= 95%
-Hằng số thời gian máy biến dòng :T
i
= 0,002 (s)
-Hằng số thời gian của bộ chỉnh lu :T
V
= 0,0025(s)
-Hằng số thời gian của chuyển mạch điều khiển :T

đk
=0,0001(s)
-Hằng số thời gian máy phát tốc :T

= 0,001 (s)
-Mômen quán tính của động cơ : J = 2,5 (kg/m
2
)
3.2. Tính chọn bộ điều khiển dòng điện và tốc độ
Tốc độ góc của rôto:

)/(65,125
55,9
1200
55,9
srad
n
==
=

Mômen định mức :
- 8 -
dm
dm
dm
P
M

=
=

65,125
12000
=95,5(Nm)
Dòng điện định mức :
dm
dm
dm
U
P
I =
=
54,54
220
12000
=
(A)

dm
dm
I
M
K =

=
75,1
54,54
5,95
=
Điện trở phần ứng :
dm

dm
dmu
I
U
R ).1.(5,0

=
=
1,0
54,54
220
)95,01.(5,0 =
(

)
Hằng số thời gian phần ứng:
u
u
u
R
L
T =
=
)(2
1,0
2,0
s=
Hằng số cơ học của động cơ:
2
)(

K
JR
T
u
c
=
=
)(82,0
75,1
1,0.5,2
2
s=
Hệ số khuếch đại chỉnh lu của động cơ:
Chọn
)(10 VU
dk
=
22==
dk
dm
cl
U
U
K
Hệ số khuêch đại của biến dòng:
- 9 -
Chọn
)(7 VU
id

=
128,0
54,54
7
===
dm
id
i
I
U
K
Hệ số khuêch đại của may phát tốc:
Chọn
)(10 VU
d
=

08,0
65,125
10
===



d
U
K
=
si
T

)(0046,0 sTTT
vidk
=++
)(0102,02 sTTT
sis
=+=

Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện là:
=
i
R








+
usiicl
uu
pTTKK
TR
1
1
2

+=
P2
1
1
0046,0.128,0.22.2
2.1,0






+=
P2
1
172,7
Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ:


R
=


su
ci
TRK
TKK

.2
)(
2745
0102,0.1,0.08,0.2
2.75,1.128,0
==
3.3. Viết chơng trình nội suy tốc độ đặt của máy bào giờng trong M-file
t=[];y=[];
y(1)=0;t(1)=0;k=1;
dt=0.01;dy=0.01;
while (t(k)<1|y(k)<1)
F=y(k)-t(k);
if F>0
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
- 10 -
else
y(k+1)=y(k)+dy;
t(k+1)=t(k);
end
k=k+1;
end
while (t(k)<1.5)
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
k=k+1;
end
while (t(k)<2|y(k)<3)
F=0.5*(y(k)-1)-2*(t(k)-1.5);
if F>0

y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
else
y(k+1)=y(k)+dy;
t(k+1)=t(k);
end
k=k+1;
end
while (t(k)<3.5)
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
k=k+1;
end
- 11 -
while (t(k)<4|y(k)>1)
F=0.5*(y(k)-3)+2*(t(k)-3.5);
if F>0
y(k+1)=y(k)-dy;
t(k+1)=t(k);
else
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
end
k=k+1;
end
while(t(k)<4.5)
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
k=k+1;
end

while(t(k)<6|y(k)>-5)
F=1.5*(y(k)-1)+6*(t(k)-4.5)
if F>0
y(k+1)=y(k)-dy;
t(k+1)=t(k);
else
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
end
k=k+1;
end
while (t(k)<7)
- 12 -
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
k=k+1;
end
while (t(k)<7.5|y(k)<-1)
F=0.5*(y(k)+5)-4*(t(k)-7);
if F>0
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
else
y(k+1)=y(k)+dt;
t(k+1)=t(k);
end
k=k+1;
end
while (t(k)<8.5)
y(k+1)=y(k);

t(k+1)=t(k)+dt;
k=k+1;
end
while (t(k)<9|y(k)<0)
F=0.5*(y(k)+1)-(t(k)-8.5);
if F>0
y(k+1)=y(k);
t(k+1)=t(k)+dt;
else
y(k+1)=y(k)+dy;
t(k+1)=t(k);
- 13 -
end
k=k+1;
end
plot(t,y);
grid;
A=[t;y];
save tinhieu.mat A;
- D¹ng tÝn hiÖu ®Æt:
- 14 -
H×nh 9: d¹ng tÝn hiÖu ®Æt
3.4. S¬ ®å m« pháng tèc ®é vµ ®Æc tÝnh ra
-S¬ ®å m« pháng tèc ®é
H×nh 10: S¬ ®å m« pháng m¹ch vßng tèc ®é
C¸c ®Æc tÝnh ra :
- 15 -
H×nh 11: D¹ng tÝn hiÖu tèc ®é ra lÊy trªn Scope
H×nh12 : D¹ng tÝn hiÖu ph¶n håi lÊy trªn Scope2