tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu xây DỰNG hệ TRUYỀN ĐỘNG điện THÁO QUẤN BĂNG vật LIỆU sử DỤNG ĐỘNG cơ điện một CHIỀU KÍCH từ độc lập

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TÔN THẤT ĐỒNG
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THÁO
QUẤN BĂNG VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Chuyên ngành : Tự Động Hóa
Mã số : 605260
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN - 2010
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp
Thái Nguyên.
Cán bộ HDKH : TS. Trần Xuân Minh
Phản biện 1 : PGS.TS. Nguyễn Doãn Phước
Phản biện 2 : TS. Bùi Chính Minh
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao
học số 03, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 10 giờ 30 phút ngày 06 tháng 11 năm 2010.
Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và
Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay ở Việt Nam, rất nhiều các nhà máy sản xuất thép cán, giấy, vải, dây
điện, bao bì… được xây dựng rất nhiều, sản phẩm cuối cùng của các nhà máy này
đó là các băng cuộn thép, cuộn vải, cuộn giấy, cuộn nilon tổng hợp Trong các dây
chuyền sản xuất của các nhà máy đó luôn có khâu thực hiện tháo-quấn lại vật liệu.
Được sự đồng ý và dẫn dắt của cán bộ hướng dẫn khoa học, tác giả đã lựa
chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ truyền động điện tháo quấn băng vật liệu
sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập”.
Sau một thời gian làm nghiên cứu liên tục, nghiêm túc; cùng với sự hướng dẫn

tận tình của cán bộ hướng dẫn khoa học, các thầy cô trong khoa, sự giúp đỡ của các
học viên trong lớp và các bạn đồng nghiệp. Đến nay luận văn đã hoàn thành.
Qua đây tác giả xin gửi lời cám ơn tới quý thầy cô trong khoa Điện trường ĐH
Kỹ Thuật Công nghiêp - ĐH Thái Nguyên; Ban Giám Hiệu cùng toàn thể giáo viên
khoa Điện trường Cao đẳng Công nghiệp Huế đã nhiệt tình giúp đỡ hướng dẫn,
cung cấp tài liệu và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành được luận văn này.
Đồng thời tác giả muốn gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Trần Xuân Minh,
người đã trực tiếp hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian qua.
Tác giả xin cám ơn gia đình, bè bạn đã hết sức ủng hộ cả về vật chất lẫn tinh
thần trong thời gian nghiên cứu để hoàn thành tốt công trình nghiên cứu này.
Mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của cán bộ hướng dẫn cùng với sự nỗ lực
cố gắng của bản thân; song vì kiến thức còn hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chưa
nhiều, nên bản thuyết minh không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì thế, tác
giả rất mong tiếp tục được sự giúp đỡ, góp ý nhiệt tình của quý thầy cô, bạn bè và
đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn !
Tác giả luận văn
Tôn Thất Đồng
HV: Tôn Thất Đồng
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
2.1. Ý nghĩa khoa học:
2.2. Ý nghĩa thực tiễn:
3. Mục tiêu nghiên cứu:
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu bộ điều khiển động cơ điện một
chiều kích từ độc lập truyền động cho hệ thống tháo-quấn băng vật liệu.
4. Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu khảo sát về hệ truyền động điện cuộn băng vật liệu sử dụng động

cơ điện một chiều kích từ độc lập; Nghiên cứu lý thuyết điều khiển truyền động
điện hiện đại động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Từ đó xây dựng bộ điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập có mô men cản và mô men quán tính
tải biến đổi phi tuyến.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Nghiên cứu hệ truyền động điện cuộn băng vật liệu sử dụng động cơ điện
một chiều kích từ độc lập.
- Nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ
độc lập sao cho tốc độ chuyển động và lực căng của dải băng vật liệu giữ ổn định.
- Mô hình hoá mô phỏng và đánh giá hệ thống trên phần mềm Matlab.
6. Phương pháp nghiên cứu:
7. Nội dung nghiên cứu:
Chương 1: Tổng quan về truyền động tháo-quấn băng vật liệu.
Chương 2: Nghiên cứu hệ thống truyền động điện tháo-quấn băng vật liệu
dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Chương 3: Bộ điều khiển mờ lai PI điều khiển động cơ điện một chiều kích từ
độc lập truyền động cho hệ thống tháo-quấn băng vật liệu.

HV: Tôn Thất Đồng - 1 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG THÁO-QUẤN BĂNG VẬT
LIỆU
1.1. Giới thiệu chung
Mô tả một hệ thống xử lý băng vật liệu điển hình:
Hình 1.1: Mô tả hệ thống hệ thống xử lý băng vật liệu điển hình
1.2. Hệ thống truyền động tháo-quấn băng vật liệu
1.2.1. Cấu tạo tổng quát hệ thống tháo-quấn băng vật liệu (giấy)
Trên hình 1.2 thể hiện cấu trúc tổng quát của một hệ máy tháo-quấn băng giấy.
1.2.2. Đặc điểm cấu tạo và chức năng của các thành phần:

Trong hệ máy trên hình 1.2 chia thành ba khâu: khâu tháo quấn cuộn giấy,
khâu xử lý dải băng giấy, khâu quấn lại băng giấy.
HV: Tôn Thất Đồng - 2 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Hình 1.2: Cấu trúc tổng quát của một hệ máy tháo-quấn băng giấy
• Khâu tháo quấn cuộn giấy (Unwind):
• Khâu xử lý dải băng giấy (Process web):
• Khâu quấn lại băng giấy (Rewind):
1.2.3. Yêu cầu công nghệ hệ thống tháo-quấn băng vật liệu
Khảo sát một hệ thống máy tháo-quấn băng vật liệu điển hình có một số đặc
điểm sau: loại vật liệu được sử dụng là loại có khả năng co giản với mức độ xác
định và khá đồng nhất về tính chất vật lý.
Tóm tắt quá trình hoạt động và điều khiển trong hệ thống tháo-quấn băng vật
liệu điển hình được biểu diễn qua sơ đồ như hình 1.6.
HV: Tôn Thất Đồng - 3 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
1.2.4. Giới thiệu một số mô hình điều khiển hệ thống tháo-quấn băng vật
liệu
1.3. Lý thuyết sức căng trong hệ thống tháo-quấn băng vật liệu
1.3.1. Khái niệm sức căng của băng vật liệu
1.3.2. Lý thuyết điều chỉnh lực căng của băng vật liệu
Đối với hệ thống quấn băng vật liệu có cấu trúc đơn giản (roll-to-roll) không
có khâu xử lý băng vật liệu phức tạp ở giữa thì việc điều khiển lực căng giữ ổn định
trên toàn bộ dải băng được thực hiện bằng cách điều khiển ổn định tỷ lệ tốc độ giữa
các con lăn kẹp băng (nip roll) ở giữa, tang tháo quấn và tang quấn lại ở hai đầu;
đồng thời để tăng độ chính xác của bộ điều khiển thì cần phải phản hồi lực căng
thực dải băng đến các bộ điều khiển bằng các bộ đo lực căng. Trong quá trình làm
việc sự biến thiên về tốc độ, mô men của các động cơ truyền động cho các con lăn
kẹp băng, tang tháo quấn, tang quấn lại và sự biến thiên bán kính của các tang quay
HV: Tôn Thất Đồng - 4 -

M
M
u
u
M
M
u
u
Driver Mu
Driver Mu
Driver Mu
Driver Mu
Load cell
Load cell
Encoder
Encoder
M
M
u
u
Encoder
Encoder
M
M
r
r


Tension
Tension

Controller
Controller
Tension
Tension
Controller
Controller
Control
Control
centre
centre
Control
Control
centre
centre
Velocity
Velocity
Controller
Controller
Velocity
Velocity
Controller
Controller
Driver Mr
Driver Mr
Driver Mr
Driver Mr
M
M
r
r

M
M
r
r
Process web
Process web
Unwinder
Unwinder
Rewinder
Rewinder


Nip roller
Load cell
Load cell
1
1
Load cell
Load cell
2
2
Hình 1.6: Quá trình hoạt động và điều khiển hệ thống tháo-quấn băng vật
liệu
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
được biểu diễn qua các sơ đồ ở hình 1.13 thể hiện tính phi tuyến do các biến đổi
không xác định trước được của các thông số trong quá trình làm việc của hệ.
Một số phương pháp điều khiển lực căng hệ thống tháo-quấn băng vật liệu:
- Điều khiển gián tiếp mô men của động cơ truyền động từ yêu cầu lực lực
căng và đường kính tang cuộn đặt trước. Phương pháp này đơn giản thường sử dụng
phổ biến cho khâu tháo và quấn lại vật liệu.

- Điều khiển trên cơ sở phản hồi trực tiếp lực căng của dải băng từ các cảm
biến lực căng (load cell).
- Điều khiển lực căng bằng con lăn nhảy (roll dancer), con lăn này vừa làm
thiết bị đo lực căng đồng thời cũng là bộ tự điều chỉnh lực căng.
1.3.3. Giới thiệu các bộ đo lực căng băng vật liệu
1.4. Mô hình phi tuyến của hệ thống tháo và quấn băng vật liệu:
Khảo sát hệ thống quấn băng vật liệu giấy có sơ đồ truyền động như hình 1.19.
HV: Tôn Thất Đồng - 5 -
t
M
u
(t)
ω
u
(t)
R
u
(t)
(a)
t
M
r
(t)
ω
r
(t)
R
r
(t)
(b)

t
M
nip
(t)
ω
nip
(t)
(c)
Hình 1.13: Sơ đồ biểu diễn sự biến thiên về tốc độ,
mômen của các động cơ truyền động cho các con lăn
và sự biến thiên bán kính của các tang quay trong hệ
thống tháo-quấn băng vật liệu:
(a) Động cơ truyền động tháo quấn
Động cơ truyền động quấn lại
Động cơ truyền động con lăn kẹp (nip roll)
Tang (lô) tháo quấn
Unwind roll
Loadcell
T
u
, V
r
T
u
, V
u
ω
u
ω
r

Khâu tháo quấn
Unwind zone
Khâu quấn lại
Rewind zone
Tang (lô) quấn lại
Rewind roll
Hình 1.19: Khảo sát hệ thống tháo-quấn băng vật liệu điển hình
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
- Xây dựng mô hình toán học hệ thống tháo-quấn băng vật liệu dựa vào chủ
yếu các định luật vật lý sau:
- Theo định luật bảo toàn khối lượng
- Theo định luật Hook
HV: Tôn Thất Đồng - 6 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Tổng hợp các phương trình vi phân mô tả mô hình phi tuyến hệ thống tháo
quấn băng vật liệu ở bảng sau:
Bảng 1.2: Tổng hợp phương trình toán học mô tả hệ thống tháo-quấn
băng vật liệu
Khâu tháo quấn (Unwind zone) Khâu quấn lại (Rewind zone)
Vận tốc dài tang tháo (m/s):
2
2
4 4 2
0 0
2 2
1
( ) 2
4
2
u u u

u
u u u u
u w u u u
w u u
K U R
hV
V D V TR
J K R R R
hK R V
π
π
 
 ÷
 ÷
= − + +
 ÷
+ −
 ÷
 ÷
−
 ÷
 
&
Vận tốc dài tang quấn (m/s):
2
2
4 4 2
0 0
2 2
1

( ) 2
4
2
r r r
r
r r r r
r w r r r
w u u
K U R
hV
V D V TR
J K R R R
hK R V
π
π
 
 ÷
 ÷
= − − +
 ÷
+ −
 ÷
 ÷
−
 ÷
 
&
Bán kính tang tháo (m):
2
u

u
u
hV
R
R
π
= −
&
Bán kính tang quấn (m):
2
r
r
r
hV
R
R
π
=
&
Vận tốc trục quay tang tháo (rad/s):
u
u
u
V
R
ω
=
Vận tốc trục quay tang quấn (rad/s):
r
r

r
V
R
ω
=
Momen quán tính tang tháo (Kg.m
2
):
4 4
0 0
( )
u u w u u
J J K R R= + −
Momen quán tính tang quấn (Kg.m
2
):
4 4
0 0
( )
r r w r r
J J K R R= + −
Lực căng của dải băng (N):
( )
r
r u
V T
T K V V
L
= − + −
&

Với
EA
K
L
=
hệ số đàn hồi.
Trong đó:
u
V
,
r
V
,
u
R
,
r
R
,
u
ω
,
r
ω
,
u
J
,
r
J

,
u
U
,
r
U
,
T
là ký hiệu viết tắt các hàm biến thiên theo thời gian
tương ứng là
( )
u
V t
,
( )
r
V t
,
( )
u
R t
,
( )
r
R t
,
( )
u
t
ω

,
( )
r
t
ω
,
( )
u
J t
,
( )
r
J t
,
( )
u
U t
,
( )
r
U t
,
( )T t
.
0u
R
,
0r
R
: Bán kính của lõi trục quay.

0u
J
,
0r
J
: Momen quan tính của lõi trục quay.
Đặt:
w
1
2
w
K h
ρ π
=
Kết luận:
HV: Tôn Thất Đồng - 7 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Với các tiêu chí kỹ thuật, khi xây dựng hệ truyền động và điều khiển cho hệ
thống cần có mối liên hệ giữa các khâu trong hệ thống; từ đó khảo sát tìm ra mối
quan hệ giữa sức căng, mômen, tốc độ quay, và đường kính của các tang cuộn; các
đại lượng này có quan hệ phi tuyến phức tạp làm cho hệ thống điều khiển phức tạp.
Luận văn này tập trung nghiên cứu xây dựng bộ truyền động cho các tang
quay tháo và quấn lại sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi các thông
số về mômen cản và mômen quán tính của hệ thống biến thiên theo quy luật của
công nghệ đã được tính toán từ trước bởi bộ điều khiển trung tâm, nhiệm vụ lúc này
luận văn là xây dựng bộ điều khiển tốc độ quay của động cơ sao cho bám theo các
giá trị đặt trước với sự tác động biến thiên của mômen cản và mômen quán tính của
hệ thống.
CHƯƠNG 2:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THÁO-QUẤN BĂNG

VẬT LIỆU DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
2.1. Tổng quan về truyền động điện một chiều
2.2. Nghiên cứu khảo sát hệ thống Thyristor – Động cơ
Cấu trúc hệ thống điều khiển T-Đ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng
điện như hình 2.1.
HV: Tôn Thất Đồng - 8 -
Hình 2.1 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - Động cơ
FT
GVR
GVR
-1
L
C1
TA
L
C2
L
C3
L
C4
Đ
VF
VR
TM
U
ci
-U
i
U*
i

R
i
R
ω
-U
n
U*
n
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
2.2.1 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh.
2.2.1.1. Bộ điều chỉnh tốc độ quay không bão hòa
2.2.1.2. Bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hòa
2.2.2 Chất lượng của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín
2.2.2.1. Mô hình toán học trạng thái động
Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ điều khiển hai mạch vòng kín, trên hình
2.4.
Trong hình R
i
và R
ω
lần lược được biểu thị hàm số truyền của bộ điều chỉnh
dòng điện và tốc độ quay.
2.2.2.2. Phân tích quá trình khởi động.
2.2.2.3. Tác dụng của hai bộ điều chỉnh.
2.3 Tổng hợp hệ thống truyền động hệ thống điều chỉnh tốc độ hệ thống
tháo-quấn băng vật liệu
HV: Tôn Thất Đồng - 9 -
n
β
α

R
ω
R
i
U*
n
u
n
u
i
U*
i
-
u
d0
- -
i
dl
e
C
1
pT
R
u
1pT
1/R
u
+
1pT
K

s
s
+
Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai
mạch vòng kín
Hình 2.7 Sơ đồ khối chức năng
U
id
-U
i
R
i
R
ω
-U
ω
U
ωđ
HCD
FX BĐ
Đ
S
i
U
k
M
c
ω
S
ω

i
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Cấu trúc cơ bản của một hệ truyền động Thyristor - động cơ truyền động cho
hệ thống tháo-quấn băng vật liệu như hình 2.6.
Từ hình 2.6 ta vẽ lại sơ đồ khối chức năng như hình 2.7.
2.3.1 Xây dựng hàm truyền của các khâu trong hệ thống điều khiển
2.3.1.1 Hàm truyền của động cơ điện
Mạch kích từ có hai biến là dòng điện kích từ i
k
và từ thông
Φ
phụ thuộc phi
tuyến bởi đường cong từ hoá của lõi sắt.
Sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ điện một chiều kích từ độc lập sau khi tuyến tính
hóa:
HV: Tôn Thất Đồng - 10 -
FT
GVR
GVR
-1
L
C1
TA
L
C2
L
C3
L
C4
Đ

VF
VR
TM
U
ci
-U
i
U
id
R
i
R
ω
-U
ω
U
ωđ
HCD
Hình 2.6 Hệ thống điều chỉnh tốc độ Thyristor - Động cơ
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Khi từ thông kích từ không đổi:
K
Φ
= const
U(p) = R
ư
I(p).(1+pT
ư
) + K
Φω

(p) (2.3.24)
K
Φ
.I(p) – M
C
(p) = Jp
ω
(p) (2.3.25)
Sơ đồ cấu trúc động cơ khi từ thông không đổi được thể hiện trên hình 2.12.
Các hàm truyền của động cơ có dạng:
2
( )
( ) 1
d
u c c
K
p
U p T T p T p
ω
=
+ +
(2.3.28)
2
( ) 1
( ) 1
c
u u c c
pT
I p
U p R T T p T p

=
+ +
(2.3.29)
HV: Tôn Thất Đồng - 11 -
Hình 2.11 Sơ đồ cầu trúc tuyến tính hoá
ΔU
ΔU
k
ΔI
ΔI
k
-
ΔM
ΔФ
ΔM
C
- Δω
B
KI
0
Kω
B
KФ
0
KФ
0
u
u
p.T1
1/R

+
k
k
p.T1
1/R
+
jp
1
K
k
Hình 2.12 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi
U
-E
I M
-
ω
KФ
KФ
u
u
T.p1
/R1
+
pj
1
M
C
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
2
(1 )

( )
( ) 1
u d u
c u c c
R K T p
p
M p T T p T p
ω
+
=
+ +
(2.3.30)
2
( )
( ) 1
d
c u c c
K
I p
M p T T p T p
=
+ +
(2.3.31)
2.3.1.2 Bộ chỉnh lưu bán dẫn Thyristor
Hàm truyền của bộ chỉnh lưu và phát xung bán dẫn xem gần đúng là khâu
quán tính bậc nhất :
0
( )
( ) 1
d s

ct s
U p K
U p T p
=
+
(2.3.36)
2.3.1.3 Hàm truyền của máy phát tốc
Hàm truyền của máy phát tốc:
w
FT
(p) =
1
K
T p
ω
ω
+
(2.3.37)
Trong đó: T
ω
- hằng số thời gian của máy phát tốc.
K
ω
- hệ số phản hồi máy phát tốc.
2.3.1.4 Hàm truyền của thiết bị đo điện
Hàm truyền của khâu lấy tín hiệu dòng điện:
w
BI
(p) =
1

I
I
K
p
β
τ
+
(2.3.38)
Trong đó:
τ
β
I
- hằng số thời gian của máy máy biến dòng.
K
I
- hệ số phản hồi dòng điện.
2.3.1.5 Tổng hợp hệ điều khiển R
I
, R
ω
Việc tổng hợp các bộ điều khiển R
I
, R
ω
đều được tiến hành theo phương pháp
tiêu chuẩn mô dun tối ưu hoặc tiêu chuẩn mô dun đối xứng.
a. Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện RI
Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện R
I
HV: Tôn Thất Đồng - 12 -

Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động, ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn như sau:
Hàm truyền của đối tượng điều khiển mạch vòng điều chỉnh dòng điện:
S
0i
(p) =
( ) 1
( ) (1 . )(1 . )(1 . )(1 . )
cl i
dk dk v i u
K K
I p
U p R p T pT p T pT
=
+ + + +
(2.3.39)
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có hàm truyền của hệ thống kín:
F
OMi
(p) =
2 2
1
1 2 2p p
σ σ
τ τ
+ +
(2.3.41)
Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:
R
i

(p) =
1 . .
1
1
2 . . .
2 . .
u u
si
CL i si u
CL i
p T R T
T
p K K T pT
p K K
R
 
+
= +
 ÷
 
(2.3.43)
R
i
(p) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI)
Khi bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động động cơ ta có:
2 2
( ) 1 1 1 1
( ) 2 (1 ) 1 1 2 2
id i si si i si si
I p

U p K T p T p K T p T p
= =
+ + + +
(2.3.44)
Tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
F
OMi
(p) =
2 2
( )
1 1
( ) 1 2 2 1 2
i
di si si si
U p
U p T p T p T p
= ≈
+ + +
(2.3.45)
HV: Tôn Thất Đồng - 13 -
U
id
jp
1
Hình 2.16 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện
U
i
(p)
-
R

i
M
C
-I
KФ
KФ
ω
i
i
pT1
K
+
u
u
pT1
1/R
+
)pT(1)pT(1
K
vdk
CL
++
R
i
(p)
S
0i
(p)
Hình 2.17 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện
U

Id
U
I
(p)
U
dk
(p)
I(p)
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
b.Tổng hợp bộ điều khiển tôc độ R
ω
Sơ đồ khối cấu trúc mạch vòng tốc độ như hình 2.18:
Hình 2.18 Sơ đồ khối hệ điều chỉnh tốc độ PI
Hàm truyền mạch vòng dòng điện như sau:
2 2
( ) 1 1
( ) 1 2 2
id i si si
I p
U p K T p T p
=
+ +
(2.3.47)
Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ thu gọn như hình 2.19:
Trong đó:
S
oω
(p) =
.
. . . . (1 )

i c s
R K
K K T p pT
ω
ω
Φ +
(2.3.49)
Hàm truyền mạch vòng tốc độ:
* Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul:
Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu modul:
R
ω
(p) =
. . .
. 2.
i c
s
K K T
R K T
ω ω
Φ
(2.3.52)
R
ω
(p) là khâu tỷ lệ (P)
Hàm truyền của mạch vòng tốc độ là:
HV: Tôn Thất Đồng - 14 -
R
ω
(p)

S
0ω
(p)
Hình 2.19 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ
U
ωd
U
ω
(p)
ω(p)
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
'
( ) 1 1
( ) 2 (1 ) 1
d s s
p
U p K T p T p
ω ω ω ω
ω
=
+ +
(2.3.53)
Với:
'
. . .
2
. .
i c
s
p

K K T
T
R K K
ω
ω
Φ
=
* Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng:
Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng là:
R
ω
(p) =
2
1 4.
.
.8.
. . .
s
s
i c
T p
R K
T p
K K T
ω
ω
ω
+
Φ
(2.3.57)

R
ω
(p) là khâu tích phân - tỷ lệ (PI)
Kết quả khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
2 2
( ) 1 1 1 1
. .
( ) 1 2 2 1 2
d s s s
p
U p T p T p K T p K
ω ω ω ω ω ω
ω
= ≈
+ + +
(2.3.58)
Kết quả tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta có:
2 2 3 3
( ) 1 1 1 1
. .
( ) 1 4 8 8 1 4
d s s s s
p
U p T p T p T p K T p K
ω ω ω ω ω ω ω
ω
= ≈
+ + + +
(2.3.59)
Đối với hệ truyền động điện cho hệ thống tháo-quấn băng vật liệu thì giá tri

mô men quán tính J biến đổi liên tục trong quá trình làm việc.
Ta có biểu thức mô men quán tính trên trục động cơ là:
2
.( )
c
T K
J
R
Φ
=
(2.3.60)
Hàm truyền bộ điều chỉnh tốc độ Rω thiết kế theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng:
2
. .
1 1 1
( )
. 2 . 16.
i i
s s
K J K J
R p
K K T K K T p
ω
ω ϕ ω ω ϕ ω
= × + × ×
(2.3.61)
Qua đó ta thấy các tham số K
I
và K
P

của R
ω
phụ thuộc vào mômen quán tính J;
đồng thời bên cạnh đó Mc trên trục động cơ cũng biến đổi liên tục.
2.3.2. Thiết kế và mô phỏng bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ
độc lập truyền động cho tang tháo-quấn băng vật liệu sử dụng bộ điều khiển PI
kinh điển
2.3.2.1. Đặc điểm và tính toán thông số hệ thống truyền động
HV: Tôn Thất Đồng - 15 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Các thông số của động cơ điện một chiều và bộ chỉnh lưu đã có như sau:
P
đm
: Công suất định mức của động cơ = 2,2 kW
U
đm
: Điện áp phần ứng định mức = 220 V
I
đm
: Dòng điện định mức = 12 A
n
đm
: Tốc độ quay rotor định mức = 1500 v/ph
R
ư
: Điện trở phần ứng = 1,2 Ω
L
ư
: Điện cảm mạch phần ứng = 0,031 H
T

i
: Hằng số thời gian máy biến dòng = 0,0005 s
T
v
: Hằng số thời gian bộ chỉnh lưu = 0,00016 s
T
đk
: Hằng số thời gian mạch điều khiển bộ chỉnh lưu= 0,0002 s
T
ω
: Hằng số thời gian máy phát tốc = 0,0005 s
K
bd
: Tỷ số của biến dòng = 50
K
sd
: Hệ số sơ đồ = 0.832
R
d
: Điện trở cơ cấu đo lường = 100 Ω
C
d
: Điện dung cơ cấu đo lường = 5 μF
U
fđm
: Điện áp ra định mức máy phát tốc = 24 V
n
fđm
: Tốc độ quay định mức máy phát tốc = 3000 v/ph
J

0
: Mô men quán tính tang quay và trục động cơ = 0,016 Kg.m
2
2.3.2.3. Mô phỏng Simulink – Matlab bộ điều khiển PI
* Sơ đồ mô phỏng Simulink khâu quấn lại vật liệu – Hình 2.20:
Hình 2.20: Sơ đồ mô phỏng điều khiển tốc độ động cơ dùng bộ điều khiển PI khâu
quấn lại
HV: Tôn Thất Đồng - 16 -
Hình a
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
* Kết quả mô phỏng:
- Kết quả so sánh tổng hợp:
Hình b
Hình 2.23: Kết quả mô phỏng tổng hợp kết quả tốc độ bám theo tốc độ đặt khi M
c
và J biến thiên
Hình a - Kết quả tổng thể Hình b - Phóng to kết quả hình a
- Tốc độ đặt thay đổi:
HV: Tôn Thất Đồng - 17 -
Tốc độ đặt
Tốc độ ra
Mô men tải
Mô men quán tính
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Hình 2.24: Tốc độ đặt
- Mô men tải Mc biến thiên:
Hình 2.25: Mô men tải Mc biến thiên
- Mô men quán tính J biến thiên
HV: Tôn Thất Đồng - 18 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa

Hình 2.26: Mô men quán tính tải J biến thiên
Kết luận:
Với giả định theo đặc điểm biến đổi của các thông số tốc độ, mô men cản và
mô men quán tính tải cho khâu quấn lại băng vật liệu; kết quả xây dựng bộ điều
khiển cho bộ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập dùng bộ điều khiển PI
thông thường; kết quả thu được tốc độ đáp ứng ra của động cơ điện một chiều bám
khá tốt tốc độ đặt mặc dù Mc và J biến thiên liên tục; song vẫn còn một số vùng hệ
thống có sự dao động lớn chưa bám tốt điều này ảnh hưởng đến chất lượng sản
phẩm. Đồng thời, trong thực tế làm việc các thông số n, Mc và J biến đổi phi tuyến
phức tạp, không giống dạng biến thiên tuyến tính theo như giả định của mô phỏng,
các thông số này biến thiên ngẫu nhiên mạnh theo tính chất của hệ thống theo sự
thay đổi của loại vật liệu… vì thế khả năng điều chỉnh sẽ không cao đối với bộ điều
chỉnh PI thông thường do các thông số K
P
, K
I
cố định không thay đổi theo sự biến
đổi của hệ thống.
Muốn đảm bảo tốt chất lượng điều chỉnh tốc độ bám tốc độ đặc khi J và Mc
của hệ biến thiên thì bộ điều chỉnh phải có khả năng tự động chỉnh định lại các tham
số của bộ PI; điều này không thể thực hiện với bộ điều chỉnh PI kinh điển mà cần có
thêm bộ điều chỉnh bên ngoài tự động thay đổi tham số của K
I
và K
P
cho phù hợp
cho bộ điều chỉnh PI, ở luận văn này đề xuất sử dụng bộ điều khiển mờ ở vòng
ngoài làm nhiệm vụ tự động chỉnh định được 2 tham số K
P
, K

I
của bộ PI. Cụ thể bộ
điều điều khiển mờ lai chỉnh định ở chương 3.
HV: Tôn Thất Đồng - 19 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
CHƯƠNG 3
BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI PI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
KÍCH TỪ ĐỘC LẬP TRUYỀN ĐỘNG CHO HỆ THỐNG THÁO-QUẤN
BĂNG VẬT LIỆU
3.1. Nghiên cứu lý thuyết điều khiển mờ lai PID mờ
3.1.1. Tổng quan về lý thuyết điều khiển mờ
3.1.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
3.1.3. Nguyên lý điều khiển mờ
3.1.4 Những nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ
3.1.5. Các bộ điều khiển mờ
3.1.5.1. Bộ điều khiển mờ tĩnh
3.1.5.2. Bộ điều khiển mờ động
3.1.6. Hệ điều khiển mờ lai
Hệ mờ lai là một hệ thống điều khiển tự động trong đó thiết bị điều khiển bao
gồm hai thành phần:
- Phần thiết bị điều khiển kinh điển.
- Phần hệ mờ.
3.2. Bộ điều khiển mờ lai PI điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc
lập truyền động cho tang tháo-quấn băng vật liệu
3.2.1. Cơ sở thiết kế bộ điều khiển mờ lai PI
HV: Tôn Thất Đồng - 20 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ điều khiển mờ lai
Cơ sở để thiết kế bộ điều khiển mờ là dựa vào việc phân tích sai lệch e(t) và
đạo hàm của tín hiệu ra dω/dt, các tham số K

P
, K
I
của bộ điều khiển PI sẽ được tự
động chỉnh định theo phương pháp chỉnh định mờ.
3.2.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ lai PI
- Xác định số lượng tập mờ cần thiết cho các biến:
Với yêu cầu của điều khiển ổn định tốc độ hệ truyền động T-Đ, chọn số lượng
tập mờ cho mỗi biến đầu vào bằng 7 và mỗi biến đầu ra bằng 4. Trong đó :
+ Sai lệch ERROR được chọn trong miền giá trị từ -15 đến +15.
ERROR ∈ {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}
+ Tốc độ biến thiên theo thời gian của tốc độ thực dw/dt được chọn trong miền
giá trị từ -5000 đến +5000.
dw/dt ∈ {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB}
+ Hệ số HsKP được chọn trong miền giá trị từ 1 đến 10.
HsKP ∈ {S, MS, M, B}
+ Hệ số HsKI được chọn trong miền giá trị từ 1 đến 10.
HsKP ∈ {S, MS, M, B}
- Xác định hàm liên thuộc: Căn cứ vào kinh nghiệm và kỹ thuật điều khiển hệ
truyền động T-Đ ta chọn hàm liên thuộc kiểu hình tam giác.
- Xây dựng các luật điều khiển:
Dựa vào bản chất vật lý, các số liệu vào ra có được, kinh nghiệm điều khiển,
và dựa vào đặc tính quá độ thường gặp của hệ thống điều khiển dùng PI , ta xác
định các luật điều khiển tương ứng.
Dùng luật hợp thành max-Prod, giải mờ theo phương pháp trọng tâm, khi đó
các hệ số HsK
P
, HsK
I
được tính toán lúc điều khiển là:

HV: Tôn Thất Đồng - 21 -
Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa
( ) ( )
( ) ( )
∑
∑
=
=
−
=
49
1
49
1
/.)(
/.)(
)(
l
BA
l
BA
l
p
p
dtdwte
dtdwtey
tHsK
ll
ll
µµ

µµ
;
( ) ( )
( ) ( )
∑
∑
=
=
−
=
49
1
49
1
/.)(
/.)(
)(
l
BA
l
BA
l
I
I
dtdwte
dtdwtey
tHsK
ll
ll
µµ

µµ
Trong đó
l
I
l
p
yy
−−
,
là tâm của các tập mờ tương ứng.
Kết quả xây dựng ta có bộ điều khiển mờ cho khâu quấn lại vật liệu như sau:
(a) Cấu trúc bộ điều khiển mờ
HsKP ERROR
NB NM NS ZE PS PM PB
dω
dt
NB B M S S S M B
NM B M S S S M B
NS B B MS S MS B B
ZE B B M MS M B B
PS B B MS S MS B B
PM B M S S S M B
PB B M S S S M B
HsKI
ERROR
NB NM NS ZE PS PM PB
NB B M S S S M B
NM B M S S S M B
NS B B MS S MS B B
HV: Tôn Thất Đồng - 22 -