!
"#$%
!&'()(*
+,&*
+,&-*
.&,/'01234*+56
789:4 !"#$%
;9<:9=#9>!2-99%
?@A2@3 B2(3 !"#$
!"#$%
-
C!#6#"7DEF'.!GHI
J@2*K,3?67,G1%
8/2!#6#"*!&'&LM4#N'&2!#4&'N
K@O&3P!NK@?,Q13/L13
NK@'HG!413&!2RHS6%
N*TNghiên cứu khảo sát và nâng cao chất lượng hệ thống truyền
động cho bàn máy phay CNCU%
#6VP76*
Chương 1: Tổng quan về máy phay CNC.
Chương 2: Phân tích và chọn phương án truyền động bàn máy phay CNC.
Chương 3: Tổng hợp hệ thống điều khiển vector biến tần – động cơ không
đồng bộ ba pha.
Chương 4: Nâng cao chất lượng hệ truyền động bàn máy phay CNC bằng bộ
điều khiển PID kết hợp mờ.
Kết luận và kiến nghị.
G&#W35&LPB/PGS.TS. V* Quang L-p./
EXA4Y&,OKZ@3#%[D3,2P/
1,!\#!67646!&0%
Thái nguyên, ngày 06 tháng 11 năm 2010
Tác giả luận văn
Phan Khải
C]
!
"!
#
"#
$
"$
:
%&'
()*+#)#
'',-.,/0
Máy phay CNC
"^2_"2&_633`%
C]^C6_3]`*F2NK@2!#%
C!#6#"32!#FNK@_PA784
?8NK@?7DEF2!#H4,22!aP&,S6
PANK@78*H!6'$!FNK@_
6b4!27!!!S62!#4H!'7#NK@c
&LEd
e2!#6#"#@'$&6F6'[4f4g%
'1,234-56-727480,
'1'-56-7/9:;</=>
'11-56-7/9:4?@ABC-D/E2
'F,2D2G2H2748IJ0,
'F'0;-4-52K/L248
'F18/=M4-52K/L248
'FF8N4</L248
'FOP2/>E/Q-
'FR82>S,2;</=>
'O34-56-70,
'O'34-56-76-7;TU
V
'O134-56-76-7;T6>
'RJG2MIQ2H3/L4-56-7
'R'V2W2H2E04-56-7
'R1G2V2E04-56-7
'RFG050
'X3/L4:C?@/=:0,
'X'-Y/I<4:/L248
'X1-Y/I<4:;</=>
'XF,2?M,4:;</=>
'XO,2C:-2Q0I-Y2Z4G=/?M/[
'XR,2C:-2Q0I-Y4G=CJ\L
'RXDC]2H2,292:A9=AD/^2.4-3
Y/C_
%&1
`abc%&+d#*e
fb+#)#
1'3/=548/gC[2
113/=548A482MI?h2
1F3/=548A482M/Y/>
1O3/=548=-\/:="482Mi"j
1R3/=548A482M\9=;:08/2-5ik\9=;:0:/:=j
1X3/=548A482M)\9=;:i)\9=;:0:/:=j
Y/C_
h
%&F
(lmno*opqrdfos"e&
tufef))
i6K#@MF6'6&IjkIEc% 67P0#N
'NK@_&L\l'PK0&'&66A:%m%
E7 E
2
7-
c
2
-E
E
%%n o
n
7%
o
==
==
^:p:m`
Ec27-
c-E
%%%%n% K
%%oKC
=
=
^A
E2-E
%o =
` ^:pV9`
qPA^:%:m`^:%V9`61#*Lc!A32
rqKMψ
-E
s7?t63r#$E5
E
s
743=#6NYE5
c
@LNY22_^!N
Y#8NY'P2'N`%
;/6254@NY
c
A7ZNY3S6
258'436S6&'NY8'3R78NY22_
S6'P%"#K6#M38'a36#M8'OS6
'PI6#M\78S6&'&L\@6#M8'S6'P%
Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ bằng thiết bị
biến tần.
E4c
α4β
64&4
α4β
eL\
α4β
E4c
64&4
α4β
u
v
u
v
w
id
i
w
q
i
u
ω
K
i
θ
i
θ
1
θ
ω
∗
ω
E
c
6
&
e
x
"
"
"
6
&
s
:y
>
ω
i
1d
i
1q
M
w
d
i
w
q
i
R
I
R
I
k
u
U
S
E
t
W
1
(p)
W
L
(p)
W
L
(p)
M
c
Jp
ω
*
R
ω
ψ
2
Kh©u t¹o
m« men
-
-
-
-
Hình 3.11a. Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá của hệ thống truyền động điện sử dụng
biến tần và động cơ không đồng bộ
z67bBH$61#c!A&LMqψ
-E
3KM4
$'Pe8'PNKHq'34E?6Y\
K,7!26#M/-627822_\78%;A#6?7P01=
=A:%&%
ω
i
1q
M
w
q
i
R
I
k
u
U
S
E
t
W
1
(p)
W
L
(p)
M
c
Jp
ω
*
R
ω
ψ
2
.
×
-
-
-
Hình 3.11b. Sơ đồ cấu trúc rút gọn của hệ thống điện sử dụng biến tần và động cơ
không đồng bộ
{
FvNwI84-52KAT4-3
|EF$}2E86?&'NYE5?E*
( )
( )( )
( )
( )
K
K
-
u
~~-
u
u
+=
+
=
+
++
=
∑∑
^:pV{`
?*
% -K
% u
K =
•
% -K
u
K =
(2#N&'NYE5u
^`3KB+v%
F'xNwI84-52K/L248
|EF$}2E86?&'NY8'?E*
( )
( )
( ) ( )
( )
( )
K
%
%
K
~
-~
%€€
€
u
x
x
n
n
x)
9
n
++
+
==
∑∑
( )
( )
[ ]
inxn
xn
-K%
%KK
~-~
=
++
+
=
∑∑
^:ph-`
?*
xn
%KKK =
•
xnin
~ +==
∑
(2#N&'NY8'u
n
^`3KB+%
F''NwI84-52K;</=>
6?2#NS6&'NYRH_$}82E3*
( ) ( )
-
KK-
K
u
in
n
+=
^:phh`
K
€
^`
€
^`
w
]
i
•
p
Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện
u
^`
u
ω
^`
K
2
€
^`
ω
w
ω
C
c
M
p
‚
w
q
i
c
p
Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ
€
x
^`
<
;/*
n
+
-
=
inn
)
=
(2#N&'NRH'u
^`3KB+)%
F'1y3/=548IJ0,\zAEI84-56-7
ok
Hình 3.16. Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển vector biến tần - động cơ không
đồng bộ.
i6K2W$\2N2i23K6KLc,76*
Hình 3.17. Đáp ứng vị trí bộ điều chỉnh
PID.
Hình 3.18. Đáp ứng tốc độ bộ điều
chỉnh PID.
^`
u
^j
E
^j
i"j
+
%
+
( )
ω
ω
S
kT
T
pW
-
=
Hình 3.15 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí
m
Hình 3.19. Đáp ứng mô men bộ điều chỉnh PID.
Y/C_
13S68NK@RH7DEF&'NK@+v)K@
KLc,P88%iEH1#LS625RH4$
@B613Pr667Z$aaEF&'NK@2Q
25RH@B6138%
%&O
`)r{%lmd#*efb+#)#
f|feo*opoksl}
O'>-/Y2HI84-56-7;</=>
O1~AEI84-56-70@/=:02;T;</=>
O1'M4•6L-2HI84-56-70@
O11DC]4-56-70@
O1FD/^2/NwI84-56-70@
OF,2I84-56-70@
OF'?M,/Nw6-4-7
OF1f84-56-70@/€
OFFf84-56-70@48
OOf84-56-70@C-ok
OO'-h-/-32
OO1f84-56-70@C-2K4<0@/0\LI84-56-7ok
ORNw3/L;h-I84-56-7ok6Y/wI84-56-70@2:
/=548IJ0,
1. Định nghĩa các biến vào ra:
2. Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho các biến vào ra:
• ƒp94„9…6E•)• ƒp94„9…6E]ƒ94„9…;%
†2Npi-
†2Hpi
9
pg9
)PHpe
)PNpe-
• ∈‡i-4i4g94e4e-ˆ
)• ∈‡i-4i4g94e4e-ˆ
]∈‡p94p{%h4ph4p-%h494-%h4h4{%h49ˆ
Hình 4.14. Định nghĩa các tập mờ cho
biến ET của bộ điều khiển mờ lai PD
Hình 4.15. Định nghĩa các tập mờ cho
biến DET của bộ điều khiển mờ lai PD
Hình 4.16. Định nghĩa các tập mờ cho biến U của bộ điều khiển mờ lai PD
3. Xây dựng các luật điều khiển* _K2LKL4!3N
K@GB#Eb_&,764M'?-h3NK@*
]K
)•
i- i g9 e e-
•
i- p9 p{%h ph p-%h 9
i p{%h ph p-%h 9 -%h
g9 ph p-%h 9 -%h h
e p-%h 9 -%h h {%h
e- 9 -%h h {%h 9
OXy34-52K;</=>\zAEI84-56-70@C-k
OX'f84-56-70@C-kL-\:\:
Hình 4.20. Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển mờ lai PD nối song song.
Hình 4.21. Đáp ứng vị trí bộ điều chỉnh
mờ lai PD nối song song.
Hình 4.22. Đáp ứng tốc độ bộ điều
chỉnh mờ lai PD nối song song.
Hình 4.23. Đáp ứng mô men bộ điều chỉnh mờ lai PD nối song song.
OX1f84-56-70@C-kL-L-/-Y
Hình 4.24. Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển mờ lai PD nối nối tiếp.
-
Hình 4.25. Đáp ứng vị trí bộ điều chỉnh
mờ lai PD nối nối tiếp.
Hình 4.26. Đáp ứng tốc độ bộ điều
chỉnh mờ lai PD nối nối tiếp.
Hình 4.27. Đáp ứng mô men bộ điều chỉnh mờ lai PD nối nối tiếp.
O•:\,2‚/C?wI84-56-7ok;JI84-56-70@C-k
Hình 4.28. Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lượng bộ điều khiển PID
và bộ điều khiển mờ lai PD.
:
Kết quả mô phỏng với khoảng dịch chuyển 10rad
Hình 4.38. Đáp ứng vị trí với khoảng dịch chuyển 10rad.
V
Hình 4.39. Đáp ứng tốc độ với khoảng dịch chuyển 10rad.
h
Hình 4.40. Đáp ứng mô men với khoảng dịch chuyển 10rad.
>
_Sƒ/„
;/rK,!ER#@K,ƒ9%9÷9…6E%(N
YRH7DEF&'NK@236+)‰KLc,8PŠ7/
&'NK@+v)K@%N#@c6!Y$13
&,E/B#a/K,ER#@&‹96E^G_2(A
V%:<`%
Các chỉ tiêu chất lượng
Bộ điều
khiển mờ lai
PD nối nối
tiếp
Bộ điều
khiển mờ lai
PD nối song
song
Bộ điều
khiển PID
kinh điển
'c!NY 9 9 9
6c!' 9%hhB# 9%<hB# %-hB#
i83\c!NY 93\ 93\ 93\
i63RH3/1K!, %-Œ %:Œ -%>Œ
)6'K!, K? K? ?
"#NYRH7DEF&'NK@236+)?6@2
M&7/NYRH7DEF&'NK@+v)K@3*
;RH\NK@'HG!6P%
i63RHK?,^KEFF7BL6`WP%
"6K7DEF&'NK@236+)46788'22_
•?13NY8P7/&'NK@+v)K@%
O…:\,2‚/C?w4-56-7I,02H34-52K;</=>AI84-5
6-7ok;JI84-56-70@C-k
@K@261&!2S6NY&!2RHEŽ&'NK@+v)
&'NK@23646#LHD327_^`&‹HDE#
s•7^ω`/\78ωH_6E•76*
pHD#?&$'W^•s9%6E`4&QAK2!#"Q
L'6A2‘&/ER#@1W%
pHD#?&$'3/P^•s6E`4&QAK2!#"Q
L'6A2‘&/ER#@K!3/%
{
Hình 4.41. Chất lượng bám của bộ ĐK PID và ĐK mờ lai PD với tín hiệu thử
y = 0.1sin(
ω
t) với
ω
= 1rad/s
<
Hình 4.42. Chất lượng bám của bộ ĐK PID và ĐK mờ lai PD với tín hiệu thử
y = 0.1sin(
ω
t) với
ω
= 10rad/s
m
Hình 4.43 Sai lệch vị trí bộ ĐK PID và bộ điều khiển mờ lai PD với tín hiệu thử
y = 0.1sin(
ω
t) với
ω
= 1rad/s
-9
Y/C_„
Hình 4.44 Sai lệch vị trí bộ ĐK PID và bộ điều khiển mờ lai PD với tín hiệu thử
y = 0.1sin(
ω
t) với
ω
= 10rad/s
-
%;/\78&LMK3/P6E•7N4,6&'NK@•
N,2&,13NK@&!28^AV%VAV%V:`%
-%;/\78&LM6P96E•74K&'NK@+v)K
@K5E#AK,NK@&!28r6^AV%V-H
V%VV`A&'NK@236+)X’NK@&!28%N#@
@2S6&'NK@2367/&'NK@K@!
8NK@&!2%
s†bos‡„
'Y/C_„
&,3.$aK,7!2'78KLc,76*
p,7!Mc6N2!#6#"4LKL2
W8NYRH2!#6#"7DEF&'NK@+v)
K@/#N'EŽ&L\'PK0&'%
p@B613S6#@'&2!#6#"4&,3
$aaEF&'NK@236+)%;/8NK@#1
3S6#@'&2!#6#"B3$N7/&'N
K@+v)K@*;RHNK@'HG!6P4763RHK
?,WP48'22_?138P4K,NK@&!2
8P%
1-Y<„
(8NYRH7DEF&'NK@236L
!EF$2Ab2@K@2a3“#L%i7!KLc,
/8NK@RH7DEF&'NK@+v)%
LKLaEF&'NK@236YR6278&'NK@
+v)8NYRH% H&'NK@+v)4&'NK@2
364&'NK@236YR6278&'NK@+v)8N
YRH!2!#F"%
