Điều chỉnh Mômen trong dây chuyển cán nóng liên tục

Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 51(3): 3 - 7<br /> <br /> 3 - 2009<br /> <br /> ĐIỀU CHỈNH MÔMEN TRONG DÂY CHUYỀN CÁN NÓNG LIÊN TỤC<br /> Võ Quang Lạp - Trương Thị Quỳnh Như (Trường ĐH Kĩ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên)<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Hiện tại, ở nước ta có nhiều dây chuyền cán nóng liên tục dùng để cán thép xây dựng.<br /> Một trục cán được truyền động bằng một động cơ cho hai giai đoạn của công nghệ: Cán thô điều<br /> chỉnh công suất, cán tinh điều chỉnh mômen trong quá trình điều chỉnh tốc độ. Hệ truyền động<br /> được sử dụng là hệ truyền động Tiristor - Động cơ điện một chiều. Trong công đoạn cán thô điều<br /> chỉnh điện áp, cán tinh điều chỉnh từ thông của động cơ. Hệ truyền động điều chỉnh từ thông để<br /> điều chỉnh mômen động cơ nhằm thích ứng cho công đoạn cán tinh là một hệ truyền động phức<br /> tạp, có tính phi tuyến cao. Việc phân tích và tổng hợp thành công hệ truyền động sẽ có ý nghĩa<br /> khoa học và thực tiễn, vì đây là hệ thống chưa được khảo sát cụ thể. Trong khi đó, ngoài thực tế<br /> đang được sử dụng. Trên cơ sở của việc tổng hợp và mô phỏng với bộ điều khiển PID kinh điển,<br /> nghiên cứu điều khiển mờ để tạo ra bộ mờ lai nhằm nâng cao chất lượng hệ truyền động sẵn có.<br /> 2. Phân tích và tổng hợp truyền động<br /> Đối với hệ truyền động T – Đ, việc điều chỉnh từ thông động cơ để điều chỉnh mômen<br /> động cơ thường được thiết kế với hai mạch vòng phản hồi trong nhằm ổn định dòng điện kích từ,<br /> mạch vòng phản hồi ngoài là mạch vòng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ. Trong trường<br /> hợp trục cán làm việc ở chế độ cán tinh do phụ tải nặng nề, mômen cản biến thiên liên tục, nên<br /> phải đảm bảo cho mômen động cơ đủ lớn thắng được mômen cản, hay nói cách khác với truyền<br /> động này cần ưu tiên đến mômen động cơ. Khi tải biến thiên, hệ truyền động cần đưa thêm mạch<br /> vòng phản hồi dòng điện, có thể gọi mạch vòng này là mạch vòng bù dòng điện phần ứng. Xét sơ<br /> đồ truyền động trục cán trong dây chuyền cán nóng liên tục của nhà máy cán thép Gia Sàng Thái<br /> Nguyên (Hình 1).<br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động trục cán<br /> <br /> Trong trường hợp hệ làm việc ở chế độ cán tinh, từ sơ đồ hình 1 tách phần điều chỉnh từ<br /> thông để điều chỉnh mômen ta nhận được sơ đồ cấu trúc hệ truyền động như hình 2.<br /> <br /> 1<br /> <br /> 51(3): 3 - 7<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 3 - 2009<br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển mômen<br /> <br /> Từ hình 2, sau khi biến đổi ta nhận được sơ đồ cấu trúc hình 3. Từ đây, ta tiến hành mô<br /> phỏng để đánh giá hệ truyền động.<br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển mômen đã được biến đổi<br /> <br /> 3. Mô phỏng hệ truyền động<br /> 3.1. Tính toán các thông số của hệ thống<br /> Chọn động cơ điện một chiều có thông số như sau:<br /> Công suất định mức của động cơ: Pđm = 75KW<br /> Điện cảm mạch phần ứng:<br /> Điện áp định mức của động:<br /> Uđm = 220V<br /> Điện trở mạch phần ứng:<br /> Tốc độ định mức:<br /> nđm = 1500 v/p Điện cảm mạch kích từ:<br /> Hiệu suất định mức:<br /> Điện trở mạch kích từ<br /> đm = 90%<br /> 1500<br /> Từ đó ta tính được:<br /> 157(rad / s)<br /> dm<br /> <br /> Lư = 0,0022H<br /> Rư = 0,0253<br /> Lkt = 0,08H<br /> Rkt = 30<br /> <br /> 9,55<br /> <br /> Mômen định mức: M dm<br /> <br /> Pdm<br /> <br /> 75.1000<br /> 157<br /> <br /> dm<br /> <br /> Dòng điện định mức: I dm<br /> K<br /> <br /> Pdm<br /> U dm<br /> dm<br /> <br /> 75.1000<br /> 220<br /> <br /> M dm<br /> I dm<br /> <br /> 477,7<br /> 340,9<br /> <br /> 477,7( Nm)<br /> 340,9( A)<br /> <br /> 1,4<br /> <br /> 2<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 51(3): 3 - 7<br /> <br /> Lu<br /> Ru<br /> <br /> Hằng số thời gian mạch phần ứng: Tu<br /> <br /> 0,0022<br /> 0,0253<br /> <br /> 1<br /> 1<br /> .<br /> Ru s.Tu 1<br /> <br /> Hàm truyền phần điện từ của động cơ: WD<br /> <br /> 3 - 2009<br /> <br /> 0,087<br /> <br /> 39,52 .<br /> 1 0,087s<br /> <br /> Hàm truyền của mạch kích từ :Chọn Uđk = 10V.<br /> U dm<br /> U dk<br /> <br /> Hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu mạch kích từ: K cl<br /> <br /> 220<br /> 10<br /> <br /> K cl .K k .<br /> Rkt (1 Tkt s )<br /> <br /> Hàm truyền của bộ biến đổi mạch kích từ: WKt<br /> <br /> 22 .<br /> 22.1,3<br /> .<br /> 30(1 0,0267s )<br /> <br /> Trong đó: Kk được tính dựa vào đặc tính từ hóa bằng cách tuyến tính hóa đoạn đặc tính<br /> làm việc.<br /> kk<br /> <br /> ΔΦ<br /> Φo , I k 0<br /> ΔIk<br /> <br /> Kk = 1,3<br /> <br /> Wkt<br /> <br /> 1,1<br /> (1 0,0267s)<br /> <br /> Chọn bộ điều chỉnh tốc độ PID: Vì hằng số thời gian của cuộn kích từ quá lớn.<br /> FR ( p)<br /> <br /> Tc<br /> <br /> 1<br /> J<br /> <br /> 1 sTc* 1 sTk<br /> T<br /> .K R . u<br /> sTu Tc<br /> <br /> với J<br /> <br /> Tc = 390<br /> <br /> GD 2<br /> 375<br /> <br /> Tc*<br /> <br /> 0.962<br /> 375<br /> <br /> Tc<br /> (K ) 2<br /> <br /> 0.00256<br /> <br /> 390<br /> (1.4) 2<br /> <br /> 198.97<br /> <br /> KR là hệ số hàm hiệu chỉnh chọn KR = 11.7<br /> FR ( s)<br /> <br /> (Tk<br /> <br /> Tc* ) K R<br /> Tc<br /> <br /> KR<br /> Tc s<br /> <br /> Tc* .Tk s<br /> Tc<br /> <br /> 5.9<br /> <br /> 0.03<br /> 0.0136s<br /> s<br /> <br /> 3.2. Mô phỏng hệ truyền động cán tinh bằng phần mềm Matlab<br /> Từ sơ đồ cấu trúc ta thay các thông số đã tính toán vào ta xây dựng được sơ đồ mô phỏng<br /> bằng phần mềm Matlab-Simulink với các khối trong sơ đồ cấu trúc như sau:<br /> <br /> Hình 4. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển ở chế độ cán tinh khi dùng bộ điều khiển PID<br /> <br /> 3.3. Kết quả mô phỏng<br /> 3<br /> <br /> 51(3): 3 - 7<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 3 - 2009<br /> <br /> Cho chạy chương trình mô phỏng ta được các đồ thị ở chế độ cán tinh như sau:<br /> Trường hợp K = 0.5<br /> <br /> Trường hợp K = 0.8<br /> <br /> Trường hợp K = 1<br /> <br /> Từ kết quả mô phỏng ta thấy, ứng với trường hợp K = 1 đặc tính có dạng đúng với hệ<br /> thống có chất lượng tốt nhất, hệ thống làm việc ổn định nhất, dòng điện quá độ nhỏ nhất.<br /> 4. Đánh giá<br /> 4<br /> <br /> 51(3): 3 - 7<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 3 - 2009<br /> <br /> Qua khảo sát ta có thể tính toán và mô phỏng hệ thống truyền động ở chế độ cán tinh chỉ<br /> dùng bộ điều khiển PID với các thông số cố định ta nhận thấy:<br /> Chất lượng động của hệ thống truyền động tương đối đảm bảo yêu cầu, tuy nhiên trong<br /> hệ thống có từ thông là phi tuyến mà hệ thống chỉ mô phỏng với hệ số của mạch kích từ Kk cố<br /> định nên chất lượng của hệ thống chưa cao. Để giải quyết vấn đề này ta có thể đưa thêm bộ điều<br /> khiển mờ vào để chỉnh định thông số của bộ điều khiển PID <br /> Tóm Tắt<br /> Bài báo trình bày cách phân tích tổng hợp hệ truyền động trục cán trong dây chuyền cán<br /> nóng liên tục thực hiện trong công đoạn cán tinh. Kết quả tổng hợp giúp cho việc khai thác, sử<br /> dụng và tìm biện pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động sẵn có.<br /> Summary<br /> The adjustment of torque in the hot - rolled line<br /> This paper presents the direction for analyzing, collecting roll drive system in the<br /> continuously hot - rolled line which takes place in the step of fine roll. The collecting result<br /> hepls to exploit, apply and find out the solution to enhance the quality of existing drive system.<br /> Tài liệu tham khảo<br /> [1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2002), Điều chỉnh<br /> tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.<br /> [2]. Võ Quang Lạp, Trần Thọ (2004), Cơ sở điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học<br /> và kĩ thuật, Hà Nội.<br /> [3]. Nguyễn Doãn Phước, Lí thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội.<br /> [4]. Nguyễn Phùng Quang (2003),MATLAB & Simulink dành cho kĩ sư điều khiển tự động, Khoa<br /> học và kĩ thuật, Hà Nội.<br /> <br /> 5<br /> <br />