Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng phương pháp điều khiển tuyến tính hóa chính xác để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn tập trung nghiên cứu sử dụng các phương pháp điều khiển phi tuyến vận dụng vào ĐCTT loại ĐB - KTVC và đưa ra phương pháp chọn thời gian ngắn nhất ứng với khoảng dịch chuyển s trên cơ sở tính chọn vận tốc tối ưu cho động cơ. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng phương pháp điều khiển tuyến tính hóa chính xác để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN MẠNH TIẾN ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁY CNC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Thái Nguyên - 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ii MỤC LỤC Trang Mục lục………………………………………………………………….……………….i Lời cam đoan:………………………………………………………...…………..…...…iv Lời cảm ơn:………………………………………………………………….……....…..v Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt……………………………...………………..….…...vi Mục lục hình vẽ ………….………………………………………………………….….ix MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………..........1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁYCNC…………………………………….........................................................41. 1. CẤU TẠO………………………………………………………………...….4 1.1.1. Phân loại……………...………………………………………..………….4 1.1.2. Cấu tạo động cơ chạy thẳng kích thích vĩnh cửu (ĐCCTĐBKTV…........4 1.2. Nguyên lý làm việc………………………………………………………...5 1.2.1. Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng……..,…………………….......7 1.2.2. Xác định vận tốc tối ưu cho động cơ……………………………….….....8 1.3. Phạm vi ứng dụng của ðộng cõ tuyến tính với các máy công cụCNC…....9 1.3.1. Máy tiện…………………………………………..……………….......…9 1.3.2. Máy phay ………………….………………………………...……….....11 1.3.4. Máy mài……………………………..…………………….…………....16 1.4. Kết luận…………………………………………………………………......22 CHƯƠNG 2 MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH LOẠI ĐB – KTVC…………………………………………………………………………....23 2.1. So sánh giữa động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐB-KTVC) và động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCCTĐB-KTVC) …………..23 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
iii 2.1.2. Nguyên lý làm việc……………………………………………….…...23 2.1.3. Hệ tọa độ biểu diễn đại lượng vật lý ĐCĐB- KTVC………………...24 2.2. Mô hình toán học đối tượng MĐĐB-KTVC………………………………25 2.2.1. Biểu diễn vector không gian các đại lượng 3 pha……………..……..25 2.2.2. Mô hình trạng thái liên tục của MĐĐB-KTVC………………………30 2.2.3. Mô hình toán học động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCCT-ĐBKTVC)…………………………………………………………….…33 2.2.4. Mô hình ĐCTT loại ĐB - KTVC có xét đến hiệu ứng đầu cuối….....34 2.4. Kết luận chương 2…………………………………………………………36 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CHO ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH………………………………………………………………..…38 3.1. Cấu trúc điều khiển theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác (phương pháp phi tuyến)…………………………………………………………….….....38 3.2. Cấu trúc điều khiển phản hồi trạng thái theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác…………………………………………………………………….…...39 3.3. Tổng hợp các bộ điều khiển PI (Mạch vòng dòng điện, mạch vòng vận tốc)…………………………………………………………………………..……44 3.3.1. Tổng hợp mạch vòng ĐC vector dòng điện……………………..…....44 3.3.2. Tổng hợp vòng ĐC vận tốc ……………………………………….…45 3.4. Kết luận chương 3…………………………………………….…….….…..47 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, THỰC NGHIỆM VÀ KÊT LUẬN………………………………………………………………………..…...48 4.1. Sơ đồ và tham số mô phỏng……….………………………..…………...….48 4.1.1.Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển TTHCX.…………………….……..48 4.1.2. Sơ đồ simulink khối điều khiển TTHCX………………………….…...48 4.1.3. Các thông số mô phỏng:……………………………..…..………..….....49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
iv 4.2. Kết quả mô phỏng…….………………………………………………….….49 4.2.1. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển TTHCX và PI thường.…………..49 4.2.2 Nhận xét kết quả mô phỏng……………………………………………..57 4.3. Hệ thống thí nghiệm và kết quả……………………………………….…….58 4.3.1.Thiết bị thí nghiệm…………………………………………………..…..58 4.3.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển trong sơ đồ thí nghiệm………….……....60 4.3.3. Kết quả thí nghiệm………………………………………….………......66 4.4. Kết luận chương 4………………………………………………………..….71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………..…………….…….72 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………..…………………….…73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
v LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Trần Mạnh Tiến Sinh ngày: 28 tháng 08 năm 1981 Học viên lớp cao học khóa K15 - Tự động hóa - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Hiện đang côn tác tại: Trường Cao Đẳng Công Nghệ Và Kinh Tế Công Nghiệp. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận trong luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Trần Mạnh Tiến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
vi LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các khoa, các phòng ban, các thầy cô giáo và đồng nghiệp. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Cao Xuân Tuyển đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo ở Trung tâm Thí nghiệm, phòng thí nghiệm Khoa Điện - Trường Đại Học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất. Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể luận văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa hơn trong thực tế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa Lsd, Lsq H Điện cảm dọc trục và ngang trục của stato m Kg Khối lượng của bộ phận sơ cấp (stator) us ,is V, A Vector điện áp, dòng stator Rs Ω Điện trở stator v , ve m/s Vận tốc cơ, điện Fm ,Ffc N Lực đẩydo động cơ sinh ra, lực cảndo ma sát. isd , isq A Dòng điện trục d,q usd , usq V Điện áp trục d,q τ mm Bước cực p Số đôi cực ψp Wb Từ thông cực từ Ω e, Ω m Rad/s Vận tốc góc điện, cơ xp ,x mm Vị trí đỉnh cực, vị trí tương đối giữa phần sơ cấp và thứ cấp của động cơ tuyến tính Jm, Jl, Js, Jp Kgm2 Mômen quán tính của động cơ, tải, trục truyền chuyển động, trục vít vô tận. T fc Rad/s2 Hệ số ma sát Coulomb B m ,Bl 1/s Hệ số ma sát nhớt của động cơ, tải T trans(θ) Nm Mômen truyền từ động cơ đến tải Tfcm,T fcl,T fcp Nm Mômen ma sát tại vị trí động cơ, tải, trục vít vô tận Tpos(θ m),T pos(θ l) Nm Thành phầnmômen bất định gây ra đối với động cơ, tải Fpos (x) N Nhiễu lực đẩy tác động lên động cơ Фg Wb Từ thông khe hở không khí R A.vòng/Wb Từ trở khe hở không khí Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
viii Fabc(x,t) A.vòng Sức từ động của mỗi pha (phụ thuộc vị trí và thời gian) F(xt) A.vòng Sức từ động tổng được tạo bởi thành phần sơ cấp trong máy điện. kωlν Hệ số dây quấn của sóng hài bậc ν l* m Chiều dài của p bước cực l/3 m Khoảng cách giữa trục dây quấn của 2 pha khác nhau Lsa ,Фsa , H, Wb, Điện cảm tự cảm, từ thông móc vòng qua ψsa ,Bsa Tesla 1 vòng dây, từ thông móc vòng qua 1 pha, mật độ từ thông do dòng điện chảy qua pha a sinh ra B,Bp Wb/m2 Mật độ từ thông nói chung, mật độ từ (Tesla) thông do thành phần nam châm vĩnh cửu của bộ phận thứ cấp trong ĐCTT sinh ra Bsm , Bpm Wb/m2 Mật độ từ thông tại vị trí đạt giá trị lớn (Tesla) nhất do thành phần sơ cấp và thứ cấp sinh ra ψ p Wb Từ thông do nam châm vĩnh cửu của bộ phận thứ cấp trong ĐCTT sinh ra N Số vòng dây của mỗi pha fs Tần số mạch điện stator ird , irq , isd , isq Các thành phần dòng rotor, stator thuộc hệ tọa độ dq Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ix Chữ viết tắt Ý nghĩa TTHCX Tuyến tính hoá chính xác ĐB-KTVC Đồng bộ - kích thích vĩnh cửu ĐCD Điều chỉnh dòng ĐC, ĐK Động cơ, điều khiển TKTT Tách kênh trực tiếp PHTT Phản hồi trạng thái TĐTT Tọa độ trạng thái VĐK Vi điều khiển SVM Điều chế vectơ không gian MIMO Multiinput – multioutput ĐCTT Động cơ tuyến tính T4R Tựa từ thông rotor Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
x MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Từ trường là nam châm vĩnh cửu xếp liên tiếp nhau Hình 1.2 Mạch từ gồm 36 rãnh Hình 1.3 Dây quấn động cơ Hình 1.4 Chiều chuyển động của từ trường và của phần động Hình 1.5 Hệ chuyển động thẳng trực tiếp sử dụng ĐCTT loại ĐB - KTVC Hình 1.6 Hình ảnh ĐCTT thu được khi trải dài động cơ quay tròn Hình 1.7 Vận tốc tối ýu cho ðộng cõ Hình 1.8 Máy tiện TAKISAWA TNR200-CNC Hình 1.9 Máy phay CNC Hình 1.10 Máy bào giường Hình 1.11 Nguyên lý máy bào giường Hình 1.12 Đồ thị tốc độ cho một chu kỳ Hình 1.13 Máy mài tròn ngoài Hình 1.14 Máy mài tròn trong Hình 1.15 Máy mài phẳng Hình 1.16 Máy bào phẳng CNC Hình 2.1 Xây dựng vector không gian dòng stator từ các đại lượng pha Hình 2.2 Biểu diễn dòng điện stator dưới dạng vector không gian trên hệ tọa độ  Hình 2.3 Vector dòng stator trên 3 hệ tọa độ αβ, ab và dq Hình 2.4 Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian bất kỳ V Hình 2.5 Mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối đối với ĐCTT loại KĐB. Hình 2.6 (a. Cấu trúc ĐCTT loại ĐB - KTVC, b. Mạch từ tương đương mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
xi Bảng 2.1 So sánh phần chuyển động và cố định của động cơ (ĐB-KTVC) và (ĐCCT ĐB-KTVC) Bảng 2.2 So sánh nguyên lý làm việc của động cơ (ĐB-KTVC) và (ĐCCT ĐB-KTVC) Bảng 2.3 Bảng mô tả quan hệ tương đương của các đại lượng vật lý trong 2 loại động cơ ĐB - KTVC quay và tuyến tính. Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển ĐCTT loại ĐB - KTVC 3 pha sử dụng TTHCX Hình 3.2 Cấu trúc bộ điều khiển tuyến tính hoá chính xác Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc vòng ĐC dòng điện Hình 3.4 Sơ đồ hai vòng ĐC thay thế tương Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ĐC vận tốc ĐC TT Hình 3.6 Sơ đồ thay thế (cấu trúc ở hình 3.4) khi thiết kế khâu ĐC tốc độ quay ĐCTT Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển là tuyến tính hóa chính xác Hình 4.2 Sơ đồ Simulink khối điều khiển vận tốc PI Hình 4.3 Vận tốc đặt Hình 4.4 Dòng điện pha động cơ với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.5 Dòng điện pha động cơ với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.6 Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1(s) với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.7 Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1(s) với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.8 Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 2,2 (s) với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.9 Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 2,2 (s) với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.10 Lực điện từ thực và lực điện từ đặt với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.11 Lực điện từ thực và lực điện từ đặt với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI. Hình 4.12 Điện áp một chiều trung gian với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
xii Hình 4.13 Điện áp một chiều trung gian với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.14 Điện áp dây đặt vào động cơ với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.15 Điện áp dây đặt vào động cơ với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.16 Dòng lưới pha A với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.17 Dòng lưới pha A với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.18 Vận tốc đặt Hình 4.9. Dòng điện pha với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.20. Dòng điện pha với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.21 Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1(s) với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.22 Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1(s) với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.23 Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến2,2(s) với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.24 Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến2,2(s) với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.25 Lực điện từ thực và lực điện từ đặt với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.26 Lực điện từ thực và lực điện từ đặt với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.27 Điện áp một chiều trung gian với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.28 Điện áp một chiều trung gian với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.29 Điện áp dây đặt vào động cơ với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.30 Điện áp dây đặt vào động cơ với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
xiii Hình 4.31 Dòng lưới pha A với bộ điều khiển dòng là TTHCX và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.32 Dòng lưới pha A với bộ điều khiển dòng và bộ điều khiển vận tốc là PI Hình 4.33 Hình ảnh tổng thể về thí nghiệm Hình 4.34 Hình ảnh mạch điều khiển Hình 4.35 Hình ảnh bộ nguồn Hình 4.36 Hình ảnh máy biến tần số Hình 4.37 Hình ảnh máy điện sóng Hình 4.38 Hình ảnh động cơ tuyến tính Hình 4.39 Hệ thống vi điều khiển Hình 4.40Hệ thống xác định vị trí ban đầu của động cơ Hình 4.41 Hệ rơ le đầu ra của hệ vi điều khiển kết nối với PLC Hình 4.42 Sơ đồ mạch điện của hệ thống thí nghiệm Hình 4.43 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống điều khiển trong hệ thống thí nghiệm Hình 4.44 Sơ đồ chi tiết của biến tần nguồn áp có dòng điều khiển được Hình 4.45 Nguyên lý điều khiển Hystereris một pha. Hình 4.46 Sơ đồ điều khiển Hystereris dòng một pha, iR là dòng điện đặt Hình 4.47 Sơ đồ chức năng điều khiển trễ Hystereris dòng 3 pha. Hình 4.48 Bộ so sánh của sơ đồ điều khiển trễ Hystereris Hình 4.49 Dòng điện vào biến tần khi tần số đặt tăng từ 0 đến 1hZ Hình 4.50 Dòng điện vào biến tần khi tần số đặt ở 1hZ Hình 4.51 Dòng điện vào biến tần khi tần số đặt giảm từ 2hZ xuống 1Hz Hình 4.52 Dòng điện vào biến tần khi tần số đặt từ 2Hz giảm về 0Hz Hình 4.53 Dòng điện dây vào động cơ khi tần số đặt tăng từ 0 đến 1 Hz Hình 4.54 Dòng điện dây vào động cơ khi tần số đặt ở 1Hz Hình 4.55 Dòng điện dây vào động cơ khi tần số đặt từ 1Hz tăng lên 2 Hz Hình 4.56 Dòng điện dây vào động cơ khi tần số đặt từ 2Hz giảm xuống 1Hz Hình 4.57 Dòng điện dây vào động cơ khi tần số đặt từ xuống 1Hz về 0 Hình 4.58 Điện áp đặt vào động cơ khi tần số đặt tăng từ 0 đến 1 Hz Hình 4.59 Điện áp đặt vào động cơ khi tần số đặt 1 Hz Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
xiv Hình 4.60 Điện áp đặt vào động cơ khi tần số đặt tăng từ 1Hz đến 2 Hz Hình 4.61 Điện áp đặt vào động cơ khi tần số đặt giảm từ 2 Hz đến 1 Hz Hình 4.62 Điện áp đặt vào động cơ khi tần số đặt giảm từ 1 Hz về 0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU Trong thực tế sản xuất hiện nay, chuyển động thẳng là dạng chuyển động phổ biến, xuất hiện nhiều, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí. Xuất phát từ công nghiệp chế tạo máy với những dịch chuyển của bàn gá, mũi khoan,... trong các máy gia công cho đến sự ra đời của máy CNC đã dẫn đến nhu cầu đòi hỏi tạo ra chuyển động thẳng có chất lượng cao. Ngoài ra những chuyển động thẳng này còn tồn tại nhiều trong các thiết bị khác như Robot công nghiệp hay máy móc phục vụ ngành công nghiệp bán dẫn,… và nó còn xuất hiện ở cả những lĩnh vực tưởng chừng xa lạ như ngành giao thông vận tải với tàu đệm từ trường ở các nước phát triển (Đức, Nhật,..). Cho đến nay việc tạo ra các chuyển động thẳng hầu hết được thực hiện một cách gián tiếp thông qua các động cơ quay tròn với những ưu thế như bền vững, không nhạy với nhiễu, độ tin cậy cao,... Tuy nhiên đối với những hệ thống này do phải bổ sung các cơ cấu chuyển đổi trung gian như hộp số, trục vít,... nên dẫn đến sự phức tạp về kết cấu cơ khí, tiềm ẩn bên trong nó những dao động riêng, tổn hao năng lượng cũng như ảnh hưởng đến chất lượng chuyển động của hệ thống. Việc sử dụng loại động cơ có khả năng tạo chuyển động thẳng trực tiếp (động cơ tuyến tính) cho phép loại bỏ những nhược điểm nói trên và những nghiên cứu về loại động cơ này hy vọng sẽ phần nào khắc phục được những đặc điểm đó. Luận văn có nhiệm vụ đặt ra “Ứng dụng phương pháp điều khiển tuyến tính hóa chính xác để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC” với mục tiêu Thiết kế bộ điều khiển vị trí cho động cơ tuyến tính ứng dụng trong các máy CNC. Điều khiển động cơ tuyến tính đóng vai trò là một thiết bị chấp hành được sử dụng trong hệ chuyển động thẳng trực tiếp (đảm bảo chiếm ưu thế so với hệ chuyển động thẳng gián tiếp) đạt được đáp ứng tốt về các mặt động học, động lực học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
2 Luận văn còn có nhiệm vụ cho thấy khả năng vận dụng loại động cơ này trong công nghiệp. Đây là công việc khó khăn bởi đó là loại động cơ không được sử dụng phổ biến trong nền công nghiệp nước ta. Trên thế giới, mặc dù ĐCTT đã có từ rất lâu (năm 1895) nhưng phương án sử dụng nó trong hệ thống chuyển động thẳng chỉ được quan tâm khi xuất hiện những phương pháp điều khiển phi tuyến mới cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý, điện tử tạo điều kiện thuận lợi trong việc điều khiển loại động cơ này. Thực tế sản xuất ở các nước phát triển đã cho thấy xu thế ĐCTT dần dần đóng vai trò quan trọng trong các máy công cụ đòi hỏi điều khiển nhiều chuyển động thẳng. Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ trên đây, luận văn đã tập trung giải quyết một số vấn đề. Về lý thuyết, luận văn tập trung nghiên cứu sử dụng các phương pháp điều khiển phi tuyến vận dụng vào ĐCTT loại ĐB - KTVC và đưa ra phương pháp chọn thời gian ngắn nhất ứng với khoảng dịch chuyển s trên cơ sở tính chọn vận tốc tối ưu cho động cơ. Về thực nghiệm, luận văn đã xây dựng được một mô hình thí nghiệm kiểm chứng những lý thuyết đã đề xuất. Bản luận văn có bố cục như sau: Chương 1. Tổng quan về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng của động cơ tuyến tính trong các máy CNC. Chương 2. Mô tả toán học động cơ tuyến tính. Chương 3. Ứng dụng phương pháp điều khiển tuyến tính hóa chính xác thiết kế bộ điều khiển vị trí cho động cơ tuyến tính. Chương 4. Kết quả mô phỏng, thực nghiệm và kết luận. Toàn bộ các kết quả mô phỏng MATLAB & Simulink. Đặc biệt để thêm tính khách quan, mô hình đối tượng động cơ, biến tần, lưới điện sẽ sử dụng của hãng PLECS, một bộ phần mềm thêm vào Simulink để mô phỏng các hệ thống điện và thực nghiệm được trình bày trong chương này với những thuyết minh kèm theo. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
3 Cuối cùng là Kết luận và kiến nghị. Liên quan đến chủ đề ĐCTT còn nhiều vấn đề phức tạp, đòi hỏi nhiều công sức với sự tham gia của nhiều người, trong nỗ lực đưa ĐCTT ứng dụng vào thực tế. Đề tài nghiên cứu đã tạo ra cơ sở ban đầu cho những bước phát triển tiếp theo sau này. Bản luận văn được viết với sự cảm thông, giúp đỡ to lớn của gia đình. Tác giả luận văn cũng xin bày tỏ tấm lòng cảm ơn sâu sắc đối với sự chỉ dẫn tận tình cũng như sự động viên chân thành của thầy giáo hướng TS. Cao Xuân Tuyển trong suốt quá trình, từ lúc hình thành ý tưởng đến các bước thực hiện cụ thể của đề tài nghiên cứu này. Xin cảm ơn Phòng sau đại học, phòng thí nghiệm, khoa điện của Trường Đại Học KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đề tài luận văn này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁY CNC 1.1. CẤU TẠO 1.1.1. Phân loại Hiện nay động cơ chạy thẳng sử dụng phổ biến hai loại sau: + Động cơ chạy thẳng kiểu động cơ bước. + Động cơ chạy thẳng kiểu ĐB-KTVC. Trong giới hạn của đề tài,luận văn tập trung nghiên cứu động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu ba pha. 1.1.2. Cấu tạo động cơ chạy thẳng kích thích vĩnh cửu (ĐCCT-ĐBKTVC) a. Phần đứng yên: Nam châm vĩnh cửu gồm nhiều cực từ đặt liên tiếp nhau N S N S Hình 1.1 Từ trường là nam châm vĩnh cửu xếp liên tiếp nhau b. Phần chuyển động * Mạch từ Hình 1.2 Mạch từ gồm 36 rãnh *Dây quấn Z 36 2p = 12   3 (1.1) 2 p 12 p.360 6.360 Z = 36    600 (1.2) Z 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
6 120 120 M=3   2 (1.3)  60    .q (1.4)             B C A X Y Z Hình 1.3 Dây quấn động cơ 1.2. Nguyên lý làm việc. Khi đặt hệ thống điện áp nguồn 3 pha đối xứng vào dây quấn ba pha của động cơ đồng bộ tuyến tính, trong ba pha sẽ có các dòng điện iA, iB, iC . iA  2 I sin t (1.5)  2  iB  2I sin  t   (1.6)  3   4  iC  2I sin  t   (1.7)  3  Dòng các pha sẽ sinh ra các sức từ động pha tương ứng có dạng đập mạch: dx    (1.8) dt   FA   v 1,3,5 Ffmv sin t cos v  x (1.9)  2   2  FB   v 1,3,5 Ffmv sin  t   3  cosv  x     3  (1.10)  4   4  FC   v 1,3,5 Ffmv sin  t   3  cosv  x     3  (1.11) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn