Ứng dụng điển khiển thích nghi giải bài toán cân bằng tải cho hai động cơ nối cứng trục

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI

GIẢI BÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI

ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG TRỤC

ĐỖ ĐỨC THÀNH

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI

GIẢI BÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI

ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG TRỤC

Ngành :

Mã số :

Học viên :

Người hướng dẫn khoa học :

TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỖ ĐỨC THÀNH

TS. NGUYỄN DUY CƢƠNG

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

3

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI

ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI

GIẢI BÀI TOÁN CÂN BẰNG TẢI CHO HAI

ĐỘNG CƠ NỐI CỨNG TRỤC

Học viên: Đỗ Đức Thành

Lớp: TĐH- K11

Chuyên ngành: Tự động hóa

Người HD khoa học: TS. Nguyễn Duy Cƣơng

Ngày giao đề tài: 01/01/2010

Ngày hoàn thành: 30/7/2010

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN

TS. Nguyễn Duy Cƣơng Đỗ Đức Thành

BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC

4

LỜI NÓI ĐẦU

Nhà máy Cán Thép Lưu Xá là dây chuyền công nghệ chuyên cán thép xây

dựng, sử dụng PLC điều khiển các quá trình xử lý nước làm mát, bơm dầu bôi trơn,

bơm thủy lực... tốc độ cán được điều khiển bằng hệ thống động cơ một chiều và vấn

đề đồng tốc giữa các giá cán với nhau rất quan trọng.

Riêng máy cán block khâu quan trọng đảm bảo chất lượng sản phẩm, dùng hai

động cơ một chiều 600kw cùng thông số nối cứng trục chung một tải, với nguồn cung

cấp từ 1 máy biến áp có tổ đấu dây khác nhau, do hai bộ điều khiển một chiều phối

hợp theo dạng Master_ Slave. Bộ điều khiển 1 của động cơ chính số xử lý các tín

hiệu: tín hiệu phản hồi sức căng trùng của thép từ loopscan; tín hiệu phản hồi tốc độ

từ máy phát tốc. Đưa ra tín hiệu điều khiển tới hai bộ điều chỉnh dòng điện của hai

động cơ với hệ số hiệu chỉnh dòng cố định (dòng hai động cơ bám sát nhau).

Nhưng hiện nay hai bộ điều khiển động cơ phối hợp không chính xác và kém

ổn định gây ra dòng điện của của hai động cơ sai lệch nhau rất nhiều (tải không cân

bằng, riêng dòng của động cơ số 2 rất lớn), tác động mạch bảo vệ gây sự cố dừng

máy, thiệt hại rất nhiều cho nhà máy. Việc khắc phục sự cố (chưa rõ cấu trúc bộ điều

khiển) hay thay thế bộ điều khiển mới đảm bảo tải phân bố đều cho hai động cơ cán

Block gặp rất nhiều khó khăn. Do tải có công suất rất lớn, tải biến đổi rất nhanh và

phức tạp, phải điều khiển chính xác tốc độ trong phạm vi rộng...nên tôi chọn đề tài:

“Ứng dụng điển khiển thích nghi giải bài toán cân bằng tải cho hai động cơ nối

cứng trục” để làm đề tài nghiên cứu.

Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu MRAC (Model Reffrence Adaptive

Control) là hệ điều khiển tự động mà thông số (cấu trúc) của bộ điều khiển có thể thay

đổi theo sự biến thiên thông số của đối tượng đã được xây dựng và áp dụng rộng rãi

trong thực tế.

5

Nội dung của luận văn được chia thành 3 chương:

Chương 1: Giới thiệu dây chuyền công nghệ nhà máy Cán Thép Lưu Xá

Thái Nguyên.

Chương 2: Tìm hiểu lý thuyết điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu

MRAC.

Chương 3: Xây dựng mô hình toán, thiết kế bộ ĐKTN giải bài toán cân bằng

tải cho hai động cơ nối cứng trục (Cán Block). Lập mô hình, chạy mô phỏng, hiệu

chỉnh và đánh giá chất lượng.

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Duy

Cƣơng – người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện, Điện Tử – Trường Đại học

Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi

hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban Giám

Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất

về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 27 tháng 09 năm 2010

Học viên thực hiện

Đỗ Đức Thành

6

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Đỗ Đức Thành

Sinh ngày 02 tháng 10 năm 1980

Học viên lớp cao học khoá 11 - Tự động hoá - Trường đại học kỹ thuật Công

nghiệp Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại Nhà Máy Cán Thép Lưu Xá.

Xin cam đoan: tất cả những nội dung trong luận văn “Ứng dụng điển khiển

thích nghi giải bài toán cân bằng tải cho hai động cơ nối cứng trục “ đúng như

nội dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo TS Nguyễn Duy Cương hướng dẫn

là công trình nghiên cứu riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo

của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản.

Nếu có vấn đề gì trong nội dung của luận văn thì tác giả xin hoàn toàn chịu

trách nhiệm với lời cam đoan của mình.

7

MỤC LỤC

Nội dung Trang

Lời nói đầu 1

Lời cam đoan 3

Mục lục 4

Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ký hiệu, chữ viết tắt 6

Chƣơng 1: Giới thiệu dây chuyền công nghệ nhà máy

Cán Thép Lưu Xá Thái Nguyên.

10

1.1. Quá trình hình thành và phát triển của Nhà máy cán thép Lưu Xá 10

1.2. Cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý của Nhà máy Cán thép Lưu Xá. 12

1.3. Công nghệ sản xuất thép của Nhà máy. 12

1.4. Cán Block hiện nay - động cơ một chiều và vấn đề còn tồn tại. 14

Chƣơng 2: Tìm hiểu lý thuyết điều khiển thích nghi

Theo mô hình mẫu MRAC.

16

2.1. Lịch sử phát triển của hệ điều khiển thích nghi 16

2.2. Khái quát về hệ điều khiển thích nghi 18

2.3. Cơ chế thích nghi – thiết kế bộ điều khiển thích nghi dựa vào

luật MIT.

24

2.4. Phương pháp độ nhạy. 32

2.5. Phương pháp ổn định của liapunov. 34

2.6. Áp dụng nhận dạng và ước lượng trạng thái để thiết kế bộ điều

khiển thích nghi gián tiếp.

48

8

Nội dung Trang

Chƣơng 3: Xây dựng mô hình toán, thiết kế bộ ĐKTN giải bài toán

cân bằng tải cho hai động cơ nối cứng trục (Cán Block). Lập mô

hình, chạy mô phỏng, hiệu chỉnh và đánh giá chất lượng.

57

3.1 Mô tả toán học động cơ điện một chiều . 58

3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện thích nghi theo mô hình mẫu

MRAC.

61

3.2.1 Xây dựng bộ điều chỉnh dòng điện 1 theo phương pháp tối ưu

độ lớn.

62

3.2.2 Bộ điều chỉnh dòng điện DC2 dùng điều khiển thích nghi. 66

3.3. Tổng hợp mạch vòng tốc độ. 73

Kết luận 80

Phụ lục 80

Tài liệu tham khảo 85