LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá ,hiện đại hoá đất nước có thể nói một
trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức độ tự
động hoá trong các quá trình sản xuất mà trước hết là năng suất sản xuất và chất
lượng sản phẩm .Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử ,công nghệ
thông tin và những thành tựu trong lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sở và
hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng trong lĩnh vực tự động hoá
ở nước ta ,mặc dù là một nước chậm phát triển ,nhưng trong những năm
gần đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế
thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật , đặc biệt là sự tự động
hoá các quá trình sản xuất ngày càng được chú trọng , nhằm tạo bước phát triển
mới ,hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành mọt nền kinh tế tri thức
Ngày nay ,tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào
từng ngõ ngách và trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm .Việc tăng
năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủ yếu đối với
hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhưng chúng luôn mâu thuẫn nhau.
Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số
lượng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn một hệ
thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một bài toán khó.Một
trong những ứng dụng đó là “Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động chính
cho máy doa ngang”.
Với sự cố gắng của bản thân bản đồ án đã được hoàn thành .Tuy nhiên do
kiến thức còn có hạn nên tài liệu thiết kế này của em không tránh khỏi những sai
lầm và thiếu sót .Chính vì vậy mà em mong các thầy cô sẽ chỉ bảo và góp ý để
bản đồ án của em được hoàn thiện hơn .
Em xin chân thành cảm ơn !
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÁY DOA
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY DOA
1.1. Nhiệm vụ của máy doa trong dây truyền sản xuất

d, Bàn máy
Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải.
1.1.2. Các đặc điểm của máy doa hiện đại
Những máy Doa hiện đại ngày nay hay còn được gọi là máy doa vạn năng
thì ngoài chức năng doa máy còn có thể thực hiện được các chức năng như một
máy mài, máy khoan …
Trên chuyển động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa , vì
vậy máy có thể gia công thô ( Khoan , khoét các lỗ hình côn , hìng trụ ) và sau
đó thì có thể gia công tinh khi gá mũi doa. Đặc điểm của máy doa là có thể gia
công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau.
Máy doa ngang là máy Doa có mũi doa quay theo phương ngang. Các
nguyên công chính của máy doa vạn năng:
- Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông
góc với nhau có độ định tâm cao.
- Nguyên công tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt
ren Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục chính.
-Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực
hiện trên máy doa, nguyên công này thường nặng nề nhất.
3
- Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt
ngoài.
1.2. CÁC TRUYỀN ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MÁY DOA
a, Truyền động chính
Truyền động chính trong máy Doa là truyền động quay mâm gá dao,
truyền động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc
độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ ∆∆-YY.
Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ
hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng chưa ăn khớp động cơ được
đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền
động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phương pháp thay đổi tốc độ

cầu về chỉ tiêu chất lượng.
1.3.1. Truyền động chính
Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1
với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh φ = 1,26. Hệ thống truyền động
chính cần phải hãm dừng nhanh.
Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không
đồng bộ rô to lồng sóc và hộp tốc độ (động cơ có một cấp hay nhiều cấp tốc độ).
Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện một chiều, điều chỉnh
tốc độ trơn trong phạm vi rộng. Nhờ vậy có thể đơn giản kết cấu cơ khí, mặt
khác có thể hạn chế được mô men ở vùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều
chỉnh tốc độ hai vùng.
1.3.2. Truyền động ăn dao
Phạm vi điều chỉnh truyền động ăn dao là D = 1500/1. Lượng ăn dao
được điều chỉnh trong phạm vi 2 mm/ph ÷ 600 mm/ph ; khi di chuyển nhanh có
thể đạt tới 2,5 m/ph ÷ 3 m/ph. Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu
cầu giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi. Đặc tính cơ cần có độ cứng
cao, với độ ổn định tốc độ < 10%. Hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ
tác động nhanh cao, dừng máy chính xác, đảm bảo sự liên động với truyền động
chính khi làm việc tự động.
5
Ở những máy doa cỡ trung bình và nặng, hệ thống truyền động ăn dao
sử dụng hệ thống khuyếch đại máy điện - động cơ điện một chiều hoặc hệ thống
T - Đ.
6
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO HỆ
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRỤC CHÍNH MÁY DOA
2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
2.1.1. Khái niệm chung
Thích nghi là quá trình thay đổi thông số và cấu trúc hay tác động điều
khiển trên cơ sở lượng thông tin có được trong quá trình làm việc với mục đích

Hình 2.3. Sơ đồ khối của một hệ thống thích nghi mô hình tham chiếu
Mô hình chuẩn sẽ cho đáp ứng ngõ ra mong muốn đối với tín hiệu đặt (yêu
cầu). Hệ thống có một vòng hồi tiếp thông thường bao gồm đối tượng và bộ điều
khiển. Sai số e là sai lệch giữa ngõ ra của hệ thống và của mô hình chuẩn e = y -
y
m
. Bộ điều khiển có thông số thay đổi dựa vào sai số này. Hệ thống có hai vòng
hồi tiếp:hồi tiếp trong là vòng hồi tiếp thông thường và vòng hồi tiếp bên ngoài
hiệu chỉnh tham số cho vòng hồi tiếp bên trong. Vòng hồi tiếp bên trong được
giả sử là nhanh hơn vòng hồi tiếp bên ngoài.
Hình trên là mô hình MRAC đầu tiên được đề nghị bởi Whitaker vào năm
1958 với hai ý tưởng mới được đưa ra: Trước hết sự thực hiện của hệ thống
được xác định bởi một mô hình, thứ hai là sai số của bộ điều khiển được chỉnh
bởi sai số giữa mô hình chuẩn và hệ thống. Mô hình chuẩn sử dụng trong hệ
thích nghi bắt nguồn từ hệ liên tục sau đó được mở rộng sang hệ rời rạc có nhiễu
ngẫu nhiên
b) Thiết kế MRAC bằng phương pháp tiếp cận Gradient
Có ba phương pháp cơ bản để phân tích và thiết kế hệ MRAC :
1. Phương pháp tiếp cận Gradient
2. Hàm Lyapunov
3. Lý thuyết bị động
9
Ở đây em xin đề cập đến phương pháp tiếp cận Gradient:
Phương pháp Gradient được dùng bởi Whitaker đầu tiên cho hệ MRAC.
Phương pháp này dựa vào giả sử tham số của bộ hiệu chỉnh thay đổi chậm hơn
các biến khác của hệ thống. Giả sử này thừa nhận có sự ổn định giả cần thiết cho
việc tính toán độ nhạy và cho cơ cấu hiệu chỉnh thích nghi. Phương pháp tiếp
cận gradient không cho kết quả cần thiết cho hệ thống kín ổn định. Bộ quan sát
được đưa ra để áp dụng lý thuyết ổn định Lyapunov và lí thuyết bị động được
dùng để bổ sung cho cơ cấu thích nghi.

muốn y
m
được cho bởi :

)(tu
A
B
y
c
m
m
m
=
(2.2)
Với Am, Bm cũng là những đa thức theo biến S hoặc Z.
Luật điều khiển tổng quát được cho bởi :
Ru=Tu
C
- Sy (2.3)
với R, S, T là các đa thức. Luật điều khiển này được xem như vừa có thành phần
hồi tiếp âm với hàm truyền -S/R và thành phần nuôi tiến với hàm truyền T/R.
Hình 2.4. Hệ vòng kín với bộ điều khiển tuyến tính tổng quát
Khử u ở 2 phương trình (2.2) và (2.3) được phương trình sau cho hệ thống vòng
kín:

c
BTuyBSAR =+ )(
(2.4)
Để đạt được đáp ứng vòng kín mong muốn, thì AR + BS phải chia hết cho A
m

gọi là phương trình Diophantine ( hay là phương trình nhận dạng Benzout). Vì
B
+
có thể khử nên :
(2.6)
Chia phương trình (2.5) cho B
+
sẽ được:
A .R
1
+ B
-
.S = A
0
A
m
(2.7)
Vì yêu cầu là phải giống đáp ứng mong muốn nên tử số (3.4) phải chia hết cho
B
m
, nếu không thì sẽ không có lời giải cho bài toán thiết kế. Vì vậy :
B
m
= B
-
.B
’
m
(2.8)
T = A

+ b
0
S
Nhân 2 vế cho y và dùng thêm phương trình (2.5) ta được:
A
0.
A
m
.y = BR
1
u + b
0
Sy
= b
0
(Ru + Sy) (2.9)
Các thông số ở vế trái đã biết, vế phải chưa biết. Đa thức T có được trực tiếp từ
phương trình (2.8). Các tham số mô hình của phương trình (2.9) bây giờ có thể
được dùng để ước lượng các tham số chưa biết của bộ điều khiển.
+) Hệ tuyến tính tổng quát
Hệ SISO được mô tả bởi phương trình sau:
Ay = Bu
Với đặc tính hệ thống mong muốn đạt được là:
A
m
y
m
= B
m
u

đây:
• Hằng số mô men : K
t
= 5.76 (Nm/A)
• Hằng số điện áp : K
b
= 0.6 (V/rpm)
• Hằng số ma sát : Bf = 0.15 (Nm/rpm)
• Điện trở phần ứng : R
A
= 2.7 (
Ω
)
• Điện cảm phần ứng : L
A
=1.1(mH)
• Quán tính trục động cơ : J=81.6.10
-3
(kgm
2
)
Khối công suất có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển
(0~5VDC) biến đổi thành (0~24VDC) cấp cho động cơ.
Các bộ điều khiển dòng điện phần ứng, tốc độ động cơ được tổng hợp trên máy
tính, hay nói chính xác hơn thì Ri và Rw là các thuật toán điều khiển được cài
đặt trên thiết bị tính toán (máy tính, vi xử lý, vi điều khiển).
Ngoài ra còn có các cảm biến phản hồi dòng phần ứng và tốc độ động cơ.
Ta có hệ phương trình mô tả động cơ điện 1 chiều trên miền ảnh Laplace như
sau :
ω

13
Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc động cơ
Hàm truyền của đối tượng được tính như sau :
G1(s) =
RAsLA +.
1
.Kt.
BfsJ +.
1
=
BfRAsJRABfLAsJLA
Kt
.) (
2
+++
G2(s) =
KbG
G
.11
1
+
=
KbKtBfRAsJRABfLAsJLA
Kt
) (
2
++++
Hàm truyền đạt đối tượng :
G
DC

.

a1 =
JLA
JRABfLA
.
+
a2 =
JLA
KbKtBfRA
.
+
Hàm truyền đối tượng có dạng :
G
DC
(s) =
2.1
1
2
asas
b
++
=
)(
)(
sA
sB
Vấn đề đặt ra là cần thiết kế bộ điều khiển tốc độ (bỏ qua mạch vòng dòng
điện) động cơ có hàm truyền như trên. Để thiết kế 1 bộ điều khiển tốc độ thông
thường có rất nhiều các phương pháp khác nhau. Ta thường gặp nhiều khó khăn

b
++
=
)(
)(
sU
sN
(2.10)
⇔
(s
2
+ a1.s + a2).N(s) = b1.U(s)
15
u
y
u
c
Mô hình
Mô hình
Cơ cấu hiệu chỉnh
Cơ cấu hiệu chỉnh
Bộ điều khiển
Bộ điều khiển
Đối tượng
Đối tượng
Tham số điều khiển
y
m
⇒
(p

.1
2
+++
.n
*
(2.14)
Sai số của hệ thống vòng kín :
e = n - n
*
=
)1
.12.1
.1
(
2
−
+++ kbapap
kb
. n
*
(2.15)
Từ phương trình (2.15) suy ra độ nhạy của sai số theo hệ số tỉ lệ k :
k
e
∂
∂
=
22
2
).12.1(

.e.
k
e
∂
∂
= -
γ
(n - n
*
).






+++
++
*
22
2
.n
).12.1(
)2.1.(1
kbapap
apapb
(2.17)
Phương trình (2.17) không thể sử dụng trực tiếp để cập nhật hệ số tỉ lệ k
của bộ điều khiển được do các thông số động cơ thay đổi dẫn đến hàm truyền
đối tượng lúc này cũng thay đổi. Do đó phải sử dụng phép xấp xỉ để loại bỏ đi

)(
*
sN
sN
m
=
2.1
1
2
amsams
bm
++
⇔
(s
2
+ am1.s + am2).N
m
(s) = N
*
(s).bm1
⇔
(p
2
+am1.p + am2).n
m
= n
*
.bm1 (2.18)
⇔
n


=
+=
b1.k bm1
b1.ka2 am2
⇒
k = (bm1 + am2 –a2)/(2.b1)
Hay b1.k = (bm1 + am2 - a2)/2
Khi đó phương trình (2.8) có thể xấp xỉ :
dt
dk
= -
γ
(n - n
m
).






−++++
++
*
22
2
.
)2/)221(2.1(
)2.1.(1

)2/)221(2.1(
)2.1(
n
aambmapap
apap
(2.21)
Một câu hỏi đặt ra là các phép xấp xỉ trên có ảnh hưởng như thế nào tới
chất lượng điều khiển. Ta biết rằng, hàm truyền đạt vòng kín của hệ thống chỉ có
17
thể hội tụ về hàm truyền đạt vòng kín mong muốn khi thông số
1
γ
được chọn
đủ nhỏ. Phép xấp xỉ
1
γ
=
γ
.b1 đã gộp thông số b1 thay đổi theo thời gian vào
1
γ
, hay nói cách khác
1
γ
cũng thay đổi theo thời gian.
1
γ
tượng trưng cho tốc độ
hội tụ về hàm truyền đạt vòng kín mong muốn của hệ thống (tốc độ thích nghi).
Do đó, nếu

s
JLA
JRABfLA
s
JLA
KtKK
.

.

.
1
2
+
+
+
+
=
2.1
1
2
asas
b
++
19
Hình 3.2. Đối tượng điều khiển
2. Khối mô hình mẫu
Hàm truyền đạt mong muốn của hệ thống vòng kín:
G
m






−++++
++
*
22
2
.
)2/)221(2.1(
)2.1(
n
aambmapap
apap
20
Hình 3.4. Khối hiệu chỉnh hệ số
3.2. ĐIỀU KIỆN HOẠT ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG
Có 3 yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống đó là :
• Biên độ tín hiệu đặt (khắc phục bằng luật hiệu chỉnh bổ sung tham số)
• Tốc độ hội tụ thật sự
1
γ
• Nhiễu tác động vào hệ thống
Bây giờ ta đi giải quyết từng vấn đề:
+ Giới hạn của tích số:
1
γ
=

phù hợp với sự thay
đổi của quá trình.
+ Hệ thống chịu nhiễu tác động
Rất khó để đưa ra một ước lượng chính xác để đánh giá tác động của
nhiễu đối với tính ổn định của hệ thống. Một cách tương đối, khi tốc độ hội tụ
γ

càng nhỏ thì hệ thống càng bền vững với nhiễu (tuy nhiên hệ thống sẽ chậm hội
tụ về hàm truyền mong muốn). Do đó, khi có nhiễu tác động vào hệ thống, chỉ
21
có thể chọn
1
γ
bằng cách thử nghiệm. Và khi đó ta lựa chọn
1
γ
< 0.8*
1
γ
max
thì
sẽ đảm bảo tính ổn định của hệ thống.
3.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Với n
*
= 2000

Hình 3.5. Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi:
1
γ

24
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Thị Phương Hà - Lý thuyết điều khiển hiện đại - Nhà xuất bản Đại
Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh - 2007.
[2]. Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi -
Điều chỉnh tự động truyền động điện - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật -
2001.
[3]. Nguyễn Doãn Phước - Lý thuyết điều khiển tuyến tính - Nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật - 2005.
[4]. PGS.TSKH Nguyễn Phùng Quang - MATLAB và Simulink dành cho kỹ sư
điều khiển tự động - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - 2006.
25