MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Chương 1: TỔNG QUAN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN
1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện
1.2. Phụ tải của cơ cấu các chuyển động điển hình của máy tiện
1.2.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện
1.2.2. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính
1.2.3. Phụ tải của cơ cấu chuyển động ăn dao
1.3. Những yêu cầu và đặc điểm chung đối với truyền động điện máy tiện.
1.3.1. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động chính
1.3.2. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động ăn dao
Chương 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG
CHÍNH MÁY TIỆN
2.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống
2.1.1. Xây dựng cấu trúc hệ truyền động F – Đ
2.1.2. Mô tả đối tượng điều khiển trên miền thời gian
2.1.3. Mô hình hóa hệ F - Đ
2.2. Cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động
2.2.1. Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện
2.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Chương 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MATLAB –
SIMULINK
3.1. Tính toán các thông số của bộ điều khiển
3.2. Mô phỏng hệ thống điều chỉnh trên Simulink
3.3. Khảo sát ổn định hệ thống và xác định tham số bộ điều khiển trên miền D
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Chương 1: TỔNG QUAN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN
1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện
Hình 1.1 – Hình dạng bên ngoài máy tiện
Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện

ngang (hướng kính) chi tiết (tiện ngang). Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà,
trụ, di chuyển nhanh của dao, bơn nước, hút phoi v.v…
1.2. Phụ tải của cơ cấu các chuyển động điển hình của máy tiện.
1.2.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện.
a. Chiều sâu cắt, t.
Là chiều dày lớp kim loại được bóc đi sau một lần chạy dọc theo phương
vuông góc với bề mặt gia công.
d
D
t
a)
b)
c)
d)
d
D
t
t t
Hình 1.3 – Chiều sâu cắt khi tiện
 Khi tiện mặt trụ ngoài hình (1.3a), chiều sâu cắt t bằng 1/2 hiệu giữa
đường kính của phôi D với đường kính đã gia công d, nghĩa là:
Trong đó:
+ D – đường kính phôi, [mm];
+ d – đường khính mặt đã gia công, [mm];
 Khi tiện lỗ (hình 1.3b), chiều sâu cắt t bằng 1/2 hiệu giữa đường kính đã
gia công và đường lỗ trước khi gia công.
 Khi xén mặt đầu (hình 1.3c), chiều sâu cắt t bằng chiều dày được bóc đi
sau một lần chạy dao đo theo phương vuông góc với mặt đầu của chi tiết
gia công.
 Khi cắt đứt (hình 1.3d), chiều sâu cắt t bằng chiều rống rãnh cắt do dao tạo

Một vài ví dụ về cá giá trị của các hệ số và số mũ: khi gia công gang và thép
bằng dao hợp kim C
V
=40 – 260; dao cắt bằng thép gió C
V
=18 – 24. Đối với gia
công thô t=3 – 30mm, s=0,4 – 2mm/vg; gia công tinh t=0,1 – 2mm; s=0,1 –
0,4mm/vg; T=60 – 180ph. Các số mũ x
V
, y
V
, m thường lấy các giá trị
x
V
=0,15÷0,2 ; y
V
=0,35÷0,8 ; m=0,1÷0,2.
Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trong quá trình
gia công phải luôn đạt tốc độ tối ưu, nó được xác định bời các thông số: độ sâu
cắt t, lượng ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đường kính chi tiết xác định.
Khi tiện ngang chi tiết có đường kính lớn, trong quá trình gia công đường kính
chi tiết giảm để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số thì phải tăng liên tục tốc
độ góc của chục chính theo quan hệ:
Trong đó:
+ D
ct
– đường kính chi tiết, mm.
+ ω
ct
– tốc độ góc của chi tiết, rad/s.

x
, F
y
cũng được xác định theo các công thưc tương tự như công
thức(1–4). Khi tính toán sơ bộ có thể lấy F
x
, F
y
theo tỷ lệ sau:
F
z
: F
y
: F
x
= 1 : 0,4 : 0,25
Khi gia công thép bằng dao hợp kim cứng C
F
= 300 ; dao bằng thép gió C
F
=
208. Gia công gang xám tương ứng C
F
= 92 và C
F
= 118 ; x
F
= 1 ; y
F
= 0,75 ; n =

Trong đó:
+ L: chiều dài hành trình làm việc [mm].
+ n: tốc độ quay của chi tiết [vg/ph].
Nếu thay vào (1 – 7) giá trị :
F
z
V
O
Ta được:
Trong đó: d – đường kính chi tiết gia công [mm]
Từ (1 – 8) ta thấy muốn tăng năng suất máy (giảm t), phải tăng tốc độ cắt và
lượng ăn dao. Do đó người ta áp dụng phương pháp cắt cao tốc.
1.2.2. Phụ tải của cơ cấu chuyển động chính
Trong chuyển động chính của máy tiện, lực cắt là lực hữu ích của máy, nó
phụ thuộc vào các chế độ cắt (t, s, v), vật liệu chi tiết và dao.
Chuyển động chính máy tiện là chuyển động quay được xác định theo công
thức:
Trong đó:
+ F
z
– lực cắt, [N].
+ d – đường kính của chi tiết gia công (phôi), [m].
Momen hữu ích trên trục động cơ là:
i – tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy.
Momen cản tĩnh trên trục động cơ:
η – hiệu suất bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính.
Với máy tiện đứng do có chuyển động ở bàn máy nên còn xuất hiện một lực ma
sát phụ ở gờ trược của mâm cặp:
Trong đó: F
N

μ – hệ số ma sát của bàn theo hướng gờ trượt.
 Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao:
S – diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao, [cm
2
];
β – áp suất dính thường bằng 0,5N/cm
2
;
Các thành phần lực ở (1 – 17) không đồng thời xuất hiện trong quá trình làm
việc nên khi xác định phụ tải truyền động ăn dao phân ra làm hai chế độ làm
việc: làm việc và ăn dao khởi động.
 Khi khởi động lực ăn dao xác định bởi hai lực ma sát do khối lượng của bộ
phận di chuyển và lực dính:
Với μ
0
= 0,2 ÷ 0,3 – hệ số ma sát khi khởi động.
 Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao được tính:
Với μ = 0,05 ÷ 0,15 – hệ số ma sát khi làm việc.
Công suất ăn dao của máy tiện được xác đinh bởi công thức:
+ F
ad
– lực ăn dao, [N];
+ V
ad
– tốc độ ăn dao, [m/s];
Công suất ăn dao thường nhỏ hơn công suất cắt 100 lần, vì tốc độ ăn dao được
xác định bởi lượng ăn dao và tốc độ góc của chi tiết:
Nhỏ hơn tốc độ cắt nhiều lần.
Ở đây: s
’

V
1
V
2
V
3
V
ad
0
Ở chế độ xác lập, hên thống chuyển động điện cần đảm bảo độ cứng đặc tính
cơ trong pham vi điều chỉnh tốc độ với sai số tĩnh nhỏ hơn 10% khi phụ tải thay
đổi từ 0 đến định mức. Quá trình khởi động và hãm yêu cầu phải trơn, tránh va
đập trong bộ truyền. Đối với máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng dùng gia công
chi tiết có đường kính lớn, để đảm bảo tốc độ cắt tối ưu và không đổi (V
z
=const)
khi đường kính chi tiết thay đổi thì pham vi điều chỉnh tốc độ được xác định bởi
pham vi thay đổi tốc độ dài và pham vi thay đổi đường kính:
Ở những máy tiện cỡ nhỏ và trung bình, hệ thống truyền động chính thường
là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và hộp tốc độ có vài cấp tốc độ. Ở các
máy tiên cỡ nặng, máy tiện đứng hệ thống truyền động chính điều chỉnh hai
vùng, sử dụng hệ thống bộ biến đổi động cơ điện một chiều (BBĐ – Đ) và hộp
tốc độ: Khi V
z
< V
z gh
thì M
c
= const; khi V
z

Ở chế độ làm việc xác lập, độ sai lệch tĩnh yêu cầu nhỏ hơn 5% khi phụ tải
thay đổi từ không đến định mức. Động cơ cần khởi động và Momen hãm êm.
Tốc độ di chuyển bàn dao của máy tiện cỡ nặng hoặc máy tiện đứng cần liên hệ
với tốc độ quay chi tiết để đảm bảo giữ nguyên lượng ăn dao.
Ở máy tiện cỡ nhỏ thường truyền động ăn dao được thực hiện từ động cơ
truyền động chính, còn ở máy tiện nặng thì truyền động ăn dao được thực hiện từ
một động cơ riêng là động cơ một chiều cấp điện từ khuếch đại máy điện hoặc bộ
chỉnh lưu có điều khiển.
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN
2.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống
2.1.1. Xây dựng cấu trúc hệ truyền động F – Đ
Máy tiện năng 1A660 đươc dùng để gia công chi tiết bằng gang hoặc
thép có trọng lượng 250N, đường kính chi tiết lớn nhất có thể gia công trên
máy là 1,25m. Động cơ truyền động chính có công suất 55kW. Tốc độ trục
chính được điều chỉnh trong phạm vi 125/1 với công suất không đổi, trong
đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ là 5/1 nhờ thay đổi từ thông động cơ.
Tốc độ trục chính ứng với 3 cấp của hộp tốc độ có giá trị như sau:
cấp 1: ntc = 1,6 ÷ 8 vòng / phút
cấp 2: ntc = 8 ÷ 40 vòng/ phút
cấp 3: ntc = 40 ÷ 200 vòng/ phút
Truyền động ăn dao được thực hiện từ động cơ truyền động chính. Lượng
ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 0,064 ÷ 26,08 mm/vg Truyền động chính
được thực hiện từ hệ thống F-Đ. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi
dòng điện kích từ của động cơ, còn sức điện động của máy phát giữ không đổi.
a/ Mạch động lực Động cơ Đ quay truyền động chính được cấp điện từ máy
phát F. Động cơ sơ cấp quay máy phát F không thể hiện trên sơ đồ. Kích từ
của động cơ Đ là cuộn CKĐ(2). Kích từ của máy phát là cuộn CKF(9).Để
động cơ Đ làm việc được cần ĐG(đl) = 1, nối điện áp máy phát với động cơ đồng
thời K

hútRG2
→ RG(8)
= 0; RD(8) = 1, → RD(4) = 1, nếu I
Đ
> I
cf2
→ Fđẩy
RD
>F
hút

RD2
→ RD(4) = 0, b/ Mạch
kích từ động cơ
Cuộn CKĐ(2) là cuộn kích từ của động cơ Đ được cấp từ nguồn một
chiều
cùng nguồn với cuộn CKF(9) và là nguồn cấp cho mạch khống chế. Biến trở
ĐKT(2) nối tiếp với cuộn CKĐ để thay đổi dòng điện chạy qua nó, làm thay đổi từ
thông Ф
Đ
để thay đổi tốc độ động cơ trên tốc độ cơ bản. Khi RKT(2) và Rđ(2) bị
nối tắt thì dòng CKĐ bằng định mức. Rơle dòng RT(2) có giá trị tác động bằng dòng
định mức của CKĐ. Rơle dòng RTT(2) là rơle bảo vệ thiếu từ thông Ф
Đ
. Giá trị
tác động của nó nhỏ thua dòng CKĐ nhỏ nhất để tạo ra tốc độ lớn nhất của động cơ.
c/Mạch kích từ máy phát
Cuộn CKF(9) là cuộn kích từ máy phát được cấp điện bởi cầu tiếp điểm
T,N(6) và N,T(10). Khi T(6) = 1, và T(10) = 1, tương ứng với chiều quay
thuận của động cơ. Khi N(6) = 1, và N(10) = 1, tương ứng với chiều quay ngược

= đm → U
F
nhanh chóng tăng đến giá
trị định mức. Động cơ khởi động cưỡng bức làm cho tốc độ tăng nhanh nhưng
dòng điện có thể vượt quá giá trị cho phép. Nếu I
Đ
>I
cf1
→ F
đRG1
>F
hRG2
→ RG(8)= 0,
Rf+CKF → I
CKF
↓ → U
F
↓ → I
Đ
↓ Khi I
Đ
<I
cf1
→ F
đRG1
<F
hRG2
→ RG(8)= 1, Rf = 0,
→ I
CKF

= 1, do RT(35) = 1, và K1(17) = 0, nhưng T(17) = 1, do K3(20) = 1; K1(8) = 1,
→ RD2 = 1, → RD(4) = 1, + K1(4) = 1, nên ĐKT(2) bị nối tắt → I
CKĐ
tăng về
giá trị định mức → động cơ hãm tái sinh giảm tốc về giá trị cơ bản. Trong quá
trình hãm này, nếu I
Đ
< I
cf2
thì rơle RD thực hiện việc hạn chế dòng theo nguyên
tắc rung tương tự như RG.
Khi dòng điện trong cuộn kích từ I
CKĐ
= đm thì rơle RT(2) = 1, → RT(35) = 0, →
K3(34) = 0, → K3(20) = 0, → T(17) = 0, → T(6) = 0, + T(10) = 0, → I
CKF
= 0,
→U
F
giảm về U
dư
→ động cơ hãm tái sinh giảm tốc.
Khi U
F
≤ U
dư
→ RH(đl) = 0, → RH(29) = 0, + T(30) = 0, → ĐG(31) = 0, →
ĐG(32) = 0, + RH(33) = 0, → K2(32) = 0. Trên mạch động lực ĐG(đl) = 0,
K2(đl) = 1, → động cơ hãm tái sinh giảm tốc về không.
Hãm máy khi động cơ đang quay ngược tương tự.

hình toán học:
- Mô tả toán ở miền thời gian
- Xây dựng mô hình toán học ở miền tần số.
- Xây dựng mô hình toán học trong không gian trạng thái.
Trong một hệ thống điều khiển, muốn thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các
yêu cầu đề ra thì ta cần phải sử dụng đến các công cụ toán học. Muốn vậy, đối
tượng cần điều khiển sẽ phải được mô tả bằng một mô hình toán học.
Mô tả quan hệ vào ra bằng các phương trình vi phân ( mô tả toán học ở miền
thời gian )
)( )(
1
1
101
1
1
10
tub
dt
ud
b
dt
ud
btya
dt
dy
a
dt
yd
a
dt

asasa
bsbsb
sU
sY
+++
+++
==
−
−)(
)(
1
10
1
10
- Đặc tính tần số ( thay s = jω): W(jω)
n
nn
m
mm
ajaja
bjbjb
jU
jY
+++
+++
==
−

kt
là hàm cưỡng bức. Đại lượng ra là dòng
phần ứng hoặc điện áp trên các cực máy điện hay suất điện động. Ta có:
U = L
m
.i
kt
Ω
m
– (R
t
+ p.L
t
)i
mp
(a)
Phương trình mạch kích từ và mạch tải:
U
kt
= (R
kt
+ p.L
kt
).i
kt
(b)
U = (R
L
+ p.L
L

= R
kt
.i
kt
+ L
kt
.p.i
kt
, e
= Ω
m
.L
m
.i
kt
= k.i
kt
.
Sử dụng biến đổi laplace với điều kiện đầu zero ta có:
U
kt
(p) = (R
kt
+ L
kt
.p).I
kt
(p)
E(p) = Ω
m

t
+ p.L
t
); i
mp
= - i
t
= u/Z.
b. Mô hình toán động cơ 1 chiều
Việc xây dựng mô hình toán học cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập với U là
điện áp đặt vào phần ứng động cơ, U
kt
là điện áp kích từ; n là tốc độ quay của
động cơ; M
c
là momen cơ học tác động lên roto.
- Đại lượng cần điều khiển là tốc độ động cơ n ( đây là thông số công nghệ).
- Tác động điều khiển ( đại lượng điều khiển): Điện áp đặt vào phần ứng U ( đây
là tác động công nghệ).
- Xét trong các điều kiện các đại lượng còn lại không đổi: U
kt
= const; M
c
=
const, R là điện trở phần ứng động cơ; K
1
, K
2
là các hệ số tỷ lệ (= const); L là
điện cảm phần ứng; J là momen quán tính của tất cả phần quay đặt lên rotor động

dt
(t)
ω
d
( 2.4 )
M(t) = k.Φ.i(t) ( 2.5 )
* Chuyển các phương trình trên sang dạng toán tử Laplace:
U(p) = R
ư
.I(p) + L
ư.
I(p).p + E(p) ( 2.6 )
M(p) - M
C
(p) = J(p). ω (p).p (2.7)
E (p) = KƯ. ω (p) ( 2.8 )
M(p) = k.Φ.I(p) ( 2.9 )
Ta thành lập được phương trình đặc tính cơ như sau:
ω =
M
k
RR
k
IpLU
pu
u
.
).(

2

x
*
=
xb
x
( 2.12 )
trong đó : + x – là giá trị thực
+ x
b
– là giá trị cơ bản
+ x
*
- là giá trị chuyển sang đại lượng tương đối
Đối với hệ thống mô phỏng thì các đại lượng mô phỏng thường được chọn theo
trang 19->25 - [ 2 ] như sau:
U
b
= U
dm
( 2.13 )
I
b
= I
dm
( 2.14 )
R
b
=
dm
dm

U
*
=
bb
u
IR
pIR
.
)(.
+
bb
u
IR
pIpL
.
)(
+ E
*
(p) ( 2.19 )
Đặt T
u
= L
u
/R
u
là hằng số thời gian điện từ phần ứng động cơ
=>U
*
(P) = R
*

J.p. ω (p)/M
b
= M*(p) - M*
c
(p)
=> J.p. (ω (p)/M
b
). ω *(p) = M*(p) - M*
c
(p)
Đặt J. ω
b
/M
b
= J*
=> J*.p. ω *(p) = M*(p) - M*
c
(p)
=> ω *(p) =
PJ
*
1
.(M*(p) - M*
c
(p)) ( 2.21 )
Chia cả 2 vế ( 2-4 ) cho M
b
ta được:
M*(p) =
b

ϖ

)(
Φ
Φ
E
*
(P) = ω *(p).Φ*(p) ( 2.23 ) Vậy
ta có hệ phương trình mô tả động cơ 1 chiều ở hệ tương đối như sau :
I
*
(p) =
).1(*
)()(
**
pTR
PEpU
u
+
−( 2.24 )
c
c
C
Tp
pMI
Tp
pMcpM
( 2.28 )
ω *(p) =
PJ
*
1
.(M*(p) - M*
c
(p)) (2.29)
E(P) = ω (p).Φ(p) ( 2.30 )
M(p) = Φ(p).I(p) ( 2.31 )
Từ các phương trình trên ta được sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều như
sau:
Hình 2.2. Mô hình động cơ một chiều
Mô hình thay thế máy phát tốc:
Máy phát tốc được đặc trưng bởi hai thông số: hệ số khuyếch đại của máy
phát tốc K
ω
, hằng số thời gian của máy phát tốc T
ω
. Mô hình thay thế của máy
phát tốc là một khâu quán tính bậc nhất với hệ số khuyếch đại là K
ω
,hằng số
thời gian là T
ω
:
Hình 2.3. Mô hình toán của máy phát tốc.
Sơ đồ cấu trúc chung của toàn bộ hệ thống như sau: