Đồ án môn học Trang bị điện
MỤC LỤC
Mục lục…………………………………………………………………1
Lời nói đầu…………………………………………………………… 3
Chương 1. Tổng quan về công nghệ trên máy mài…………………….4
1.1. Giới thiệu chung về đặc điểm công nghệ………………………… 4
1.1.1. Phân loại máy mài………………………………………… 4
1.1.2. Giới thiệu một số loại máy mài và đặc điểm công nghệ……5
1.2. Các đặc điểm về truyền động điện, trang bị điện của máy mài…….6
1.2.1. Hệ truyền động điện……………………………………… 6
a) Truyền động chính……………………………………… 6
b) Truyền động ăn dao……………………………………….6
c) Truyền động phụ………………………………………… 7
1.2.2. Trang bị điện ……………………………………………… 7
Chương 2. Thiết kế bộ điều khiển thích nghi chuyển động ụ trục chính và
điều chỉnh tốc độ của máy mài………………………………………… 8
2.1. Đặt vấn đề……………………………………………………… …8
2.1.1. Khái niệm chung…………………………………………….8
2.1.2. Phân loại các hệ thống điều khiển thích nghi……………… 9
2.1.3. Ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi…………………… 9
2.1.4. Thiết kế hệ thích nghi theo mô hình tham chiếu MRAC … 9
a) Hệ thích nghi mô hình tham chiếu MRAC……………… 10
b) Thiết kế MRAC bằng phương pháp tiếp cận Gradient…….11
2.2. Nhận dạng hệ thống……………………………………………… 14
2.3. Thiết kế sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy mài…………… 17
2.3.1. Thuật giải……………………………………………………17
2.3.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển…………………… 20
a) Khối đối tượng ………………………………………… 21
b) Khối mô hình mẫu………………………………………….21
c) Khối luật điều khiển………………………… … …… 21
Đồ án môn học Trang bị điện

không kém phần quan trọng vì tất cả máy này đang trực tiếp phục vụ cho
nền công nghiệp đang phát triển với tốc độ rất cao của con người.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo - TS. HOÀNG XUÂN BÌNH
đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Sinh viên
Nguyễn Hà Giang
Đồ án môn học Trang bị điện
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRÊN MÁY
MÀI
1.1. Giới thiệu chung về đặc điểm công nghệ
1.1.1. Phân loại máy mài
Máy mài được chia làm hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng.
Ngoài ra còn có các máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy
mài cắt, máy mài răng…Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn, trên
đó kẹp chi tiết ụ đá mài, trên đó có trục chính với đá mài. Cả hai ụ đều đặt
trên bệ máy. Sơ đồ biểu diễn công nghệ mài được giới thiệu ở hình 1.1.
Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn công nghệ máy mài.
Đồ án môn học Trang bị điện
1.1.2. Giới thiệu một vài loại máy mài và đặc điểm công nghệ
a) Máy mài tròn
Có hai loại:
• Máy mài tròn ngoài (hình 1.1 a)
• Máy mài tròn trong (hình 1.1 b)
Trên máy mài tròn:
• Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài.
• Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang trục
(ăn dao ngang) hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao vòng).
• Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết.
b) Máy mài phẳng
Có hai loại:

1.2.1. Hệ truyền động điện
a) Truyền đông chính
- Thông thường máy không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, nên sử dụng động
cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Ở các máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc
độ cắt là không đổi khi mòn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi,
thường sử dụng truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D =
(2 ÷ 4/1) với công suất không đổi.
- Ở máy mài trung bình và nhỏ v = 50 ÷ 80 m/s nên đá mài có đường kính
lớn thì tốc độ quay đá khoảng 1000vg/ph. Ở những máy có đường kính
nhỏ, tốc độ đá rất cao. Động cơ truyền động là các động cơ đặc biêt, đá
mài gắn trên trục động cơ, động cơ có tốc độ (24000 ÷ 48000) vg/ph,
hoặc có thể lên tới (150000 ÷ 200000) vg/ph. Nguồn của động cơ là các
bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao (BBT quay) hoặc là các bộ
biến tần tĩnh bằng Thyristor.
- Mô men cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 ÷ 20% momen định
mức. Mô men quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn: 500 ÷ 600%
momen quán tính của động cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay
đá. Không yêu cầu đảo chiều quay đá.
b) Truyền động ăn dao
+) Máy mài tròn : Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ
không đồng bộ nhiều cấp tốc độ (điều chỉnh số đôi cực) với D = (2 ÷ 4)/1.
Ở các máy lớn thì dùng hệ thống biến đổi - động cơ một chiều (BBĐ-
ĐM), hệ KĐT – ĐM có D = 10/1 với điều chỉnh điện áp phần ứng.
Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ-
ĐM với D = (20 ÷ 25)/1. Truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực.
Đồ án môn học Trang bị điện
+) Máy mài phẳng: Truyền động ăn dao của ụ đá thực hiện lặp lại nhiều
chu kỳ, sử dụng thuỷ lực. Truyền động ăn dao tịnh tiến qua lại của bàn
dùng hệ truyền động một chiều với phạm vi điều chỉnh tốc độ D = (8 ÷
10):1

- Hệ thích nghi mô hình tham chiếu ( MRAC )
- Bộ tự chỉnh định ( STR )
- Lịch trình độ lợi
- Hệ tự học
- Hệ tự tổ chức
2.1.3. Ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi
Hệ điều khiển thích nghi có các ứng dụng như sau:
• Tự chỉnh định
• Lịch trình độ lợi
• Thích nghi liên tục
Hình 2.1. Sơ đồ các ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi
Đồ án môn học Trang bị điện
2.1.4. Thiết kế hệ thích nghi theo mô hình tham chiếu MRAC
a) Hệ thích nghi mô hình tham chiếu - MRAC (Model Reference
Adaptive Control)
Hệ thống thích nghi sử dụng mô hình chuẩn là một trong những
phương pháp chính của điều khiển thích nghi. Nguyên lí cơ bản như sau:
Hình 2.2. 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

Các tham số trong hệ thống được hiệu chỉnh để có được y càng gần với
y
m
càng tốt đối với một tập các tín hiệu vào. Phương pháp thích nghi là
một công cụ thiết kế hệ MRAC. Mặc dù mô hình kèm theo hoàn hảo chỉ
Đồ án môn học Trang bị điện
có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng nhưng phân tích trường hợp này
sẽ cho hiểu biết sâu sắc vào vấn đề thiết kế.
Xét hệ 1 đầu vào, 1 đầu ra có thể là liên tục hay rời rạc có phương trình:
y(t) =
)(tu
A
B
(2.1)
với u là tín hiệu điều khiển, y là ngõ ra. Kí hiệu A, B là những đa thức
theo biến S hay Z. Giả sử bậc của A ≥ bậc của B nghĩa là hệ thống là hợp
thức (đối với hệ liên tục) và nhân quả đối với hệ rời rạc. Giả sử hệ số bậc
cao nhất của A là 1.Tìm bộ điều khiển sao cho quan hệ giữa tín hiệu đặt
u
c
và tín hiệu ra mong muốn y
m
được cho bởi :

)(tu
A
B
y
c
m

, trong đó B
+
chứa những thành phần có thể khử đi, B
-
là thành phần còn lại.
Theo phương trình (2.4) AR + BS là đa thức đặc trưng của hệ thống được
phân tích thành ba thành phần : khử zero của đối tượng:B
+
; cực mong
muốn của mô hình được cho bởi A
m
; các cực của bộ quan sát A
0
. Vì thế :
AR + BS = B
+
A
0
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


≥
2 bậc(A) - bậc( A
m
) - bậc(B
+
) - 1
bậc( A
m
) - bậc (B
m
)
≥
bậc( A) - bậc(B)
Giả sử tất cả các zero đều bị khử, khi đó có thể viết lại như sau :
A
0
A
m
= AR
1
+ b
0
S
Nhân 2 vế cho y và dùng thêm phương trình (2.5) ta được:
A
0.
A
m
.y = BR

c
- Sy (*)
Hệ vòng kín được mô tả:
C
u
BSAR
BT
y
+
=
Thay y vào (*) ta tính được:
C
u
BSAR
AT
u
+
=
Sai số là: e = y - y
m
2.2. Nhận dạng hệ thống
Đối tượng điều khiển là động cơ điện một chiều DC có các thông
số sau 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)

1
bA
Atm
f
Le
AA
AA
A
Ke
iKM
BsJ
TT
eu
sLR
i
=
=
+
−
=
−
+
=
Đối tượng động cơ DC SERVO có cấu trúc như hình 2.1

Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc động cơ
Hàm truyền của đối tượng được tính như sau :
G1(s) =
RAsLA +.
1

++++
Đồ án môn học Trang bị điện
=
JLA
KbKtBfRA
s
JLA
JRABfLA
s
JLA
KtKKcl
.

.

.

2
+
+
+
+
Đặt b1 =
JLA
KtKKcl
.

a1 =
JLA
JRABfLA

thể bị thay đổi. Hoặc với 1 bộ điều khiển PID thường như vậy chỉ có thể
điều khiển được 1 đối tượng cố định chuẩn, nếu thay đổi đối tượng thì bộ
điều khiển PID thường không còn có mang tính chính xác. Bộ điều khiển
thích nghi theo mô hình tham chiếu MRAC có thể giải quyết vấn đề này.
Phương pháp thiết kế được chọn là phương pháp tiếp cận Gradient.
2.3. Thiết kế bộ điều khiển thích nghi cho máy mài
Đồ án môn học Trang bị điện
Hình 2.5. Sơ đồ khối của một hệ thống thích nghi mô hình tham chiếu
Trong đó ta có:
• U
C
là tín hiệu đặt (tốc độ đặt)
• y
m
là đầu ra tín hiệu đặt qua mô hình mẫu
• y là tín hiệu ra (tốc độ)
2.3.1. Thuật giải
Hàm truyền đạt vòng hở của quá trình :
G
DC
(s) =
2.1
1
2
asas
b
++
=
)(
)(

Bộ điều khiển
Bộ điều khiển
Đối tượng
Đối tượng
Tham số điều khiển
y
m
Đồ án môn học Trang bị điện
⇒
(p
2
+ a1.p + a2).n = b1.k.(n
*
- n)
⇔
(p
2
+ a1.p + a2 + b1.k).n = b1.k.n
*
(2.13)
⇔
n =
kbapap
kb
.12.1
.1
2
+++
.n
*

.n
*
⇔

k
e
∂
∂
=
22
2
).12.1(
)2.1.(1
kbapap
apapb
+++
++
.n
*
(2.16)
Do đó, theo luật MIT, luật cập nhật hệ số tỉ lệ k có dạng:
dt
dk
= -
γ
.e.
k
e
∂
∂

3s), độ quá điều chỉnh
không quá 4.3%,… Như vậy cần phải chỉnh định đặc tính động cơ theo 1
mô hình mẫu nhất định. Điều cần chú ý trong quá tình tìm kiếm hàm
truyền mô hình mẫu đó là :
G
m
=
)(
)(
sA
sB
m
m
với điều kiện là :
- Bậc (A
m
) = bậc (A)
- Bậc (B
m
) = bậc (B)
Hàm truyền đạt mong muốn của hệ thống vòng kín :
Đồ án môn học Trang bị điện
G
m
(s) =
)(
)(
*
sN
sN

2
ampamp
bm
++
.n
*
(2.19)
Khi hàm truyền đạt của hệ thống đạt tới hàm truyền mong muốn thì
phương trình (2.13) sẽ đạt tới phương trình (2.18)
⇔
(p
2
+am1.p + am2).n
m
= n
*
.bm1
Tương đương với (p
2
+ a1.p + a2 + b1.k).n = b1.k.n
*
Khi đó ta có điều kiện :
a1 am1
=



=
+=
b1.k bm1

Bên cạnh đó có thể đặt
1
γ
=
γ
.b1, khi đó phương trình (2.20) có thể xấp
xỉ :
dt
dk
= -
1
γ
(n - n
m
).






−++++
++
*
22
2
.
)2/)221(2.1(
)2.1(
n

Đồ án môn học Trang bị điện
b1 nhỏ), hệ thống sẽ hội tụ chậm. Nếu
1
γ
lớn (khi thông số b1 lớn), tính
ổn định của hệ thống sẽ không được đảm bảo và hệ thống sẽ không điều
khiển được. Như vậy bộ điều khiển chỉ có thể thích nghi khi thông số b1
của quá trình thay đổi trong một gới hạn cho phép.
Phép xấp xỉ k = (bm1 + am2 –a2)/(2.b1) không ảnh hưởng đáng kể đến
chất lượng điêu khiển vì một khi hệ thống vòng kín tiến đến hàm truyền
đạt mong muốn thì phép xấp xỉ này cũng tiến đến một phép toán chính
xác.
Nói tóm lại, tính ổn định của hệ thống phụ thuộc nhiều vào thông số b1
của quá trình. Việc lựa chọn thông số
γ
của bộ điều khiển thích nghi phải
căn cứ vào tầm thay đổi của thông số b1 khi hệ thống hoạt động
2.3.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển
Hình 2.6. Các khối chính của bộ điều khiển
Trong đó :
a) Khối đối tượng : là quá trình cần điều khiển (đối tượng động cơ cần
điều khiển tốc độ)
Đồ án môn học Trang bị điện
G
DC
(s) =
JLA
KbKtBfRA
s
JLA

*
sN
sN
m
=
2.1
1
2
amsams
bm
++
c) Khối luật điều khiển: u = k.(n
*
- n)
Hình 2.8. Khối luật điều khiển
d) Khối hiệu chỉnh hệ số: là khối quan trọng nhất của bộ điều khiển
thích nghi, có chức năng hiệu chỉnh hệ số tỉ lệ k của khối luật điều khiển
theo luật cập nhật thông số MIT
dt
dk
= -
1
γ
(n - n
m
).





1
γ
quá lớn có thể làm hệ thống mất ổn định. Do đó việc lựa chọn
γ

tùy thuộc vào tầm thay đổi của b1 sao cho
1
γ
=
γ
.b1 vẫn còn đủ nhỏ khi
b1 đạt đến giá trị cực đại. Giả sử chưa xét đến tác động của nhiễu, b1
thay đổi đến giá trị b1
max
thì hệ thống bắt đầu mất ổn định khi:
1
γ
< b1
max
*0.8 =
1
γ
max
(0.8 là hệ số an toàn)
Dựa vào phương trình trên ta có thể chọn tốc độ hội tụ
1
γ
phù hợp với sự
thay đổi của quá trình.
b) Hệ thống chịu nhiễu tác động

γ
= -10
Đồ án môn học Trang bị điện
Hình 2.12. Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi:
1
γ
= -50
Hình 2.13. Đáp ứng ra của bộ điều khiển thích nghi khi:
1
γ
= 100
2.4. Nhận xét
Khi tăng hệ số
1
γ
, thời gian xác lập của hệ thống nhanh dần, chất lượng
điều khiển cũng tốt dần lên. Tuy nhiên, khi tăng đến 1 giá trị giới hạn thì
chất lượng không thay đổi đáng kể, đây chính là giới hạn lựa chọn của hệ
số tốc độ hội tụ.
Đồ án môn học Trang bị điện
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, SƠ ĐỒ
LẮP RÁP
Ở đây ta đi sâu nghiên cứu sơ đồ nguyên lý của máy mài tròn 3A161
được dùng để gia công mặt trụ của các chi tiết có chiều dài dưới 1000mm
và đường kính dưới 280mm, đường kính đá mài lớn nhất là 600mm.
3.1. Sơ đồ điều khiển máy mài
Sơ đồ điều khiển đơn giản hóa: