Điều chỉnh mômen trong dây chuyền cán nóng liên tục

51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 ĐIỀU CHỈNH MÔMEN TRONG DÂY CHUYỀN CÁN NÓNG LIÊN TỤC Võ Quang Lạp - Trương Thị Quỳnh Như (Trường ĐH Kĩ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên) 1. Đặt vấn đề Hiện tại, ở nước ta có nhiều dây chuyền cán nóng liên tục dùng để cán thép xây dựng. Một trục cán được truyền động bằng một động cơ cho hai giai đoạn của công nghệ: Cán thô điều chỉnh công suất, cán tinh điều chỉnh mômen trong quá trình điều chỉnh tốc độ. Hệ truyền động được sử dụng là hệ truyền động Tiristor - Động cơ điện một chiều. Trong công đoạn cán thô điều chỉnh điện áp, cán tinh điều chỉnh từ thông của động cơ. Hệ truyền động điều chỉnh từ thông để điều chỉnh mômen động cơ nhằm thích ứng cho công đoạn cán tinh là một hệ truyền động phức tạp, có tính phi tuyến cao. Việc phân tích và tổng hợp thành công hệ truyền động sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, vì đây là hệ thống chưa được khảo sát cụ thể. Trong khi đó, ngoài thực tế đang được sử dụng. Trên cơ sở của việc tổng hợp và mô phỏng với bộ điều khiển PID kinh điển, nghiên cứu điều khiển mờ để tạo ra bộ mờ lai nhằm nâng cao chất lượng hệ truyền động sẵn có. 2. Phân tích và tổng hợp truyền động Đối với hệ truyền động T – Đ, việc điều chỉnh từ thông động cơ để điều chỉnh mômen động cơ thường được thiết kế với hai mạch vòng phản hồi trong nhằm ổn định dòng điện kích từ, mạch vòng phản hồi ngoài là mạch vòng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ. Trong trường hợp trục cán làm việc ở chế độ cán tinh do phụ tải nặng nề, mômen cản biến thiên liên tục, nên phải đảm bảo cho mômen động cơ đủ lớn thắng được mômen cản, hay nói cách khác với truyền động này cần ưu tiên đến mômen động cơ. Khi tải biến thiên, hệ truyền động cần đưa thêm mạch vòng phản hồi dòng điện, có thể gọi mạch vòng này là mạch vòng bù dòng điện phần ứng. Xét sơ đồ truyền động trục cán trong dây chuyền cán nóng liên tục của nhà máy cán thép Gia Sàng Thái Nguyên (Hình 1). Hình 1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động trục cán Trong trường hợp hệ làm việc ở chế độ cán tinh, từ sơ đồ hình 1 tách phần điều chỉnh từ thông để điều chỉnh mômen ta nhận được sơ đồ cấu trúc hệ truyền động như hình 2. 1 51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển mômen Từ hình 2, sau khi biến đổi ta nhận được sơ đồ cấu trúc hình 3. Từ đây, ta tiến hành mô phỏng để đánh giá hệ truyền động. Hình 3. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển mômen đã được biến đổi 3. Mô phỏng hệ truyền động 3.1. Tính toán các thông số của hệ thống Chọn động cơ điện một chiều có thông số như sau: Công suất định mức của động cơ: Pđm = 75KW Điện cảm mạch phần ứng: Lư = 0,0022H Điện áp định mức của động: Uđm = 220V Điện trở mạch phần ứng: Rư = 0,0253 Tốc độ định mức: nđm = 1500 v/p Điện cảm mạch kích từ: Lkt = 0,08H Hiệu suất định mức: đm = 90% Điện trở mạch kích từ Rkt = 30 1500 Từ đó ta tính được: 157(rad / s) dm 9,55 Pdm 75.1000 Mômen định mức: M dm 477,7(Nm) dm 157 Pdm 75.1000 Dòng điện định mức: I dm 340,9(A) U dm 220 M dm 477,7 K dm 1,4 I dm 340,9 2 51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 L 0,0022 Hằng số thời gian mạch phần ứng: u Tu 0,087 Ru 0,0253 Hàm truyền phần điện từ của động cơ: 1 1 39,52 . WD . Ru s.Tu 1 1 0,087s Hàm truyền của mạch kích từ :Chọn Uđk = 10V. U dm 220 Hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu mạch kích từ: K cl 22. U dk 10 K .K . 22.1,3 Hàm truyền của bộ biến đổi mạch kích từ: cl k WKt . Rkt (1 Tkt s) 30(1 0,0267s) Trong đó: Kk được tính dựa vào đặc tính từ hóa bằng cách tuyến tính hóa đoạn đặc tính làm việc. 1,1 ΔΦ Kk = 1,3 W kkΦ,Io k0 kt ΔIk (1 0,0267s) Chọn bộ điều chỉnh tốc độ PID: Vì hằng số thời gian của cuộn kích từ quá lớn. * 1 sTc 1 sTk Tu FR ( p) .K R . sTu • Tc 1 GD 2 0.962 T với J 0.00256 c J 375 375 * Tc 390 Tc = 390 T 198.97 c (K ) 2 (1.4) 2 KR là hệ số hàm hiệu chỉnh chọn KR = 11.7 ** ().Tk T c K RKR T c T k s 0.03 FR ( s ) 5.9 0.0136 s Tc T c s T c s 3.2. Mô phỏng hệ truyền động cán tinh bằng phần mềm Matlab Từ sơ đồ cấu trúc ta thay các thông số đã tính toán vào ta xây dựng được sơ đồ mô phỏng bằng phần mềm Matlab-Simulink với các khối trong sơ đồ cấu trúc như sau: Hình 4. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển ở chế độ cán tinh khi dùng bộ điều khiển PID 3.3. Kết quả mô phỏng 3 51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 Cho chạy chương trình mô phỏng ta được các đồ thị ở chế độ cán tinh như sau: Trường hợp K = 0.5 Trường hợp K = 0.8 Trường hợp K = 1 Từ kết quả mô phỏng ta thấy, ứng với trường hợp K = 1 đặc tính có dạng đúng với hệ thống có chất lượng tốt nhất, hệ thống làm việc ổn định nhất, dòng điện quá độ nhỏ nhất. 4. Đánh giá 4 51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 Qua khảo sát ta có thể tính toán và mô phỏng hệ thống truyền động ở chế độ cán tinh chỉ dùng bộ điều khiển PID với các thông số cố định ta nhận thấy: Chất lượng động của hệ thống truyền động tương đối đảm bảo yêu cầu, tuy nhiên trong hệ thống có từ thông là phi tuyến mà hệ thống chỉ mô phỏng với hệ số của mạch kích từ Kk cố định nên chất lượng của hệ thống chưa cao. Để giải quyết vấn đề này ta có thể đưa thêm bộ điều khiển mờ vào để chỉnh định thông số của bộ điều khiển PID  Tóm Tắt Bài báo trình bày cách phân tích tổng hợp hệ truyền động trục cán trong dây chuyền cán nóng liên tục thực hiện trong công đoạn cán tinh. Kết quả tổng hợp giúp cho việc khai thác, sử dụng và tìm biện pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động sẵn có. Summary The adjustment of torque in the hot - rolled line This paper presents the direction for analyzing, collecting roll drive system in the continuously hot - rolled line which takes place in the step of fine roll. The collecting result hepls to exploit, apply and find out the solution to enhance the quality of existing drive system. Tài liệu tham khảo [1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2002), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. [2]. Võ Quang Lạp, Trần Thọ (2004), Cơ sở điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. [3]. Nguyễn Doãn Phước, Lí thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. [4]. Nguyễn Phùng Quang (2003),MATLAB & Simulink dành cho kĩ sư điều khiển tự động, Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. 5