Ứng dụng điều khiển mờ điều chỉnh công suất của hệ truyền động trục cán để thỏa mãn yêu cầu cán thô trong dây chuyền cán nóng liên tục có công suất nhỏ

Nguy ễn Th ị Thu Hi ền Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 112(12)/2: 97 - 102 ỨNG D ỤNG ĐIỀU KHI ỂN M Ờ ĐIỀU CH ỈNH CÔNG SU ẤT C ỦA HỆ TRUY ỀN ĐỘ NG TR ỤC CÁN ĐỂ TH ỎA MÃN YÊU C ẦU CÁN THÔ TRONG DÂY CHUY ỀN CÁN NÓNG LIÊN T ỤC CÓ CÔNG SU ẤT NH Ỏ Nguy ễn Th ị Thu Hi ền Tr ường Đạ i h ọc Công ngh ệ thông tin và Truy ền thông - ĐH Thái Nguyên TÓM T ẮT Trong công ngh ệ cán yêu c ầu: Ở ch ế độ cán thô, mô men không đổ i, công su ất cho phép bi ến thiên; còn ở ch ế độ cán tinh, mô men cho phép bi ến thiên, công su ất không đổ i. Trong bài báo này ti ến hành phân tích và t ổng h ợp h ệ truy ền độ ng cho tr ục cán làm vi ệc ở ch ế độ cán thô trong dây chuy ền cán nóng liên t ục có công su ất nh ỏ. H ệ th ống truy ền độ ng này đang có ph ổ bi ến ở n ước ta. Kết qu ả c ủa vi ệc kh ảo sát và đáng giá th ấy được chất l ượng th ực tr ạng c ủa h ệ th ống, t ừ đó giúp cho vi ệc nghiên c ứu để khai thác và nâng cao ch ất l ượng h ệ th ống. Từ khóa: Hệ th ống truy ền độ ng m ột chi ều ki ểu T-Đ, t ổng h ợp h ệ, mô ph ỏng, điều khi ển m ờ, m ạch vòng ph ản h ồi ĐẶT V ẤN ĐỀ * thô, vi ệc điều ch ỉnh t ốc độ được th ực hi ện ở Trong các dây chuy ền cán nóng liên t ục có mạch ph ần ứng độ ng c ơ, còn ở ch ế độ cán công su ất nh ỏ, m ột tr ục cán làm vi ệc ở hai tinh vi ệc điều ch ỉnh t ốc độ được hi ện ở m ạch ch ế độ , v ừa cán thô v ừa cán tinh. Ở ch ế độ kích t ừ. cán thô, vi ệc điều ch ỉnh t ốc độ và th ực hi ện TỔNG H ỢP H Ệ TRUY ỀN ĐỘ NG đồng t ốc gi ữa các tr ục cán đề u do điều ch ỉnh Để đánh giá được ch ất l ượng h ệ th ống truy ền công su ất. Ở ch ế độ cán tinh, công su ất tr ục động cho các tr ục cán trong các dây truy ền cán được gi ữ không đổi, quá trình điều ch ỉnh cán đang có ở n ước ta, thì vi ệc phân tích t ổng mômen để điều ch ỉnh t ốc độ , vi ệc đồ ng t ốc hợp và ti ến hành mô ph ỏng h ệ truy ền độ ng là không được th ực hi ện. V ới vi ệc thi ết k ế nh ư một yêu c ầu r ất quan tr ọng. Ta có s ơ đồ c ấu vậy s ẽ làm cho vi ệc đầ u t ư kinh t ế ít, thu h ồi trúc h ệ truy ền độ ng nh ư hình v ẽ 1. vốn nhanh. Nh ững dây chuy ền cán nóng liên Với s ơ đồ c ấu trúc này s ẽ ti ến hành t ổng h ợp tục được thi ết k ế nh ư nêu ở trên th ường dùng hệ truy ền độ ng làm vi ệc ở ch ế độ cán thô, ch ế để s ản xu ất thép xây d ựng có ch ất l ượng th ấp độ cán tinh s ẽ ti ếp t ục nghiên c ứu sau. S ơ đồ và nh ững dây chuy ền cán này th ường có ph ổ cấu trúc h ệ truy ền độ ng làm vi ệc ở ch ế độ cán bi ến ở n ước ta [1]. thô được th ể hi ện nh ư hình 2. Trong nh ững dây chuy ền cán này, vi ệc điều Trong s ơ đồ này h ệ truy ền độ ng T-Đ v ới hai ch ỉnh t ốc độ tr ục cán được th ực hi ện t ừ h ệ mạch vòng âm t ốc độ và âm dòng điện là hai truy ền độ ng cho tr ục cán. H ệ truy ền độ ng cho mạch vòng quen bi ết, còn m ạch vòng th ứ ba tr ục cán trong dây truy ền cán nóng liên t ục là m ạch vòng l ực c ăng nh ằm th ực hi ện đồ ng đang được s ử d ụng ph ổ bi ến hi ện nay ở n ước tốc. Qua phân tích th ấy rõ th ực ch ất c ủa m ạch ta là h ệ T - Đ. Ví d ụ nh ư h ệ th ống truy ền vòng th ứ ba là m ạch vòng v ị trí. Vì v ậy, vi ệc động T - Đ tr ục cán trong dây chuy ền cán xây mô hình c ấu trúc h ệ truy ền độ ng nh ư hình nóng liên t ục ở nhà máy cán Natseel Vina. 3 là h ợp lý. Quá trình t ổng h ợp h ệ th ống được Động c ơ truy ền độ ng trong h ệ truy ền độ ng th ực hi ện t ừ m ạch vòng trong ra đến m ạch này có công su ất P =110 KW. Ở ch ế độ cán vòng ngoài. K ết qu ả t ổng h ợp m ỗi m ạch vòng sẽ ch ọn được b ộ điều ch ỉnh thích h ợp. * Tel: 0972208032; Email: nthienedu@gmail.com Nguy ễn Th ị Thu Hi ền Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 112(12)/2: 97 - 102 Hình 1. Sơ đồ c ấu trúc h ệ truy ền độ ng tr ục cán Hình 2. Sơ đồ kh ối h ệ th ống ở ch ế độ cán thô Trong đó: Tđ Tín hi ệu điều khi ển( điện áp) WCBI Hàm truy ền đạt c ủa c ảm bi ến dòng điện WCB ω Hàm truy ền đạ t c ủa c ảm bi ến t ốc độ WCBT Hàm truy ền đạ t c ủa c ảm bi ến l ực c ăng Tổng h ợp m ạch vòng dòng điện Tư là h ệ s ố th ời gian điện t ừ c ủa m ạch Sơ đồ c ấu trúc thu g ọn c ủa m ạch vòng dòng ph ần ứng điện khi b ỏ qua ảnh h ưởng c ủa s ức điện độ ng Tv là h ệ s ố th ời gian c ủa độ ng c ơ điều khi ển nh ư hình 3. Ki điện tr ở c ủa c ảm bi ến dòng điện Trong bài báo này ti ến hành t ổng h ợp m ạch Áp d ụng tiêu chu ẩn t ối ưu modul ta có: vòng dòng điện theo tiêu chu ẩn t ối ưu modul để 1 tìm hàm truyền c ủa b ộ điều ch ỉnh dòng điện: = (2) FOMi ( p ) 2 12+τσ + 2. τ σ p Ch ọn τσ = min (T si , T ư) = T si .Ta có hàm truy ền c ủa m ạch vòng dòng điện : 1 + p. T RT.  1  (3) Hình 3. Sơ đồ thu g ọn m ạch vòng dòng điện R ()p = u = u 1 +  i T   2p . K ..K si .2 K CL ..KTi si  p. Tu  Ta có: CL i p Ip(). KK 1 R (p) là khâu t ỷ l ệ - tích phân (PI) S( p )= = cl i . (1) i 0i Up() R()()()()1.+ pT 1 + pT 1.1. + pT + pT dk dk v i u Tổng h ợp m ạch vòng t ốc độ Trong đó: T đk là h ằng s ố th ời gian c ủa m ạch Sơ đồ c ấu trúc thu g ọn m ạch vòng t ốc độ nh ư điều khi ển hình v ẽ 4. Kcl hệ s ố mạch ch ỉnh l ưu Để t ổng h ợp m ạch vòng t ốc độ , ta có th ể t ổng Ti là h ệ s ố th ời gian c ủa c ảm bi ến dòng điện hợp theo ph ươ ng pháp t ối ưu modul và 98 Nguy ễn Th ị Thu Hi ền Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 112(12)/2: 97 - 102 ph ươ ng pháp t ối ưu đối x ứng [2, 3]. Trong bài Tổng h ợp m ạch vòng l ực c ăng theo tiêu báo này, áp d ụng theo tiêu chu ẩn t ối ưu chu ẩn t ối ưu modul tìm được hàm truy ền c ủa modul để xác đị nh hàm truy ền c ủa b ộ điều bộ điều ch ỉnh l ực c ăng có d ạng khâu PD: ch ỉnh t ốc độ : = K ω + (8) RT ()p 1( 2T sω .)p K r .K T .2. TT = + Với: RT K P K D .p (9) K Hình 4. Sơ đồ thu g ọn m ạch vòng t ốc độ K = ω (10) P K .K 2. T Trong đó: r T T 1 1 R KΦ Kω .T ω S ()p = . . . (4) K = s (11) oω 1( + 2T .p ) K K...Φ T p 1( + p.) T D si i c ω Kr .KTT.T Tsi là h ệ s ố th ời gian c ủa sens ơ dòng điện MÔ PH ỎNG H Ệ TRUY ỀN ĐỘ NG Tư là h ệ s ố th ời gian điện t ừ c ủa m ạch ph ần Thông s ố độ ng c ơ truy ền độ ng tr ục cán l ấy t ừ ứng Nhà máy cán Natsteel nh ư sau: Tv là h ệ s ố th ời gian c ủa độ ng c ơ điều khi ển Công su ất đị nh m ức c ủa độ ng c ơ: Ki điện tr ở c ủa c ảm bi ến Pđm =110 KW, P kt đm = 9 KW Áp d ụng tiêu chu ẩn t ối ưu modul ta có: Điện áp đị nh m ức c ủa độ ng c ơ: 1 U =220 V, U =110 V = (5) đm kt đm FOM ω ( p) 2 2 1 + .2 τ σ .p + 2τ σ p Tốc độ đị nh m ức: n đm= 1500 v/ph Hi ệu su ất đị nh m ức: ηđm= 90% Ch ọn τσ = T sω . Ta có hàm truy ền c ủa b ộ điều ch ỉnh t ốc độ theo tiêu chu ẩn t ối ưu modul: Điện c ảm m ạch ph ần ứng: L ư =0,0016 H Φ Điện tr ở m ạch ph ần ứng: R =0,019 Ω K i .K .T c ; (6) ư R ω ()p = RK. ω .2. T sω Hằng s ố th ời gian b ộ ch ỉnh l ưu: T v=0,0033 s Rω(p) là khâu t ỷ l ệ (P). Hằng s ố th ời gian mạch điều khi ển b ộ ch ỉnh lưu: T = 0,00015 s Tiêu chu ẩn này được s ử d ụng khi h ệ th ống đk Hằng s ố th ời gian c ủa c ảm bi ến dòng điện: kh ởi độ ng đã mang t ải, lúc đó ta không coi I C là nhi ễu n ữa. Ti =0,0025 s Kết qu ả khi t ổng h ợp m ạch vòng t ốc độ b ằng Hằng s ố th ời gian c ủa c ảm bi ến t ốc độ : tiêu chu ẩn t ối ưu modul ta có: Tω = 0,0015 s ω ()p = 1 1 ≈ 1 1 (7) Hằng s ố th ời gian c ủa c ảm bi ến l ực c ăng: 2 2 . . ω ()p 1+ 2T ω .p + 2T ω p Kω 1+ 2T ω .p Kω d s s s TT = 0,3s Tổng h ợp m ạch vòng l ực c ăng Từ đó ta tính được: Sơ đồ c ấu trúc thu g ọn m ạch vòng l ực c ăng 1500 nh ư hình 5. ω = = 157 (rad /)s dm 9,55 Mômen định m ức: P 75 .1000 M = dm = = 477 (7, Nm ) dm ω dm 157 Dòng điện đị nh m ức: P 75 .1000 = dm = = Hình 5. Sơ đồ c ấu trúc thu g ọn m ạch vòng l ực c ăng I dm 340 ,9(A ) U dm 220 Nguy ễn Th ị Thu Hi ền Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 112(12)/2: 97 - 102 ∆Φ M dm 477 7, k = Φ I, , K = 1,3 Kφ = = = 4,1 k o k 0 k dm ∆I k I dm 340 9, Hằng s ố th ời gian m ạch ph ần ứng: 1,1 ⇒ W = L ,0 0022 kt = u = = 1( + ,0 0267 ) Tu 0,087 Ru ,0 0253 Ch ọn b ộ điều ch ỉnh t ốc độ PID: Vì h ằng s ố Hàm truy ền c ủa độ ng c ơ : th ời gian c ủa cu ộn kích t ừ qúa l ớn. 1 1 39,52 K là h ệ s ố hàm hi ệu ch ỉnh ch ọn K = 11.7 W = . = R R D + + Ru PT. u 1 1 0,087 P Suy ra: (T +T*)K K TTP*. Hàm truy ền c ủa m ạch kích t ừ: = k c R + R + c k = + 0.03+ FRω ()p 9.5 0.0136P T TP T P Ch ọn U đk = 10V c c c Hệ s ố khu ếch đạ i b ộ ch ỉnh l ưu m ạch kích t ừ: U 220 Sau khi tính toán các thông s ố c ủa h ệ th ống K = dm = = 22 cl U 10 theo tiêu chu ẩn t ối ưu modul, tìm ra hàm dk truy ền c ủa các khâu hi ệu ch ỉnh, ti ến hành Hàm truy ền c ủa b ộ bi ến đổ i m ạch kích t ừ: ghép n ối các khâu l ại v ới nhau và ki ểm K .K . 22.1,3 W = cl k = . nghi ệm l ại h ệ th ống. S ử d ụng ph ần m ềm Kt + + Rkt 1( Tkt p) 30(1 ,0 0267 P) Matlab -Simulink để ti ến hành mô ph ỏng h ệ th ống ở ch ế độ cán thô khi kh ối điều ch ỉnh Trong đó: K k được tính d ựa vào đặc tính t ừ hoá b ằng cách tuy ền tính hoá đoạn đặ c tính lực c ăng dùng b ộ điều khi ển PID (PD) [4, 5]. làm vi ệc. Sơ đồ mô ph ỏng h ệ điều khi ển nh ư hình 6. Hình 6. Sơ đồ mô ph ỏng h ệ điều khi ển ở ch ế độ cán thô Hình 7. Sơ đồ mô ph ỏng h ệ điều khi ển ở ch ế độ cán thô khi kh ối điều ch ỉnh l ực c ăng dùng b ộ điều khi ển PID k ết h ợp v ới b ộ điều khi ển m ờ 100 Nguy ễn Th ị Thu Hi ền Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 112(12)/2: 97 - 102 Trong th ực t ế để phát huy h ết ưu điểm c ủa b ộ Bộ điều khi ển PID k ết Bộ điều khi ển PID điều khi ển m ờ và b ộ điều khi ển truy ền th ống, hợp v ới B ĐK m ờ ng ười ta th ường dùng các h ệ k ết h ợp gi ữa b ộ điều khi ển truy ền th ống và điều khi ển m ờ v ới nhau, do v ậy ta có các h ệ điều khi ển m ờ lai. Ta xét h ệ điều khi ển có c ấu trúc 2 vòng, v ới mạch vòng th ứ nh ất là b ộ điều khi ển PID và vòng hai là b ộ điều khi ển m ờ. Bổ xung thêm b ộ điều khi ển m ờ ta thi ết k ế với 1 bi ến đầ u vào và 1 bi ến đầ u ra. V ới tính đơ n gi ản và kh ả n ăng tính toán nhanh ta ch ọn lu ật h ợp thành MAX-MIN. T ừ đó thi ết l ập ra các lu ật m ờ. D ựa vào các lu ật m ờ đã thi ết l ập ta gi ải m ờ b ằng ph ươ ng pháp c ực đạ i theo nguyên lý trung bình để gi ải m ờ là phù h ợp nh ất v ới vi ệc tính toán đơn gi ản, tính liên t ục và tính h ợp lý c ủa k ết qu ả nh ận được.V ới b ộ điều khi ển m ờ ta thi ết k ế thay vào s ơ đồ hình 6, ta được s ơ đồ mô ph ỏng h ệ điều khi ển ở ch ế độ cán thô khi kh ối điều ch ỉnh l ực c ăng dùng b ộ điều khi ển PID k ết h ợp v ới b ộ điều khi ển nh ư hình 7 [6]. K ết qu ả mô ph ỏng cho Hình 9. Kết qu ả mô ph ỏng v ới T d=10V (có t ải) 2 tr ường h ợp s ử d ụng bộ điều khi ển PID và KẾT LU ẬN bộ điều khi ển PID k ết h ợp v ới B ĐK m ờ nh ư hình 8 và hình 9. Qua kh ảo sát, tính toán và mô ph ỏng h ệ th ống truy ền độ ng tr ục cán ở ch ế độ cán thô ch ỉ Bộ điều khi ển PID k ết Bộ điều khi ển PID dùng b ộ điều khi ển PID kết h ợp b ộ điều khi ển hợp v ới B ĐK m ờ mờ với các thông s ố c ố đị nh ta nh ận th ấy: Ch ất l ượng độ ng c ủa h ệ th ống truy ền độ ng tươ ng đối đả m b ảo yêu c ầu k ỹ thu ật th ể hi ện là t ốc độ t ăng đề u và gia t ốc gi ữ không đổ i. Trong h ệ th ống có m ạch vòng l ực c ăng là mạch vòng ch ứa tính phi tuy ến mà h ệ th ống ch ỉ mô ph ỏng v ới thông s ố c ố đị nh nên ch ất lượng c ủa h ệ th ống ch ưa cao khi ch ưa k ết h ợp bộ điều khi ển m ờ. Do v ậy, ta th ấy d ạng tín hi ệu ra c ủa dòng điện, t ốc độ và l ực c ăng có dao động. V ấn đề này đã được gi ải quy ết khi chúng ta có th ể dùng các ph ươ ng pháp điều khi ển hi ện đạ i để nâng cao ch ất l ượng h ệ th ống đó là dùng b ộ điều khi ển m ờ. TÀI LI ỆU THAM KH ẢO [1]. Nguy ễn M ạnh Ti ến, Vũ Quang H ồi (2006), Trang b ị điện – điện t ử máy gia công kim lo ại, Nhà xu ất b ản Giáo d ục. [2]. Bùi Qu ốc Khánh, Ph ạm Qu ốc H ải, Nguy ễn Văn Li ễn, D ươ ng V ăn Nghi (1999), Điều ch ỉnh t ự Hình 8. Kết qu ả mô ph ỏng v ới T d=10V (Khi không t ải) động truy ền độ ng điện, Nhà xu ất b ản Khoa h ọc k ỹ thu ật. Nguy ễn Th ị Thu Hi ền Tạp chí KHOA H ỌC & CÔNG NGH Ệ 112(12)/2: 97 - 102 [3]. Tr ần Th ọ, Võ Quang Lạp (2008), Cơ s ở điều [5]. William S.Levine University of Maryland, khi ển t ự độ ng truy ền độ ng điện, Nhà xu ất b ản Using Matlab to analyze and Design Control Khoa h ọc và K ỹ thu ật Hà N ội. Systems . [4]. Nguy ễn Phùng Quang (2006), Matlab và [6]. Nguy ễn Tr ọng Thu ần (2006), Điều khi ển m ờ Simulink dành cho k ỹ s ư điều khi ển t ự độ ng , Nhà và ứng d ụng , Nhà xu ất b ản Khoa h ọc và K ỹ thu ật xu ất b ản Khoa h ọc và K ỹ thu ật Hà N ội. Hà N ội. SUMMARY FUZZY CONTROL APPLICATIONS POWER REGULATION OF ROLL DRIVE SYSTEM TO SATISFY COARSE ROLL REQUIREMENT IN SMALL POWER CONTINUOUS HOT ROLLING LINE Nguyen Thi Thu Hien* College of Information Communication and Technology - TNU In rolling technology requires: In coarse roll mode, moment is constant, power enables variable, but in finishing roll mode, moment enables variable, power is constant. In this paper analyze and synthetize a roll drives system operate at coarse roll mode in small power continuous hot rolling line. Drive system is having widespread in Viet Nam. Evaluation and studies results show real situation quality of system, help study to improve and develop system quality since. Key words: Drivetrain DC T-D model, system synthesis, simulation, fuzzy control, the feedback loop Ph ản bi ện khoa h ọc: TS. Ph ạm Đứ c Long – Tr ường Đạ i h ọc CNTT & TT – ĐH Thái Nguyên * Tel: 0972208032; Email: nthienedu@gmail.com 102