Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển ftsm thích nghi và bộ quan sát hgo tổng hợp hệ điều khiển truyền động băng vật liệu nhiều động cơ

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển ftsm thích nghi và bộ quan sát hgo tổng hợp hệ điều khiển truyền, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên

• Tác giả: Trần Xuân Tình
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Tuấn Thành
• Trường học: Học viện Kỹ thuật Quân sự
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Bộ Điều Khiển FTSM Thích Nghi Trong Hệ Truyền Động Điện Băng Vật Liệu Nhiều Động Cơ
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN
• 1.1. Cấu trúc tổng quát hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ
• 1.2. Yêu cầu công nghệ hệ truyền động băng vật liệu
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.4. Sử dụng bộ quan sát lực căng trong hệ truyền động khâu xử lý băng vật liệu đàn hồi
• 1.5. Đặt bài toán nghiên cứu
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ BỘ QUAN SÁT LỰC CĂNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ
• 2.1. Xây dựng mô hình toán học
• 2.2. Mô hình hệ lô cuộn lại
• 2.3. Mô hình hệ lô tháo cuộn
• 2.4. Xây dựng bộ quan sát lực căng trên băng vật liệu
• 2.5. Các bước xây dựng bộ quan sát HGO
• 2.6. Bộ quan sát lực căng HGO cho lô dẫn động
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI KẾT HỢP BỘ QUAN SÁT HGO CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU
• 3.1. Bộ điều khiển PID cho hệ truyền động băng vật liệu
• 3.2. Mô hình tổng quát các bộ điều khiển cho hệ vận chuyển băng vật liệu
• 3.3. Xây dựng bộ điều khiển FTSM cho hệ lô dẫn động
• 3.4. Điều khiển trượt đầu cuối nhanh
• 3.5. Bộ điều khiển cho hệ dẫn động
• 3.6. Xây dựng bộ điều khiển FTSM thích nghi cho lô tháo cuộn
• 3.7. Bộ điều khiển lực căng lô tháo cuộn
• 3.8. Bộ điều khiển tốc độ dài lô tháo cuộn
• 3.9. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ cho lô đặt tốc độ dài
• 3.10. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU
• 4.1. Tham số mô phỏng
• 4.2. Trình tự thực hiện mô phỏng
• 4.3. Xây dựng mô hình mô phỏng
• 4.4. Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển PID
• 4.5. Huấn luyện mạng nơ ron
• 4.6. Kết quả mô phỏng
• 4.7. Đánh giá chất lượng bộ quan sát lực căng HGO
• 4.8. Đánh giá chất lượng bộ điều khiển
• 4.9. Mô phỏng theo thời gian thực
• 4.10. Đánh giá mức độ hoàn thành mục tiêu luận án
• 4.11. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Hệ Truyền Động Điện Băng Vật Liệu Đa Động Cơ

Hệ truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ đóng vai trò quan trọng trong các tổ hợp thiết bị kỹ thuật công nghiệp và quốc phòng. Các ứng dụng phổ biến bao gồm hệ quấn nhả trong sản xuất giấy, màng mỏng, hệ cán kéo sản xuất tôn thép, pin năng lượng mặt trời và cáp điện. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử công suất và vi điều khiển đã nâng cao chất lượng của các hệ truyền động này. Tuy nhiên, yêu cầu ngày càng cao về năng suất, chất lượng và giảm giá thành sản phẩm đòi hỏi các phương pháp điều khiển mới. Hệ truyền động băng vật liệu là hệ động lực học phi tuyến, chịu tác động của các yếu tố bất định như mômen, ma sát và tính đàn hồi. Do đó, cần có các phương pháp điều khiển có tính bền vững cao. Theo Trần Xuân Tình (2023), việc phát triển các bộ điều khiển tiên tiến đang là trọng tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng khắt khe của các dây chuyền vận chuyển băng vật liệu hiện đại.

1.1. Cấu Trúc Tổng Quát Của Hệ Thống Truyền Động Băng Vật Liệu

Hệ thống vận chuyển băng vật liệu là một tổ hợp phức tạp, bao gồm nhiều bộ phận thực hiện việc vận chuyển và xử lý dải băng vật liệu. Cấu tạo hệ máy bao gồm sự phối hợp giữa các hệ cơ và điện, bao gồm lô tháo cuộn (unwinder), lô cuộn lại (rewinder), con lăn dẫn hướng (guiding roller), các thiết bị xử lý vật liệu (ví dụ: máy in, máy cắt), và hệ thống điều khiển. Các thành phần này phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục và đạt được chất lượng sản phẩm mong muốn. Việc thiết kế và điều khiển hệ thống này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về động lực học của băng vật liệu, cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến lực căng và tốc độ của băng.

1.2. Các Yêu Cầu Công Nghệ Đối Với Hệ Truyền Động Băng Vật Liệu

Hệ truyền động băng vật liệu phải đáp ứng nhiều yêu cầu công nghệ khắt khe để đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Các yêu cầu chính bao gồm: kiểm soát lực căng của băng vật liệu để tránh bị rách hoặc nhăn, duy trì tốc độ ổn định để đảm bảo quá trình xử lý diễn ra chính xác, đồng bộ hóa tốc độ giữa các động cơ để tránh trượt băng, và giảm thiểu rung động để cải thiện chất lượng bề mặt sản phẩm. Ngoài ra, hệ thống cũng cần có khả năng thích ứng với sự thay đổi của các thông số vật liệu, chẳng hạn như độ dày, độ rộng và tính đàn hồi của băng. Theo Trần Xuân Tình (2023), việc đáp ứng các yêu cầu này đòi hỏi các phương pháp điều khiển tiên tiến, có khả năng xử lý các yếu tố phi tuyến và bất định trong hệ thống.

II. Vấn Đề Điều Khiển Trong Hệ Truyền Động Điện Băng Vật Liệu

Hệ truyền động băng vật liệu đặt ra nhiều thách thức trong điều khiển do tính phi tuyến, liên kết chéo và sự biến đổi của các tham số. Lực căng của băng vật liệu là một yếu tố quan trọng cần được kiểm soát chính xác, nhưng nó lại bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tốc độ, đường kính lô và tính chất vật liệu. Sự thay đổi đường kính lô trong quá trình cuộn và tháo cuộn làm cho mômen quán tính của hệ thống thay đổi, gây khó khăn cho việc điều khiển tốc độ và lực căng. Ngoài ra, các yếu tố bất định như ma sát và nhiễu cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Do đó, cần có các phương pháp điều khiển mạnh mẽ, có khả năng chống nhiễu và thích ứng với sự thay đổi của các tham số.

2.1. Ảnh Hưởng Của Lực Căng Đến Chất Lượng Sản Phẩm

Lực căng đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm trong các hệ thống xử lý băng vật liệu. Lực căng quá lớn có thể dẫn đến rách băng, đặc biệt với các vật liệu mỏng manh. Ngược lại, lực căng quá nhỏ có thể gây ra hiện tượng nhăn hoặc trùng băng, làm ảnh hưởng đến quá trình xử lý tiếp theo như in ấn hoặc cắt. Việc kiểm soát chính xác lực căng, do đó, là yếu tố then chốt để duy trì tính đồng đều và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Các phương pháp điều khiển tiên tiến cần phải đảm bảo lực căng luôn nằm trong phạm vi chấp nhận được, bất kể sự thay đổi của tốc độ, đường kính lô hoặc các yếu tố nhiễu.

2.2. Bài Toán Đồng Bộ Hóa Tốc Độ Trong Hệ Đa Động Cơ

Trong các hệ thống truyền động băng vật liệu sử dụng nhiều động cơ, việc đồng bộ hóa tốc độ giữa các động cơ là cực kỳ quan trọng. Sự khác biệt nhỏ trong tốc độ có thể dẫn đến trượt băng, gây ra sự không đồng đều trong lực căng và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Việc đồng bộ hóa tốc độ thường được thực hiện thông qua các bộ điều khiển phối hợp, đảm bảo rằng tất cả các động cơ hoạt động một cách hài hòa. Các phương pháp điều khiển tiên tiến cần phải tính đến sự tương tác giữa các động cơ và đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi có sự thay đổi tải hoặc các yếu tố nhiễu.

III. Ứng Dụng Bộ Điều Khiển FTSM Thích Nghi Cho Hệ Truyền Động

Bộ điều khiển trượt đầu cuối nhanh (FTSM) thích nghi là một giải pháp hiệu quả để điều khiển hệ truyền động băng vật liệu. FTSM có khả năng đạt được thời gian hội tụ hữu hạn, giúp hệ thống nhanh chóng đạt được trạng thái mong muốn. Tính thích nghi của bộ điều khiển cho phép nó điều chỉnh các tham số của mình để phù hợp với sự thay đổi của hệ thống, đảm bảo hiệu suất điều khiển ổn định trong các điều kiện khác nhau. Kết hợp với bộ quan sát HGO, FTSM có thể hoạt động mà không cần cảm biến lực căng, giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống. Phương pháp này hứa hẹn mang lại hiệu suất cao và độ tin cậy cao cho hệ truyền động băng vật liệu.

3.1. Ưu Điểm Của Điều Khiển Trượt Đầu Cuối Nhanh FTSM

Điều khiển trượt đầu cuối nhanh (FTSM) là một kỹ thuật điều khiển phi tuyến mạnh mẽ, cung cấp khả năng hội tụ nhanh chóng và chính xác đến trạng thái mong muốn. FTSM khắc phục được nhược điểm của điều khiển trượt truyền thống, giúp hệ thống đạt được trạng thái cân bằng trong thời gian hữu hạn. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu đáp ứng nhanh, chẳng hạn như hệ truyền động băng vật liệu. Ngoài ra, FTSM cũng có khả năng chống nhiễu tốt, giúp hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi có các yếu tố bất định.

3.2. Thiết Kế Bộ Điều Khiển Thích Nghi Cho Hệ Thống

Thiết kế bộ điều khiển thích nghi là một bước quan trọng để đảm bảo hiệu suất điều khiển ổn định trong các hệ thống có tham số thay đổi. Bộ điều khiển thích nghi có khả năng điều chỉnh các tham số của mình để phù hợp với sự thay đổi của hệ thống, giúp duy trì hiệu suất điều khiển mong muốn. Trong hệ truyền động băng vật liệu, tính thích nghi là đặc biệt quan trọng do sự thay đổi đường kính lô và các yếu tố khác. Bộ điều khiển thích nghi có thể sử dụng các kỹ thuật nhận dạng hệ thống để ước lượng các tham số của hệ thống và điều chỉnh các tham số điều khiển cho phù hợp.

3.3. Tích Hợp Bộ Quan Sát HGO Để Ước Lượng Lực Căng

Việc tích hợp bộ quan sát HGO (High-Gain Observer) vào hệ thống điều khiển cho phép ước lượng lực căng của băng vật liệu mà không cần cảm biến. Điều này giúp giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống, đồng thời cải thiện độ tin cậy. Bộ quan sát HGO sử dụng mô hình của hệ thống và các tín hiệu đo được để ước lượng các trạng thái không đo được, chẳng hạn như lực căng. Bộ quan sát HGO có khả năng ước lượng chính xác ngay cả khi có nhiễu và bất định, làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụng thực tế.

IV. Mô Hình Toán Học Và Bộ Quan Sát Lực Căng Cho Hệ Truyền Động

Việc xây dựng mô hình toán học chính xác là nền tảng cho việc thiết kế bộ điều khiển hiệu quả. Mô hình toán học của hệ truyền động băng vật liệu cần tính đến các yếu tố như tính đàn hồi của băng, động lực học của các lô, và sự tương tác giữa các thành phần. Dựa trên mô hình này, có thể thiết kế bộ quan sát lực căng để ước lượng lực căng của băng vật liệu một cách chính xác. Trần Xuân Tình (2023) đã xây dựng mô hình toán học tổng quát cho hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ và tổng hợp bộ quan sát lực căng HGO để thay thế cảm biến lực căng.

4.1. Xây Dựng Mô Hình Toán Học Tổng Quát Cho Hệ Thống

Mô hình toán học của hệ truyền động băng vật liệu là một hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của hệ thống. Mô hình này cần tính đến các yếu tố như: lực căng, vận tốc, đường kính lô, mômen quán tính, và các yếu tố bất định. Việc xây dựng mô hình chính xác đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về vật lý của hệ thống và các giả định hợp lý. Mô hình toán học sẽ được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển và bộ quan sát.

4.2. Thiết Kế Bộ Quan Sát Lực Căng Dựa Trên Mô Hình

Bộ quan sát lực căng là một thuật toán ước lượng lực căng của băng vật liệu dựa trên mô hình toán học và các tín hiệu đo được. Bộ quan sát HGO (High-Gain Observer) là một lựa chọn phổ biến do khả năng chống nhiễu và bất định tốt. Bộ quan sát HGO sử dụng một hệ số khuếch đại cao để đảm bảo ước lượng nhanh chóng và chính xác. Việc thiết kế bộ quan sát cần cân nhắc giữa độ chính xác và độ ổn định.

V. Đánh Giá Chất Lượng Điều Khiển Hệ Truyền Động Điện Băng Vật Liệu

Chất lượng điều khiển của hệ truyền động băng vật liệu có thể được đánh giá thông qua mô phỏng và thực nghiệm. Các tiêu chí đánh giá bao gồm: độ chính xác của việc điều khiển lực căng và tốc độ, thời gian đáp ứng, độ ổn định, và khả năng chống nhiễu. Mô phỏng cho phép kiểm tra hiệu suất của bộ điều khiển trong các điều kiện khác nhau và thực nghiệm xác nhận kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu suất trong môi trường thực tế. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển FTSM kết hợp bộ quan sát HGO có thể đạt được hiệu suất điều khiển cao, đáp ứng các yêu cầu khắt khe của hệ truyền động băng vật liệu.

5.1. Mô Phỏng Điều Khiển Hệ Thống Sử Dụng Matlab Simulink

Matlab-Simulink là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và phân tích các hệ thống động lực học. Sử dụng Matlab-Simulink, có thể xây dựng mô hình mô phỏng của hệ truyền động băng vật liệu và kiểm tra hiệu suất của bộ điều khiển trong các điều kiện khác nhau. Mô phỏng cho phép điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất. Kết quả mô phỏng sẽ cung cấp thông tin quan trọng để đánh giá tính khả thi của bộ điều khiển.

5.2. Các Tiêu Chí Đánh Giá Hiệu Suất Của Bộ Điều Khiển

Hiệu suất của bộ điều khiển có thể được đánh giá dựa trên một số tiêu chí, bao gồm: thời gian đáp ứng, độ quá điều chỉnh, sai số xác lập, và khả năng chống nhiễu. Thời gian đáp ứng là thời gian cần thiết để hệ thống đạt được trạng thái mong muốn. Độ quá điều chỉnh là mức độ mà hệ thống vượt quá trạng thái mong muốn. Sai số xác lập là sự khác biệt giữa trạng thái mong muốn và trạng thái thực tế. Khả năng chống nhiễu là khả năng của hệ thống duy trì hiệu suất điều khiển ngay cả khi có các yếu tố nhiễu.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Cho Nghiên Cứu Tiếp Theo

Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển FTSM thích nghi và bộ quan sát HGO tổng hợp hệ điều khiển truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ đã đạt được những kết quả đáng khích lệ. Bộ điều khiển FTSM thích nghi kết hợp bộ quan sát HGO cho thấy tiềm năng lớn trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ truyền động băng vật liệu. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển tiềm năng cho nghiên cứu tiếp theo, bao gồm việc mở rộng phạm vi ứng dụng, cải thiện tính robustness và tích hợp các kỹ thuật điều khiển tiên tiến khác.

6.1. Tóm Tắt Những Đóng Góp Mới Của Luận Án

Luận án đã có những đóng góp mới trong việc phát triển các phương pháp điều khiển cho hệ truyền động băng vật liệu, bao gồm: đề xuất mô hình phi tuyến tổng quát cho hệ thống, thiết kế bộ nhận dạng sức căng HGO, thiết kế bộ điều khiển phi tuyến FTSM thích nghi. Những đóng góp này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

6.2. Các Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Trong Tương Lai

Trong tương lai, nghiên cứu có thể tập trung vào việc: ứng dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến khác, chẳng hạn như điều khiển dự đoán mô hình (MPC), vào hệ thống; phát triển các phương pháp điều khiển phân tán cho hệ thống nhiều động cơ; nghiên cứu các phương pháp điều khiển thích nghi mạnh mẽ hơn để đối phó với các yếu tố bất định phức tạp; và thực hiện các thử nghiệm thực tế để xác nhận hiệu suất của bộ điều khiển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN 1. Cấu trúc tổng quát hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ Ngày nay, trong các ngành công nghiệp chế biến nguyên vật liệu dạng hình tấm hay dải dài linh hoạt thường được mô tả là băng vật liệu (web) hay nói cách khác là các dạng vật liệu có độ dài lớn hơn rất nhiều so với độ dày và bề rộng của nó; như là: giấy cuộn, phim nhựa, vải cuộn, nilon cuộn và thép cuộn, pin mặt trời dạng dẻo. Sản xuất giấy Gia công giấy Công nghệ in ấn Sản xuất vải sợi Sản xuất pin mặt trời dạng dẻo Sản xuất tôn, thép Hình 1. Các hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng 8 Từ những nguyên liệu này để sản xuất thành một sản phẩm cuối cùng có kích thước bé phù hợp sử dụng thì các băng vật liệu này phải được xử lý, chia nhỏ và chuyển đổi; ví dụ: từ giấy cuộn khổ lớn sản xuất ra các cuộn giấy vệ sinh nhỏ, hay từ cuộn nilon lớn được dùng để sản xuất bao bì bánh kẹo.

Để làm được các vấn đề đó thì băng vật liệu phải được đưa qua các hệ vận chuyển với quy trình xử lý đó là: từ các cuộn vật liệu lớn được tháo cuộn (Unwinder), sau đó được đưa qua các khâu xử lý dải băng vật liệu như in, sơn, dập, chia nhỏ, duỗi thẳng, cuối cùng sẽ được cuộn lại (Rewinder) ở đầu cuối. Cấu trúc tổng quát của một hệ truyền động băng vật liệu Hệ thống vận chuyển băng vật liệu trong sản xuất công nghiệp là tổng hợp nhiều bộ phận, thực hiện việc vận chuyển và xử lý dải băng vật liệu; cấu tạo hệ 9 máy bao gồm sự phối hợp giữa các hệ cơ và điện gồm có các thành phần như: lô tháo cuộn (unwinder), lô cuộn lại (rewinder), con lăn dẫn hướng (guiding roller), các trục lăn kẹp điều chỉnh lực căng (nip roller), bộ dao cắt hoặc bản in., các cảm biến đo lường (load cell), động cơ truyền động và bộ điều khiển. Với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ hiện nay có nhiều phát minh sáng chế để nhằm nâng cao năng suất và chất lượng hệ thống; bên cạnh đó là khả năng đáp ứng nhanh để giữ cho hệ thống làm việc ổn định của bộ điều khiển dưới tác động của nhiễu và sự thay đổi tham số mô hình. Trong hệ máy trên Hình 1.2 chia thành ba khâu: khâu tháo cuộn, khâu xử lý, khâu cuộn lại dải băng vật liệu.

- Khâu tháo cuộn (Unwind): Thể hiện ở Hình 1. Cấu trúc khâu tháo cuộn (Unwind) Trong khâu này có một tang quay (vật liệu đầu vào). Nhiệm vụ của khâu này là tháo cuộn băng vật liệu để cung cấp cho khâu xử lý, yêu cầu đặt ra cho khâu này là làm sao cho dải băng vật liệu đảm bảo cung cấp đủ, kịp thời, không 10 được thừa dư nhiều vật liệu đầu vào trước khi cấp cho khâu xử lý. - Khâu xử lý dải băng vật liệu (Process web): Thể hiện ở hình 1.4 Trong khâu này gồm có: + Bộ phận điều chỉnh lực căng cho dải băng để làm bề mặt của vật liệu phẳng và thẳng không bị dao động và xoắn.

Để xử lý điều này, ở đây sử dụng cơ cấu các con lăn kẹp được truyền động bởi nhiều động cơ M k có tốc độ quay khác nhau để kéo và điều chỉnh lực căng cho dải băng. Sau đó qua một loạt các con lăn dẫn hướng quay tự do để vận chuyển dải băng đến các bộ phận khác. + Bộ phận cắt hoặc in (nếu có): Nếu là máy chia cuộn thì có thêm bộ phận dao cắt chia cuộn. Nếu là máy in thì có bộ phận in lăn.

Khâu xử lý dải băng vật liệu - Khâu cuộn lại băng vật liệu (Rewind): Thể hiện ở Hình 1.5 Trong khâu này gồm có một tang quấn, nhiệm vụ của khâu này là quấn lại băng giấy sau khi đã xử lý. Yêu cầu đặt ra cho bộ điều khiển động cơ cuộn 11 lại là phải điều khiển tốc độ của động cơ này sao cho lực căng của dải băng là không đổi. Nếu lực căng dải băng quá cao sẽ làm băng vật liệu bị đứt hoặc làm cho cuộn băng bị quấn quá chặt. Nếu lực căng quá nhỏ thì sẽ làm cuộn băng lỏng lẻo và không định hình được cuộn sau khi quấn.

Cấu trúc khâu cuộn lại băng vật liệu (Rewind) - Các loại cảm biến: Trong các khâu trên có mặt của các loại cảm biến, dùng để xác định lực căng (load cell), tốc độ (encoder) và đường kính tang cuộn (ultrasonic) của dải băng vật liệu trong quá trình làm việc. Với công nghệ sản xuất khắt khe và yêu cầu cao về năng suất và chất lượng như hiện nay thì việc cải tiến để tăng tốc độ chuyển động của dải băng vật liệu cho các hệ trên là rất cần thiết; tất yếu điều này sẽ kéo theo nhiều vấn đề phức tạp cho bộ điều khiển và phải chọn ra được những phương án tối ưu nhất để hệ thống làm việc ổn định và hiệu quả. Chính vì lẽ đó, sau đây luận án sẽ nghiên cứu các yêu cầu công nghệ, khảo sát phương pháp điều khiển của các công trình đã được công bố, từ đó đề xuất giải pháp phù hợp, gắn với ứng dụng thực tiễn. Yêu cầu công nghệ hệ truyền động băng vật liệu Hệ truyền động băng vật liệu, cụ thể trong đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ máy tráng là hệ truyền động sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ, với bộ biến đổi là biến tần điều khiển vectơ.

Đây là hệ động lực học phi tuyến, chứa các liên hệ chéo giữa các lô, tham số mô hình biến đổi như bán kính và mô men quán tính của lô tháo cuộn và lô cuộn lại, chịu tác động của các yếu tố bất định như mômen, ma sát, đàn hồi, độ dài cung ôm của băng vật liệu và lô.Khảo sát một hệ truyền động băng vật liệu điển hình có một số đặc điểm sau: loại vật liệu được sử dụng là loại có khả năng co giãn với mức độ xác định và khá đồng nhất về tính chất vật lý. Tùy theo dạng bố trí và các phương pháp xử lý khác nhau của các hệ thống con lăn, làm cho bề mặt băng vật liệu bị biến dạng dưới tác động chính của lực căng; do đó để băng vật liệu không bị biến dạng thì yêu cầu lực căng của dải băng phải được giữ ổn định ở một giá trị thích hợp theo quy định cho từng loại vật liệu. Nếu lực căng không phù hợp thì băng vật liệu sẽ bị hỏng; chẳng hạn ở lô cuộn lại: nếu quấn nhanh hơn so với đầu băng vật liệu chuyển ra từ khâu xử lý thì làm cho lực căng tăng, dẫn đến đứt băng; nhưng nếu quấn quá chậm thì sẽ làm cho băng lỏng, lực quấn thấp kết quả cuộn vật liệu sau khi quấn sẽ rất lỏng và không định hình đúng kỹ thuật. Ở lô tháo cuộn cũng vậy nếu tháo quá chậm không kịp cung cấp cho đầu vào khâu xử lý cũng sẽ tạo nên tình huống tương tự là đứt băng; hay nếu tháo quá nhanh thì làm cho băng không kịp chuyển đi, dẫn đến lực căng rất bé, gần như bằng 0, lúc đó khi cấp vào qua các con lăn kẹp, băng vật liệu có thể bị kéo nhăn hay bị nhàu nát không định dạng đúng như khuôn dạng đầu.

Bên cạnh đó, trong quá trình làm việc các lô tháo cuộn và lô cuộn lại sẽ thay đổi đường kính lô và mô men quán tính (đối với tang lô cuộn lại sẽ tăng dần, còn tang lô tháo cuộn sẽ giảm dần), nếu tốc độ quay của các bộ truyền động cho 2 khâu trên không thay đổi thì dẫn đến lực căng của băng vật liệu sẽ biến đổi theo đường kính (khâu quấn tăng lực căng còn khâu tháo giảm lực căng) dẫn tới hỏng sản 13 phẩm. Do đó cần điều chỉnh tốc độ của động cơ truyền động trục lô tháo cuộn và lô cuộn lại để đảm bảo yêu cầu về tốc độ dài băng vật liệu trong quá trình làm việc. Như vậy, yêu cầu công nghệ của hệ truyền động này là cần đồng tốc độ dài từ đầu đến cuối dây chuyền, đồng thời sức căng của băng vật liệu cần được giữ không đổi giữa các lô của dây chuyền. Để đảm bảo đồng tốc độ và giữ sức căng không đổi, dây chuyền sẽ có một lượng đặt tốc độ chung vref , khi mất đồng bộ tốc độ dài giữa các lô, sức căng trên băng vật liệu giữa các lô thay đổi, lúc này có mạch vòng điều chỉnh sức căng giữa các lô.

Đầu ra của bộ điều khiển sức căng là đại lượng hiệu chỉnh lượng đặt tốc độ cho lô v. Ví dụ: Giữa lô tháo cuộn và lô Master, nếu tốc độ dài lô Master nhanh hơn lô tháo cuộn, thì sức căng sẽ tăng lên, qua bộ điều khiển lực căng sẽ tạo lượng đặt phụ đặt vào mạch vòng tốc độ của lô tháo cuộn là v , tốc độ dài của lô tháo cuộn sẽ tăng cho đến khi tốc độ của lô tháo cuộn bằng tốc độ dài của lô Master, lúc này lực căng ổn định bằng giá trị đặt, v  0. Ngược lại, nếu tốc độ dài của lô Master chậm hơn lô tở thì sức căng giữa hai lô giảm, bộ điều khiển lực căng sẽ tạo lượng đặt phụ cho mạch vòng tốc độ dài của lô tháo cuộn là v , tốc độ dài lô tháo cuộn sẽ giảm cho đến khi bằng tốc độ dài của lô Master thì lực căng ổn định, v  0. Phương pháp điều khiển này sẽ được áp dụng tương tự cho các lô còn lại.

Điều khiển tốc độ trong hệ truyền động băng vật liệu: Trong hệ truyền động băng vật liệu tốc độ theo yêu cầu công nghệ là tốc độ dài của băng vật liệu. Tùy thuộc vào đường kính sẽ có tốc độ góc của các động cơ truyền động là khác nhau. Tỉ lệ tốc độ góc giữa các trục truyền động phụ thuộc vào đường kính lô truyền động và độ dãn dài của vật liệu theo công nghệ. Khi đường kính lô truyền động và độ dãn dài không đổi hoặc biến đổi chậm thì về mặt điều khiển ta có thể coi hệ truyền động này là hệ truyền động đồng bộ tốc độ hay đồng tốc.

14 Một số hệ truyền động băng vật liệu có hoạt động theo chu trình “mẻ”, tốc độ truyền động sẽ trải qua các giai đoạn tăng tốc, chạy với tốc độ không đổi rồi giảm tốc kết thúc chu trình, như hệ truyền động máy cắt, cuộn lại trong dây chuyền xeo giấy.