Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế mô hình cơ khí Chương 4: Tủ điện điều khiển Chương 5: Điều khiển Chương 6: Kết quả thực nghiệm Chương 7: Kết luận – Hướng phát triển CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Cấu tạo Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay. Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác. do an Hình 2. Nguyên lý hoạt động Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn.
Cách bố trí các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3. Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.2 Động cơ AC servo a. Cấu tạo do an Hình 2.2: Cấu tạo AC servo.
Nguyên lý hoạt động Được điều khiển từ bộ driver của động cơ servopack. Tín hiệu hồi tiếp của động cơ nhờ encoder đưa về driver xử lý tín hiệu hồi tiếp và đưa ra tín hiệu điều khiển cho động cơ. Cơ sở lý thuyết điều khiển 2.1 Lý thuyết PID + Người Hệ thống điều khiển - Cảm biến Hình 2.3: Cấu trúc PID Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó đôi khi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D. Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ, và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số.
Tổng chập của ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt. Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ, và D dự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại. Bằng cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ điều khiển có thể dùng trong những thiết kế có yêu cầu đặc biệt. Đáp ứng của bộ do an điều khiển có thể được mô tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều khiển, giá trị mà bộ điều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ thống.
Lưu ý là công dụng của giải thuật PID trong điều khiển không đảm bảo tính tối ưu hoặc ổn định cho hệ thống. Vài ứng dụng có thể yêu cầu chỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy theo hệ thống. Điều này đạt được bằng cách thiết đặt độ lợi của các đầu ra không mong muốn về 0. Một bộ điều khiển PID sẽ được gọi là bộ điều khiển PI, PD, P hoặc I nếu vắng mặt các tác động bị khuyết.
Bộ điều khiển PI khá phổ biến, do đáp ứng vi phân khá nhạy đối với các nhiễu đo lường, trái lại nếu thiếu giá trị tích phân có thể khiến hệ thống không đạt được giá trị mong muốn. Phương pháp tìm các thông số PID: - Chỉnh định bằng tay: Đặt Ki=Kd=0.Tăng Kp cho đến khi hệ thống giao động tuần hoàn. Đặt thời gian tích phân bằng chu kì dao động. Điều chỉnh lại giá trị Kp cho phù hợp.
Nếu có dao động thì điều chỉnh giá trị Kd. - Phương pháp Ziegler-Nichols: Đặt Ki = Kd = 0. Tăng Kp đến khi hệ thống dao động tuần hoàn. Đặt giá trị Kp này = Kc.
Đo chu kì dao động Pc. Ziegler-Nichols method Control Type Kp Ki Kd P 0.2Kp/Pc - PID 0.60Kc 2Kp/Pc KpPc/8 Bảng 2.1: Thông số PID - Chỉnh định bằng phần mềm: Dùng phần mềm để tự động chỉnh định thông số PID (thực hiện trên mô hình toán, kiểm nghiệm trên mô hình thực).2 Thiết kế bộ điều khiển PID AC Servo Drives Sigma-II có tích hợp sẵn chức năng auto-tuning , chức năng này cho phép động cơ bám sát với yêu cầu của người thiết kế làm cho tốc độ mượt hơn. Thông số PI Controller mà nhóm cài đặt cho AC Servo Drives: do an Machine Position Loop Speed Loop Speed Loop Torque Rigidity setting Gain Pn102 Gain Pn100 Integral Time Reference Fn001 Constant Filter Time Pn101 Constant Pn401 1 15 15 6000 250 2 20 20 4500 200 3 30 30 3000 130 4 40 40 2000 100 5 60 60 1500 70 6 85 85 1000 50 7 120 120 800 30 8 160 160 600 20 9 200 200 500 15 10 250 250 400 10 Bảng 2.2: Thông số PI Ý nghĩa các mức tham khảo của Fn001: - Ở các mức 1 – 3: Trục động cơ AC servo gắn trực tiếp với mô hình. Điều khiển ở mức này dùng cho các trường hợp chạy chỉ điểm các vị trí, không dùng khi có tải trọng tại trục động cơ.
- Ở các mức 4 – 6: Trục động cơ AC servo truyền động kết hợp với vít me, hộp số, xích,…. Đây là mức điều khiển cơ bản khi AC servo chịu tải trọng ở mức trung bình. Đây cũng là mức mà nhà sản xuất khuyên người dùng nên sử dụng. - Ở các mức 7 – 10: Trục động cơ AC servo truyền động cũng thông qua vít me, hộp số, xích,….
và nhưng sẽ truyền động với mức tải trọng nặng. Ở mức này, drive sẽ tự động tăng momen điện trên trục AC servo lên mức rất cao, điều này làm trục AC servo trở nên rất khó xoay khi không có tín hiệu điều khiển, nên sẽ điều khiển rất chính xác vị trí. Nhược điểm của những mức này là sẽ làm cho động cơ AC servo rung bần bật, nếu dùng 1 thời gian dài sẽ gây ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ. Vì vậy, đây là mức không khuyến khích sử dụng nhiều từ nhà sản xuất.
Từ những vấn đề như trên, và từ những yêu cầu của mô hình (tải trọng ở mức nặng), nhóm sẽ chọn cho Driver điều khiển ở mức Fn001 = 4 (Chọn thông số Pn102=40, Pn100=40, Pn101=2000, Pn401=100). CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH CƠ KHÍ do an 1. Tính Toán mô hình cơ khí 1.1 Truyền động băng tải con lăn: + Có thể truyền giữa các trục cách xa < 10m. + Làm việc êm, không gây ồn nhờ độ mềm, dẻo của đai.
+ Do tính chất đàn hồi nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác động lên cơ cấu. + Nhờ sự trượt trơn của đai nên đề phòng được sự quá tải của động cơ. + Kết cấu và vận hành đơn giản. + Chạy với tốc độ tương đối chậm.2 Truyền động trục vít: + Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện được dịch chuyển chậm.
+ Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn. + Thực hiện được các dịch chuyển chính xác cao. + Đơn giản dễ tìm lắp ráp.3 Truyền động khí nén: + Tính đồng nhất năng lượng giữa phần điều khiển và chấp hành nên bảo dưỡng, sửa chữa, tổ chức kỹ thuật đơn giản, thuận tiện. + Không yêu cầu cao đặc tính kĩ thuật của nguồn năng lượng: 3 – 8Bar.
+ Khả năng quá tải của động cơ. + Độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kĩ thuật. + Tuổi thọ lớn. + Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu, kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong điều kiện dễ nổ, và đảm bảo môi trường làm việc sạch vệ sinh.
+ Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn thấp. + Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao. Cơ cấu mô hình cơ khí của máy là khung máy 85cmx65cmx55cm và bao gồm: - Trục dọc: là truyền động băng tải con lăn để di chuyển kính dễ dàng và con lăn để ma sát giúp giữ cho kính ở môt vị trí nhất định. - Trục ngang: là truyền động trục vít để di chuyển bộ phận cắt tới một vị trí theo kích thước của kính.
- Bộ phận dao cắt: là truyền động khí nén (xy lanh) để di chuyển dao cắt lên xuống thích hợp và dễ dàng điều chỉnh áp để dao ra vào không quá nhanh. Thiết kế mô hình cơ khí do an Hình 3.1: Mô hình cơ khí do an CHƯƠNG 4: TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 1. Tổng quan về tủ điện - Tủ điện là nơi chứa đựng các thiết bị điện và chúng được đấu nối với nhau để đáp ứng một yêu cầu nào đó của con người đặt ra. - Tủ điện là thành phần không thể thiếu trong bất kỳ một hệ thống điện hay một dây chuyền sản xuất.
Đối với bất kỳ người nào làm trong lĩnh vực điện thì đều phải tiếp xúc với tủ điện từ vận hành, bảo trì, sửa chữa, giám sát, thiết kế. - Tủ điện có thể được làm từ tấm kim loại hoặc composit với kích thước và độ dày khác nhau tùy theo nhu cầu sử dụng. Trong các ứng dụng thông thường, tủ điện thường được sơn tĩnh điện trơn hoặc nhăn với các màu sắc khác nhu tùy theo lĩnh vực sử dụng hoặc yêu cầu của thiết kế. Trong lĩnh vực thực phẩm hoặc y tế, … Thì tủ điện có thể làm bằng vật liệu thép không gỉ.
- Vỏ tủ điện được sử dụng để lắp đặt và bảo vệ các thiết bị điện. - Ở bất kì loại tủ điện nào cũng có nút nhấn, thiết bị này thường được thiết kế ở mặt trước của tủ thuận tiện cho việc vận hàng, sử dụng.Ngoài ra còn có nút dừng khẩn được sử dụng trong trường hợp hệ thống xảy ra sự cố, đóng cắt toàn bộ mạch điện.