Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)

Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC (LV thạc sĩ)

CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁY CNC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

THÁI NGUYÊN – 2015

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁY CNC

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TS CAO XUÂN TUYỂN

THÁI NGUYÊN – NĂM 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Đỗ Mạnh Tú

Sinh ngày 20 tháng 9 năm 1984

Học viên lớp cao học khóa 15 CHTĐH – Trường đại học kỹ thuật công

nghiệp Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại trường: Trung cấp nghề Nam Thái Nguyên

Sau hai năm học và nghiên cứu tại trường tôi lựa chọn thực hiện đề tài:

“Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều

khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC”

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung luận văn này là do chính bản thân tôi thực

hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Cao Xuân Tuyển tất cả tài liệu đều

có nguồn gốc, xuất sứ rõ ràng

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn như nội dung trong đề cương của thầy hướng dẫn Nếu có vấn đề gì trong nội dung luận

văn, tôi xin hoàn toàn chịu mọi trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Thái nguyên, ngày tháng năm 2015

Học viên

Đỗ mạnh Tú

LỜI CẢM ƠN

Học viên bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Cao Xuân Tuyển

đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi và động viêntrong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Trường Đại học kỹ thuậtcông nghiệp Thái Nguyên đã nhiệt tình chỉ dẫn, gúp đỡ trong quá trình họctập để hoàn thành luận văn

Cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viện, giúp đỡ về mọi mặt trong thờigian qua để luận văn hoàn thành đúng tiến độ

Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực

tế còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tôi rất mongnhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như bạn bè đồng nghiệp.Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái nguyên, ngày tháng năm 2015

Học viên

Đỗ mạnh Tú

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ 3

PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA PHẠM VI TUYẾN TÍNH 3

TRONG CÁC MÁY CÔNG CỤ CNC 3

1.1.Tổng quan về cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ tuyến tính 3

1.1.1 Phân loại 3

1.1.2 Cấu tạo động cơ chạy thẳng kích thích vĩnh cửu ( ĐCCT- ĐBKTVC) 3

1.1.3 Nguyên lý làm việc 4

1.1.5 Đặc điểm của động cơ tuyến tính chuyển động thẳng 8

1.2.1 Máy tiện T616 10

1.2.2 Máy phay X62w 11

1.2.3 Máy bào ngang B665: 12

1.2.4 Máy mài phẳng: 13

1.2.5 Máy bào giường: 14

1.3 Điều khiển vị trí, tốc độ 15

Kết luận chương I 17

CHƯƠNG II: MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 18

2.1 So sánh giữa động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐB-KTVC) và động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCCT ĐB-KTVC) 18

2.1.1 Nguyên lý làm việc 18

2.1.2 Hệ tọa độ biểu diễn đại lượng vật lý ĐCĐB- KTVC 18

2.2 Mô hình toán học đối tượng MĐĐB-KTVC 20

2.2.1 Biểu diễn vector không gian các đại lượng 3 pha 20

2.2.3 Mô hình toán học động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCCT-ĐBKTVC) 27

2.2.4 Mô hình ĐCTT loại ĐB - KTVC có xét đến hiệu ứng đầu cuối 28

Kết luận chương II 32

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN

BACKSTEPPING THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ 33

VÀ VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 33

3.1 Giới thiệu phương pháp Backtepping 33

3.1.1 Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm điều khiển Lyapunov 33

3.1.2 Phương pháp thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở Backstepping 37

3.2 Áp dụng phương pháp Backstepping trong thiết kế điều khiển động cơ tuyến tính (chuyển động thẳng) kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCTT_KTVC) 44

3.2.1 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp phi tuyến Bacckstepping 44

3.2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh thành phần i rd trên miền liên tục 45

3.2.3 Tổng hợp bộ điều chỉnh thành phần i rq trên miền liên tục 46

3.2.4 Tính ổn định của hệ có bộ điều chỉnh dòng Backstepping 49

3.2.5 Số hoá bộ điều chỉnh dòng Backstepping cơ bản 50

3.2.6 Khắc phục sai lệch tĩnh 51

3.2.7 Đưa thành phần tích phân vào thuật toán backstepping cơ bản để khử sai lệch tĩnh 51 3.2.8 Tổng hợp vòng ĐC vận tốc 58

Kết luận chương III 59

CHƯƠNG 4:KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 60

4.1 Sơ đồ mô phỏng 60

4.1.1 Sơ đồ mô phỏng toàn hệ thống 60

4.1.2 Sơ đồ bộ điều khiển dòng backstepping 60

4.1.3 Sơ đồ khối Simulink bộ điều khiển vận tốc theo phương pháp PI 61

4.2 Kết quả mô phỏng 61

4.2.1 Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển dòng backstepping và bộ điều khiển PI 61

4.3 Hệ thống thí nghiệm và Kết quả thí nghiệm 66

4.3.1 Thiết bị thí nghiệm 66

4.3.1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển thí nghiệm 67

4.3.1.2 Sơ đồ mạch lực thí nghiệm 69

4.3.1.3 Bộ điều chỉnh dòng điện PWM 72

4.3.1.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh vận tốc: 74

4.3.2 Kết quả thí nghiệm 75

Kết luận chương VI 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

ĐCĐB – KTVC Động cơ đồng bộ, kính thích vĩnh cửu

DANH MỤC HèNH VẼ

Hỡnh 1-1 Từ trường là nam chõm vĩnh cửu xếp liờn tiếp nhau. 3

Hỡnh 1-2 Mạch từ gồm 36 rónh. 3

Hỡnh 1-3 Dõy quấn động cơ. 4

Hỡnh 1- 4 Chiều chuyển động của từ trường và của phần động 6

Hỡnh 1-5 Vận tốc tối ưu cho động cơ. 6

Hỡnh 1- 6 Hệ thống truyền động thẳng trực tiếp sử dụng ĐCTT loại ĐB_KTCV 8

Hỡnh 1-7 Đồ thi tốc độ trong một chu kỳ của mỏy bào giường 15

Hỡnh 2-1 Xõy dựng vector khụng gian dũng stator từ cỏc đại lượng pha 20

Hỡnh 2-2 Biểu diễn dũng điện stator dưới dạng vector khụng gian trờn hệ tọa độ  22 Hỡnh 2-3 Vector dũng stator trờn 3 hệ tọa độ αβ, ab và dq 22

Hỡnh 2-4 Chuyển hệ tọa độ cho vector khụng gian bất kỳ V 24

Hỡnh 2-5 Mụ tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối đối với ĐCTT loại ĐBKTVC 29

Hỡnh 2- 6 (a Cấu trỳc ĐCTT loại ĐB - KTVC, b Mạch từ tương đương mụ tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối). 30

Hỡnh 3-1 Minh họa khỏi niệm ổn định Lyapunov 35

Hình 3-2 Sơ đồ khối cho hệ (3.5) 38

Hình 3-3 Thêm vào và bớt đi thành phần mong muốn của  40

Hinh 3-4 Backstepping  qua khõu tớch phõn 41

Hỡnh 3-5 Hệ (3.5) sau khi đưa bộ điều khiển tổng hợp theo phương phỏp Backstepping 42 Hỡnh 3-6 Cấu trỳc điều khiển ĐCTT loại ĐB - KTVC 3 pha sử dụng phương phỏp backstepping. 45

Hỡnh 3-7 Sơ đồ bộ điều chỉnh dũng Backstepping. 48

Hỡnh 3-8 Sơ đồ cấu trỳc hệ thống ĐC vận tốc ĐC TT 58

Hỡnh 3-9 Sơ đồ thay thế khi thiết kế khõu ĐC vận tốc ĐCTT 59

Hỡnh 4-1 Sơ đồ mụ phỏng toàn hệ thống. 60

Hỡnh 4-2 Sơ đồ bộ điều khiển dũng backstepping. 60

Hỡnh 4-3 Sơ đồ khối Simulink bộ điều khiển vận tốc theo phương phỏp PI. 61

Hỡnh 4-4 Vận tốc đặt. 61

Hình 4-5.Vận tốc thực và vận tốc đặt 62

trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1(s) 62

với bộ điều khiển dòng backstepping 62

.Hình 4-6.Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1(s) với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 62

Hình 4-7a.Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1(s với bộ điều khiển dòng 62

backstepping 62

Hình 4-7b.Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,1(s) với bộ điều khiển dòng điện theo phương phápPI. 62

.Hình 4-8a Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 2,2 (s) với bộ điều khiển dòng backstepping. 62

Hình 4-8b.Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 2,2 (s) với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 62

Hình 4-9a Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 2,2 (s) với bộ điều khiển dòng backstepping. 63

Hình 4-9b.Vận tốc thực và vận tốc đặt trong khoảng thời gian từ 0 đến 2,2 (s) 63

với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI. 63

Hình 4-10a Điện áp 1 chiều trung gian với bộ điều khiển dòng backstepping. 63

Hình 4-10b Điện áp 1 chiều trung gian với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 63

Hình 4-11a Dòng điện pha động cơ 63

Với bộ điều khiển dòng backstepping. 63

Hình 4-11b Dòng điện pha động cơ với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI. 63 Hình 4-12a Dòng điện pha của bộ điều khiển dòng backstepping 64

Hình 4-12b Dòng điện pha với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 64

Hình 4-13a Điện áp dây đặt vào động cơ với bộ điều khiển dòng backstepping. 64

Hình 4-13b Điện áp dây đặt vào động cơ với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 64

Hình 4-14a Dòng lưới pha A với bộ điều khiển dòng backstepping. 65

Hình 4-14b Dòng lưới pha A với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 65

Hình 4-15a Dòng lưới pha A với bộ điều khiển dòng backstepping. 65

Hình 4-15b Dòng lưới pha A với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 65

Hình 4-16a Lực điện từ thực và lực điện từ đặt với bộ điều khiển dòng backstepping 66 Hình 4-16b Lực điện từ thực và lực điện từ đặt với bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 66

Hình 4-17 Hình ảnh máy biến tần. 67

Hình 4-18 Máy hiện sóng 67

Hình 4-19 Mạch dùng điều khiển động cơ tuyến tính. 67

Hình 4-20 Hinh ảnh mạch điều khiển 67

Hình 4-21 Hệ thống vi điều khiển. 67

Hình 4-22.Hệ thống xác định vị trí ban đầu của động cơ. 67

Hình 4-23 Hệ rơ le đầu ra của hệ vi điều khiển kết nối với PLC. 67

Hình 4-24 Hình ảnh tổng thể về thí nghiệm 67

Hình 4-25 Sơ đồ mạch điện của hệ thống thí nghiệm. 68

Hình 4-26 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc mạch điều khiển trong 69

hệ thống thí nghiệm 69

Hình 4-27 Sơ đồ chi tiết của biến tần nguồn áp có dòng điều khiển được 70

Hình 4-28 Sơ đồ khối của bộ điều chỉnh dòng điện PWM 72

Hình 4-29 mô tả hình dáng tín hiệu trong bộ nghịch lưu áp ba pha. 73

Hình 4- 30 Tăng dần dòng điện đầu vào biến tần từ 0- 1,2 Hz 75

Hình 4-31 Dòng điện đầu vào biến tần ổn định 1,2 Hz 75

Hình 4-32 Dòng điện giảm dần từ 2Hz xuống 1,2 Hz 75

Hình 4-33 Dòng điện giảm dần 2 Hz về 0 75

Hình 4-34 Dòng điện dây vào động cơ ổn định1,6 Hz và giảm về 0 75

Hình 4-35 Dòng điện dây vào động cơ từ 0 - 1,6 Hz 75

Hình 4-36 Dòng điện dây vào động cơ khi tần số tăng từ 0 đến 1,6 Hz 76

Hình 4-37 Dòng điện dây vào động cơ tăng từ 0 - 1,6 Hz giảm về 1,2 Hz 76

Hình 4-38 Dòng điện dây có tần số từ 0-1,6 Hz giảm về 0 76

Hình 4-39 Dòng điện dây vào động cơ có tần số ổn định 1,2 Hz 76

Hình 4-40 Điện áp đặt vào động cơ ổn định 1,2 Hz 76

Hình 4-41 Điện áp đặt vào động cơ tăng dần 0-1,2 Hz 76

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thực tế sản xuất hiện nay chuyển động tịnh tiến là dạng chuyểnđộng phổ biến, xuất hiện nhiều, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí Xuất phát từcông nghiệp chế tạo máy với những dịch chuyển của bàn gá, mũi khoan, trong các máy gia công cho đến sự ra đời của máy CNC đã dẫn đến nhu cầuđòi hỏi tạo ra chuyển động tịnh tiến có chất lượng cao Ngoài ra nhữngchuyển động tịnh tiến này còn tồn tại nhiều trong các thiết bị khác như Robotcông nghiệp hay máy móc phục vụ ngành công nghiệp bán dẫn… và nó cònxuất hiện ở cả những lĩnh vực tưởng chừng xa lạ như ngành giao thông vậntải với tàu điên từ trường ở các nước phát triển (Đức, Nhật, )

Cho đến nay việc tạo ra các chuyển động tịnh tiến hầu hết được thựchiện một cách gián tiếp thông qua các động cơ quay tròn với những ưu thếnhư bền vững, không nhạy với nhiễu, độ tin cậy cao, Tuy nhiên đối vớinhững hệ thống này do phải bổ sung các cơ cấu chuyển đổi trung gian nhưhộp số, trục vít, nên dẫn đến sự phức tạp về kết cấu cơ khí, tiềm ẩn bêntrong nó những dao động riêng, tổn hao năng lượng cũng như ảnh hưởng đếnchất lượng chuyển động của hệ thống Việc sử dụng loại động cơ có khả năngtạo chuyển động tịnh tiến trực tiếp (động cơ tuyến tính) cho phép loại bỏnhững nhược điểm nói trên và những nghiên cứu về loại động cơ này hy vọng

sẽ phần nào khắc phục được những đặc điểm đó

Luận văn có nhiệm vụ nghiên cứu Ứng dụng phương pháp

Backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC với

mục tiêu điều khiển động cơ tuyến tính đóng vai trò là một thiết bị chấp hànhđược sử dụng trong hệ chuyển động tịnh tiến đạt được đáp ứng tốt về các mặtđộng học, động lực học

Luận văn còn có nhiệm vụ cho thấy khả năng vận dụng loại động cơnày trong công nghiệp Đây là công việc khó khăn bởi đó là loại động cơkhông được sử dụng phổ biến trong nền công nghiệp nước ta Trên thế giới,mặc dù ĐCTT đã có từ rất lâu nhưng phương án sử dụng nó trong hệ thốngchuyển động tịnh tiến chỉ được quan tâm khi xuất hiện những phương phápđiều khiển phi tuyến mới cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý, điện tửtạo điều kiện thuận lợi trong việc điều khiển loại động cơ này Thực tế sảnxuất ở các nước phát triển đã cho thấy xu thế ĐCTT dần dần đóng vai tròquan trọng trong các máy công cụ đòi hỏi điều khiển nhiều chuyển động tịnhtiến.

Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ trên đây, luận văn đã tập trung giảiquyết một số vấn đề Về lý thuyết, luận văn tập trung nghiên cứu sử dụng cácphương pháp điều khiển phi tuyến backstepping vận dụng vào ĐCTT và đưa

ra phương pháp điều khiển tốc độ giúp thực hiện các cấu trúc điều khiển phituyến backtespping đã trình bày Về thực nghiệm, luận văn đã xây dựng đượcmột mô hình thí nghiệm kiểm chứng những lý thuyết đã đề xuất

Bản luận văn có bố cục như sau:

Chương 1 Tổng quan về cấu tạo, nguyên lý làm việc và phạm vi ứngdụng của phạm vi tuyến tính trong các máy công cụ CNC

Chương 2 Mô tả toán học động cơ tuyến tính

Chương 3 Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backsteppingthiết kế bộ điều khiển tốc độ và vị trí động cơ tuyến tính

Chương 4 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Liên quan đến chủ đề ĐCTT còn nhiều vấn đề phức tạp, đòi hỏi nhiềucông sức với sự tham gia của nhiều người, trong nỗ lực đưa ĐCTT ứng dụngvào thực tế Đề tài nghiên cứu đã tạo ra cơ sở ban đầu cho những bước pháttriển tiếp theo sau này

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA PHẠM VI TUYẾN TÍNH

TRONG CÁC MÁY CÔNG CỤ CNC

1.1.Tổng quan về cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ tuyến tính 1.1.1 Phân loại.

Hiện nay động cơ chạy thẳng sử dụng phổ biến hai loại sau:

- Động cơ chạy thẳng kiểu động cơ bước

- Động cơ chạy thẳng kiểu ĐB-KTVC

Trong giới hạn của đề tài, luận văn tập trung nghiên cứu động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cử ba pha

1.1.2 Cấu tạo động cơ chạy thẳng kích thích vĩnh cửu (

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(1.15)(1.16)W: Số vòng dây của một pha

Kdq : Hệ số dây quấn sóng cơ bản

Từ trường chuyển động tịnh tiến F sẽ tương tác với từ trường nam châmvĩnh cửu FNC , do nam châm vĩnh cửu được đặt ở phần cố định, phản lực sẽ làmphần động (gồm lõi thép và dây quấn) chuyển động tịnh tiến theo chiều ngượcvới chiều chuyển động của từ trường F với tốc độ chuyển động là:

Chiều chuyển động của F

Chiều chuyển động của phần

Hình 1- 4 Chiều chuyển động của từ trường và của phần động

Về mặt năng lƣợng: Động cơ đã biến đổi điện năng thành cơ năng

1.1.4 Xác định vận tốc tối ƣu cho động cơ.

Chọn thời gian ngắn nhất ứng với thời gian dịch chuyển S trên cơ sở tính chọn vận tốc tối ƣu cho động cơ

Hình 1-5 Vận tốc tối ưu cho động cơ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

(1.21)(1.22)(1.23)(1.24)(1.25)

(1.26)(1.27)(1.28)(1.29)(1.30)(1.31)

(1.32)

(1.33)

( 1.34)

http://www.lrc.tnu.edu.vn

Thời gian tối ƣu:

s  a m

s a F

1.1.5 Đặc điểm của động cơ tuyến tính chuyển động thẳng.

Hệ thống chuyển động thẳng có thể đƣợc thực hiện bằng hai cách trực tiếphoặc gián tiếp, trong đó động cơ tuyến tính sẽ đƣợc sử dụng trong hệ chuyểnđộng thẳng trực tiếp

Hình 1- 6 Hệ thống truyền động thẳng trực tiếp sử dụng ĐCTT loại

1.2 Phạm vi ứng dụng động cơ tuyến tính trong các máy CNC.

Hiện nay động cơ tuyến tính chủ yếu đƣợc sử dụng trong các cơ cấutruyền động tịnh tiến trong các phương tiện giao thông nhƣ đầu máy xe điện,tàu điện ngầm có thể kể ra một số ứng dụng điển hình:

• Tàu điện nhanh sân bay JFK Newyork (2003)

• Tuyến metro 4 Quảng Châu (2005)

• Tàu điện nhanh sân bay Bắc Kinh (2008)

• Green Line Yokohama (2008)

• Đặc biệt tàu điện từ sử dụng động cơ truyền động thẳng giữa sân bay

và trung tâm Thƣợng Hải có tốc độ 500 km/giờ Tàu điện từ HSST Limo line

Động cơ tuyến tính có giá thành còn cao hơn động cơ quay thông dụng.Tuy nhiên gần đây, giá thành đã giảm đáng kể bởi vì số lƣợng động cơ tuyếntính đƣợc chế tạo tăng nhiều Nhiều nhà sản xuất đã đầu tƣ mạnh mẽ vào dâychuyền công nghệ, các trang thiết bị hiện đại cho sản xuất động cơ tuyến tính.Các hệ truyền động dùng động cơ tuyến tính phát triển rất nhanh Những cảitiến vẫn tiếp tục diễn ra trên toàn bộ dải công suất của sản phẩm.

+ Bàn trƣợt chuyển động dọc theo chiều băng trƣợt của máy

+ Hộp xe dao: Trong bố trí cơ cấu biến chuyển động quay của trục trơn

và vít me thành chuyển động tịnh tiến của dao

+ Bàn trƣợt ngang, bàn trƣợt dọc, ổ dao

1.2.2 Máy phay X62w

- Chuyển động chạy dao Đây là chuyển động tạo nên đường chuẩn trên

bề mặt gia công, nó là chuyển động cơ bản nhằm duy trì quá trình cắt gọt

Chuyển động chạy dao gồm 3 chuyển động tịnh tiến

1.2.3 Máy bào ngang B665:

- Đầu máy ( đầu trượt) chuyển động tịnh tiến qua lại trên rãnh trượt của

thân máy Tạo ra lực cắt, trên đầu trượt có đầu kẹp dao

Đầu kẹp dao dùng để kẹp chặt dao trong quá trình gia công Đầu dao cónhiệm vụ tịnh tiến lên xuống để điều chỉnh chiều sâu cắt t sau mỗi lát cắt(trong gia công mặt phẳng nằm ngang), tạo ra bước tiến dao S trong gia côngmặt phẳng thẳng đứng và mặt phẳng nghiêng

- Bàn máy: Dùng để gá đặt chi tiết gia công thông qua đồ gá, hay gá đặttrực tiếp trên bàn máy Bàn máy dịch chuyển tịnh tiến ngang sang trái hoặcsang phải tạo ra bước tiến dao S ( trong gia công mặt phẳng nằm ngang) vàđiều chỉnh chiều sâu cắt t sau mỗi lát cắt trong gia công mặt phẳng thẳngđứng và mặt phẳng nghiêng

Chuyển động tịnh tiến lên xuống để điều chỉnh chiều cao khi kích thướcchi tiết gia công thay đổi

1.2.4 Máy mài phẳng:

- Thân máy: là chi tiết cơ sở của máy, yêu cầu cơ bản với thân máy làphải đảm bảo độ chính xác yêu cầu cho tất cả các cụm lắp trên đó trong suốtthời gian dài làm việc Trên thân máy người ta lắp bản máy chữ T và dẫnđộng tạo chuyển động tịnh tiến khứ hồi của bàn…

Bàn máy có hình dạng chữ nhật và chuyển động tịnh tiến khứ hồi.Trêncác máy mài phẳng bàn máy dùng để gá chi tiết gia công trực tiếp trên bànmáy hoặc đồ gá

1.2.5 Máy bào giường:

Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiếnqua lại dao cắt 3 được kẹp chặt trên bàn dao đứng 4, bàn dao 4 được kẹpchặt trên xà ngang 5 cố định khi gia công Trong quá trình làm việc bàn máy

di chuyển qua lại theo chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm 2 hành trìnhthuận và ngược Ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi làhành trình cắt gọt, Ơ hành trình ngược bàn máy chạy về vị trí ban đầu khôngcắt gọt, nên gọi là hành trình không tải, cứ sau khi kết thúc hành trình ngượcthì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao S.Chuyển động tịnh tiến qua lại gọi là chuyển động chính Dịch chuyển của bandao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao Chuyển động phụ là

di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải

Hình 1-7 Đồ thi tốc độ trong một chu kỳ của máy bào giường

1.3 Điều khiển vị trí, tốc độ.

Trong bài luận văn ta nghiên cứu ‟Ứng dụng phương pháp

Backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC‟

Trong các ngành công nghiệp hiện nay đối với những máy móc thường sửdụng các loại động cơ thông thường như động cơ đồng bộ, động cơ khôngđồng bộ, động cơ một pha hay động cơ ba pha Những động cơ đó với tốc độlàm việc và khả năng ứng dụng vào thực tế để cho các máy móc bình thườnghoạt động thì hiệu quả và độ chính xác còn hạn chế Để những máy móc làmviệc một cách chính xác và hiệu quả đảm bảo về chất lượng, ta thay thế cácđộng cơ đó bằng động cơ tuyến tính để điều khiển vị trí, tốc độ của các máy

sử dụng phương pháp điều khiển backstepping để điều khiển động cơ chuyển

Giải bài toán tối ƣu ta có:

Thời gian tối ƣu:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Kết luận chương I

Từ những nội dung đã trình bày ở trên cho thấy ưu thế của việc sử dụngĐCTT trong hệ chuyển động tịnh tiến Với những hệ thống đòi hỏi độ chínhxác cao như robot công nghiệp, máy công cụ (CNC, ) thì sử dụng ĐCTT loại

ĐB - KTVC là phù hợp Để điều khiển ĐCTT theo phương pháp xác địnhchính xác vị trí, tốc độ

Cũng từ những nội dung đã trình bày ở trên, các nghiên cứu về ĐCTTđược tiến hành cho đến nay chưa xét đến vấn đề điều khiển ĐCTT (khi hoặc

cả dòng và áp đi vào giới hạn hoặc chỉ có điện áp bị giới hạn ở dải tốc độcao), hay khi tốc độ cần gia tốc, biến đổi nhanh trong một khoảng thời giannhỏ

Về thực nghiệm, luận văn đã xây dựng được một mô hình thí nghiệmgiúp xác định thời gian ngắn nhất và điều khiển ĐCTT loại ĐB - KTVC đảmbảo đạt được tốc độ cho phép và vận hành trong chế độ đảo chiều Việc xâydựng hệ thống thí nghiệm giúp chứng minh cho khả năng hoàn toàn có thể tạo

ra được một biến tần điều khiển ĐCTT có sử dụng cấu trúc điều khiển đượcxây dựng trong luận văn Cuối cùng, cũng cần phải thấy rằng các kết quảnghiên cứu nói trên không chỉ có khả năng ứng dụng trong phạm vi hẹp làĐCTT mà còn có thể vận dụng cho động cơ quay tương ứng

CHƯƠNG II.

MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

2.1 So sánh giữa động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐB-KTVC) và động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCCT ĐB-KTVC)

Từ trường quay tròn Từ trường chuyển động tịnh tiến (chuyển động

Mô men làm quay rô to thẳng)

Lực do tương tác giữa từ trường nam châm và

….trong các cuộn dây của động cơ

2.1.2 Hệ tọa độ biểu diễn đại lượng vật lý ĐCĐB- KTVC

Hệ tọa độ quay quanh một tâm o cố Theo tài liệu (Luận văn tiến sĩ - tác

tâm o chuyển động tịnh tiến gắn với

bộ phận chuyển động của động cơ

Kết luận: Trên cơ sở các phương trình toán học ĐC ĐB-KTVC ta sẽ suy

ra các phương trình toán học mô tả ĐCCT-ĐBKTVC, với việc thay thế cácđại lượng vật lý như sau:

Vector dòng điện i s Dịch chuyển thẳng với Quay với vận tốc

Điểm gốc của các Vị trí điểm gốc là khác Tất cả các vector có

Theo [6] p được định nghĩa như hình vẽ sau: