Luận án: Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý nâng cao chất lượng điều khiển máy xúc điện khai thác mỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LƯU HỒNG QUÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỘT SỐ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH CỦA MÁY XÚC ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC MỎ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LƯU HỒNG QUÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI XỬ LÝ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỘT SỐ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH CỦA MÁY XÚC ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC MỎ Ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS KHỔNG CAO PHONG 2. NGUYỄN HOÀNG VÂN Hà Nội - 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng luận án này là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tôi. Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực, chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự tham khảo cho việc thực hiện luận án đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả Lưu Hồng Quân LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ kỹ thuật ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa “Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý để nâng cao chất lượng điều khiển một số cơ cấu truyền động chính của máy xúc điện trong công nghiệp khai thác mỏ” là kết quả của quá trình nghiên cứu, cố gắng không ngừng của tác giả trong suốt thời gian qua với sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo Trường Đại học Mỏ - Địa chất, các nhà khoa học trong ngành tự động hóa, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ Địa chất, Phòng Đào tạo Sau đại học, Ban lãnh đạo Khoa Cơ điện, Ban chủ nhiệm và tập thể các thầy, cô giáo Bộ môn tự động hóa cùng các thầy, cô giáo trong Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ để NCS hoàn thành luận án tiến sĩ của mình. Tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới Tiểu ban hướng dẫn: PGS.TS Khổng Cao Phong và TS Nguyễn Hoàng Vân đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu và các thông tin cần thiết cho NCS cũng như thường xuyên đôn đốc NCS làm việc và hoàn thành luận án tiến sĩ của mình đúng thời hạn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai, các anh, chị, bạn bè đồng nghiệp, các nhà khoa học trong ngành tự động hóa và các ngành khác có liên quan đã tạo điều kiện giúp đỡ Tác giả trong suốt thời gian học tập và làm luận án.

Qua đây, tác giả cũng xin cảm ơn gia đình đã luôn ở bên cạnh và động viên trong suốt thời gian qua để NCS hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Tác giả Lưu Hồng Quân LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU. Giới thiệu chung.

Thực trạng sử dụng máy xúc điện ở Việt nam. Tình hình sử dụng. Hệ thống điều khiển truyền động của máy xúc. Các cơ cấu cơ bản của một máy xúc điện.

Yêu cầu truyền động máy xúc. Các hệ thống truyền động điển hình. Hệ thống điều khiển truyền động máy xúc ЭKΓ. Các nghiên cứu về máy xúc.

Các nghiên cứu về máy xúc trên thế giới. Tình hình nghiên cứu ở Việt nam. Kết luận và định hướng nghiên cứu. Đề xuất cấu trúc hệ thống điều khiển kích từ máy phát.

Cấu trúc hệ thống điều khiển truyền động. 27 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC. Cấu trúc hệ thống truyền động [45]. Mô hình toán học máy phát [48],[49].

Mô hình toán học hệ máy phát động cơ. Hàm truyền đạt của tải cơ học. Tổng hợp mô hình toán học của hệ truyền động máy phát động cơ [49]. Cấu trúc hệ điều khiển ba mạch vòng và mô hình bù nhiễu [37], [51], [52].

Mạch điện kích từ [54]. Mạch điện phần ứng [50], [51], [52]. 41 Kết luận chương 2. 43 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN.

Tính toán các thông số của máy xúc ЭΚΓ 8И. Mô phỏng hệ thống điều khiển truyền động với PID kinh điển. Xây dựng mô hình mô phỏng. Kết quả mô phỏng với bộ điều chỉnh PID.

Thiết kế bộ điều khiển mờ cho hệ thống điều khiển truyền động điện máy xúc. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và đề xuất thuật toán điều khiển lai. Thiết kế hệ thống điều khiển. So sánh điều khiển PID kinh điển với lai, điều khiển lai.

73 Kết luận chương 3:. 80 CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM. Mô hình thực nghiệm. Cấu trúc cơ khí của mô hình thực nghiệm.

82 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Thiết bị điện của hệ thống. Mạch điều khiển kích từ máy phát. Thiết kế bộ điều khiển PID số.

Kết quả đo được từ thực nghiệm. 90 Kết luận chương 4. 91 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 92 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.

94 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 101 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thông số kỹ thuật một số máy xúc ЭΚΓ [3]. Số lượng và sản lượng của máy xúc ЭKΓ4,6; 5A [11].

So sánh bộ biến đổi Thyristor và IGBT [17] .Thông số máy phát động cơ của cơ cấu nâng / hạ [36] .Thông số tính toán thu được của máy xúc ЭΚΓ 8И [36]. Thông số các thành phần ứng với momen khác nhau. Sai lệch e khi tải khác nhau. Ma trận điều khiển mờ Δe(de/dt).

Ma trận luật điều khiển hệ số kp’. Ma trận luật điều khiển hệ số ki’. Ma trận luật điều khiển hệ số kD’. So sánh dòng kích từ máy phát (Ikt) khi thực hiện điều khiển PID và điều khiển lai (điều khiển mờ với PID thích nghi).

So sánh dòng phần ứng (Iu) khi thực hiện điều khiển PID và lai 78 Bảng 3. So sánh các thông số tốc độ của PID kinh điển và Hybrid. 79 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Cơ cấu cơ bản của máy xúc.

Giới hạn cơ - điện của hệ truyền động máy xúc. Cấu trúc của hệ truyền động máy xúc ЭKΓ. Sơ đồ truyền động chính của máy xúc ЭΚΓ 8И. Đặc tính tĩnh của bộ khuếch đại đẩy kéo từ tính (УМЗП) tại vị trí không (a) và làm việc (b) của bộ điều khiển.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động điện cơ cấu nâng / hạ gầu máy xúc ЭΚΓ 8И. Đặc tính điều khiển chế độ truyền động điện nâng/ hạ gầu. Bảng so sánh năng suất của 2 máy. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển truyền động thay thế 4100 BOSS.

Cấu trúc điều khiển hệ thống máy xúc cũ. Cấu trúc điều khiển hệ thống máy xúc đề xuất. Sơ đồ cấu trúc điều khiển truyền động. Cấu trúc hệ thống truyền động điện.

Sơ đồ bộ biến đổi dùng IGBT. Cấu tạo và sơ đồ tương đương của máy điện một chiều. Sơ đồ tương đương mạch phần ứng. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống truyền động máy phát động cơ.

Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động máy phát động cơ rút gọn. Sơ đồ hàm truyền của hệ thống 3 mạch phản hồi. Hàm truyền mạch điện kích từ. Mạch điện phần ứng.

Mạch tốc độ có phản hồi. Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển nâng hạ gầu sử dụng PID 50 Hình 3. Cấu trúc giới hạn dòng điện theo đặc tính máy xúc. 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Sức điện động máy phát thay đổi từ quá tải đến định mức. Sức điện động máy phát thay đổi từ quá tải đến non tải .5 Sức điện động máy phát thay đổi từ định mức đến quá tải. Dòng điện phần ứng thay đổi từ định mức đến quá tải. Dòng điện phần ứng thay đổi từ non tải đến quá tải.

Dòng điện phần ứng thay đổi từ quá tải đến tải định mức. Tốc độ động cơ thay đổi từ non tải đến quá tải. Tốc độ động tốc cơ thay đổi từ quá tải đến non tải. Tốc độ động tốc cơ thay đổi từ định mức đến quá tải.

Dòng điện kích từ máy phát thay đổi từ quá tải đến tải đinh mức 54 Hình 3. Dòng điện kích từ máy phát khi thay đổi từ non tải đến quá tải. Dòng điện kích từ máy phát thay đổi từ tải định mức đến quá tải 55 Hình 3. Sai lệch khi non tải.

Sai lệch khi tải định mức. Sai lệch khi quá tải. Sơ đồ nguyên lý bộ PID kinh điển. Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển mờ.

Sơ đồ nguyên lý, cấu trúc ứng dụng điều khiển mờ. Sơ đồ nguyên lý bộ lai (điều khiển mờ với PID). Sơ đồ nguyên lý PID tự chỉnh. Sơ đồ cấu trúc, nguyên lý hệ điều khiển lai giữa điều khiển mờ và PID tự chỉnh.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống TĐĐ MF DC ứng dụng thuật toán mờ lai. Sơ đồ nguyên lý đề xuất các hệ điều khiển mờ lai cho bộ TĐĐ MF DC. Định nghĩa các tập mờ ETu. Định nghĩa tập mờ DET.

67 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Định nghĩa tập mờ đầu ra bộ điều khiển mờ. Hàm liên thuộc ngõ ra điện áp. Quan hệ giữa biến đầu vào và tham số đầu ra của điện áp.

Hàm liên thuộc ngõ vào e. Hàm liên thuộc ngõ vào sai lệch ∆e. Định nghĩa hàm thuộc tập mờ ki’. Định nghĩa hàm thuộc tập mờ kD’.

Quan hệ giữa biến đầu vào và tham số đầu ra KP, KI, KD. Sơ đồ điều khiển Hybrid .Tốc độ động cơ thay đổi từ non tải đến định mức. Tốc độ động tốc cơ thay đổi từ định mức đến quá tải. Tốc độ động cơ thay đổi từ non tải đến quá tải.

Dòng điện phần ứng khi thay đổi từ quá tải đến định mức.