Luận văn Nghiên cứu khảo sát và nâng cao chất lượng hệ thống truyền động cho bàn máy phay CNC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO BÀN MÁY PHAY CNC TẠ MINH TIẾN THÁI NGUYÊN 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO BÀN MÁY PHAY CNC Học viên : Tạ Minh Tiến Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Võ Quang Lạp THÁI NGUYÊN 2008 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP *** Độc lập - Tự do - Hạnh phúc -----------o0o----------- THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHI ÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO BÀN MÁY PHAY CNC Học viên: Tạ Minh Tiến Lớp: CHK8 Chuyên ngành: Tự động hoá Người HD khoa học: PGS. TS. Võ Quang Lạp Ngày giao đề tài: 01/11/2007 Ngày hoàn thành: 30/4/2008 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN TS. Nguyễn Văn Hùng PGS.TS. Võ Quang Lạp Tạ Minh Tiến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Cơ sở của các máy CNC 1 Hình 1.2 Miêu tả các trục của máy công cụ CNC trong hệ tọa độ Đề các 2 Hình 1.3 Cấu trúc các khối chức năng của hệ CNC 5 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý của 1 máy phay đứng 3 trục (X,Y,Z) 6 Hình 1.5 Lưu thông tín hiệu trong điều khiển số 7 Hình 1.6 Lưu đồ điều khiển hệ CNC 9 Hình 1.7 Cấu trúc hệ điêu khiển NC 9 Hình 1.8 Cấu trúc hệ điêu khiển CNC 10 Hình 1.9 Các bước của khâu chuẩn bị chương trình bằng tay 11 Hình 1.10 Lưu đồ lập trình bằng máy 12 Hình 1.11 Cấu trúc của hệ CNC 14 Hình 1.12 Hệ DNC 15 Hình 1.13 Ghép nối các máy CNC với máy tính trung tâm 17 Hình 2.1 Dụng cụ đo lường vị trí trên hệ CNC 21 Hình 2.2 Các điểm Reference Marks trên Encoder 22 Hình 2.3 Sai số tải được tạo ra ở chiết áp khi một điện trở tải được nối giữa công tác trượt và một đầu của dây điện trở. 23 Hình 2.4 Bộ đo góc, một loại cảm biến mà tín hiệu đầu ra của nó là một hàm lượng giác của vị trí trục roto . Hai cuộn roto đặt cách nhau 90 0 , hai cuộn Stator cũng đặt cách nhau 900 24 Hình 2.5 Bộ đo góc sử dụng như cảm biến, có môt cuộn dây roto ngắn mạch 24 Hình 2.6 Sơ đồ khối bộ mã hóa số trực tiếp 25 Hình 2.7 Sơ đồ khối bộ mã hóa xung, tần số, thời gian 26 Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ mã hóa tương tự sang số 26 Hình 2.9 Sơ đồ khối bộ chuyển đổi Analog to Digital 26 Hình 2.10 Thước đo số theo nguyên tắc quang-điện-soi thấu (Heidenhain) 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.11 Phương pháp nội suy dùng bộ tính toán arctang 28 Hình 2.12 Phương pháp nội suy dùng bảng nội suy và khối tính toán 29 Hình 2.13 Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển CNC 29 Hình 2.14 Thành phần cơ bản của MCU 31 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý dây quấn của động cơ không đồng bộ 36 Hình 3.2 Hệ trục vector không gian(a,b,c) và hệ tọa độ cố định trên stator (,) 38 Hình 3.3 Hệ tọa độ cố định trên stator (,) và hệ toạ độ cố định trên rotor(x,y) 39 Hình 3.4 Biểu diễn vét tơ dòng điện rotor trên hệ trục tọa độ cố định stator (,) và hệ tọa độ cố định rotor (x,y) 40 Hình 3.5 Biểu diễn vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định stator (,) và hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q). 42 Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ 47 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ 48 Hình 3.8 Định hướng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q) 48 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần 51 Hình 3.10 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ. 52 Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín. 53 Hình 3.12 Đường đặc tĩnh tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín. 54 Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ shai mạch vòng kín. 55 Hình 3.14 Đồ thị dòng điện và tốc độ quay của quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ a) Quá trình khởi động tăng tốc lý tưởng. b) Hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín 56 Hình 3.15 Bộ điều tiết tốc độ quay cài đặt phản hồi âm vi phân 60 Hình 3.16 Ảnh hưởng của phản hồi âm vi phân tốc độ quay đối với quá trình khởi động. 1 – Hệ thống hai mạch vòng kín thông dụng 2 – Hệ thống cài đặt phản hồi âm vi phân 61 Hình 3.17 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của mạch vòng tốc độ quay có cài đặt phản hồi âm vi phân tốc độ quay: a. Sơ đồ cấu trúc hệ thống ban đầu 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên b. Sơ đồ cấu trúc sau khi đơn giản hoá Hình 3.18 Hệ thống điều khiển tốc độ ba mạch vòng có mạch vòng có cài đặt suất biến đổi dòng điện. ADR – bộ điều chỉnh sức biến đổi dòng điện. CD – khâu vi phân dòng điện 65 Hình 3.19 Bộ điều chỉnh sức biến đổi dòng điện 65 Hình 3.20 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của mạch vòng suất biến đổi dòng điện 66 Hình 4.1 Hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ 68 Hình 4.2 Mạch điện thay thế của động cơ một chiều. 69 Hình 4.3 Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều 70 Hình 4.4 Tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính tải 71 Hình 4.5 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá 72 Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi. 72 Hình 4.7 Sơ đồ cấu trúc thu gọn: a. Theo tốc độ, b. Theo dòng điện 73 Hình 4.8 Thời gian phát xung và thời gian mất điều khiển của bộ chỉnh lưu 74 Hình 4.9 Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor a. khi chuẩn xác, b. khi gần đúng. 75 Hình 4.10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 76 Hình 4.11 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 77 Hình 4.12 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 78 Hình 4.13 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí 80 Hình 4.14 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 82 Hình 4.15 Quan hệ giữa  và  83 Hình 4.16 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID 87 Hình 4.17 Các tín hịệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của vị trí đặt đầu vàođặt = 10(V), I = 0(A) 88 Hình 4.18 Các tín hịệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của vị trí đặt đầu vàođặt = 10V, I = 8,7 A 89 Hình 5.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ 91 Hình 5.2 Mô hình chuyển đổi hiểu biết của con người và hệ mờ 94 Hình 5.3 Ví dụ chọn tập dữ liệu vào/ra 96 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 5.4 Hệ điều khiển mờ theo luật I 101 Hình 5.5 Hệ điều khiển mờ theo luật PD 101 Hình 5.6 Hệ điều khiển mờ theo luật PI 102 Hình 5.7 Hệ điều khiển mờ PID 103 Hình 5.8 Vị trí đặt bộ điều khiển mờ trong hệ điều khiển vị trí 105 Hình 5.9 Sự phân bố các giá trị mờ của biến đầu vào: vị trí đặt 106 Hình 5.10 Sự phân bố các giá trị mờ của biến đầu ra: Hệ số khuếch đại 106 Hình 5.11 Các luật điều khiển mờ 106 Hình 5.12 Sơ đồ khối của khối luật bù mờ. 107 Hình 5.13 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí có bộ điều khiển mờ 108 Hình 5.14 Quan hệ vào – ra của bộ điều khiển mờ 108 Hình 5.15 Kết quả mô phỏng với đặt = 10V, I = 0A 109 Hình 5.16 Kết quả mô phỏng với đặt = 10V, I = 8,7A 110 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên MỞ ĐẦU Ngày nay , cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên thế giới đang phát triển với tốc độ vũ bão , không ngừng vươn tới những đỉnh cao mới, trong đó có những thành tựu về kỹ thuật tự động hóa sản xuất . Đa số các máy côn g cụ hiện đại được điều khiển theo chương trình số . Đây là những điều kiện kỹ thuật cơ bản để thực hiện những điều kiện tự động hóa linh hoạt trên từng máy công cụ điều khiển số riêng lẻ, hay các trung tâm điều khiển số cũng như việc g hép nối chúng thành một hệ thống linh hoạt , điều khiển liên thông bằng máy tính ghép nối mạng. Với tiến bộ mạnh mẽ của công nghệ vi xử lý đã tạo điều kiện nâng cao vượt bậc công năng của hệ điều khiển số , đồng thời với việc ngày càng giảm về giá thành của bộ điều khiển này. Cụm vi xử lý với tư cách là bộ phận chính yếu của thiết bị và các bo mạch ghép nối ngoại vi là những phần cứng không thể thiếu được trong các máy công cụ CNC. Trong các nhà máy xí nghiệp công nghiệp ở nước ta hiện nay máy phay CNC nói riêng và máy công cụ điều khiển số CNC nói ch ung ngày càng được sử dụng rộng rãi . Việc phát huy hiệu quả sử dụng , bảo dưỡng vận hành máy là vấn đề đặc biệt quan tâm của chúng ta . Muốn phát huy được hiệu quả tối đa khả năng thiết bị cũng như việc cải tiến nó cho phù hợp với điều kiện môi trường và con người Việt Nam đòi hỏi phải có sự hiểu biết sâu sắc về máy công cụ CNC . Việc “Nghiên cứu khảo sát và nâng cao chất lượng hệ thống truyền động cho bàn máy phay CNC ” có một ý nghĩa rất lớn trong ng ành tự động hóa . Đó chính là nội dung đề tài luận văn tốt nghiệp cao học của tôi. Luận văn này được chia thành 5 chương sau: Chương I - Tổng quan về máy công cụ CNC. Chương II - Hệ thống đo lường và điều khiển trong máy CNC. Chương III - Phân tích và chọn phương án truyền động cho bàn máy phay CNC Chương IV - Tổng hợp hệ thống truyền động bàn máy phay CNC. Chương V - Nâng cao chất lượng hệ truyền động bàn máy phay CNC bằng bộ điều khiển mờ lai. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS .TS Võ Quang Lạp đ ã hướng dẫn tận tình , chỉ bảo cặn kẽ để tôi hoàn thành luận văn này . Xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy các cô Khoa sau đại học , Khoa điện và các bạn đồng nghiệp Trường ĐHKT Công nghiệp Thái Nguyên. Thái nguyên Ngày 30 tháng 04 năm 2008 Tác giả luận văn Tạ Minh Tiến 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY CÔNG CỤ CNC 1.1 Khái quát về các máy công cụ CNC. 1.1.1 Cơ sở của máy CNC. Các trục của máy được trang bị dụng cụ đo vị trí để xác toạ độ của bàn máy và của dao cụ (ví dụ Encoder vị trí gắn trên bàn máy để đo khoảng cách dịch chuyển của bàn máy theo trục X trên hình 1.1). Khi trục máy di chuyển thì các dụng cụ đo lường phát ra một tín hiệu điện, hệ điều khiển CNC xử lý tín hiệu này và xác định được toạ độ chính xác của các trục máy. Hình 1.1 Cơ sở của các máy CNC Trong hệ toạ độ đề các được xây dựng trên ba trục toạ độ vuông góc (X,Y,Z). Một điểm trong mặt phẳng được xác định bởi hai trục toạ độ, một điểm trong không gian được xác định bởi ba trục toạ độ (X,Y,Z) hình 1.2 cho biết các trục của máy được miêu tả như thế nào thông qua hệ toạ độ đề các và kí hiệu các trục toạ độ theo quy tắc bàn tay phải. Các máy công cụ CNC có thể điều khiển tới chín trục, đó là các trục (U,V,W) là các trục chuyển động thứ hai song song với các trục (X,Y,Z) còn các trục (A,B,C) là các trục quay quanh các trục (X,Y,Z). Ngoài ra, trong lập trình gia công còn xử dụng hệ toạ độ cực. Một điểm trong mặt phẳng được biểu diễn thông qua hai giá trị là bán kính và góc trong hệ toạ độ cực. Y Z X 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.1.2 Đặc điểm và phân loại. Một cách tổng quát các máy công cụ CNC có thể được phân loại theo đặc điểm sau: - Truyền động: Thuỷ lực, khí và điện ... - Phương pháp điều khiển máy: Toạ độ hay quỹ đạo ... - Hệ thống định vị: Định vị kích thước nối tiếp và định vị tuyệt đối. - Các vòng lặp điều khiển . - Số trục tọa độ. Theo chức năng thì các máy công cụ CNC cũng như các máy công cụ vạn năng, có thể được chia thành các nhóm sau: - Nhóm máy tiện đại diện cho các máy tiện trong, tiện ngoài trên một phôi đang quay, cũng như cắt ren trong và ren ngoài ... - Nhóm may khoan, doa để khoan, doa các phôi. - Nhóm máy phay để phay những chi tiết có cấu tạo hình học đa dạng tạo ra các bề mặt và các góc đa dạng và cũng có thể khoan, phay và doa. Thay đổi nguyên công bằng cách thay dao cụ, có nghĩa là chỉ cần một lần gá kẹp. - Nhóm máy mài để gia công tinh. Nhóm này bao gồm các máy mài trục, mài lỗ, mài phẳng, mài răng, mài rãnh then, mài dụng cụ ... - Nhóm trung tâm gia công: Khoan, phay, tiện, doa, ... Hình 1.2 Miêu tả các trục của máy công cụ CNC trong hệ tọa độ Đề các 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Các máy CNC có thể thay dao bằng tay hoặc tự động. Có nhiều phương pháp thay dao tự động, nó phụ thuộc vào kết cấu cơ khí của máy, phụ thuộc vào chương trình điều khiển thay dao. Các máy CNC có thể cấp phôi bằng tay hoặc tự động. Những máy được trang bị bộ phận cấp phôi tự động có thể làm các chi tiết mà không cần có sự phục vụ của người vận hành. Kiểu máy này gọi là modul gia công linh hoạt (Flexibe Manufacturing Module). Các thông số kỹ thuật của máy CNC là: 1. Đường kính lớn nhất của phôi tiện trên máy tiện. 2. Đường kính khoan lớn nhất của máy khoan. 3. Đường kính trục doa lớn nhát của máy doa. 4. Chiều rộng lớn nhất của bàn máy phay. 5. Kích thước khuôn và trọng lượng máy. 6. Số trục phối hợp có thể điều khiển và số trục có thể điều khiển đồng thời. 7. Ngăn chứa dụng cụ (dao). 8. Thiết bị cấp (tháo) phội tự động của máy. 9. Băng tải phôi của máy. 10. Hệ thống điều khiển của máy. 11. Hệ thống truyền động của máy. 12. Hệ thống đo lường. 1.2 Nguyên lí vận hành của một máy công cụ điều khiển số. 1.2.1 Chƣơng trình gia công chi tiết. Chương trình gia công chi tiết gồm có các chương trình điều khiển và dữ liệu. Chương trình điều khiển được soạn thảo bằng ngôn ngữ lập trình và lưu giữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ hoặc đĩa Compact CD) sau đó được nạp vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích. 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Dữ liệu gồm các giá trị hiệu chỉnh biên dạng, các dữ liệu chỉnh máy, các số liệu về dao cụ ... được nạp vào từ bảng điều khiển. Chương trình điều khiển và dữ liệu được chuyển trực tiếp từ máy tính chủ sang hệ điều khiển số của từng trạm gia công (hệ CNC). 1.2.2 Khối điều khiển. Thực hiện chương trình gia công chi tiết trên cơ sở dữ liệu sẵn có và tín hiệu từ bên ngoài. Nhận các giá trị vị trí của các trục từ sensor đo vị trí (encoder), và tốc độ của các trục. Thực hiện các chương trình điều khiển các cơ cấu chấp hành, động cơ của trục chính, động cơ của các trục truyền động riêng lẻ để phối hợp tạo nên biên dạng và tốc độ gia công đã xác định. 1.2.3 Điều khiển logic. Điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ như sau: Tốc độ chạy nhanh (Không cắt) tối đa, bố trí xếp đặt các trục máy, các trạng thái đóng ngắt mạch của hệ điều khiển và giới hạn vùng làm việc của hệ thống công nghệ (bàn máy, gá lắp, dao cụ), lệnh đóng/ngắt bơm dung dịch làm mát và bôi trơn, lệnh tạo số vòng quay cho trục chính, lệnh đổi dao cụ. Đầu ra khối điều khiển logic đi điều khiển các cơ cấu chấp hành như: Van thuỷ lực, van khí nén, các rơle ... 1.3 Cấu trúc các khối chức năng của hệ CNC. Màn hình dùng để hiển thị toạ độ hiện tại của các trục truyền động, trạng thái làm việc của toàn hệ thống ... Bảng điều khiển để vào dữ liệu điều chỉnh máy, lập trình gia công, cài đặt hệ thống ... Tay quay điện tử dùng để vận hành máy trong các trường hợp để hiệu chỉnh máy, đo chi tiết ... mà phải mở cửa làm việc. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Các khối vào ra (I/O), các bộ điều khiển truyền động (BKĐ) liên lạc với CPU thông qua một BUS hệ thống. Các khối Flash + RAM để lưu dữ các chương trình điều khiển, dữ liệu máy và liên lạc với CPU thông qua BUS trong của CPU. Các cơ cấu chấp hành là van thuỷ lực, van khí nén, công tắc tơ, rơle...Các sensor thường là các sensor trạng thái (Proxymity sensor), sensor áp suất, sensor nhiệt độ ... Hệ thống đo lường là các cảm biến vị trí, cảm biến tốc độ để đưa các tín hiệu phản hồi về các bộ điều khiển (Controller). Trục chính dùng để quay dao, còn các trục toạ độ khác phục vụ cho việc di chuyển dao đến các vị trí được lập trình để tạo nên biên dạng mong muốn. 1 Màn hình 2 Bảng điều khiển 3 Mạch ghép nối 4 Tay quay điện tử Hình1.3 Cấu trúc các khối chức năng của hệ CNC KWH 1 3 2 HTĐK CPU Cnet Flash+Sram BUS I/O BĐK 4 Sensor HT đolường Trục chính và các trục TĐ khác Cơ cấu Chấp hành 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 1.4 sơ đồ nguyên lý của 1 máy phay đứng 3 trục (X,Y,Z). 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1.4 Hệ thống truyền thông tin. Hình 1.5 Lưu thông tín hiệu trong điều khiển số Bảng điều khiển Tay quay Đầu đọc Máy vi tính Bảng điều khiển Bảng điều khiển Dữ liệu dao Dữ liệu máy Chuẩn bị thông tin Xử lí thông tin Điều chỉnh vị trí Điều chỉnh thích ứng Điều chỉnh số vòng quay trục chính Rơle vòng quay hiệu chỉnh dòng Rơle vòng quay hiệu chỉnh dòng Tổng thể máy công cụ Truyền động chạy dao Truyền động trục chính Lớp 2 Lớp 1 Lớp 5 Lớp 4 Lớp 3 Lớp 6 Quản lý Điều khiển 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Lớp 1: Dữ liệu được nạp vào từ các nguồn. - Bảng điều khiển - Các cơ cấu tay quay điện tử. Cơ cấu này giới hạn cho việc gia công chi tiết lẻ, kết cấu đơn giản hoặc quá trình hiệu chỉnh máy. - Đầu đọc vật mang tin (băng từ, đĩa từ, đĩa compact). - Từ một máy tính của hệ. Lớp 2: Lưu dữ. Thông tin đầu vào được lưu dữ trong các bộ nhớ. Chương trình gia công chi tiết, các dữ liệu về dao cụ và giá trị hiệu chỉnh được lưu dữ trong bộ nhớ RAM. Các dữ liệu hiệu chỉnh máy cũng được lưu dữ trong bộ nhớ RAM hoặc EPROM. Lớp 3: Lưu chuyển. Trong lớp này các dữ liệu chương trình bắt đầu được xử lý. Đường dịch chuyển cần được thực hiện trong câu lệnh kế tiếp được tính toán, quỹ đạo tương quan với biên dạng lập trình được tìm ra có tính đến khoảng cáchbằng bán kính dao. Các phương pháp kiểm tra, nghiệm lại các thông số chương trình quan trọng như trọng điểm kết một đường cong phi tuyến .v.v... Lớp 4: Lưu xử lí. Lớp này bao gồm các bộ nội suy, tìm gia những giá trị cần về toạ độ cho mạch vòng điều chỉnh vị trí trên từng trục và đưa ra các số liệu điều khiển trục chính và điều khiển toàn máy. Lớp 5: Điều chỉnh Gồm các bộ điều chỉnh dòng điện, bộ điều chỉnh tốc độ và bộ điều chỉnh vị trí để điều khiển các động cơ truyền động các trục phù hợp với tốc độ chạy dao và biên dạng đã lập trình. Lớp 6: Cơ cấu chấp hành, cơ cấu dịch chuyển và đo lường. 1.5 Hệ thống tính toán và điều khiển. 1.5.1 Khái niệm và phân loại. Hệ điều khiển CNC thực hiện như lưu đồ điều khiển hình 1.6 Giai đoạn đầu tiên, những thông tin về kích thước công nghệ được đưa sang khâu chuẩn bị chương Thông tin kích thước công nghệ 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trình, sau đó là công việc lập trình điều khiển. Chương trình điều khiển được đưa vào thiết bị tính toán điều khiển, tạo ra tín hiệu điều khiển các hệ tự động. Cấu trúc của thiết bị tính toán điều khiển có thể chia ra làm hai nhóm: NC (Numerical Control) và CNC (Computer Numerical Control). Trong hệ CNC (hình 1.7) chương trình điều khiển được đưa vào khối sao chương trình sau đó qua đầu vào đưa dến khối giải mã nhằm tạo ra các mã tương thích của máy. Tín hiệu này hoặc đưa trực tiếp vào khối điều khiển hoặc đưa vào bộ nhớ đệm và cuối cùng đến khối nội suy (Interpolation) để tính toán phân ra các toạ độ truyền động. Mặt khác thông tin điều khiển còn đưa ra các lệnh điều khiển công nghệ như tốc độ cắt, xoay chi tiết, thay dao.v.v... Hệ truyền động điện tự động Thiết bị tính toán và điều khiển Chuẩn bị số liệu cho lập trình Chương trình điều khiển Chuẩn bị số liệu cho lập trình Hình 1.6 Lưu đồ điều khiển hệ CNC 3 1 2 4 5 6 8 Hệ T. Động 9 7 Lệnh công nghệ K H Ố I Đ ỈÊ U K H IỂ N Hình 1.7 Cấu trúc hệ điêu khiển NC 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong hệ CNC (hình 1.8) khối ALU (Arithmetic Logic Unit) thực hiên các phép toán số học và logic. Khối ALU nhận thông tin về công nghệ và thông tin điều khiển từ máy tính thông qua khối I/O. Bên cạnh ALU là bộ nhớ để chương trình và dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Hệ CNC bao gồm bộ vi điều khiển cấp dưới và máy vi tính cấp trên. Nhờ vậy, có thể khếp nối với hệ điều khiển cấp trên để thực hiện thiết kế tự động CAD và hệ điều hành sản xuất tự động CAM hợp thành một hệ sản xuất linh hoạt FMS ... 1.5.2 Chuẩn bị chƣơng trình điều khiển cho hệ CNC. a. Chuẩn bị chương trình bằng tay. Những thông tin cần thiết để chuẩn bị chương trình là: Các bản vẽ chi tiết và các điều kiện công nghệ. Người soạn thảo chương trình phải chuyển thông tin đó thành chương trình điều khiển số cho máy gia công. Nhớ cố định Nhớ 3 ALU Lệnh công nghệ Hình 1.8 Cấu trúc hệ điêu khiển CNC Hệ T. Động Từ máy tính 2 1 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + Chọn hệ toạ độ (Tương ứng với hướng dẫn của ISO) sao cho điểm toạ độ ban đầu cần phải trùng với điểm xuất phát của dụng cụ cắt hoặc chi tiết gia công. + Dựa trên quỹ đạo chuyển động giữ các điểm tựa, viết chương trình quỹ đạo chuyển động (đường thẳng, đường tròn, Parabol, ...). Nếu như dùng phương pháp gần đúng thì phải tính sai số. + Dựa vào các thông tin về công nghệ như chế độ căt, dụng cụ cắt, tốc độ cắt ... thành lập biểu đồ công nghệ. b. Chuẩn bị chương trình từ máy vi tính. Chuẩn bị chương trình điều khiển thực hiện bằng tính toán trực tiếp với chi tiết gia công phức tạp mất nhiều thời gian và độ chính xác không đảm bảo. Ngày Bản vẽ chi tiết Chương trình dạng Text Kế hoạch dụng cụ cắt Kế hoạch đồ gá Kế hoạch gia công Bảng các toạ độ Mã hóa Ghi băng Biểu đồ Công nghệ Hình 1.9 Các bước của khâu chuẩn bị chương trình bằng tay 12 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nay người ta thường thực hiện chuẩn bị chương trình nhờ máy tính. Đặc trưng của lập trình bằng máy là việc ứng dụng một ngôn ngữ lập trình định hướng đối tượng. Với sự trợ giúp của ngôn ngữ lập trình như vậy ta có thể: - Xác định những nhiệm vụ gia công tương đối đơn giản và không thực hiện các tính toán bằng tay. - Chỉ cần truy nhập một số ít dữ liệu có thể sản sinh một số khối lượng lớn các số liệu cho nhiệm vụ gia công. - Những tính toán cần thiết đều do máy tính thực hiện. - Dùng một ngôn ngữ biểu tượng tương đối dễ học mà các từ của nó hợp thành bởi những khái niệm phổ biến Trong ngôn ngữ chuyên môn của kỹ thuật gia công. Bản vẽ chi tiết thô & bản vẽ sản phẩm Kế hoạch đầu ra Soạn thảo chương trình bằng ngôn ngữ biểu tượng Trao đổi thông tin Hộp lưu dữ, băng đục lỗ Tính toán Khai báo chương trình các dữ liệu công nghệ Hoạt động theo nguyên tắc trực tiếp với máy NC hay ghép nối DNC Chương trình xử lý Băng đục lỗ. vật mang tin, đĩa CD Bảng danh mục Hình 1.10 Lưu đồ lập trình bằng máy 13 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Tiết kiệm phần lớn thời gian trong khi mô tả chi tiết cần gia công và các chu trình công tác cần thực hiện. - Hạn chế được các lỗi lập trình, vì so với lập trình bằng tay chỉ cần cấp ít dữ liệu vào máy tính và hầu như không cần phải tính toán. Nếu tất cả các giai đoạn chuẩn bị chương trình đều thực hiện nhờ máy tính gọi là tự động tự động hoá toàn bộ khâu chuẩn bị chương trình. Tuy nhiên trong trường hợp chuyển từ giai đoạn này sang giai đoạn khác cần phải thực hiện bằng chương trình công nghệ theo mô hình toán học mô tả đối tượng. Hiện nay tồn tại nhiều ngôn ngữ lập trình cho việc thực hiện tự động hoá chuẩn bị chương trình điều khiển. Trong việc thực hiện tự động hoá chuẩn bị chương trình điều khiển máy tính sẽ đảm nhận các bài toán về kích thước hình học và công nghệ tính toán các toạ độ điểm tựa, tiệm cận hoá các đường cong, tính toán các tham số khoảng cách đẳng trị. Tính toán lượng ăn dao và tốc độ cắt, cụ thể gồm các bước sau: 1. Chọn ngôn ngữ để mô tả quỹ đạo chuyển động, ngôn ngữ này phải có đủ khả năng mô tả được các kích thước tham số của quỹ đạo chuyển động với lời diễn tả đơn giản dễ sử dụng. 2. Gia công thuật biến đổi thông tin về kích thước hình học sao cho có thể phối hợp với ngôn ngữ của máy gia công. 3. Tạo các thuật toán giải các bài toán mẫu theo các quỹ đạo gia công đặt ra. 4. Gia công các thuật toán đẻ phục vụ cho các đối tượng cụ thể. 1.5.3 Cấu trúc hệ điều khiển CNC. Hình 1.11 Cấu trúc đầy đủ của một hệ CNC Máy tính có nhiệm vụ quản lý, quan sát, lập trình. Ngoài ra nhờ có khối ghép nối (Interface Bus) để hệ có thể nối mạng với các máy tính bên ngoài với mục đích để truyền dữ liệu, quản lý, theo dõi hoặc điều khiển DCN. Bảng điều khiển và tay quay điện tử dùng để vận hành máy, vào các dữ liệu, chọn các chế độ làm việc, lập trình gia công ... 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Khối NC có nhiệm vụ thu thập và xử lý dữ liệu, nội suy, tính toán quỹ đạo, điều phối. Chức năng của PLC là điều khiển quá trình công nghệ của toàn hệ.Trong một số trường hợp cả ba khối (NC, PLC, và khối vi điều khiển) được chế tạo thành một khối (hình 1.11), nó đảm bảo toàn bộ chức năng điều khiển của hệ. Hình 1.11 Cấu trúc của hệ CNC Máy tính lập trình, quản lý, theo dõi, DNC Bảng điều khiển, Tay quay điện tử Máy tính quan sát & vận hành Interface Bus Khối NC Khối Vi ĐK Biến đổi 1 Biến đổi 2 Biến đổi n Đo lường M1 Mn M1 Khối NC … … 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Khối vi điều khiển gồm các Controller (bộ điều khiển vị trí, bộ điểu chỉnh tốc độ ...) thực hiện tất cả các bước cho chuyển động tuyến tính, các chuyển động phi tuyến để đạt được biên dạng lập trình. Các bộ phận của cấu trúc này như truyền động điện, đo lường, hệ điều khiển ... sẽ được nghiên cứu chi tiết ở các chương sau. 1.6 Hệ DNC. Máy công cụ CNC được điều khiển theo chương trình số viết bằng các mã ký tự số, các chữ cái và một số ký tự chuyên dụng khác. Trong đó hệ thống điều khiển có cài đặt các bộ vi xử lí đảm nhiệm các chức năng cơ bản của chương trình số như: tính toán toạ độ trên các trục điều khiển theo thời gian thực, giám sát các trạng thái thực của máy, tính toán các giá trị chỉnh lý dao cắt, tính toán nội suy trong điều khiển quỹ đạo biên dạng (tuyến tính, phi tuyến), thực hiện so sánh các cặp giá trị mong muốn và giá trị thực. Điều khiển trực tuyến DNC (Direct Numerical Control) là một hệ thống điều khiển trong đó dùng máy tính điều hành trực tiếp nhiều máy công tác điều khiển theo chương trình số. Đặc tính cơ bản của hệ DNC là sự ghép nối trực tuyến (online) nhiều máy CNC với một máy tính. Hệ DCN có thể trao đổi thông tin theo hai cách: Cách 1: Vận hành BTR (Behind Tappe Reader). Thông tin điều khiển từ máy tính sau khi qua bộ phận đọc dữ liệu từ vật mang tin sẽ được chuyền vào hệ điều khiển CNC. Máy tính chủ Máy CNC Máy CNC Dữ liệu từ vật mang tin Hình 1.12 Hệ DNC Bộ phận ghép nối 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Cách 2: Vận hành trực tiếp. Máy tính trung tâm gộp luôn các bộ nhớ thông tin và bộ nhớ nội suy cũng như các khả năng khác của CNC vào trong máy tính. Các máy công tác chỉ còn có cụm điều khiển logic và các mạch vòng điều chỉnh, ngoài ra giữa chúng còn có một mạch nối ghép thích hợp . Cách 2 có ưu điểm là hệ điều khiển máy công tác rẻ hơn nhiều (do máy tính chủ đã phụ trách một số công việc). Nhưng do lệ thuộc hoàn toàn vào máy tính chủ nên ít dùng. Trong hệ DCN, nhiệm vụ cơ bản của máy tính trung tâm và quản lý tập trung các chương trình gia công CNC và phân phối đến các máy công tác. Quá trình lưu trữ và cập nhật dữ liệu điều khiển số cho từng máy CNC trong hệ thống có tính tiện lợi và kinh tế. Chức năng của một hệ DNC Chức năng cơ bản Quản lý chương trình NC Phân phối dữ liệu NC Sửa chữa dữ liệu NC Chức năng mở rộng Điều chỉnh chương trình NC Thu thập và xử lý các dữ liệu hoạt động Chức năng điều khiển cho dòng vật chất Các chức năng thành phần của quá trình gia công Tuỳ thuộc vào cấu hình của máy CNC riêng lẻ mà nó có thể ghép nối trực tiếp với máy tính chủ bởi giao thức truyền TCP/IP hình 1.13, OSI hoặc giao thức khác. Người điều khiển có thể thông qua một Terminal mà liên hệ với máy tính trung tâm. Theo nguyên tắc, người điều khiển máy chỉ cần thông báo cho máy tính trung tâm chương trình nào được khai thác tiếp theo. Bộ xử lý trung tâm của máy tính chủ cho phép gọi ra chương trình CNC cần thiết từ bộ nhớ ngoại vi của nó. Từ đó, các dữ liệu điều khiển máy CNC sẽ được thông báo, tuỳ thuộc hình thức tổ chức trong hệ điều khiển của máy công tác, theo từng câu lệnh riêng lẻ hoặc toàn bộ chương trình. 17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Khả năng quản lý chương trình trong hệ CNC. - Quản lý các danh mục các chương trình CNC - Tìm kiếm một chương trình CNC - Truy cập và khai thác các chương trình CNC - Cất dữ các chương trình CNC - Quản lý các dữ liệu về dao - Quản lý các dữ liệu về vật liệu gia công - Quản lý các dữ liệu về đồ gá. 1.7 Hệ thống gia công linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System). Hệ thống gia công linh hoạt bao gồm các loại máy công tác, chủ yếu là các máy CNC, liên kết với nhau bởi các hệ thống điều khiển và hệ thống vận chuyển cho toàn bộ quá trình, sao cho phạm vi giới hạn của hệ thống, một trình tự gia công khác nhau, có thể được tiến hành theo thứ tự lựa chon tự do. Việc điều hành các quá trình tính toán cần thiết cho tất cả các hệ thống con trong hệ thống gia công linh hoạt, tất yếu phải dựa trên cơ sở các máy công cụ CNC vận hành theo nguyên tắc điều khiển DNC. Tính linh hoạt của hệ thống được thể hiện ở các mặt sau: - Có khả năng sản xuất từ 20 đến 30 loại chi tiết có quy trình gia công khác nhau. Hình 1.13 Ghép nối các máy CNC với máy tính trung tâm SERVER Progamming Station CNC 1 CNC 2 CNC n 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Có khả năng thay đổi số lượng sản phẩm. - Phí tổn cho việc lập trình. Tùy thuộc vào quy mô cấu trúc, hệ thống sản xuất linh hoạt có thể phân thành các loại sau: Đơn vị sản xuất linh hoạt (FMU: Flexible Manufacturing Unit). Đơn vị sản xuất linh hoạt là hệ thống có máy NC, thông thường là các máy CNC với bàn gá dao và bàn thay dao tự động. Có khả năng giảm bớt thao tác cho người sử dụng. Nhóm sản xuất linh hoạt ( FMC: Flexible Manufacturing Cell). Nhóm sản xuất linh hoạt bao gồm hai hay nhiều máy NC, tối thiểu là một CNC với bàn gá dao và cơ cấu cấp phôi, cấp dao tự động ở từng máy. Điều khiển toàn bộ hoạt động của FMC do máy tính trung tâm thực hiện phối hợp với mạng lưới vi tính độc lập. Phôi được hoàn tất một phần hoặc toàn phần sau khi rời nhóm sản xuất linh hoạt. Nhóm sản xuất linh hoạt thường dùng cho sản xuất hàng loạt, sản xuất nhỏ và trung bình. Hệ thống sản xuất linh hoạt ( FMS: Flexible Manufacturing System). Hệ thống sản xuất linh hoạt bao gồm một hay nhiều nhóm sản xuất linh hoạt có hệ thống vận chuyển tự động được điều khiển bằng máy tính. Điều khiển toàn bộ hệ thông là máy tính điện tử trung tâm. Hệ thống sản xuất linh hoạt thường dùng cho sản xuất trung bình và lớn. Hệ thống sản xuất tổng hợp (CIM: Computer Integrated Manufacturing) Với sự phát triển của bộ máy NC như CNC, DNC, các hệ thống FMC, FMS, kỹ thuật người máy và hệ thống phần mềm điều khiển tự động của máy tính điện tử đã dẫn đến sự ra đời của hệ thống sản xuất tổng hợp (CIM) vào năm 1978. Hiện nay CIM chỉ phát triển ở các nước có nền công nghiệp phát triển. CIM là một hệ thống sản xuất sử dụng trí tuệ nhân tạo tổng hợp ở trình độ cao các thiết bị sản xuất, các hệ thống thông tin các phần mền điều khiển để thực hiện một quá trình công tác tự động. Phần mềm xử lý: 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Nó là một tổng hợp các hệ thống thiết kế và kiểm tra tất cả các tài nguyên của quá trình sản xuất. - Là một phương tiện phục vụ cho việc tự đông hoá thu thập thông tin giữa các hệ thống máy tính và sử dụng nó cho việc hình thành một hệ thống phản hồi kín để thiết kế và điều khiển. Phần cứng của CIM: - Gồm nhiều đơn vị gia công dùng cho từng mục đích riêng biệt hoặc xây dựng thành một hệ thống sử dụng cho một mục tiêu. - Các hệ thống băng tải nối liền với các đơn vị gia công. - Hệ thống cấp phôi và dao tự động. - Máy tính điện tử trung tâm. Sự khác biệt giữa một máy CIM và NC là trình độ tự động hoá tổng hợp các quá trình công tác. Ở các máy NC tự động hoá thì thực hiện trên từng phần công việc, không có mối quan hệ trực tiếp giữa các khâu công tác của những máy độc lập. Ở CIM các đơn vị gia công thực hiện từng phần công việc có liên quan chặt chẽ với nhau tạo thành một quá trình sản xuất tổng hợp. Mối quan hệ giữa từng công đoạn không chỉ theo thứ tự công nghệ mà còn rất nghiêm ngặt về nhịp độ thời gian để chi tiết gia công từ máy này sang máy khác cùng một lúc nhiều loại chi tiết khác nhau. Nội dung hoạt động của CIM là tổng hợp của 5 lĩnh vực riêng: - Hệ thống thiết kế bằng máy tính điện tử CAD (Computer Aided Design). - Hệ thống thiết kế quá trình sản xuất và điều khiển bằng máy tính CAPPC (Computer Aided Production Engineering). - Hệ thống thiết kế quá trình sản xuất và điều khiển bằng máy tính CAPE (Computer Aided Production Engineering). - Hệ thống tồn trữ và vận chuyển điều khiển bằng máy tính CAST(Computer Aided Storage and Transportation). - Hệ thống tổ chức và điều khiển sản xuất bằng CAM (Computer Aided Manufacturing). 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kết luận Máy công cụ điều khiển số CNC là loại máy gia công cơ khí rất phổ biến hiện nay , sự ra đời và phát triển của nó đã thúc đẩy sự phát triển của ngà nh cơ khí chế tạo , đóng góp to lớn vào việc tạo ra của cải cho xã hội. Sự ra đời của máy CNC làm cho các sản phẩm cơ khí chế tạo có chất lượng tốt hơn , độ chính xác cao hơn và đặc biệt có thể sản xuất hàng loạt. Máy CNC có nhiều chủng loại khác nhau , mỗi công nghệ gia công lại có một kiểu máy . Tuy nhiên xét tổng thể về nguyên lý thì các máy CNC đều có cấu trúc và hệ điều khiển tương tự nhau . Cấu trúc của tất cả các loại máy CNC đều bao gồm : Phần xử lý tung tâm (Giao diện người máy và thực hiện nội suy), phần điều khiển servo , động cơ servo , phản hồi tốc độ , vị trí . Hệ điều khiển vòng hở thường có độ chính xác không cao . Hệ thống điều khiển vòng kín có độ chính xác vị trí rất cao , ngày nay hầu hết người ta sử dụng phổ biến hệ thống điều khiển là hệ thống vòng kín. Chương tiếp theo sẽ đề cập đến hệ thống đo lường và điều khiển trong máy CNC. 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG II HỆ THỐNG ĐO LƢỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY CNC 2.1 Hệ thống đo lƣờng trong máy công cụ CNC. Mỗi trục chuyển động được điều chỉnh của một máy CNC bao giờ cũng có hai thiết bị đo lường, đó là thiết bị đo tốc độ quay của động cơ và thiết bị đo vị trí của sự dịch chuyển. 2.1.1 Thiết bị đo tốc độ. Thiết bị đo tốc độ để đo tốc độ quay thực của động cơ và đưa tín hiệu phản hồi tốc độ của động cơ về bộ điều chỉnh tốc độ. Tín hiệu phản hồi này được so sánh với tốc độ đặt của động cơ, kết quả được đưa vào đầu vào của bộ điều chỉnh tốc độ. Để đo tốc độ quay của động cơ người ta dùng máy phát tốc hoặc Encoder gắn trực tiếp với trục động cơ. 2.1.2 Thiết bị đo vị trí. Các trục của máy được trang bị các dụng cụ đo vị trí để xác định toạ độ của bàn và của dao cụ (Ví dụ: Encode vị trí gắn trên bàn máy để đo khoảng cách dịch chuyển của bàn theo trục X trên hình 2.1). Khi trục máy di chuyển thì các dụng cụ đo lường phát ra một tín hiệu điện, hệ điều khiển CNC xử lý tín hiệu này và xác định toạ độ chính xác của các trục máy. Các dụng cụ này đo khoảng cách dịch chuyển tức là xác định toạ độ thực tế tức thời của các trục toạ độ. Các đại lượng để đo ở đây là những đoạn đường trong các chuyển động thẳng và các góc trong các chuyển động quay của các trục toạ độ. Encoder Y Z X Hình 2.1 Dụng cụ đo lường vị trí trên hệ CNC 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tín hiệu đầu ra của các thiết bị này được đưa về so sánh với các giá trị đặt của vị trí, kết quả được đưa vào các đầu vào của bộ điều chỉnh vị trí. Trên các dụng cụ đo lường vị tri còn được trang bị một vài điểm chuẩn (Reference Mark) được chỉ ra trên hình 2.2. Mục đích để thiết lập lại toạ độ gốc của các trục sau mỗi lần khởi động máy. Khi khởi động thì các trục toạ độ phải di chuyển và khi qua các điểm chuẩn (Reference Mark) nó sẽ phát ra một tín hiệu. Tín hiệu này dùng để xác định toạ độ gốc của trục và hiển thị giá trị toạ độ thực tế lên màn hình. Vì vậy, chỉ sau khi chạy hết các trục về các điểm chuẩn (Reference Mark) thì mới thực hiện được gia công trên máy. 2.2 Phƣơng pháp đo vị trí. 2.2.1 Các phƣơng pháp đo vị trí. - Phương pháp đo vị trí có đầu ra là đại lượng tương tự: Đoạn đường hay góc cần đo được chuyển đổi liên tục thành đại lượng vật lý tương thích ( đại lượng tương tự), ví dụ chuyển đổi thành tín hiệu dòng điện hay điện áp. - Phương pháp đo vị trí có đầu ra là đại lượng số: Đoạn đường hay góc cần đo chia thành các yếu tố đơn vị có độ lớn như nhau. Quá trình đo chính là việc đếm hay cộng các yếu tố đơn vị đã đi qua. Nếu theo cách đo thì ta có phương pháp đo trực tiếp hay gián tiếp, phương pháp đo vị trí tuyệt đối, tuyệt đối theo chu kỳ và phương pháp đo vị trí theo kiểu gia số. 2.2.2 Các loại cảm biến có đầu ra tƣơng tự. Trong xử lý tín hiệu cả liên tục và rời rạc, cảm biến vị trí được sử dụng để xác định vị trí, đo lường bề dầy, đường kính của một vật, vị trí hiện tại của vật đang Reference Mark X(Y,Z) Hình 2.2 Các điểm Reference Marks trên Encoder 23 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên dịch chuyển, xác định sự tồn tại của một vật. Cảm biến vị trí thường có một trục quan hệ cơ khí với đối tượng cần đo. Để đo lường cảm biến dựa vào vị trí của trục cảm biến, chức năng của cảm biến là chuyển đổi vị trí của trục cảm biến thành một phẩm chất đo lường. Ví dụ vị trí hiện tại của trục cảm biến có thể gây lên sự thay đổi điện dung của một tụ điện, tự cảm của cuộn dây, hỗ cảm của hai cuộn dây, điện trở, … từ đó xác định được vị trí đối tượng. Ngoài ra trục của cảm biến có thể ghép với Encorder, một thiết bị chuyển đổi vị trí hiện tại thành tín hiệu số. Ngoài ra, một số cảm biến không cần tiếp xúc đối với đối tượng đo lường. Cảm biến này sử dụng sự thay đổi của hệ số hỗ cảm, điện dung, điện trở … để xác định sự hiện diện và đo lường vị trí của đối tượng. a. Cảm biến vị trí dùng triết áp. Cảm biến chứa đựng một biến trở và một công tác trượt có thể chuyển đổi từ đầu này đến đầu kia của biến trở. Cảm biến chiết áp đo lường dịch chuyển thẳng và dịch chuyển góc. Cảm biến vị trí dùng phương pháp chiết áp có thể gây ra sai số bởi dòng điện đi qua dây nối với công tắc trượt, do điện trở tải nối giữa công tắc trượt và điểm chuẩn. b. Cảm biến vị trí sử dụng selsyn (Synchro Systems). Selsyn là bộ phận chuyển đổi chuyển động quay (dịch chuyển góc) thành một điện áp AC, hay ngược lại chuyển đổi điện áp AC thành chuyển động quay. Có ba loại selsyn khác nhau được sử dụng trong chuyển đổi dịch chuyển góc là: Bộ điều khiển phát, bộ điều khiển biến áp và bộ điều khiển vi sai. c. Bộ đo góc (Resolvers). Hình 2.3 Sai số tải được tạo ra ở chiết áp khi một điện trở tải được nối giữa công tác trượt và một đầu của dây điện trở. Eout + - aRp IL RL + 1 - 2 Es 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bộ đo góc là một thiết bị chuyển đổi chuyển động quay thành một tín hiệu ở đầu ra là một hàm của vị trí roto. Hình 2.4 thể hiện vị trí của các cuộn dây trong bộ đo góc. Hai cuộn dây roto đặt cách nhau 900, Hai cuộn dây stato đặt cách nhau 900. Mỗi cuộn dây có thể xem như là cuộn sơ cấp và cuộn còn lại là cuộn thứ cấp. Công thức sau định nghĩa điện áp thứ cấp quan hệ với điện áp sơ cấp khi cuộn roto dược sử dụng như là cuộn sơ cấp: )sincos( 431  EEKE  (2.1) )sin3cos( 42  EEKE  (2.2) Khi bộ đo góc được sử dụng như là cảm biến vị trí, thì một cuộn dây roto được nối tắt hình 2.5 Nếu E4 được nối tắt thì công thức (2.1) và (2.2) được đơn giản thành: cos31 KEE  (2.3) cos31 KEE  (2.4) Công thức (2.3) và (2.4) định nghĩa đầu ra của bộ đo góc hình 2.5 Điện áp đầu vào : E3 = Asin(t), điện áp đầu ra E1 là điện áp dạng sin có biên độ đổi theo sin của góc dịch chuyển vị trí roto, tương tự đầu ra E2 cũng là dạng sin  E2 E1 E3 E4 Hình 2.4 Bộ đo góc, một loại cảm biến mà tín hiệu đầu ra của nó là một hàm lượng giác của vị trí trục roto . Hai cuộn roto đặt cách nhau 900, hai cuộn Stator cũng đặt cách nhau 900 Hình 2.5 Bộ đo góc sử dụng như cảm biến, có môt cuộn dây roto ngắn mạch Từ bộ đo góc đến encoder số E2 E1 E3 E4  25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên có biên độ thay đổi theo hàm sin góc dịch chuyển vị trí roto. Cảm biến vị trí sử dụng bộ đo góc, yêu cầu một mạch xử lý tín hiệu để chuyển đổi hai điện áp E1, E2 thành tín hiệu điện thế có liên hệ với góc dịch chuyển roto . Nếu yêu cầu tín hiệu đầu ra của cảm biến là tín hiệu số, thì mạch sử lý tín hiệu cũng phải chuyển đổi tín hiệu từ dạng analog sang dạng số, vậy cảm biến thực hiện hai chức năng là bộ đo góc và chuyển đổi tín hiệu sang dạng số. 2.2.3 Các loại cảm biến có đầu ra là số. a. Bộ chuyển đổi số. * Bộ mã hóa số trực tiếp. Theo lý tưởng, bộ biến đổi có thể đo một đại lượng vật lý tự nhiên chuyển thành số Binary hay số BCD. Bộ biến đổi loại này rất ít, thực tế thì bộ mã hóa số hầu như chỉ là phần căn bản của bộ biến đổi số. Về căn bản bộ biến đổi số đo sự thay đổi của đại lượng. Tuy nhiên, nó có thể dùng để xác định lực, áp suất, mực chất lỏng bằng cách dùng thiết bị đo chuyển động cơ học (analog mechanical motion translators). Xung nhịp thời gian cũng thuộc loại này, nó trực tiếp tạo tín hiệu số ở đầu ra. * Bộ mã hóa xung, tần số và thời gian . Bộ mã hóa loại này tạo ra một chuỗi xung số ứng với một hiện tượng vật lý. Ở đây, giá trị của đại lượng cần đo được mã hóa thành độ rộng xung hoặc tần số của xung. Một vài bộ gia công số yêu cầu phải có một thời gian hoặc tần số mẫu chính xác để so sánh với xung của đại lượng vật lý được đo. Tần số và chu kỳ được liên hệ bởi công thức: Tần số =1/(chu kỳ). Thông tin từ bộ biến đổi số loại này tương thích với máy tính, máy tính phải đếm được độ rộng xung hoặc xung clock để lấy được thông tin của đại lượng bên ngoài. Bộ chuyển đổi Hình 2.6 Sơ đồ khối bộ mã hóa số trực tiếp. Nhiệt độ, dòng chảy, áp suât, dòng điện , điện áp… Biến đổi trực tiếp Đầu ra số Máy tính Đầu vào số 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên * Bộ mã hóa tương tự sang số. Ở đây tín hiệu tương tự (thay đổi điện trở, ứng suất) được ghép với một mạch điện để tạo ra tần số hoặc một chuỗi xung . * Bộ chuyển đổi A/D. Tín hiệu tương tự từ bộ biến đổi có thể được đưa vào trong máy tính thông qua bộ chuyển đổi A/D. b. Encoder số. Mỗi bộ encoder số bao gồm một đĩa tròn với một vạch kẻ mẫu ở trên đó. Các vạch mẫu này được đọc bởi đầu cảm biến. Đĩa này thường đi kèm với trục của nó và trục này làm quay những mẫu khác phát ra tín hiệu cho mỗi vị trí nhận được. Cách ghi các mã trên đĩa phụ thuộc vào các vạch mẫu trên nó. Có ba loại encoder chính: * Encoder tiếp xúc: Điểm tiếp xúc thực tế của loại encoder này là giữa đĩa và đầu đọc thông qua chổi than. Loại này có nhược điểm là tạo ra ma sát, hao mòn, bụi bẩn, điện trở tiếp xúc và rung động… làm giảm độ chính xác và tuổi thọ. Bộ chuyển đổi Hình 2.7 Sơ đồ khối bộ mã hóa xung, tần số, thời gian Tốc độ, dòng chảy, áp suât, dòng điện , điện áp… Xung Đầu ra số Máy tính Đầu vào số Bộ đếm Xử lý số Nhiệt độ, áp suât, khối lượng… Điện trở ứng suất Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ mã hóa tương tự sang số Đầu ra số khuếch đại Xử lý số Bộ đếm Xử lý số Xử lý tương tự Khuếch đại Hình 2.9 Sơ đồ khối bộ chuyển đổi Analog to Digital Nhiệt độ, Dòng chảy, … Đầu ra số Chuyển đổi A/D hay V/F 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Độ phân giải của encoder phụ thuộc vào đường rãnh và độ chính xác nhỏ nhất của một rãnh có thể có được trên đĩa. Độ phân giải có thể tăng lên bằng các nhiều tầng đĩa hoặc dùng bộ đếm lên/xuống có dung lượng bộ đếm cao. * Encoder từ trường: Encoder từ trường yêu cầu đĩa phải được tráng một lớp vật liệu từ, trong đó những vạch mẫu không được phủ. Các vết từ có thể đọc bằng một đầu đọc làm bằng nam châm. Encoder từ trường có tuổi thọ cao hơn Encoder tiếp xúc. * Encoder quang: Encoder quang là loại thông dụng nhất nhờ vào độ chính xác cao và dùng ánh sáng của bán dẫn (Leds). Một encoder quang có bốn phần chính: nguồn quang, đĩa mã, cảm biến quang và mạch xử lý tín hiệu. Encoder quang có thể được phân thành hai loại: Encoder tương đối (Incremental Encoder) và encoder tuyệt đối (Absolute Encoder). Chức năng cơ bản của mạch xử lý tín hiệu số của encoder tăng dần là xác định hướng quay và số xung phát ra để xác định góc dịch chuyển của đĩa mã. Số xung phát ra là tín hiệu số, do đó bộ chuyển đổi ADC là không cần thiết cho encoder loại này. 2.2.4 Nguyên lý của các encoder dùng nguyên tắc quang điện. Nguồn sáng Thấu kính hội tụ Tế bào quang điện Mã chuẩn Thước đo Lưới kính Hình 2.10 Thước đo số theo nguyên tắc quang-điện-soi thấu (Heidenhain) 28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đầu phát gồm một thiết bị chiếu sáng, một thấu hính hội tụ, một lưới chia quang và các tế bào quang điện. Nguyên lý của nó là khi đầu phát có sự dịch chuyển tương đối so với thước đo chạy giữa thấu kính hội tụ và lưới chia, sẽ xuất hiện một tín hiệu dạng hình sin. Nhờ các tế bào quang điện bố trí thành hai hàng trên nhau, đặt lệch nhau một phần tư độ chia, ta nhận được hai tín hiệu I1 và I2 lệch pha nhau 90 0 . Hai tín hiệu hình sin này được đưa đến bộ nội suy và bộ số hóa tín hiệu điện bên ngoài để xử lý. Có nhiều phương pháp nội suy. Ở đây ta đưa ra hai phương pháp nội suy: 1. Phương pháp nội suy với bảng nội suy và khối tính toán hiệu chỉnh. Ở phương pháp này, hai tín hiệu dòng điện được phát ra từ hai cấu tử quang điện được khuyếch đại và biến đổi thành hai tín hiệu điện áp tương tự. Hai tín hiệu điện áp này được đưa đến khối lấy mẫu và lưu giư sau đó đưa đến bộ biến đổi ADC. Hai tín hiệu điện áp số đó được sử dụng để địa chỉ hàng và cột của bảng nội suy để xác định giá trị vị trí tức thời trong một chu kỳ tín hiệu. Còn bộ tính toán hiệu chỉnh so sánh giá trị tức thời với giá trị đạt được ở chu kỳ trước đó và tạo ra hai sóng hình vuông ua1 và ua2 lệch nhau 90 0 . 2. Một phương pháp nội suy số khác dùng vi xử lý được chỉ ra ở hình 2.12. Phương pháp này sử dụng bộ tính toán arctang. Ở đây hai giá trị điện áp số được đưa vào bộ Vi xử lý để tính thương S1/S2 và xác định được góc tương ứng từ bảng trong EPROM. Bảng này chỉ ra giá trị vị trí trong một chu kỳ tín hiệu. Tại cùng một thời điểm hai giá trị dòng điện tương tự I1 và I2 được biến đổi thành sóng hình vuông và chu kỳ tín hiệu được đếm. Giá trị vị trí thực được xác định bởi giá trị Nội suy Tính toán & hiệu chỉnh Ua1 Ua2 Lấy mẫu và lưu giữ A D S2 I1 I2 S1 Hình 2.11 Phương pháp nội suy dùng bảng nội suy và khối tính toán 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên đếm được và góc tính được. Ngoài ra, giá trị chính xác có thể được đọc từ bảng trong RAM và tính toán thàng giá trị vị trí . Kết quả của quá trình xử lý này là dữ liệu dạng mã mà được truyền đến bộ điều khiển, máy tính hoặc bộ hiển thị theo cổng nối tiếp hoặc song song. 2.3 Thành phần cơ bản của hệ điều khiển trong máy CNC Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển CNC bao gồm các cụm điều khiển máy (Macchine Control Unit - MCU), cụm điều khiển động cơ servo (Servo driver), cụm động cơ servo, cụm phản hồi tốc độ (Velocity feedback), cụm phản hồi vị trí (Position feedback). Cụm điều khiển máy đóng vai trò điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống, nó làm nhiệm vụ giao tiếp giữa người vận hành và hệ thống , nhận lệnh điều khiển MCU Servo driver Bàn máy Servo motor Velocity feedback (Encoder, resolver) Position feedback (Encoder,inductosyn) Hình 2.13 Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển CNC Hình 2.12 Phương pháp nội suy dùng bộ tính toán arctang p Lấy mẫu và lưu giữ A D I1 I2 S1 S2 couter RAM ROM Transmitter Receiver Transmitter Driver 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên tính toán nội suy để đưa ra các thuật toán số học , logic theo trì nh tự xác định. Từ công nghệ gia công do người lập trì nh nạp vào MCU, nhờ hệ thống phần mền MCU sẽ đưa ra tín hiệu từ cụm phản hồi vị trí để liên tục điều chỉnh các sai lệ ch vị trí trong quá tŕnh làm việc. Sai lệch tốc độ của động cơ servo sẽ được cụm phản hồi tốc độ phát hiện và đưa tới cụm điều khiển servo để hiệu chỉnh. 2.4 Chức năng của cụm điều khiển. Cụm điều khiển máy được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số. Nó có nhiệm vụ liên kết tất cả các chức năng để điều khiển máy. Các chức năng bao gồm: Vào, ra số liệu xử lý các số liệu và ghép nối máy với các thiết bị ngoại vi. 2.4.1 Số liệu vào (data input). Chức năng này bao gồm: Chức năng vào và lưu trữ số liệu. Đó là số liệu mô tả đường chuyển động của dụng cụ và điều kiện gia công sản phẩm. 2.4.2 Xử lý số liệu (data processing). Cấu trúc chương trình điều khiển được đưa vào cụm MCU và được nó mã hóa thành số nhị phân sau só lưu trữ vào cụm nhớ đệm. Các số liệu này được bộ xử lý trung tâm (central processing unit - CPU) tính toán xác định vị trí, lượng chạy dao, hiệu chỉnh chiều dài (Tool length ofset) và đường kính dụng cụ (Tool diameter offset). Cũng như các số liệu rời rạc như yêu cầu điều khiển đóng ngắt hệ thống bôi trơn, làm mát chi tiết và các thiết bị điều khiển cổng (I/0) đảm bảo trì nh tự truyền tín hiệu giữa máy công cụ, PLC và hệ điều khiển CNC. 2.4.3 Số liệu ra (data output). Số liệu đưa ra của MCU là tín hiệu vị trí và lượng chạy dao. Các tín hiệu này được đưa tới mạch điều khiển servo để sinh ra tín hiệu điều khiển động cơ. Trong cụm dẫn động, động cơ luôn có mạch khuyếch đại bởi vì tín hiệu trước khi đưa vào cụm dẫn động rất nhỏ không đủ công suất để động động cơ làm việc. 2.4.4 Ghép nối vào/ra (machine I/0 interface). Các tín hiệu rời rạc yêu cầu từ số liệu vào như chiều quay trục chính, đóng mở động cơ làm mát, bôi trơn, dừng khẩn cấp , dừng chu trì nh và các tín hiệu khác từ máy công cụ gửi tới hệ điều khiển CNC. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.5 Phần cứng cụm điều khiển. Phần cứng của cụm MCU gồm 6 thành phần cơ bản : vi xử lý trung tâm, bộ nhớ, điều khiển servo, thiết bị lôgic điều khiển trình tự và mạch ghép nối. Các thành phần liên hệ với CPU thông qua BUS. Thành phần trong MCU chỉ ra trên hình 2.14 2.5.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU). Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit- CPU) là một máy tính nhỏ hoặc thành phần chính của một máy tính nào đó. Số lượng cấu trúc cơ bản của máy tính có thể thực hiện được là nhờ mối liên hệ trực tiếp rất tinh vi của các mạch logic trong CPU. Nhờ chương trình nguồn ghi trong bộ nhớ để hình thành thuật to án trên cơ sở dữ liệu đưa vào cho phù hợp với chương trình điều khiển và điều khiển các thiết bị trong và ngoài CPU thông qua BUS. Cấu trúc CPU gồm 3 phần tử cơ bản: Phần tử điều khiển, phần tử logic số học, bộ nhớ truy nhập nhanh. a. Phần tử điều khiển. Phần tử điều khiển (Control section) làm nhiệm vụ điều khiển tất cả các phần tử của nó và các phần tử khác của CPU. Xung nhịp từ đồng hồ đưa vào điều khiển đồng bộ hoạt động của các phần tử.Phần tử điều khiển chuyển đổi thông tin giữa nó với các phần tử khác thông qua BUS. Đồng thời nó cũng có nhiệm vụ sinh ra tín hiệu yêu cầu thông tin từ các phần tử khác. Tổ chức cấu trúc được lưu trữ trong bộ nhớ của máy tính được xem như một chương trình và chương trì nh có thể thay đổi được bằng thay đổi thứ tự các thông tin số đã lưu trữ trong bộ nhớ. Chính nhờ khả năng quan trọng này của CPU đã làm cho MCU trở nên linh hoạt hơn. ROM, RAM Ghép nối Hệ thống BUS Điều khiển servo Điều khiển lập trìnhPLC CPU Hình 2.14 Thành phần cơ bản của MCU 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số liệu qua cổng vào/ra được đưa vào bộ nhớ truy nhập nhanh, phần tử điều khiển gọi chương trình điều khiển lưu trữ trong ROM hoặc RAM của bộ nhớ chính gửi tới và gửi tín hiệu đến các cụm trong hệ thống để thực hiện các cấu trúc yêu cầu. Trong phần tử điều khiển có mạch giải mã lệnh (Unit cotrol). Mạch này giải mã các thông tin đọc từ bộ nhớ truy nhập nhanh và đưa các thông tin sau khi xử lý tới mạch tạo xung điều khiển . Các dãy xung điều khiển khác nhau sẽ điều khiển các bộ phận khác nhau hoạt động phù hợp với yêu cầu. b. Phần tử số học (Arithmetic and logic unit - AUL). Với nhiệm vụ hì nh thành các thuật toán mong muốn trên cơ sở dữ liệu đưa vào. Kiểu thuật toán số học là cộng, trừ, nhân, chia, cộng logic và các chức năng khác theo yêu cầu của chương trì nh. Khối logic số thực hiện các phép so sánh, phân nhánh, lựa chọn, lặp, phân vùng bộ nhớ. Liên kết với ALU là một thanh ghi lưu trữ các số liệu trong quá trì nh tính toán. Thanh ghi lưu trữ số liệu này gần giống với vùng lưu trữ đặc biệt trong bộ nhớ nhưng khác là các thanh ghi là các thanh ghi TTL tốc độ cao c. Bộ nhớ truy cập nhanh. Bộ nhớ truy cập nhanh (Immediate access memory) là bộ nhớ trong của CPU dùng để lưu trữ tạm thời các số liệu đang được các phần tử số học xử lý hoặc chương trình điều khiển từ ROM, RAM gửi tới. 2.5.2 Bộ nhớ. Bộ nhớ trong CPU thường có dung lượng nhỏ và chỉ lưu chữ số liệu tạm thời vì vậy trong CNC cần có bộ nhớ dung lượng lớn để lưu giữ chương trì nh ứng dụng hay còn gọi là chương trình NC , chương trình điều khiển, chương trình ghép nối với các số liệu đã được xử lý . Bên trong máy tính của CNC thường có hai loại bộ nhớ: Bộ nhớ có sẵn (ROM, RAM) và bộ nhớ mở rộng (ổ cứng, ổ mềm, card nhớ, CD room). 2.6 Phần mềm CNC. Chương trì nh bên trong hệ điều khiển CNC có ba loại : Chương trình điều hành, chương trình điều khiển trình tự và chương trình công nghệ. 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.6.1 Phần mềm điều hành. Phần mềm điều hành là chương trì nh điều hành máy, thực hiện các chức năng NC . Chương trì nh điều hành được sản xuất lập trì nh sẵn và được nạp vào ROM của máy. Chức năng chính của chương trì nh điều hành là chấp nhận chương trình ứng dụng như là tín hiệu vào và sinh ra tín hiệu điều khiển dẫn động động cơ. 2.6.2 Phần mềm điều khiển trình tự. Điều khiển trì nh tự cho các máy CNC người ta thường dùng các bộ điều khiển logic lập trình PLC . Phần mềm điều khiển trì nh tự là phần mềm lập trình điều khiển cho PLC. PLC sẽ truyền thông với CPU của MCU. Chương trình từ MCU gửi tới PLC là chương trình NC còn dữ liệu PLC gửi tới MCU là lệnh bắt đầu chu trình, Dừng khẩn cấp, giữ tốc độ, lệnh thay dao cụ, lệnh đóng mở hệ thống bôi trơn làm mát và một vài lệnh rời rạc khác. 2.6.3 Phần mềm ứng dụng. Chương trình ứng dụng còn gọi là chương trình NC . Chương trình cho phép mô tả đường chuyển động của dụng cụ trong quá trì nh gia công, kiểu chuyển động: chạy nhanh, nội suy thẳng , nội suy vò ng, điều kiện cắt, tốc độ trục chính, lượng ăn dao, chiều sâu cắt . Chương trình ứng dụng có thể viết bằng hai cách : Chương trình mã G và chương trình tham số. a. Chương trình mã G Lập trình theo chương trình mă G là sử dụng các mã lệnh G, M, S, F, T và các lệnh khác để hình thành chương trì nh gia công . Chương trì nh được viết theo khối, trong một khối nhiều từ (word). Ví dụ: N05 G90 G80 G17 N10 T01 M06 N15 G01 X20 Y50 F12 Chương trình này có ba khối, khối thứ nhất có bốn từ, khối thứ hai có ba từ, khối thứ ba có năm từ. b. Chương trình tham số 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Sử dụng mã G lập trình gia công một bề mặt phức tạp và có chương trình lặp bằng các chương trì nh con đơn giản gặp nhiều khó khăn , bởi vì cần phải xác định nhiều thông số cần thiết khi lập trình . Do vậy chương trì nh gia công dài mắc nhiều lỗi và độ chính xác thấp . Vì vậy với những gia công bề mặt phức tạp chương trì nh viết theo tham số sẽ dễ dàng hơn chương trì nh viết bằng mã G. Lập trình tham số cho phép thực hiện các phép tính số học, logic, phép lặp và nhiều tiện ích khác. Ngoài hai chương trì nh bằng tay trên hiện nay với sự trợ giúp bằng máy tính người ta đã lập được chương trì nh hỗ trợ cho phép người vận hành có thể lập trì nh trực tiếp bằng đồ họa trên máy và máy tự động tính toán để đưa ra chương trì nh công nghệ điều khiển chạy dao. Kết luận Hệ thống điều khiển CNC thông thường gồm các khối: Khối điều khiển máy, khối điều khiển servo , động cơ servo, khối phản hồi tốc độ , khối phẩn hồi vị trí . Khối điều khiển máy là đầu não trung tâm của máy CNC nó bao gồm: Một máy tính có nhiệm vụ điều khiển chung các hoạt động của máy , giao tiếp với người sử dụng , nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí và thực hiện các thuật toán nôi suy , so sánh và đưa ra của các lệnh điều khiển , hiệu chỉnh vị trí gia công , các bộ điều khiển khả trình PLC làm nhiệm vụ điều khiển các chức năng tuần tự của máy . Khối điều khiển servo làm nhiệm vụ nhận lệnh điều khiển từ máy tính trung tâm nhận tín hiệu phản hồi từ cảm biến tốc độ , thực hiện các thuật toán điều chỉnh hợp l ý (PID, trượt, mờ, nơron) để điều khiển năng lượng cấp cho động cơ servo . Cảm biến dùng để đo tốc độ trong máy CNC hiện nay thường dùng là các loại Encoder , Reslve, Synchro. Cảm biến dùng để đo vị trí trong máy CNC thường là biến áp vi sai hoặc Encoder hoặc Induct osyn. Truyền động trong các máy CNC hiện nay thường là các máy CNC hiện nay thường là các hệ truyền động động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều. Chương tiếp theo sẽ đề cập tới các hệ truyền động sử dụng cho hệ truyền động bàn máy phay CNC. 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG III PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO BÀN MÁY PHAY CNC Trong máy công cụ điều khiển số hệ truyền động gồm hai thành phần cơ bản đó là bộ điều khiển và động cơ. Thành phần điều khiển làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điều khiển từ CNC thành tín hiệu điều khiển động cơ . Động cơ làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng từ các dạng năng lượng khác nhau thành chuyển động cơ học.Thông thường trong máy cắt gọt kim loại có trục chính tác động ăn dao và các tác động phụ trợ trong tọa độ không gian 2 trục (X,Y), không gian 3 trục (X,Y,Z) hoặc các tác động quay xung quanh các trục tọa độ hay còn gọi là hệ nhiều trục . Ngoài nhiệm vụ tạo nên các quỹ đạo chuyển động , hệ tryền động điện trong các máy công cụ CNC còn phải đáp ứng các yêu cầu về công nghệ (ví dụ như tốc độ và mô men). Các truyền động toàn phần phải có cấu trúc điều khiể n tối ưu, tác động nhanh. Như vậy trong máy phay CNC đối với tryền động bàn máy cần phải đảm bảo độ dừng chính xác ở tọa độ xác định thời gian dịch chuyển phải ngắn nhất , nhanh nhất. Ngày nay hệ điều khiển dẫn động bà n máy trong máy phay CNC thường dùng hai hệ truyền động sau: - Hệ điều khiển vector biến tần động cơ 3 pha. - Hệ thống Thyristor – Động cơ. 3.1 Hệ điều khiển vector biến tần động cơ không đồng bộ ba pha. Nhằm đạt được các tính năng điều khiển tương tự như động cơ một chiều ta tiến hành mô tả động có không đồng bộ ba pha trên hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor, nghĩa là chuyển đổi được cấu trúc mạch và các mối quan hệ phức tạp của các đại lượng ba pha thành các tương quan minh bạch (dòng điện ~ từ thông, dòng điện ~ mômen) như của động cơ một chiều. Các phương thức điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha trên cơ sở phương pháp mô tả đó được gọi là phương thức điều khiển tựa theo từ thông rotor (rotor flux orientation) 3.1.1 Mô tả động cơ không đồng bộ ba pha dƣới dạng các đại lƣợng vec tơ không gian. 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ta xét động cơ có số đôi cực p = 1, trên stator có ba cuộn dây bố trí lệch nhau 120 0 . Dây quấn rôtor của động cơ không đồng bộ ba pha rôtor lồng sóc thực chất là dây quấn nhiều pha, nhưng ta có thể quy về dây quấn ba pha hình 3.1. Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý dây quấn của động cơ không đồng bộ Phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn có dạng: dt dψ i.R kkkk u (3.1) Trong đó: k là từ thông móc vòng của các cuộn dây: k = lkj.ik (3.2) Nếu dây quấn của động cơ là đối xứng và khe hở không khí là đều: RA = RB = RC = R1 Ra = Rb = Rc = R2 LAA = LBB = LCC = L10 Laa = Lbb = Lcc = L20 LAB = LAC = LBC = - Lms Lab = Lbc = Lac = - Lmr Hỗ cảm giữa dây quấn stator với dây quấn rôtor phụ thuộc vào góc lệch không gian giữa 2 dây quấn và được xác định theo công thức: LAa = LaA = LBb = LbB = LCc = LcC = Lm0.cos LAb = LbA = LBc = LcB = LCa = LaC = Lm0.cos( + 2/3) LaB = LBa = LbC = LCb = LcA = LAc =Lm0.cos( - 2/3) Khi viết ta coi các đại lượng điện và điện từ là các vector và các thông số là ma trận thông số. ta có các vector: B A X Z C a x c z Y y b 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên            C B A s u u u u                      0 0 0 u u u ru c b a            C B A s i i i i              c b a r i i i i            C B A s ψ ψ ψ ψ              c b a ψ ψ ψ ψ r Các ma trận thông số là:              1 1 1 s R 0 0 0 R 0 0 0 R R            2 2 2 r R 0 0 0 R 0 0 0 R R              10 ms ms ms 10 ms ms ms 10 s L L- L- L- L L- L- L- L L              20 mr L mr mr 20 mr mr mr 20 r L - L- L- L L- L- L- L L   m0m0 LθL                                                                 θcos 3 2π θcos 3 2π θcos 3 2π θcosθcos 3 2π θcos 3 2π θcos 3 2π θcosθcos Khi đó biểu thức tính từ thông có thể viết dưới dạng ma trận rút gon là:                         r s rm0 m0s r s i i L T θL θLL ψ ψ (3.3) Trong đó Lm0() t là chuyển vị của ma trận Lm0(). Thay thế (3.3) vào (3.1) ta được phương trình cân bằng điện áp rút gọn là:                            r s rm0 m0 s r s i i L T θL θLL ψ ψ (3.4) 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3.1.2 Quy đổi các đại lƣợng điện của động cơ không đồng bộ tƣ̀ hệ véc tơ (a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên Stato (,). Để thuận tiện cho việc nghiên cứu ta quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ vector không gian(a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên stator(,) với quy ước là trục 0 trùng với trục 0a. Một cách trực quan ta có thể coi hệ tọa độ cố định trên stator (,) bao gồm hai cuộn dây stator nằm trên hai trục (,). Hình 3.2 Hệ trục vector không gian(a,b,c) và hệ tọa độ cố định trên stator (,) Việc quy đổi vector dòng điện và điện áp được thực hiện theo công thức:                              C B A β α i i i 1/21/20 1/61/62/3 i i (3.5)                              C B A β α u u u 1/21/20 1/61/62/3 u u Như vậy ma trận biến đổi sẽ là: (3.6) Nguợc lại khi quy đổi từ hệ trục toạ độ cố định trên stator (,) về hệ toạ độ vector không gian(a,b,c) ta có công thức:                                 β α C B A i i 1/21/6 1/21/6 02/3 i i i (3.7) Trong trường hợp này ma trận biến đổi ngược chính là ma trận chuyển vị của ma trận biến đổi thuận: c a b 0              1/21/20 1/61/62/3 C 1 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên               1/21/6 1/21/6 02/3 CT 1 (3.8) Tương tự các ma trận thông số được quy đổi theo công thức: R1 = C1.Rs. C1 T R2 = C1.Rr.C1 T L1 = C1.Ls.C1 T L2 = C1.Lr.C1 T (3.9) Lm() = C1.Lm0().C1 T Trong đó R2, L2 là điện trở và điện kháng rotor quy đổi về hai pha. Sau khi quy đổi ta được kết quả:          1 1 1 R0 0R R        2 2 2 R0 0R R        1 1 1 L0 0L L        2 2 2 L0 0L L                θcosθsin θsinθcos LL mm0 Trong đó L1 = L10 + Lms L2 = L20 + Lmr Lm = 1,5.Lm0 Các giá trị R1, R2 không thay đổi Hình 3.3 Hệ tọa độ cố định trên stator (,) và hệ toạ độ cố định trên rotor(x,y)   x y  40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bên cạnh khái niệm về hệ tọa độ cố định trên stator (,), trên rotor cũng đặt một hệ tọa độ cố định khác có tên gọi là (x,y). Hệ tọa độ cố định trên rotor (x,y) còn có một tên gọi khác là hệ toạ độ quay cùng rotor. Một cách trực quan ta có thể coi hệ toạ độ cố định trên rotor (x,y) gồm hai cuộn dây rotor nằm trên hai trục (x,y). Ta có hệ phương trình cân bằng điện áp như sau:                           2y 2 21β1αm2x 2x221β1αm2x 2yi2xm1β111β 2y2xm1α111αu ipLRθ.i cosθ.isin -.plu ipLRθ.isin θ.i cos.plu θ. cosθ.isin .plipLRu θ.isin θ.i cos.plipLR (3.11) Viết dưới dạng ma trận là: . i i i i pLR0.cosθpL.sinθpL- 0pLR.sinθpL.cosθpL .cosθpL.sinθpLpLR0 .sinθpL-.cosθpL0pLR u u u u 2y 2x 1β 1α 22mm 22mm mm11 mm11 2y 2x 1β 1α                                                (3.12) 3.1.3 Quy đổi các đại lƣợng điện của động cơ không đồng bộ ba pha tƣ̀ hệ tọa độ cố định trên Rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên Stator (,). Từ mô hình mạch của động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ cố định stator (,), ta nhận thấy từng cặp (u1, u1); (u2x, u2y); (i1, i1); (i2x, i2y); có thể xem như tọa độ của các vector không gian 1 u ; 1 u ; 1 i ; 2 i trên toạ độ (,) và (x,y). bằng cách như vậy ta có thể quy đổi các đại lượng sang các toạ độ khác nhau. Hình 3.4 Biểu diễn vét tơ dòng điện rotor trên hệ trục tọa độ cố định stator (,) và hệ tọa độ cố định rotor (x,y   x y i2 i2 i2 i2x i2  cố định trên rotor (quay vùng rotor) cố định trên stator 0 41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bây giờ ta thực hiện quy đổi dòng điện của dây quấn rotor từ hệ tọa độ cố định trên rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên stator (,). ta có:                         2y 2x 2β 2α i i cosθsinθ sinθcosθ i i (3.13) Ma trận biến đổi sẽ là:         cosθsinθ sinθcosθ C 2 (3.14) Ngược lại ta có:                                2β 2α 2β 2α 2y 2x i i 1 2 C i i cosθsinθ- sinθcosθ i i (3.15) Khi đó hệ (3.11) trở thành:                       2β2αi22y21β1αm2y 2β2α22x21β1αm2x 2βm1β111β 2αm1α 1 11α θ.i cosθ.sin -.pL.iRθ.i cosθ.isin -.pLu θ.isin θ.i cos.pL.iRθ.isin θ.i cos.pLu .ipL.ipLRu .ipL.ipLRu (3.16) Tương tự, vector điện áp rotor được quy đổi theo công thức:                  2y 2x 2 2β 2α u u C u u (3.17) Thay u2x, u2y từ hệ (3.15) vào (3.16) và thay ký hiệu p bằng đạo hàm d/dt. sau khi biến đổi ta nhận được hệ phương trình cân bằng điện áp:                   2β222α1βm1αm2β 2βi22α221β m1αm2α 2βm1β111β 2αm1α111α .ipLR.i 2 ω.L.ipL.iω.Lu .ω.L.ipLR.iω.L.ipLu .ipL.ipLRu .ipL.ipLRu (3.18) Trong đó  = d/dt là tốc độ góc của rotor (rad/s). Viết dưới dạng ma trận sẽ là: 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên                                                2β 2α 1β 1α 222mm 222mm m11 m11 2β 2α 1β 1α i i i i pLRωLpLωL ωLpLRωLpL pL0pLR0 0pL0pLR u u u u (3.19) 3.1.4 Quy đổi các đại lƣợng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ cố định trên Stator (,) về hệ tọa độ cố định trên Rotor (d,q). Hình 3.5 Biểu diễn vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định stator (,) và hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q). Thực hiện quy đổi các vector từ hệ tọa độ cố định trên stator (,) về hệ tọa độ tự theo từ thông rotor (d,q) quay đồng bộ với từ trường quay. Trong đó trục 0d trùng với phương của từ thông rotor 2 và hợp với trục 0 một góc 1 = 1.t ta có công thức quy đổi:                          1β 1α 11 11 1q 1d i i cosθsinθ- sinθcosθ i i (3.20)                          2β 2α 11 11 2q 2d i i cosθsinθ- sinθcosθ i i Ma trận quy đổi sẽ là:   d q i1 i1 i1q i1d i1 1 0 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên          11 11 3 cosθsinθ- sinθcosθ C (3.21) Ma trận biến đổi ngược là:                          1q 1d 11 11 1β 1α i i cosθsinθ sinθ-cosθ i i (3.22)                          2q 2d 11 11 2β 2α i i cosθsinθ sinθ-cosθ i i Ma trận biến đổi nguợic là:          11 11T 3 1 3 cosθsinθ sinθ-cosθ CC (3.23) Các vector điện áp được quy đổi theo công thức:                  1β 1α 3 1q 1d u u C u u ;                  2β 2α 3 2q 2d u u C u u (3.24) Thay thế (3.18) vào (3.24) và thay ký hiệu p bằng đạo hàm d/dt. Sau khi biến đổi ta nhận được hệ phương trình:                    2q222d2s 1qm1ds 2qu 2q2 s2d 221qm s1d m2d 2qmL2dim1 1qi111d11 1q 2qm 12d m1q1 11d 111d .ipLR.i.Lω.ipL.im.Lω .i.Lω.ipLR.i.Lω.ipLu .ip..Lω.pLR.i.Lωu .i.Lω.ipL.i..Lω.ipLRu (3.25) Viết dưới dạng ma trận là:                                                2q 2d 1q 1d 222smms 2s22msm mm11111 m11m1111 2q 2d 1q 1d i i i i pLR.LωpL.Lω LωpLRLωpL pL.LωpLR.Lω .LωpL.LωpLR u u u u (3.26) Trong đó  = d/dt là tốc độ góc của rotor (rad/s). s = 1 -  là tốc độ trượt của rotor với từ trường quay (rad/s). Các thành phần của từ thông rotor 2 được xác định theo phương trình: 44 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2d = lm.i1d + l2d 2q = lm.i1q + l2q (3.27) Để tiện cho nghiên cứu hệ thống ta sẽ biến đổi hệ phương trình cân bằng điện áp theo các biến i1d, i1q, 2d, 2q. Thay (3.27) vào (3.15), hai phương trình dưới của (3.25) được viết lại như sau: u2d = R2.i2d + p2d - s. 2q u2q = R2.i2q +s. 2d + p2q (3.28) Từ (3.27) ta có: 1qr 2 2q 2q 1dr 2 2d 2d .ik L ψ i .ik L ψ i   (3-29) Trong đó: 2 m r L L K  Thay (3.29) vào (3.28) ta được: 2q 2 2 2ds1q2r2q 2qs2d 2 2 1d2r2d .ψp L R .ψω.i.Rku .ψω.ψp L R .i.Rku                   (3.30) Đặt 2 2 2 R L T  , rồi nhân hai vế của (3.30) với t2 và chú ý (Lm = Kr.L2) ta được: T2.u2d = -Lm.i1d + (1 + T2p).2d – T2.s.2q T2.u2q = -Lm.i1q + T2.s.2d + (1 + T2p).2q (3.31) Thay (3.29) vào (3.25) ta có: u1d = (R1+ pL1).i1d – L1.1.i1q + Kr.(p2d - pLm.i1d - 1.2q + 1.Lm.i1q) = [R1+ p(L1 – Kr.Lm)].i1d – 1.(L1 - kr.Lm).i1q + Kr.p2d – Kr.1.2q u1q = L1.1.i1d + (R1+ pL1).i1q + Kr.(p2d - Lm. 1.i1d + p2q - pLm.i1q) = 1.(L1 – Kr.Lm)].i1d +[R1+ p(L1 – Kr.Lm)].i1q + Kr.1.2q + Kr.p2d 45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Từ đó ta có: 2d 2 r 2dr1qn2qn1dn12qr1q 2qr2d 2 rK 1qn11dn2dn2dr1d .ψ L K .ωω.K.ipL.iR.i.Lω.uKu .ωω.K.ψ L .i.Lω.ipL.iR.uKu   (3.32) Trong đó: Rn = R1 + Kr 2 .R2 Ln = L1 – Kr.Lm Nếu như dây quấn rotor đã quy đổi về dây quấn stator thì: L1 = Lm + L1t L2 = Lm + L2t Trong đó L1t, L2t là hệ số tự cảm tản của đây quấn stator và rotor. Khi đó ta có: Ln = L1t + (1 – Kr).Lm 2tr1tn 2 m2t 1t 2tm m2t 1tm 2tm m 1tn .LKLL L .LL L LL .LL L.L LL L 1LL                   Như vậy: Rn và Ln có ý nghĩa như là điện trở và điện kháng ngắn mạch của động cơ. Tỷ số n n n T R L  là hằng số thời gian của mạch vòng điện từ. Kết hợp (3.31) và (3.32) với chú ý là u2d = u2q = 0 ta được hệ phương trình:                         2q22d 2 s 1qm 2q 2 s2d21d m 2q 2 2d1r 1qnn1d11 1q 2q1r2d 2 r K 1q1 11d nn1d .ψpT1.ψ.Tω.iL0 .ψ.Tω.ψpT1.iL0 ψ T r K .ψ.ωK.ipLR.i.Lωu .ψ.ωKψ T .i..Lω.ipLRu (3.33) Viết dưới dạng ma trận sẽ là: 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên                                                                        2q 2d 1q 1d 22sm 2s2m 2 r nnn1 r 2 r n1n 1q 1d ψ ψ i i pT1.TωL-0 TωpT10L- T K .ω r KpLR.Lω .ωK T K .LωpL n R 0 0 u u (3.34) Hệ phương trình (3.34)cho thấy mối quan hệ giữa từ thông rotor với điện áp và dòng điện stator. Điều đó có ý nghĩa quan trọng trong việc phân tích hệ thống điều chỉnh từ thông theo dòng điện stator. 3.1.5 Xây dƣ̣ng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ. Từ phương trình (3.33) ta xây dựng sơ đồ cấu trúc của động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q) như hình 3.6 và hình 3.7. Các tín hiệu phản hồi e1d, e1q, e2d, e2q được xác định theo phương trình phi tuyến:          2d 2 2qr1d ψ T 1 ω.ψKE        2q 2 2dr1d ψ T 1 ω.ψKE E2d = 1.Ln.i1q E2q = 1.Ln.i1d Sơ đồ hình 3.6 mô tả cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ. Sơ đồ hình 3.7 mô tả cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ. Trong đó các tín hiệu điện áp, dòng điện, từ thông được mô tả bằng các vector. Ma trận B0 được xác định theo công thức:         01 10 B0 47 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ  pT1R 1 nn  2T 1 kr kr 1 i1d 2d e1d u1d e2d  pT1R 1 nn   pT1 L 2 m  2T 1 m 2 L T jp 1 ln kr kr  0 - m mc - i1q 2q e1q u1q e2q  pT1 L 2 m  48 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ 3.1.6 Cơ sở để định hƣớng tƣ̀ thô ng trong hệ tọa độ tƣ̣a theo tƣ̀ thông Rotor (d,q) Hình 3.8 Định hướng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q)  d  q i1 i1 i1d i1q i1 i2 1  pT1 L 2 m   pT1R 1 nn  2T 1 mL 2T jp 1 Kr Kr B 0 B 0 u1 E1 E 1 s  - Mc M - i1 2 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trở lại phương trình (3.33) ta có:     0.iL.ψpT1.ψ.Tω 0.iL.ψ.Tω.ψpT1 1qm 2q22d2s 1dm2q 2 s2d2   (3.35) Nếu ta giữ cho biên độ từ thông rotor 2 không đổi và vector không gian 2 trùng với trục 0x thì ta có: 2q = 0 ; 2d = 2 = const Từ (3.35) ta xác định được các thành phần cảu vector dòng điện stator: 1ds 22d m 1q m 2d 1d .i.ωTψ L s .ω 2 T i const L ψ i   (3.36) Mômen điện từ khi đó là: M = Kr.2d.i1q = KrT.s.Lm.i 2 1d (vì 2d =Lm.i1d) (3.37) Ngược lại khi ta điều chỉnh vector dòng điện stator theo đúng quy luật (3.37) thì vector từ thông rotor 2 luôn trùng với trục 0d và có biên độ không thay đổi. Các thành phần của vector dòng điện rotor là:     1qr 1qm2q 2 2q 1dm2d 2 2d .ik.iLψ L 1 i 0.iLψ L 1 i   (3.38) Như vậy khi định hướng vector từ thông rotor trùng với trục 0d với biên độ không đổi thì ta rút ra được các đặc điểm quan trọng là: - Vector dòng điện rôtor luôn vuông góc với vector từ thông rotor. - Thành phần i1d có giá trị không đổi, đóng vai trò là dòng điện từ hoá. - Các thành phần i1q, i2q và mômen M tỷ lệ với nhau và tỷ lệ với tốc độ trượt s. Từ công thức (3.37) ta có thể xác định giá trị i1d theo các thông số định mức của động cơ như sau: mdmdm 2r dm msdm2r dm 1d .L.s.ω.Tk M .L.ω.Tk M i  (3.39) 50 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trong đó: Mđm là mômen định mức (nm). dm là tốc độ định mức (rad/s). sdm là tốc độ trượt định mức (rad/s). sdm là độ trượt định mức. Nêu coi từ thông rotor của động cơ không đồng bộ lúc không tải bằng từ thông định mức, thì vector dòng điện stator được xác định như sau: s021q 00m 1d .ω.IT3i I3.I3/2i   Trong đó: i0m là biên độ dòng điện không tải. i0 là giá trị hiệu dụng của dòng điện không tải. 3/2 là hệ số quy đổi từ 3 pha về 2 pha. Trên cơ sở phân tích trên ta xây dung được sơ đồ điều khiển cho động cơ không đồng bộ như hình 3.9. Trong đó hệ thộng này thực hiện điều chỉnh vector dòng điện stator theo luật (3.36) nhờ đó mà định hướng được vector từ thông rotor trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q). Các đại lượng điều chỉnh được quy đổi từ hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) sang hệ 3 pha (a,b,c) để đưa vào điều khiển bộ nghịch lưu. Tín hiệu phản hồi dòng điện được quy đổi từ hệ 3 pha về hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q). Các ma trận quy đổi có tham số phụ thuộc vào góc quay 1 và được xác định theo công thức:  t 0 1qr 0 ss1 .dtikθ t .dtωθθθθ với 1d21q s s .iT 1 i ω K  51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần Từ phương trình (3.36) và (3.37) ta nhận thấy: nếu trong quá trình làm việc giữ từ thông rotor không đổi 2d = const có nghĩa là giữ nguyên dòng điện I1d = const, lúc này ta điều chỉnh dòng điện I1q để tiến hành điều chỉnh mômen (cách điều chỉnh này giống như điều chỉnh động cơ điện một chiều). Với hai mạch vòng, để điều chỉnh I1q thì sẽ điều chỉnh được lượng vào của mạch vòng tốc độ, lượng ra của bộ điều chỉnh tốc độ là trị số điều chỉnh mômen của động cơ. Như vậy khi thay đổi lượng vào tốc độ tức là thay đổi tốc độ đặt của động cơ  thay đổi tần số của bộ biến tần để thay đổi tốc độ của động cơ. 3.2 Hệ thống Thyistor – động cơ. Ngày nay việc ứng dụng hệ truyền động một chiều T –Đ với mạch vòng phản hồi kín nhằm đảm bảo tốt các chi tiêu tĩnh và động của hệ thống ngày càng được sử dụng phổ biến, rộng rãi, nó có khả năng ứng dụng cho hệ truyền động có công suất nhỏ đến công suất lớn. Cấu trúc hệ thống điều khiển T – Đ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện như hình 3.10. + - Ri Ri R Ks d,q d,q , , , a,b,c , a,b,c ia ib ic i1d i1q a b c - - - i1d * i1q * * s   1 = 3 biến tần đckđb đo tốc độ quay 52 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 3.10 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều Thyristor - động cơ. VF, VR – Hai bộ chỉnh lưu có điều khiển mắc song song ngược. Bằng cách điều khiển các nhóm van trong bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra các chế độ dừng, quay thuận, quay ngược của động cơ... RI, R - Các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ nó có nhiệm vụ tổng hợp và tạo ra điện áp điều khiển đưa tới các mạch phát xung. Bằng cách lựa chọn các lượng phản hồi, lượng đặt các thông số của bộ điều chỉnh tốc độ R và bộ điều chỉnh dòng điện RI thích hợp sẽ đảm bảo chất lượng của hệ thống ở chế độ tĩnh và động. GVF, GVR – Thiết bị phát xung cho hai bộ chỉnh lưu có điều khiển VF, VR. U * n, Un - Điện áp ứng với tốc độ quay cho trước và điện áp phản hồi tốc độ quay. U * i, Ui – điện áp ứng với dòng điện cho trước và điện áp phản hồi dòng điện. Để tổng hợp hai tín hiệu phản hồi là âm tốc độ quay và âm dòng điện tác dụng riêng rẽ, trong hệ thống dùng hai bộ điều chỉnh, một dùng cho tốc độ quay và một dùng cho dòng điện, mà giữa chúng dùng cách ghép nối tiếp. Điều này có nghĩa là, lấy đầu ra của bộ điều chỉnh tốc độ quay để làm đầu vào của bộ điều chỉnh dòng điện, sau đó dùng đầu ra của bộ điều chỉnh dòng điện đi khống chế thiết bị phát xung của hai bộ chỉnh lưu bán dẫn Thyristor. Từ quan điểm cấu trúc mạch vòng kín mà nhìn, khâu điều chỉnh dòng điện nằm ở trong, gọi là mạch vòng trong, khâu điều chỉnh tốc độ ở bên ngoài, gọi là R RI GVF GVR -1 -Un -Ui U * i Uci TM VF VR đ FT TA LC1 LC2 LC3 LC4 U * n 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên mạch vòng ngoài. Như vậy hình thành hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện. Kết quả của vấn đề thiết kế hệ thống là độ ổn định và đảm bảo các chỉ tiêu về mặt chất lượng động như: độ quá điều chỉnh, tốc độ, thời gian điều chỉnh, số lần dao động... 3.2.1 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định và đƣờng đặc tính tĩnh. Để phân tích đường đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín ta dựa vào sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định, như hình 3.11. Mấu chốt để phân tích đường đặc tính tĩnh là nắm chắc đường đặc tính trạng thái ổn định. Thường có hai trạng thái : bão hoà (đầu ra đạt tới giá trị biên) và không bão hoà (đầu ra không đạt tới giá trị biên). Lúc bộ điều chỉnh bão hoà, đầu ra chưa phải là hằng số, sự biến đổi của lượng đầu vào ảnh hưởng trở lại đầu ra, trừ khi tín hiệu đầu vào ngược chiều là cho bộ điều chỉnh mất bão hoà, nói cách khác bộ điều chỉnh bão hoà tạm thời tách khỏi mối liên hệ giữa đầu vào và đầu ra, tương đương với việc làm cho khâu điều chỉnh tách ra thành vòng hở. Trên thực tế, trong vận hành bình thường, bộ điều chỉnh dòng điện không bao giờ đạt tới trạng thái bão hoà. Vì vậy, đối với đặc tính tĩnh mà nói, chỉ có hai trường hợp là bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà và không bão hoà. Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín. a. Bộ điều chỉnh tốc độ quay không bão hòa. Khi cả hai bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện không bão hoà, khi ổn định, điện áp chênh lệch đầu vào đều bằng 0. Vì vậy: R Ri   Ki R Id n -Un U * n + + U * i - uct Ud0 IdR ke 1 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên U * n = Un = n U * i = Ui = id từ quan hệ thứ nhât ta có: 0s * n nU α U n  (3.40) Từ đó ta nhận được đoạn n0 – a trên đặc tĩnh tĩnh ở hình 3.12 Cũng tại thời điểm đó, bởi vì bộ điều chỉnh RI không bão hoà, U * i < U * im, từ hệ thức thứ hai ở trên ta bết Id < Idm, có nghĩa là, đoạn n0 – A trên đường đặc tĩnh tính liên tục từ Id = 0 (trạng thái không tải lý tưởng) đến tận Id = Idmax, mà nói chung Idmax đều lớn hơn dòng điện định mức Idnom. Đó chính là đoạn vận hành của đường đặc tính tĩnh. Hình 3.12 Đường đặc tĩnh tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín. b. Bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hòa . Lúc này, đầu ra của bộ điều chỉnh RI đạt tới giá trị giới hạn biên độ U * im mạch vòng ngoài tốc độ quay trở thành mạch vòng hở, sự thay đổi của tốc độ quay đối với hệ thống không còn phát sinh ảnh hưởng. Hệ thống hai mạch vòng kín biến thành hệ thống mạch vòng kín đơn không có sai số tĩnh dòng điện. Lúc ổn định: dm * im d Iβ U I  (3.41) Trong đó: dòng điện lớn nhất Idm là do người thiết kế chọn, phụ thuộc vào khả năng quá tải cho phép của động cơ và trị số gia tốc cho phép của hệ thống truyền động điện. n n0 0 Idmax Id Idn0m A B 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đặc tính là đường thẳng đứng được mô tả trên hình 3.12 (đoạn thẳng AB). Đường đặc tính tĩnh của hệ thống điều khiển hai mạch vòng kín khi dòng điện phụ tải nhỏ hơn Idmax thì biểu hiện thành không có sai số tốc độ quay, lúc đó phản hồi âm tốc độ sẽ gây tác dụng chủ yếu. Sau khi dòng điện phụ tải đạt tới trị số Idmax, bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hoà, bộ điều chỉnh dòng điện gây tác dụng chủ yếu, hệ thống thể hiện không sai số tĩnh dòng điện, nhận được sự bảo vệ tự động về dòng điện quá mức cho phép. Đó chính là hiệu quả của việc sử dụng hai bộ điều khiển tạo thành hai mạch vòng kín trong ngoài riêng rẽ. Đường đặc tĩnh như vậy rõ ràng tốt hơn so với đường đặc tính hệ thống mạch vòng kín đơn phản hồi âm dòng điện có ngắt. Nhưng trên thực tế hệ số khuếch đại mạch vòng hở của bộ khuếch đại thuật toán không thể là vô cùng lớn nên đặc tính tĩnh của hệ thống có chút ít sai số tĩnh, thể hiện bằng nét đứt trên hình 3.12. 3.2.2 Chất lƣợng động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín. a. Mô hình toán học trạng thái động. Dựa vào sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T –Đ dùng hai mạch vòng kín là âm tốc độ quay và âm dòng điện (hình 3.10) ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ điều khiển hai mạch vòng kín, như trên hình 3.13. Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín. Trong hình vẽ RI và R lần lượt được biểu thị hàm số truyền của bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ quay. Trong sơ đồ cấu chúc trạng thái động của động cơ điện cần phải rõ dòng điện mạch rôto Id. b. Phân tích quá trình khởi động. R RI   * nU * iU 1psT sK  1pT /R1 u  pT R m eC 1 un ui ud0 idl - - - n 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên a b Hình 3.14 Đồ thị dòng điện và tốc độ quay của quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ a. Quá trình khởi động tăng tốc lý tưởng, b. Hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín. Mục đích quan trọng lắp đặt điều khiển hai mạch vòng kín chính là để nhận được quá trình khởi động gần với lí tưởng (hình 3.14a), vì vậy khi phân tích chất lượng động của hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín, trước tiên phải hiểu rõ quá trình khởi động của nó. Khảo sát hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín từ trạng thái đứng yên đột ngột cho điện áp U*n để khởi động thì quá trình quá độ của dòng điện và tốc độ quay được thể hiện trên hình 3.14b. Bởi vì trong quá trình khởi động bộ điều chỉnh R đã kinh qua ba giai đoạn: không bão hoà, bão hoà, thôi bão hoà, trên hình vẽ được đánh dấu bằng các đường I, II, và III. Giai đoạn đầu, đoạn 0 ~ t1, là giai đoạn điện áp tăng lên. Sau khi đột ngột đưa điện áp cho trước U*n thông qua tác dụng điều khiển của hai bộ điều chỉnh này, làm cho U * , Udo, Id đều tăng lên, sau khi Id < Idl động cơ điện bắt đầu chuyển động. Do tác dụng quán tính của động cơ, mức tăng của tốc độ quay động cơ không thể rất nhanh, cho lên trị số chênh điện áp đầu vào Un = U * n – Un của bộ điều chỉnh tốc độ quay R là khá lớn, đầu ra của nó rất nhanh đạt tới giá trị biên U * im, dòng điện cưỡng bức Id nhanh chóng tăng lên. Lúc Id  Idm thì Ui  U * im, tác dụng của bộ điều chỉnh dòng điện làm cho Id không thể tiếp tục tăng mạnh, chứng tỏ quá trình này đang kết thúc. Trong giai đoạn t 0 Id Idm Idl n Id n * t1 t2 t3 t4 0 0 t t Id m n I II III 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên này, R từ chỗ không bão hoà đã nhanh chóng đạt đến bão hoà, còn RI thường không nên bão hoà để đảm bảo cho tác dụng điều chỉnh của mạch vòng dòng điện. Ở giai đoạn II, từ t1 đến t2, dòng điện không đổi, tốc độ tăng. Bắt đầu từ lúc dòng điện đạt tới giá trị lớn nhất đến khi tốc độ quay đạt tới trị số cho trước n*( tức là n0 trên đường đặc tính tĩnh) mới thôi là thuộc về giai đoạn dòng điện không đổi, tốc độ tăng, và là giai đoạn chủ yếu trong quá trình khởi động. Trong giai đoạn này, R luôn luôn không bão hoà, mạch vòng tốc độ quay tương đương với trạng thái vòng hở, lúc này nó là hệ thống điều chỉnh dòng điện dưới tác dụng của trị số dòng điện không đổi tương ứng với U*im cho trước, về cơ bản giữ cho dòng điện Id là không đổi (dòng điện có thể là quá điều khiển, cũng có thể không phải là quá điều khiển, và phụ thuộc vào kết cấu và tham số của bộ điều chỉnh dòng điện), vì vậy gia tốc hệ thống truyền dẫn là không đổi. Đồng thời dức điện động ngược E cũng tăng lên theo tuyến tính. Đối với hệ thống điều chỉnh dòng điện mà nói, sức điện động này là một lượng nhiễu tăng dần theo tuyến tính (hình 3.13), để khắc phục nhiễu này, Uđo và Ucl cũng phải cơ bản tăng theo tuyến tính, mới có thể duy trì Id không đổi. Bởi vì RI là bộ điều chỉnh dòng điện PI, muốn cho lượng đầu ra của nó tăng theo tuyến tính, độ chênh điện áp đầu vào của nó  U = U * n – Un buộc phải giữ ở chỉ số nhất định, cũng có thể nói, Id phải nhỏ thua chút ít so với Idm. Ngoài ra cần phải chỉ ra rằng, để duy trì tác dụng của loại điều chỉnh này đối với mạch điện, trong quá trình khởi động, bộ điều chỉnh dòng điện không thể bão hoà, đồng thời giá trị điện áp lớn nhất Udom cũng phải để lượng dư, nghĩa là thiết bị Thyristo cũng không bão hoà. Giai đoạn III sau t2 là giai đoạn điều chỉnh tốc độ quay. Lúc ở giai đoạn này, tốc độ quay đã đạt đến trị số cho trước, đại lượng cho trước và điện áp phản hồi của bộ điều chỉnh cân bằng nhau, chênh áp đầu vào bằng không, nhưng đầu ra do tích phân tác dụng vẫn duy trì trị số biên U*im, cho nên động cơ với dòng điện cực đại vẫn tăng tốc, làm cho tốc độ quay, quá điều tốc. Sau khi tốc độ quay quá điều tốc, ở đầu ra R suất hiện chênh áp âm, làm cho nó thoát khỏi trạng thái bão hoà, điện áp đầu ra của nó (cũng là điện áp cho trước U*im của RI) cũng lập tức từ giá trị biên hạ 58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xuống, dòng điện chính Id cũng theo đó mà hạ xuống. Nhưng vì Id vẫn lớn hơn dòng điện phụ tải Idl trong một khoảng thời gian tốc độ quay vẫn tiếp tục tăng. Đến lúc Id = Idl, mô men Te=TL, thì dn/dt = 0, tốc độ quay n đạt tới giá trị cực đại (lúc t = t3) Sau đó động cơ điện dưới tác dụng của phụ tải mới bắt đầu giảm tốc, tương ứng với nó dòng điện Id cũng xuất hiện quá trình một đoạn nhỏ hơn IdL cho tới khi ổn định (giả thiết các tham số bộ điều chỉnh đã được điều chỉnh tốt). Trong giai đoạn điều chỉnh tốc độ quay cuối cùng, R và RI đều khômg bão hoà, R ở vào địa vị chủ đạo, còn tác dụng của RI là cố gắng sao cho Id nhanh chóng bám lượng đầu ra U * i của R. c. Tác dụng của hai bộ điều chỉnh. Tổng hợp các phần trên, tác dụng của hai bộ điều chỉnh tốc độ quay và bộ điều chỉnh dòng điện trong hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín được quy về máy điểm sau đây: * Tác dụng của bộ điều chỉnh tốc độ quay: - Làm cho tốc độ quay n bám sự thay đổi cho trước U*n, không có sai số tĩnh ở trạng thái động. - Có tác dụng chống nhiễu với sự thay đổi của phụ tải. - Trị số biên ở đầu ra của nó quyết định dòng điện lớn cho phép. * Tác dụng của bộ điều chỉnh dòng điện: - Chống nhiễu kịp thời khi khởi động đối với dao động điện áp mạng. - Bảo đảm nhận được dòng điện lớn nhất cho phép khi khởi động. - Trong quá trình điều chỉnh tốc độ quay, làm cho dòng điện bám sự thay đổi điện áp cho trước U*n. - Lúc động cơ bị quá tải thậm trí bị kẹt, hạn chế được dòng điện lớn nhất của phần ứng, nhờ đó làm được chức năng bảo vệ an toàn khi khởi động nhanh. Nếu sự cố được rút bỏ thì hệ thống tự động khôi phục làm việc bình thường. 3.1.3 Hạn chế quá điều khiển tốc độ quay bằng phản hồi vi phân tốc độ quay. Hệ thống điều khiển hai mạch vòng có những tính năng tốt ở trạng thái ổn 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên định và trạng thái động, cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, thiết kế cũng rất tiện lợi, thực tiễn chứng tỏ nó là một hệ thống điều khiển được sử dụng rộng rãi nhất. Nhưng nhược điểm của tính năng trạng thái động của nó là ở chỗ không tránh khỏi quá điều khiển, còn tính năng kháng nhiễu thì bị hạn chế. trong một số trường hợp, nếu có yêu cầu không cho phép quá điều chỉnh hoặc có yêu cầu cao về tính năng chống nhiễu thì hệ thống hai mạch vòng kín có cài đặt hai bộ điều chỉnh PI thì rõ ràng không thể đáp ứng được. Một phương pháp đơn giản có hiệu quả để giải quyết vấn đề này là cài đặt bộ điều chỉnh phản hồi âm vi phân tốc độ quay vào bộ điều chỉnh tốc độ quay, thêm bộ phận này vào là có thể hạn chế thậm chí loại bỏ quá điều khiển tốc độ quay. Có thể chứng minh, sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ quay kiểu PI có kèm phản hồi âm vi phân về cấu trúc là phù hợp “ điều khiển tối ưu phẩn hồi âm toàn phần ” trong lý thuyết điều khiển hiện đại, vì vậy có thể nhận được đường đặc tính trạng thái động tối ưu thường được sử dụng trong thực tiễn. Sự khác nhau giữa hệ thống hai mạch vòng kín có cài đặt phản hồi âm vi phân tốc độ quay và hệ thống hai vạch vòng kín thông dụng chỉ là ở bộ điều chỉnh tốc độ quay, lúc này sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh tốc độ quay được vẽ trên hình 3.15. So sánh với hệ thống hai mạch vòng kín, nó đã tăng thêm tụ Cdn và điện trở Rdn, nghĩa là trên cơ sở phản hồi âm tốc độ quay đã cài thêm một tín hiệu phản hồi âm vi phân tốc độ quay. Trong quá trình thay đổi tốc độ quay hình 3.16, hai tín hiệu cùng chống lại tín hiệu cho trước Un * , làm cho hệ thống này so với hệ thống hai mạch vòng kín thông dụng càng chóng đạt được cân bằng hơn, bắt đầu thôi bão hòa. Từ hình 3.16 có thể thấy, điểm thôi bão hòa của hệ thống hai mạch vòng kín thông dụng là 0’, bây giờ vượt thời điểm t, tốc độ quay ứng với điểm t là nt thấp hơn so với n * . Do đó có khả năng làm cho hệ thống sau khi bắt đầu làm việc, không có quá điều khiển mà nhanh chóng ở vào thế ổn định, như đường 2 trên hình 3.16. Lúc phân tích cấu trúc trạng thái động bộ điều chỉnh tốc độ quay có cài đặt phản hồi âm vi phân, đầu tiên phải xem dòng điện Idn của mạch rẽ phản hồi vi phân dùng phép biến đổi Laplace để biểu thị: 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên U * n R0 2 R0 2 R0 2 R0 2 c0n c0n Cdn Rdn Rn Cn R * i - + + Rba 1pCR pn(p)αC pC 1 R αn(p) (p)I dndn dn dn dn dn     (3.42) Vì vậy, phương trình cân bằng dòng điện viết cho điểm giả tiếp địa a trên hình 3.16 là: pC 1 R (p)U 1pCR pn(p)αC 1)p(TR αn(s) 1)p(TR (p)U n n * i dndn dn on0on0 * n        (3.43) Sau khi biến đổi được: pτ pnτK (p)U 1pT pn(p)ατ 1sT αn(p) 1pT (p)U n n * i odn dn onon * n        (3.44) Trong đó: dnodn CRτ  - hằng số thời gian vi phân tốc độ quay; dndndn CRT  - hằng số thời gian lọc sóng vi phân tốc độ quay. Dựa vào công thức (3.5) có thể vẽ ra sơ đồ cấu trúc trạng thái động mạch vòng tốc độ quay có cài đặt tốc độ âm vi phân tốc độ quay, như trên hình 3.17a. Có thể nhận ra rằng, tác dụng của cdn chủ yếu là tiến hành vi phân tín hiệu tốc độ quay, nên gọi nó là điện dung vi phân, còn tác dụng chủ yếu của Rdn là lọc tạp âm cao tần sau vi phân truyền tới, nên gọi nó là điện trở lọc sóng. Hình 3.15 Bộ điều tiết tốc độ quay cài đặt phản hồi âm vi phân 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Để phân tích được tiện lợi, cho todn = ton, sau đó đưa tất cả các khâu lọc sóng vào phía trong mạch vòng tốc độ quay, đồng thời theo phương pháp quán tính gầ