Điều chỉnh mômen trong dây chuyền cán nóng liên tục

51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 
1 
ĐIỀU CHỈNH MÔMEN TRONG DÂY CHUYỀN CÁN NÓNG LIÊN TỤC 
Võ Quang Lạp - Trương Thị Quỳnh Như (Trường ĐH Kĩ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên) 
1. Đặt vấn đề 
Hiện tại, ở nước ta có nhiều dây chuyền cán nóng liên tục dùng để cán thép xây dựng. 
Một trục cán được truyền động bằng một động cơ cho hai giai đoạn của công nghệ: Cán thô điều 
chỉnh công suất, cán tinh điều chỉnh mômen trong quá trình điều chỉnh tốc độ. Hệ truyền động 
được sử dụng là hệ truyền động Tiristor - Động cơ điện một chiều. Trong công đoạn cán thô điều 
chỉnh điện áp, cán tinh điều chỉnh từ thông của động cơ. Hệ truyền động điều chỉnh từ thông để 
điều chỉnh mômen động cơ nhằm thích ứng cho công đoạn cán tinh là một hệ truyền động phức 
tạp, có tính phi tuyến cao. Việc phân tích và tổng hợp thành công hệ truyền động sẽ có ý nghĩa 
khoa học và thực tiễn, vì đây là hệ thống chưa được khảo sát cụ thể. Trong khi đó, ngoài thực tế 
đang được sử dụng. Trên cơ sở của việc tổng hợp và mô phỏng với bộ điều khiển PID kinh điển, 
nghiên cứu điều khiển mờ để tạo ra bộ mờ lai nhằm nâng cao chất lượng hệ truyền động sẵn có. 
2. Phân tích và tổng hợp truyền động 
Đối với hệ truyền động T – Đ, việc điều chỉnh từ thông động cơ để điều chỉnh mômen 
động cơ thường được thiết kế với hai mạch vòng phản hồi trong nhằm ổn định dòng điện kích từ, 
mạch vòng phản hồi ngoài là mạch vòng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ. Trong trường 
hợp trục cán làm việc ở chế độ cán tinh do phụ tải nặng nề, mômen cản biến thiên liên tục, nên 
phải đảm bảo cho mômen động cơ đủ lớn thắng được mômen cản, hay nói cách khác với truyền 
động này cần ưu tiên đến mômen động cơ. Khi tải biến thiên, hệ truyền động cần đưa thêm mạch 
vòng phản hồi dòng điện, có thể gọi mạch vòng này là mạch vòng bù dòng điện phần ứng. Xét sơ 
đồ truyền động trục cán trong dây chuyền cán nóng liên tục của nhà máy cán thép Gia Sàng Thái 
Nguyên (Hình 1). 
Hình 1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động trục cán 
Trong trường hợp hệ làm việc ở chế độ cán tinh, từ sơ đồ hình 1 tách phần điều chỉnh từ 
thông để điều chỉnh mômen ta nhận được sơ đồ cấu trúc hệ truyền động như hình 2. 
51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 
2 
Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển mômen 
Từ hình 2, sau khi biến đổi ta nhận được sơ đồ cấu trúc hình 3. Từ đây, ta tiến hành mô 
phỏng để đánh giá hệ truyền động. 
Hình 3. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển mômen đã được biến đổi 
3. Mô phỏng hệ truyền động 
3.1. Tính toán các thông số của hệ thống 
Chọn động cơ điện một chiều có thông số như sau: 
Công suất định mức của động cơ: Pđm = 75KW 
Điện áp định mức của động: Uđm = 220V 
Tốc độ định mức: nđm = 1500 v/p 
Hiệu suất định mức: đm = 90% 
Điện cảm mạch phần ứng: Lư = 0,0022H 
Điện trở mạch phần ứng: Rư = 0,0253 
Điện cảm mạch kích từ: Lkt = 0,08H 
Điện trở mạch kích từ Rkt = 30 
Từ đó ta tính được: )/(157
55,9
1500
sraddm 
Mômen định mức: )(7,477
157
1000.75
Nm
P
M
dm
dm
dm
Dòng điện định mức: )(9,340
220
1000.75
A
U
P
I
dm
dm
dm
 4,1
9,340
7,477
dm
dm
dm
I
M
K 
51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 
3 
Hằng số thời gian mạch phần ứng: 087,0
0253,0
0022,0
u
u
u
R
L
T 
Hàm truyền phần điện từ của động cơ:
sTsR
W
uu
D
087,01
52,39
1.
1
.
1 . 
Hàm truyền của mạch kích từ :Chọn Uđk = 10V. 
Hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu mạch kích từ: 22
10
220
dk
dm
cl
U
U
K . 
Hàm truyền của bộ biến đổi mạch kích từ: .
)0267,01(30
3,1.22
)1(
..
WKt
ssTR
KK
ktkt
kcl 
Trong đó: Kk được tính dựa vào đặc tính từ hóa bằng cách tuyến tính hóa đoạn đặc tính 
làm việc. 
ok k0
k
ΔΦ
k Φ ,I
ΔI
 Kk = 1,3 
)0267,01(
1,1
s
Wkt
Chọn bộ điều chỉnh tốc độ PID: Vì hằng số thời gian của cuộn kích từ quá lớn. 
J
Tc
1
 với 00256.0
375
96.0
375
22GD
J 
Tc = 390 97.198
)4.1(
390
)( 22
*
K
T
T cc 
 KR là hệ số hàm hiệu chỉnh chọn KR = 11.7 
* *( ) . 0.03
( ) 5.9 0.0136k c R c kRR
c c c
T T K T T sK
F s s
T T s T s
3.2. Mô phỏng hệ truyền động cán tinh bằng phần mềm Matlab 
Từ sơ đồ cấu trúc ta thay các thông số đã tính toán vào ta xây dựng được sơ đồ mô phỏng 
bằng phần mềm Matlab-Simulink với các khối trong sơ đồ cấu trúc như sau: 
Hình 4. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển ở chế độ cán tinh khi dùng bộ điều khiển PID 
3.3. Kết quả mô phỏng 
c
R
-u
*
c
R
T
T
.K.
sT
sT1sT1
)(F ukp
51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 
4 
Cho chạy chương trình mô phỏng ta được các đồ thị ở chế độ cán tinh như sau: 
Trường hợp K = 0.5 
Trường hợp K = 0.8 
Trường hợp K = 1 
Từ kết quả mô phỏng ta thấy, ứng với trường hợp K = 1 đặc tính có dạng đúng với hệ 
thống có chất lượng tốt nhất, hệ thống làm việc ổn định nhất, dòng điện quá độ nhỏ nhất. 
4. Đánh giá 
51(3): 3 - 7 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3 - 2009 
5 
Qua khảo sát ta có thể tính toán và mô phỏng hệ thống truyền động ở chế độ cán tinh chỉ 
dùng bộ điều khiển PID với các thông số cố định ta nhận thấy: 
Chất lượng động của hệ thống truyền động tương đối đảm bảo yêu cầu, tuy nhiên trong 
hệ thống có từ thông là phi tuyến mà hệ thống chỉ mô phỏng với hệ số của mạch kích từ Kk cố 
định nên chất lượng của hệ thống chưa cao. Để giải quyết vấn đề này ta có thể đưa thêm bộ điều 
khiển mờ vào để chỉnh định thông số của bộ điều khiển PID  
Tóm Tắt 
Bài báo trình bày cách phân tích tổng hợp hệ truyền động trục cán trong dây chuyền cán 
nóng liên tục thực hiện trong công đoạn cán tinh. Kết quả tổng hợp giúp cho việc khai thác, sử 
dụng và tìm biện pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động sẵn có. 
Summary 
The adjustment of torque in the hot - rolled line 
This paper presents the direction for analyzing, collecting roll drive system in the 
continuously hot - rolled line which takes place in the step of fine roll. The collecting result 
hepls to exploit, apply and find out the solution to enhance the quality of existing drive system. 
Tài liệu tham khảo 
[1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2002), Điều chỉnh 
tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. 
[2]. Võ Quang Lạp, Trần Thọ (2004), Cơ sở điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học 
và kĩ thuật, Hà Nội. 
[3]. Nguyễn Doãn Phước, Lí thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. 
[4]. Nguyễn Phùng Quang (2003),MATLAB & Simulink dành cho kĩ sư điều khiển tự động, Khoa 
học và kĩ thuật, Hà Nội.