TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
----------------------

---------------------

BÀI TẬP LỚN
CƠ ĐIỆN TỬ 1
Đề tài
MÔ HÌNH HÓA HỆ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY
Giảng viên hướng dẫn: KHỔNG MINH

Họ và tên:
Lớp:
Mã Sv:
Khóa:

Trần Minh Hiếu
Cơ điện tử 3
1141020183
11

1


LỜI NÓI ĐẦU
Trong đà phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều thành tựu mới như: Kỹ thuật
điện trở, kỹ thuật số, tin học đã được áp dụng với mọi lĩnh vực.
Thang máy là một loại hình máy nâng chuyển được sử dụng rộng rãi trong các
ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân như trong ngành khai thác hầm mỏ, trong
ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ, trong sinh hoạt dân dụng ở những nơi

đó thang máy được sử dụng để chở người và vận chuyển hàng hóa. Nó để thay thế
cho sức lực của con người và đã mang lại năng suất cao, tiết kiệm thời gian.
Vì vậy việc thiết kế hệ truyền động cho thang máy chở người sao cho hợp lý, đảm
bảo độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị là một nhiệm vụ
hết sức quan trọng.
Trong suốt quá trình thực hiện bài tập lớn, nhóm chúng em đã nhận được sự định
hướng, chỉ dẫn tận tình của thầy Khổng Minh. Vì vậy, chúng em xin bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc đối với thầy, cảm ơn thầy đã giúp đỡ và ủng hộ chúng em trong suốt thời
gian vừa qua. Do năng lực còn hạn chế nên trong bài tập lớn còn không tránh khỏi
những sai xót, nhóm em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn
để bài tập được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 11 năm 2018


Chương I: Nghiên cứu phân tích cấu trúc thang máy
I. Giới thiệu thang máy
Thang máy là thiết bị dùng để tải người, tải hàng hóa, thực phẩm, tải oto, giường
bệnh nhân từ tầng này qua tầng khác một cách dễ dàng và gọn nhẹ nhất. Hiện nay,
trong các bệnh viện, cách tòa nhà cao ốc, siêu thị, nhà hàng,... thường có sự xuất hiện
của thang máy. Chính vì thế, vai trò của thang máy đang trở nên vô cùng quan trọng
trong cuộc sống của mỗi chúng ta, đặc biệt là những ngôi nhà cao tầng. Bởi thay vì
chúng ta phải bỏ sức ra trên đôi chân để đi lên những bậc cầu thang thì đã có thang
máy thay chúng ta làm việc đó.

Với sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin thì thang máy đã có những
bước tiến bộ vượt bậc, đã có những bộ điều khiển tốc độ phức tạp hơn giúp an toàn
hơn. Bên cạnh đó, thang máy được các kỹ sư lập trình một cách đặc biệt, giúp đạt
năng suất cực đại và tạo sự an toàn tuyệt đối cho người sử dụng.



II. Cấu tạo thang máy

Mô hình mô phỏng cấu tạo thang máy chi tiết nhất!


Cấu tạo thang máy thành 4 thành phần chính sau đây:
 Hố thang máy được đặt dọc theo chiều cao của tòa nhà, xuyên suốt từ trên
xuống dưới.
 Phòng Máy: Đối với thang máy có phòng máy, thì phòng máy được bố trí trên
đỉnh của giếng thang.
 Hố PIT được bố trí dưới sàn thấp nhất của tòa nhà. Ở đây được bố trí bộ phận
giảm chấn, Hệ thống điện.
 Một số bộ phận khác được lắp kín trong phòng máy và giếng thang:
 Motor kéo
 Hệ thống điều khiển thang máy
 Ray dẫn hướng
 Bộ Hạn chế tốc độ
 Cáp của bộ hạn chế tốc độ
 Giảm chấn
 Cửa cabin và Cửa tầng
 Cabin thang máy và Đối trọng
Chi tiết:
1. Motor kéo: Bộ phận này thường được lắp ở trên đỉnh giếng thang hoặc 1 số
trường hợp lắp dưới hố thang. Motor kéo có tác dụng dẫn động hộp giảm tốc theo 1
tốc độ nhất định làm quay puli – thiết bị kéo cabin lên xuống.
2. Hệ thống điều khiển thang máy: là bộ phận chứa các thiết bị điện tử được lập
trình điều khiển để đảm bảo thang máy hoạt động theo yêu cầu.
3. Ray dẫn hướng: được lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hướng cho cabin và đối
trọng chuyển động dọc theo hố thang. Ray dẫn hướng đảm bảo cho đối trọng và cabin
luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong hố thang máy và không bị dịch chuyển theo

phương ngang trong quá trình chuyển động. Ngoài ra ray dẫn hướng phải đảm bảo độ
cứng để giữ trọng lượng cabin và tải trọng trong cabin tựa lên ray dẫn hướng cùng
với các thành phần tải trọng động khi bộ hãm bảo hiểm làm việc (trong trường hợp
đứt cáp hoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép).
4. Bộ hạn chế tốc độ hay còn gọi là Thắng cơ. Bộ phận này có nhiệm vụ kẹp chặt
cabin thang máy vào ray dẫn hướng khi cabin di chuyển quá tốc độ cho phép.


Hệ thống phanh an toàn (Thắng cơ)
là một thiết bị quan trọng trong cấu tạo của thang máy

5. Giảm chấn là thiết bị được thiết kế ở dưới hố pit. Bộ phận này có nhiệm vụ làm
giá đỡ cho cabin khi các hệ thống đảm bảo an toàn khác đều không hoạt động.
6. Cửa cabin và cửa tầng: Được thiết kế mở ra đóng vào trơn tru nhất. Ngoài ra còn
được tích hợp hệ thống chống kẹt cửa Photocell để đảm bảo an toàn trong trường hợp
có vật cản khi cửa thang hoặc cửa tầng đang đóng.
7. Cabin là thiết bị chính trong thang máy đưa người sử dụng di chuyển theo yêu cầu.
Là nơi cho phép người sử dụng đứng bên trong và điều khiển thang máy di chuyển
theo ý muốn.
8. Phần đối trọng là thiết bị được thiết kế đối lập với cabin có nhiệm vụ dùng sức
nặng để kéo cabin đi lên hoặc đi xuống. Bộ phận này kết hợp với máy kéo để đưa
cabin lên xuống được dễ dàng.


III. Nguyên lý hoạt động của thang máy
Khi bạn nhấn nút gọi tầng (gửi tín hiệu điều khiển gọi tầng), tín hiệu điều khiển
được đưa về hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển tiếp nhận tín hiệu điều khiển,
xử lý và điều khiển động cơ quay, động cơ truyền lực kéo cabin thang máy đến vị trí
nhận tín hiệu điều khiển, thang máy dừng và mở cửa. Khi cửa thang máy được điều
khiển đóng lại, khách hàng ấn nút gọi tầng, tín hiệu điều khiển sẽ được gửi đến vi xử

lý – bộ điều khiển trung tâm, phân tích xem tầng nào gần nhất, tầng nào xa nhất, điều
khiển động cơ kéo cabin, dừng tầng chính xác. Quá trình lặp đi lặp lại như vậy.
Đối với dòng thang máy mới nhất hiện nay áp dụng nguyên lý dùng bánh xe ròng
rọc để thay thế cho trục quay trước đây. Thiết kế của loại thang máy này có động cơ
được nối trực tiếp với các bánh xe để dây cáp quấn quanh bánh xe ròng rọc, đầu cáp
sẽ được nối vào cabin của thang máy, đầu còn lại sẽ nối vào với đối trọng để rạo sự
cân bằng.
Thang máy hiện đại ngày nay được tích hợp sử dụng có các bộ phận an toàn để
kiểm soát tốc độ, quá trình hoạt động của thang máy một cách hiệu quả. Nhờ những
thiết bị an toàn đó mà thang máy có được sự an toàn hơn, tránh tình trạng rơi tự do,
vượt tốc có thể xảy ra.
IV. Chọn động cơ
Chọn động cơ cho thang máy:
Thang máy có các thông số
Khối lượng thang máy:

MT = 1 Tấn

Tốc độ:
1 m/s
Từ yêu cầu trên ta chọn loại động cơ chuyên dụng cho thang máy là YJ200 model
YTTD160TVF1-6 của hãng Mitsubishi
Động cơ có hộp số và thắng cơ khí



Các thông số của động cơ
Điện áp định mức
Dòng điện định mức
Công suất định mức

Tần số định mức
Số cực
Hệ số công suất
Momen định mức
Hiệu suất
Bán kinh ròng rọc

380V
17.4A
11 KW
50Hz
4
0.765
75.4 Nm
85.5 %
265 mm

V. Xây dựng hàm truyền

Trong đó:

MT: Khối lượng buồng thang
MĐ: Khối lượng đối trọng
B: Hệ số ma sát
k: Hệ số tỉ lệ
τ(t): Moment kéo của động cơ (tín hiệu vào)
y(t): Vị trí buồng thang (tín hiệu ra)
MT: Moment buồng thang
MB: Moment cản
Mqt: Moment quán tính

MĐ: Moment kéo của động cơ (τ(t))
MĐC: Moment đối trọng
Áp dụng định luật bảo toàn Momen
MT + MB + Mqt = MĐ + MĐC




MT.g.r + B.y’(t).r + MT.g.y’’(t).r = τ(t) + MĐ.g.r



MT.g + B.y’(t)+ MT.g.y’’(t) = k.τ(t) + MĐ.g

()

Đặt: y(t) = y*(t) + at
=> B.y’*(t) + MT.g.y’’* + a.B + MT.g = K.τ(t) + MĐ.g
Để đảm bảo về yêu cầu về vị trí và tốc độ ta có:

Biến đổi Laplace=>

B.s.y*(s) + MT.g.s2.y*(s) +.B + MT.g = k.τ(s) + MĐ.g

=> B.s.y*(s) + MT.g.s2.y*(s) + MĐ.g - MT.g + MT.g = k.τ(s) + MĐ.g
=> y*(s).[B.s + MT.g.s2] = k.τ(s)
Hàm truyền:

Ứng với thông số động cơ ta có:
g = 9.81 m/s2

B = 0,3
MT = 1000 kg
VI. Biểu diễn hàm truyền trong MATLAB và đáp ứng mạch hở
Chúng ta có thể biểu diễn hàm truyền nói trên trong MATLAB bằng cách định nghĩa
các ma trận tử số và mẫu số như sau:


Tạo m-file mới và nhập các lệnh:
k=3.77;
Mt=1000;
g=9.81;
B=0.3;
num=k;
den=[Mt*g B 0];
thangmay=tf(num,den);

Bây giờ chúng ta sẽ xem hệ thống hở ban đầu được hình thành như thế nào. Thêm các
lệnh sau vào cuối m-file và chạy nó trong cửa sổ lệnh của MATLAB:
step(thangmay,0:0.1:3);
title('Dap ung he thong vong lap mo');

Ta sẽ nhận được đồ thị sau:

Nhìn vào đồ thị chúng ta thấy các chỉ tiêu như thời gian xác lập, độ vọt lố, sai số xác
lập đều chưa yêu cầu vậy nên chúng ta tiến hành thêm bộ PID để điều khiển phản hồi
thỏa mãn các yêu cầu.


VII. Thiết lập PID điều khiển vị trí thang máy
Sử dụng PID Tuner đề tìm các hệ số Kp, Ki, Kd. Kéo 2 thanh Response Time và

Transient Behavior để thay đổi thời gian xác lập, độ vọt lố, sai số xác lập ta có:

Chọn
Show

Parameters ta có tìm được các giá trị của Kp, Ki, Kd như hình.


Từ đó ta nhập vào trong m.file các giá trị của Kp, Ki, Kd ta có đoạn lệnh sau:
k=3.77;
Mt=1000;
g=9.81;
B=0.3;
num=k;
den=[Mt*g B 0];
thangmay=tf(num,den);
Kp=83043.7647;
Ki=21946.2044;
Kd=78558.7651;
contr=tf([Kd Kp Ki],[1 0]);
sys_cl=feedback(contr*thangmay,1);
step(sys_cl)

Tiến hành chạy file và ta có biểu đồ như dưới:

Từ biểu đồ trên ta thấy các yêu cầu như thời
gian xác lập, sai số xác lập, độ vọt lố thỏa mãn


Trong quá trình thực hiện em có sử dụng một số tài liệu tham khảo như:

1. Datasheet động cơ YJ200 model YTTD160TVF1-6 của hãng Mitsubishi

2. File m.file:

3. File word

-*-