Điều Khiển Chống Rung Cho Cầu Trục Bằng Phương Pháp Điều Khiển Tiền Định

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Điều khiển chống rung cho cầu trục phương pháp điều khiển tiền định Nguyễn Văn Sơn Giảng viên hướng dẫn: TS Dương Minh Đức HÀ NỘI, 2022 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn thạc sĩ “Điều khiển chống rung cho cầu trục phương pháp điều khiển tiền định” thực hướng dẫn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giáo viên hướng dẫn TS Dương Minh Đức Đây cơng trình nghiên cứu tôi, số liệu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình tác giả khác Để hồn thành luận văn này, tơi sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Người viết cam đoan Nguyễn Văn Sơn NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC LỜI CẢM ƠN Trước tiên, với lòng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn TS Dương Minh Đức trực tiếp hướng dẫn, bảo, giúp đỡ tơi tận tình để tơi hồn thành nội dung luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Điện /Đại học Bách Khoa Hà Nội thầy, cơng tác Bộ mơn Tự động hóa công nghiệp tạo điều kiện cho q trình học tập nghiên cứu Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình tất bạn bè giúp đỡ, động viên suốt trình học tập nghiên cứu vừa qua Xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Văn Sơn NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 11 1.1 Khái niệm cầu trục 11 1.2 Cấu tạo chung cầu trục 12 1.3 Phân loại cầu trục 13 1.3.1 Phân loại theo tải trọng 13 1.3.2 Phân loại theo đặc điểm công tác 15 1.4 Đặc điểm cầu trục 17 1.4.1 Hệ thống cấp điện cho cầu trục 17 1.4.2 Môi trường làm việc cầu trục 17 1.5 Hiện tượng rung động cầu trục 17 1.6 Lựa chọn phương pháp chống rung cho cầu trục 18 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CẦU TRỤC 19 2.1 Giới thiệu mơ hình cầu trục 19 2.2 Xây dựng mơ hình tốn học cầu trục 20 2.3 Mơ mơ hình cầu trục Matlab & Simulink 21 CHƯƠNG 3: CHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TIỀN ĐỊNH (INPUT SHAPING) 24 3.1 Khái niệm phương pháp Input Shaping 24 3.2 Nội dung phương pháp Input Shaping 24 3.3 Giới thiệu phương pháp Input Shaping 24 3.4 Điều khiển tiền định với xung đầu vào 28 3.5 Bộ điều khiển PID 29 CHƯƠNG 4: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TIỀN ĐỊNH CHO MÔ HÌNH CẦU TRỤC 34 4.1 Khảo sát độ điều chỉnh đầu y(t) 34 4.1.1 Đáp ứng y(t) với đầu vào xung dạng step 34 4.1.2 Đầu y(t) hệ input shaping n xung 36 4.1.3 Đầu y(t) hệ input shaping xung 38 4.1.4 Đầu y(t) hệ input shaping xung 38 NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC 4.2 Khảo sát đầu điều khiển PD 38 4.2.1 Đầu điều khiển với đáp ứng 1(t) 38 4.2.2 Đầu u(t) hệ input shaping n xung đầu vào 40 4.3 Khảo sát thời gian xác lập 40 4.3.1 Đối với hệ thống không sử dụng input shaping 40 4.3.2 Đối với hệ thống sử dụng input shaping xung 41 4.3.3 Đối với hệ thống sử dụng input shaping xung 41 4.4 Thiết kế điều khiển mô 41 4.5 Mô thuật toán điều khiển tiền định với xung đầu vào 43 4.6 Mơ thuật tốn điều khiển tiền định với xung đầu vào 45 4.7 So sánh kết mô 47 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 5.1 Kết luận 49 5.2 Kiến nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 51 NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật mơ hình cầu trục 21 Bảng 4.1 Tham số PID 42 Bảng 4.2 Tham số IS xung 44 Bảng 4.3 Tham số IS xung 45 NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cầu trục sử dụng nhà máy 11 Hình 1.2 Cấu tạo cầu trục 12 Hình 1.3 Cầu trục đơn có tải trọng nhỏ 14 Hình 1.4 Cầu trục có tải trọng trung bình 14 Hình 1.5 Cầu trục có tải trọng lớn 15 Hình 1.6 Cầu trục nhà máy thép 16 Hình 1.7 Cầu trục cảng biển 16 Hình 1.8 Cầu trục việc bốc container 17 Hình 2.1 Mơ hình cầu trục 19 Hình 2.2 Mơ hình giao động cầu trục 22 Hình 2.3 Mơ mơ hình cầu trục phi tuyến Matlab & Simulink 22 Hình 2.4 Tín hiệu đặt đầu vào 22 Hình 2.5 Vị trí x 22 Hình 2.6 Góc quay θ 23 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 24 Hình 3.2 Đáp ứng với xung 25 Hình 3.3 Đáp ứng với xung khác 25 Hình 3.4 Đáp ứng kết hợp xung 26 Hình 3.5 Mơ hình mô phương pháp Input Shaping 27 Hình 3.6 Độ lớn thời điểm xuất hai xung 28 Hình 3.7 Độ lớn thời điểm xuất ba xung 28 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID 29 Hình 3.9 Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki Kd số) 30 Hình 3.10 Đồ thị PV theo thời gian, tương ứng với giá trị Ki (Kp Kd không đổi) 31 Hình 3.11 Đồ thị PV theo thời gian, tương ứng với giá trị Ki (Kp Kd không đổi) 32 Hình 4.1 Mơ hình hàm truyền 34 Hình 4.2 Mơ hình mơ phương pháp PID 42 Hình 4.3 Đáp ứng đầu dùng PID 42 Hình 4.4 Góc lệch dùng PID 43 Hình 4.5 So sánh vị trí với tín hiệu đặt đầu vào phương pháp PID 43 Hình 4.4 Mơ IS xung Matlab & Simulink 44 Hình 4.6 Đáp ứng đầu dùng IS xung 44 Hình 4.7 Góc lệch dùng IS xung 45 Hình 4.8 So sánh vị trí với tín hiệu đặt đầu vào phương pháp IP xung 45 NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC Hình 4.9 Mơ IS xung Matlab & Simulink 46 Hình 4.10 Vị trí x áp dụng IS xung 46 Hình 4.11 Góc lệch dùng IS xung 46 Hình 4.12 So sánh vị trí với tín hiệu đặt đầu vào phương pháp IP xung 47 Hình 4.13 So sánh đáp ứng đầu trường hợp 47 Hình 4.14 So sánh góc lệch trường hợp 47 Hình 4.15 So sánh vị trí với tín hiệu đặt đầu vào phương pháp 48 NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nguyên tiếng Anh Tạm dịch IS Input Shaping: Điều khiển tiền định x Quãng đường dịch chuyển xe M Khối lượng xe l Chiều dài dây cáp m Khối lượng tải trọng θ Góc tạo dây cáp trạng thái bị rung động hình chiếu mặt phẳng tạo hai trục O x O y f Lực tác động lên xe g Gia tốc trọng trường G(s) Hàm truyền w Tần số giao động tự nhiên z Hệ số tắt dần Ai Biên độ xung điều khiển ti Thời điểm xuất xung điều khiển NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC MỞ ĐẦU Với khả di chuyển theo hai phương ngang nâng chuyển theo phương thẳng đứng, cầu trục đóng vai trị chủ đạo q trình vận chuyển hàng hóa, thiết bị, máy móc nhà máy cơng xưởng Mặc dù đóng vai trò quan trọng nhiều lĩnh vực thiết kế khí cấu nâng chuyển dẫn đến rung lắc tải trọng trình vận hành Trong điều kiện lý tưởng, vị trí mong muốn xe cầu tải trọng đồng theo phương nâng chuyển tải trọng Nhưng thực tế, điều không khả thi dao động tải Tải trọng dao động trình vận hành làm giảm hiệu suất, độ an toàn cấu nâng chuyển, người thiết bị xung quanh Trong điều kiện không gian làm việc giới hạn, khả giảm dao động tải trọng Để làm điều người vận hành cầu trục phải chậm rãi, cẩn trọng điều khiển tải trọng Hiện nay, cầu trục thực tế thường điều khiển với tốc độ chậm, dao động tải trọng không đáng kể Mặt khác, tải trọng phải di chuyển với vận tốc cao để đảm bảo suất Như vậy, người vận hành vừa phải định điều khiển cầu trục với tốc độ để tránh va chạm tải dao động, vừa phải đảm bảo hiệu suất làm việc cao Hơn nữa, cầu trục thuộc lớp đối tượng điều khiển thiếu cấu chấp hành, lực đẩy xe cầu phải đảm bảo điều khiển xác vị trí xe cầu tải trọng Bài toán tối ưu thời gian với ràng buộc dao động tải trọng điều kiện không gian làm việc hạn chế tốn khó Điều đặt nhiều thách thức người vận hành cầu trục Chính lý này, tơi chọn đề tài luận văn “Điều khiển chống rung cho cầu trục phương pháp điều khiển tiền định”, phương pháp đơn giản mà hiệu việc chống rung cho cầu trục Bằng cách dựa vào thông số đối tượng điều khiển mô hình dao động, phương pháp điều khiển tiền định có nhiệm vụ thiết kế điều khiển vừa đảm bảo điều khiển xác vị trí đối tượng điều khiển, vừa đảm bảo triệt tiêu dao động hệ Luận văn thực hướng dẫn thầy giáo TS Dương Minh Đức NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ = S k ∑ A e j =1 j a t j GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC sin(φ + b.(tk − t j )) S  C  φthk = tan −1  (4.15) Atot e − a.tk S + C = Khi phương trình (4.14) viết lại dạng:  k  j =1  y (t ) L  ∑ Aj + Atot Â.e − a (t −t ) sin(b.(t − tk ) + φthk )  t≥0: = k  (4.16) Đạo hàm y(t) theo t ta được: = y ' (t ) L Atot Â.e − a (t −tk ) (b.cos(b.(t − tk ) + φthk ) − a.sin(b(t − tk ) + φthk )) (4.17) Hàm số đạt cực trị y’(t)=0 → b.cos(b(t − tk ) + φthk ) − a.sin(b(t − tk ) + φthk )) = (4.18)  b  ⇔ tan(b(t − tk ) + φthk ) = −   −a  kπ − φthk − β = ⇔ + tk b Trong đó: β = tan −1  b    −a  Ta có giá trị đỉnh ứng với thời điểm cực trị tức là: = π − φthk − β b + tk (4.19) Khi giá trị đỉnh y p thời điểm t p phương trình (4.17) là:  k  − a ( t −t ) = y (t ) L  ∑ Aj + Atot Â.e p k sin( β )   j =1  (4.20) Suy độ điều chỉnh Mp = 100% NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 (∑ k j =1 Aj + Atot Â.e − a ( t p − tk ) ) sin( β ) − (4.21) Trang 37 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC 4.1.3 Đầu y(t) hệ input shaping xung Ta có hệ input shaping xung với: A1 = thời điểm t1 = K +1 A2 = K thời điểm t2 = ∆t K +1 Áp dụng công thức tổng quát n xung đầu vào ta cần xét giá trị điều chỉnh lần phát xung lần phát xung thứ π −φ − β  t p1 =  b   M = 100 Âe − a.t p sin( β )  p1  π − φthk − β = t p2 + ∆t  b   M = 100 A Âe − a.t p sin( β ) tot  p2 (4.22) 4.1.4 Đầu y(t) hệ input shaping xung Ta có: A1 = thời điểm t1 = K + 2K + A2 = 2K thời điểm t2 = ∆t K + 2K + A3 = K2 thời điểm t3 = 2∆t K + 2K + 2 Áp dụng công thức tổng quát n xung ta có tham số xung:   π −φ − β t p1 =   b     M = 100 Â.e − a.t p sin( β )   p1  π − φthk1 − β = t + ∆t  p2 b   M = 100 A Â.e − a.t p sin( β ) tot1  p2  π − φthk − β = t + 2∆t  p3  b  − a t p  M p = 100 Atot2 Â.e sin( β ) (4.23) 4.2 Khảo sát đầu điều khiển PD 4.2.1 Đầu điều khiển với đáp ứng 1(t) Từ mô hình hàm truyền hình 4.1 ta có: NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 38 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC = U ( s ) GPD ( R( s ) − Y ( s )) U ( s ) GPD ( R ( s ) − U ( s ).G p ) = GPD R( s ) (GPD GP + 1).U ( s ) = U (s) = = = GPD R( s ) GPD GP + K D s + K p R( s) K D s + K p +1 s (T s + 1) s (T s + 1).( K D s + K p ) T s + ( K D + 1).s + K p R ( s ) L.e − t0 s (T s + 1)( K D s + K P ) ⇒ U (s) = T s + ( K D + 1).s + K P L.e − t0 s ( s + )( K D s + K P ) T ⇔ U (s) = KD +1 K s + s+ P T T ⇔ U (s) = L.K D e − t0 s K K 1 s2 +  P +  s + P K D T  KD T  K +1 K s2 + D s+ P T T   KP KD   Kp KP    s − + −      KD T  T K D T   − t0 s    U ( s ) L.K D e ⇔= 1 + 2      s + KD +1  +  KP −  KD +1          2.T   T  2.T     K P − K P K D K T − K T K P − K D2 = L.K D e − t0 s + L.K D e − t0 s P 2 K D T KD +1   KP  KD +1    + + + s       2T   T  2T    D s+ Đặt: α2 = a= = b K P − K P K D T K p − K D2 KD +1 2T  K +1  − D  T  2T  Kp NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 39 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC Hàm U(s) có dạng: K P T − K D2 s + α2 T ( s + a)2 + b2 (4.25) = u (t ) L.K D δ (t − t0 ) + L Â2 e − a.(t −t0 ) sin(b(t − t0 ) + φ ) (4.26) = U ( s ) L.K D e − t0 s + L.e − t0 s Trong đó: Â2 = 2 K P T − K D2 (α − a ) + b T b (4.27) φ2 a tan 2(b; α − a) = Ta thấy u(t) tổng hợp thành phần thành phần đáp ứng bước nhảy với cường độ L.K D thành phần có tác dụng tải thời điểm tức thời thời điểm phát xung Vì tác động khơng gây ảnh hưởng tới hệ truyền động Vậy ta quân tâm đến thành phần sau u(t) khảo sát tác động hệ truyền động Vậy đầu điều khiển viết lại dạng: = u (t ) L Â2 e − a (t −t0 ) sin(b(t − t0 ) + φ2 ) (4.28) 4.2.2 Đầu u(t) hệ input shaping n xung đầu vào Ta thấy u(t) có thành phần dao động có dạng giống y(t) ta áp dụng tương tự viết lại u(t) dạng tổng quát là: = u (t ) L Â2 Atot e − a (t −tk ) sin(bt + φ2 ) (4.29) Để đảm bảo cho u(t) không bị vượt giá trị cho phép động xung tương ứng có giá trị: U tol ≥ U max = L Â2 Atot (4.30) 4.3 Khảo sát thời gian xác lập Từ công thức (4.6): y (t ) = L(1 + Â.e − a (t −t0 ) sin(b(t − t0 ) + φ ) 4.3.1 Đối với hệ thống không sử dụng input shaping Thời gian xác lập 5% xác định thành phần dao động y(t)≤0,05 Thời gian xác lập thỏa mãn phương trình: Â.e − a (t −t0 ) = 0, 05 (4.31) Từ thời gian xác lập xác định công thức sau: NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC  0, 05  ln      +t = ts −a (4.32) 4.3.2 Đối với hệ thống sử dụng input shaping xung Đối với hệ thống input shaping sử dụng xung đầu vào ta thấy xung đầu vào so với xung step ban đầu bị trễ khoảng thời gian ∆t thời gian xác lập ta bị trễ khoảng thời gian ∆t : Trong ∆t khoảng thời gian lần phát xung xác định công thức: ∆t = π (4.33) ω0 − ζ Với ω0 : tần số dao động riêng hệ thống dao động cầu trục ζ : Hệ số tắt dần hệ thống dao động cầu trục  0, 05  ln   Atot   π  = ts + −a ω0 − ζ (4.34) 4.3.3 Đối với hệ thống sử dụng input shaping xung Tương tự hệ thống sử dụng xung hệ thống xung ta có thời gian trễ là: ∆t thời gian phát xung chia làm giai đoạn với ∆t = π ω0 − ζ Thời gian xác lập hệ thống sử dụng input shaping xung đầu vào:  0, 05  ln   Atot   2π  = + ts −a ω0 − ζ (4.35) 4.4 Thiết kế điều khiển mô Xét đến vấn đề dao động tải xem xét ảnh hưởng nhiễu, ta cần thiết kế điều khiển vị trí để điều khiển xác vị trí xe cầu Thiết kế điều khiển PID kết hợp điều khiển IS để cho thời gian đáp ứng nhỏ tính cơng thức (4.34), (4.35) đảm bảo tiêu: - Hệ thống ổn định - Độ điều chỉnh theo yêu cầu (Dựa vào ràng buộc phương trình 4.30) - Đầu điều khiển nằm dải cho phép (Dựa vào phương trình 4.22 4.23) NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC Luận văn sử dụng điều khiển PID thiết kế tối ưu mặt thời gian chuyển động cầu trục đảm bảo điều kiện ổn định hệ thống, điều kiện giới hạn độ điều chỉnh, điều kiện giới hạn tín hiệu điều khiển, giới hạn cấu chấp hành Sử dụng khổi PID Controller Matlab Simulink sau tính tốn, ta thu tham số tối ưu điều khiển PID Bảng 4.1 Bảng 4.1 Tham số PID Tham số KP KD Giá trị 104,257947240207 72,0606130766022 Hình 4.2 Mơ hình mơ phương pháp PID Sau mơ ta vị trí x sau áp dụng phương pháp PID hình 4.3 1.2 Vị trí (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 Thời gian (s) Hình 4.3 Đáp ứng đầu dùng PID NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 42 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC 1.5 Góc quay theta (Rad) 0.5 -0.5 -1 -1.5 10 Thời gian (s) Hình 4.4 Góc lệch dùng PID 1.2 X đặt X thực Vị trí (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 Thời gian (s) Hình 4.5 So sánh vị trí với tín hiệu đặt đầu vào phương pháp PID 4.5 Mơ thuật tốn điều khiển tiền định với xung đầu vào Cấu truc điều khiển phương pháp điều khiển tiền định biểu diễn hình 4.1 Ở luận văn hướng đến mục tiêu triệt tiêu giao động tải trọng phương pháp tạo dạng tín hiệu đầu vào Để đơn giản hóa ta giả thiết điều khiển có sẵn tập trung vào tạo tín hiệu (Input Shaping) Bỏ qua nhiễu xen kênh Laplace vế phương trình 2.12 Ta được: U ( s ) + lθ ( s ) s + gθ ( s ) = g + θ (s) g l (4.1) → G (s) = = g U (s) s + l Từ 4.1 ta xác định tần số giao động riêng hệ số tắt dần tải trọng tải trọng là: NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 43 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC ζ =0 w= g l (4.2) Bộ IS xung tính theo cơng thức (3.13), tham số cho bảng 4.1 Bảng 4.2 Tham số IS xung Tham số w K DT A1 A2 t1 t2 Giá trị 3,13 1,0031 0,5 0,5 1,0031 Hình 4.4 Mơ IS xung Matlab & Simulink 1.2 Vị trí (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 Thời gian (s) Hình 4.6 Đáp ứng đầu dùng IS xung NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 44 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC 0.4 0.3 Góc quay theta (Rad) 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 10 Thời gian (s) Hình 4.7 Góc lệch dùng IS xung 1.2 X đặt X thực Vị trí (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 Thời gian (s) Hình 4.8 So sánh vị trí với tín hiệu đặt đầu vào phương pháp IP xung 4.6 Mơ thuật tốn điều khiển tiền định với xung đầu vào Bộ IS xung tính theo công thức (3.15), tham số cho bảng 4.3 Bảng 4.3 Tham số IS xung Tham số w K DT A1 A2 A3 t1 t2 t3 NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Giá trị 3,13 1,0031 0,25 0,5 0,25 1,0031 2,0062 Trang 45 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC Hình 4.9 Mơ IS xung Matlab & Simulink 1.2 Vị trí (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 10 Thời gian (s) Hình 4.10 Vị trí x áp dụng IS xung 0.2 0.15 Góc quay theta (Rad) 0.1 0.05 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 10 Thời gian (s) Hình 4.11 Góc lệch dùng IS xung NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 46 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC 1.2 X đặt X thực Vị trí (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 10 Thời gian (s) Hình 4.12 So sánh vị trí với tín hiệu đặt đầu vào phương pháp IP xung 4.7 So sánh kết mô 1.2 PID IP xung IP xung Góc quay (Rad) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 Thời gian (s) Hình 4.13 So sánh đáp ứng đầu trường hợp 1.5 PID IP xung IP xung Góc quay (Rad) 0.5 -0.5 -1 -1.5 10 Thời gian (s) Hình 4.14 So sánh góc lệch trường hợp NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 47 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC 1.2 X đặt X đặt theo PID X đặt theo IP2 xung X đặt theo IP xung Vị trí (m) 0.8 0.6 0.4 0.2 10 Thời gian (s) Hình 4.15 So sánh vị trí với tín hiệu đặt đầu vào phương pháp Nhận xét: Việc điều khiển vị trí xe cầu sử dụng điều khiển PID cho kết tốt, điều khiển xác vị trí xe cầu cách nhanh chóng Tuy nhiên, dao động tải trọng lớn tồn thời gian dài Do đó, thực tế muốn điều khiển xe cầu chuyển động với tốc độ cao nhằm tăng suất mà đảm bảo chất lượng, an toàn người thiết bị xung quanh cần phải thay điều khiển PID điều khiển chống rung - Phương pháp điều khiển tiền định biến độc lập loại bỏ gần toàn dao động dư xuất trình làm việc cầu trục - Input Shaping với xung đầu vào cho kết tốt xung đầu vào - Nhược điểm phương pháp độ xác chưa cao, khơng loại bỏ hoàn toàn dao động dư thời gian chuyển động cầu trục bị trễ NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 48 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Luận văn nghiên cứu điều khiển chống rung cho cầu trục phương pháp điều khiển tiền định Luận văn có đóng góp sau: - Xây dựng mơ hình tốn học cầu trục - Mơ mơ hình tốn học cầu trục có chiều dài dây khơng đổi Matlab & Simulink - Nghiên cứu phương pháp phương pháp điều khiển tiền định, phương pháp đơn giản hiệu việc chống rung - Thiết kế điều khiển Input Shaping cho cầu trục có chiều dài dây khơng đổi, kết mơ chứng minh tính hiệu rõ rệt phương pháp việc chống rung cho cầu trục Phương pháp Input Shaping vừa đảm bảo điều khiển xác vị trí xe con, đồng thời triệt tiêu dao động tải trọng - Input Shaping với xung đầu vào cho kết tốt xung đầu vào - Nhược điểm phương pháp độ xác chưa cao, khơng loại bỏ hồn tồn dao động dư thời gian chuyển động cầu trục bị trễ 5.2 Kiến nghị Luận văn nghiên cứu phương pháp điều khiển tiền định áp dụng phương pháp cho cầu trục có chiều dài dây khơng đổi Có thể thấy phương pháp có tính ứng dụng cao thực tiễn, không riêng cầu trục mà hiệu nhiều hệ thống khác chống rung cho, cầu trục (Gantry crane), cánh tay robot, Vì vậy, đề tài hồn tồn phát triển cách nghiên cứu điều khiển chống rung cho cầu trục có đến tham số chiều dài dây thay đổi xây dựng mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng hiệu thực tế phương pháp NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 49 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W.E Singhose, Command Shaping for Flexible System, A Review of the First 50 years, Int Journal of Precision Eng and manufacturing, Vol 10, No 4, 2009, pp 153168 [2] Tarunraj Singh, William Singhose Tutorial on input shaping/Time Delay Control of Maneuvering Flexible Structures [3] N.C Singer and W.P Seering, Preshaping Command Inputs to Reduce System Vibration, January 1988 [4] Karen E Grosser, Joel D Fortgang, William E Singhose (2000) Limiting High Mode Vibration and Rise Time in Flexible Telerobotic Arms SCI 2000, Orlando, USA [5] Gieck, Kurt (1983), Engineeriiig Formulas., McGraw-Hill Book Company, Inc., New York [6] Singer, Neil C., Residual Vibration Reduction in Computer Controlled Machines, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, MIT, Fall, 1988 NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 50 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS.DƯƠNG MINH ĐỨC PHỤ LỤC Bảng biến đổi Laplace CT I II F(s) f(t) α (α − a ) + b − a.t e sin(b.t + φ ) + a + b2 b a + b2 = φ a tan 2(b, α − a) − a tan 2(b, −a) s +α s ( s + a ) + b  s +α ( s + a)2 + b2 (α − a ) + b − a.t e sin(b.t + φ ) b = φ a tan 2(b, α − a) NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 51 ... bảo triệt tiêu dao động hệ Luận văn thực hướng dẫn thầy giáo TS Dương Minh Đức NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. DƯƠNG MINH ĐỨC Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Chương... đoan Nguyễn Văn Sơn NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. DƯƠNG MINH ĐỨC LỜI CẢM ƠN Trước tiên, với lòng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn TS Dương Minh Đức trực tiếp... gian chuyển động cầu trục bị trễ NGUYỄN VĂN SƠN – CA190084 Trang 48 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS. DƯƠNG MINH ĐỨC CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Luận văn nghiên cứu điều khiển chống rung