ĐỒ án THIẾT kế tìm hiểu mô hình điều khiển chống rung cho cầu trục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Tìm hiểu mơ hình điều khiển chống rung cho cầu trục BÙI QUANG MINH minh.bq181644@sis.hust.edu.vn Ngành KT Điều khiển & Tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: TS Đỗ Trọng Hiếu Khoa: Trường: Tự động hóa Điện – Điện tử Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 2/2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Cầu trục 1.1.1 Khái niệm Cầu trục (tiếng Anh: overhead crane) loại thiết bị đảm bảo thao tác nâng-hạ-di chuyển hàng hóa nhà xưởng Nó tiện dụng có hiệu cao q trình bốc xếp hàng hóa, với sức nâng từ đến 500 tấn, vận hành chủ yếu động điện nên dùng rộng rãi nhà máy sản xuất cơng nghiệp 1.1.2 Cấu tạo Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống cầu trục Câu tao cua câu truc bao gờm phân sau - Dầm ( dầm đơn dầm đôi) - Palang, lợn nâng hạ ( tải trọng theo yêu cầu) - Động di chuyển cầu trục (Motor) - Hệ thống đường ray di chuyển ( ray P ray vuông) - Dầm biên cho cầu trục - Bánh xe di chuyển - Tủ điện - Hệ điện ngang.( cấp điện cho Palang) - Hệ điện dọc.( cấp điện cho toàn cầu trục) - Cabin điều khiển 1.1.3 Nguyên lí hoạt động Điện truyền tới động điện nhằm chuyển động qua trục truyền động khối nối rồồ̀i tới hộp giảm tốc Xong truyền chuyển động tới cho TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat bánh xe di chuyển cầu trục làm di chuyển tồn dầm gắn trến dầm đầu trục Bên cạnh xe chứa phận cấu nâng lắp đặt dầm nhầm di chuyển ray dầm Ngồi có phanh làm hãm cần thiết Cabin làm nhiệm vụ chuyền hệ thống động điện để hoạt động cầu trục 1.2 Vấn đề chống rung cho cầu trục Xét hệ thống cầu trục di chuyển từ vị trí A đến vị trí B theo trục x Để xe cầu trục di chuyển ta cung cấp lực F theo phương x, hệ hàng hóa với khối lượng lớn treo bên bị dao động dao động rung lắc gây nguy hiểm cho người hàng hóa Do để đảm bảo an tồn cho hệ thống phải hạn chế góc dao động xuống mức nhỏ Phương pháp thông thường, đơn giản để hạn chế góc dao động cho hệ thống di chuyển chậm, nhiên hiệu suất lại khơng cao Vì cần phải có phương án khác hiệu cho vấn đề chống rung Ở đồồ̀ án em tìm hiểu biện pháp điều khiển xe đến xác vị trí điều khiển ADRC đờồ̀ng thời giảm dao động góc phương pháp “Sử dụng điều khiển ADRC kết hợp lọc định dạng đầu vào dựa mơ hình mẫu” (thơng qua việc thu thập liệu đầu hệ thống) 1.3 Nôi dung đồ an - Tim hiêu mô hinh câu truc, bô điêu khiên ADRC va bô loc dưa mô hinh mâu - Mô phong câu truc vơi bô điêu khiên va bô loc TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG TỔNG QUAN CẦU TRỤC VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN ADRC 2.1 Mơ hình lý thuyết cầu trục Hình 2.1 Mơ hinh cầu trục Hình vẽ minh họa cho mơ hình cầu trục, bao gồồ̀m môt vât đươc treo vao xe đẩy qua dây cap Cac đai lương vât ly - - vị trí x chiều dài c - θ góc dao động tải - fcx lực cản tác động vào chuyển động xe đẩẩ̉y - fcθ lực cản tác động vào chuyển động lắc Để đơn giản toán ta coi xe đẩẩ̉y tải khối lượng điểm tác động nhiễu bỏ qua báo cáo Ta có vector vị trí tải trọng xe đẩẩ̉y hệ tọa độ XY mô tả sau: rp =xp + yprt =xt + yt Trong đó: x p=x +l sinθ; xt =x y p=−lcos θ ; yt=0 Đê mô ta phương trinh mô ta rang buôc cua cac đai lương hê, ta dung hoc Lagrange: L=T-V TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat T= V: thê cua Ta co: V =mp g ym=−mp glcosθ 1 ¿ >L=T −V = mt x˙t2 + mp ( x˙2p + y˙2p )+mp glcosθ Áp dung phương trinh Lagrange cho chuyên đông tinh tiên cua xe va cho chuyên đông quay cua lăc dt d (∂∂ Lx˙ )− ∂∂xL =F −f x ( ) ∂L ∂L d =−f ˙ − dt ∂ θ ∂θ cx cθ Bo qua lưc căng dây keo tai, ta thu hệ phương trình mơ t mụ hỡnh cu trc (mt + mp ) xă +mp l cos mp l ă l ă Beq hệ số cản xe Bp la sô can tai Từ phương trình (2.2), với góc dao động nhỏ, nên ta coi ˙2 cosθ ≈1 ,sinθ ≈ θ , =0, ta có hàm truyền góc dao động vị trí: θ (2.3) Với Bp=2 ξ √gl va ξ hệ số giảm chấn 2.2 Bộ điều khiển ADRC 2.2.1 Ly thuyêt Ý tưởng phương pháp ADRC tách hệ thống thành hai phần riêng biệt: phần biến điều khiển hệ thống, phần ta biết, phần lại tổẩ̉ng hợp tất nhiễu hệ thống, gồồ̀m nhiễu đầu vào, nhiễu đầu ra, nhiễu trình, ta gọi với tên chung nhiễu tổẩ̉ng quát ADRC sử dụng quan sát mở rộng nhằm ước lượng phần nhiễu tổẩ̉ng quát từ liệu đầu vào đầu q trình, qua khử tác động nhiễu đến trình Bộ quan sát có nhiệm vụ theo dõi ước lượng nhiễu tác động trực tiếp, sai số việc mô hình hóa đối tượng so TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat với thực tế Bằng cách đó, có mơ hình với độ xác khơng cao, thiết kế điều khiển có chất lượng tốt, mạnh mẽ chống lại biến động cho đối tượng thực tế, gián tiếp giúp đơn giản hố mơ hình Hình 2.2 Mơ hinh tởng quát ADRC Do hệ phương trình mơ tả cầu trục có dạng (2.1) (2.2) Ta xét khâu dao động bậc G (s )= - K: hệ số khuếch đại D: hệ số giảm chấn T: số thời gian Từ phương trình ta có K U ( s)=(T s2 +2 DTs+1) Y ( s) K U ( s)=T2 s2 Y (s)+2 DTs Y ( s)+Y (s) K u (t )=T yă (t )+2 DT y (t )+ y (t) yă (t)+ D y (t ) K T y˙ (t )+ T = T u (t ) Thêm nhiễu đầu vào d(t), đặt b = T biết ∆ b thành phần chưa biết Ta rút được: K =b +∆ b vi b0 l thnh phn ó yă (t)= (2.4) f (t , y , yă ,)+b0 u(t ) - u : tín hiệu điều khiển TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat mp=1.5 kg TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Thay đổi chiêu dai dây L=0.5m TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat L=0.8m TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM CẦU TRỤC 3.1 Hệ thống Mơ hình cầu trục thực nghiệm bao gờồ̀m thành phần chính: - Mơ hình cầu trục - Tủ điện điều khiển - Bộ điều khiển NI-myRIO phần mềm lập trình labVIEW  Mơ hình cầu trục - Có động điều khiển tịnh tiến theo trục x Động servo sử dụng động Mitsubishi HG-KN23J-S100 với tốc độ quay 3000 vịng/phút encoder có độ phân giải 131072 xung/vòng TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Đi kèm với động driver Mitsubishi MR-JE-20A để chọn chế độ điều khiển cấp điện áp để điều khiển động Trong tập này, em sử dụng chế độ điều khiển vận tốc Cơ cấu đo góc lệch sử dụng biến trở Một vật nặng (tải) gắn vào xe đẩẩ̉y TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat  Tủ điện điều khiển Bao gờồ̀m driver, thiết bị đóng cắt, đèn báo, nút khởi động, nút dừng khẩẩ̉n cấp nút điều khiển chiều quay động  Bộ điều khiển NI-myRIO 1900 NI-myRIO tảng lập trình National Instruments sản xuất phát hành MyRIO tảng phần cứng bao gồồ̀m vi xử lý nhân ARM 667Mhz, FPGA, …, Cùng ngõ giao tiếp Analog In, I2C, PWM, SPI, UART, ngõ tương tự, ngõ âm thanh, … Ngồi ra, myRIO cịn tích hợp sẵn gia tốc kế trục, Wi-fi TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat NI myRIO-1900 Cổẩ̉ng mở rộng myRIO Expansion Port (MXP) (Port A Port B) Cáp nguồồ̀n Cáp kết nối USB Cáp USB Host Các đèn LEDs Cổẩ̉ng Mini System Port (MSP) (Port C) Cáp vào/ra cổẩ̉ng âm Nút Reset Sử dụng Port C để điều khiển servo tịnh tiến Chân +15V/-15V AI0+/AI0-; AI1+/AI1AO AGND +5V DIO DGND  Phần mềm lập trình labVIEW LabVIEW viết tắt Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) môi trường phát triển chương trình, giống mơi trường phát triển C hay Basic National Instrument Lab Windows/CVI LabVIEW khác với ứng dụng điểm quan trọng Hệ thống lập trình khác sử TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat dụng ngôn ngữ text-based để tạo dịng mã lệnh, LabVIEW sử dụng ngơn ngữ lập trình đờồ̀ họa G để tạo chương trình dạng sơ đờồ̀ khối Bởi chương trình LabVIEW mô giao diện hoạt động thiết bị thực, chẳng hạn dao động ký thiết bị đo đa năng, chương trình LabVIEW gọi thiết bị ảo (Virtual Instrument), thường gọi tắt VI VI có Front Panel Block Diagram Trong đó, Front Panel giao diện giám sát chứa khối điều khiển (Control) hay khối hiển thị (Indicator) dạng số đờồ̀ thị Cịn Block Diagram giao diện lập trình thực tính tốn tồn chương trình bao gờồ̀m khối hàm dây nối tương tự Matlab Simulink Nhận dạng hàm truyền Nhận dạng hàm truyền điện áp vị trí xe đẩẩ̉y Đối tượng nhận dạng đồồ̀ án hàm truyền điện áp điều khiển vị trí xe đẩẩ̉y Để xác định hàm truyền điện áp điều khiển vị trí ta dựa hàm truyền điện áp tốc độ xe đẩẩ̉y Trong báo cáo em sử dụng đồồ̀ thị đáp ứng đối tượng tương ứng với điện áp đặt trước, từ xấp xỉ hàm truyền thành mơ hình qn tính bậc Y( s ) K ( s )= Ts + (s)= U Trong đó: - K: hệ số khuếch đại tĩnh đối tượng - T: số thời gian - Y(s): tốc độ động cơ, đạo hàm giá trị vị trí thời điểm - U(s): điện áp cấp vào driver điều khiển động Từ hàm truyền điện áp điều khiển vị trí xe đẩẩ̉y có dạng: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat G (s )= Trong đó: - Y(s): vị trí xe đẩẩ̉y - U(s): điện áp cấp vào driver điều khiển động Ta chạy thử với điện áp 8V xuất file excel , sau đưa vào matlab để nhận dạng Qua việc thực bước nhận dạng ta thu hàm truyền điện áp tốc độ động khâu quán tính bậc nhất: G1 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Từ ta thu hàm truyền điện áp vị trí xe đẩẩ̉y: G1 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat ... phương án khác hiệu cho vấn đề chống rung Ở đờồ̀ án em tìm hiểu biện pháp điều khiển xe đến xác vị trí điều khiển ADRC đờồ̀ng thời giảm dao động góc phương pháp “Sử dụng điều khiển ADRC kết hợp... skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG TỔNG QUAN CẦU TRỤC VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN ADRC 2.1 Mơ hình lý thuyết cầu trục Hình 2.1 Mơ hinh cầu trục Hình vẽ minh họa cho mơ hình cầu trục, bao gờồ̀m mơt vât đươc treo... skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM CẦU TRỤC 3.1 Hệ thống Mơ hình cầu trục thực nghiệm bao gờồ̀m thành phần chính: - Mơ hình cầu trục - Tủ điện điều khiển - Bộ điều khiển NI-myRIO phần mềm