Luận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID

Luận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PIDLuận văn thạc sĩ: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ HIỀN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN, 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ HIỀN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐẶNG DANH HOẰNG PHÕNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN, 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thị Hiền Sinh ngày: 17 tháng năm 1979 Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trường Đại học Công nghiệp Việt Hung Tơi cam đoan tồn nội dung luận văn làm theo định hướng giáo viên hướng dẫn, không chép người khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo luận văn Nếu có sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hiền Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp thầy giáo, cô giáo, anh chị Trung tâm thí nghiệm giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả hồn thành luận văn Trong trình thực đề tài tơi nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy, cô giáo khoa Điện trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên bạn đồng nghiệp Đặc biệt hướng dẫn góp ý thầy TS Đặng Danh Hoằng giúp cho đề tài hồn thành mang tính khoa học cao Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy, cô Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm tài liệu tham khảo hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để tơi tiếp tục nghiên cứu, hồn thiện q trình cơng tác sau Học viên Nguyễn Thị Hiền Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu Chƣơng.1 TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỠ TỪ 1.1 Khái niệm ổ đỡ từ 1.1.1 Khái niệm ổ trục 1.1.2 Ổ đỡ từ 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ổ đỡ từ 1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Kết luận chƣơng Chƣơng MƠ TẢ TỐN HỌC CỦA Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ DO 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Cơ sở toán học hệ nâng từ trường 2.2.1 Mật độ từ thông mạch từ 2.2.2 Từ trở R độ tự cảm L mạch từ 2.2.3 Lực điện từ kể đến từ hóa lõi thép 2.2.4 Lực điện từ khơng kể đến từ hóa lõi thép 2.2.5 Mối quan hệ lực điện từ dòng điện AMB 2.3 Xây dựng mơ hình tốn hệ nâng từ trường dùng ổ đỡ từ cực 2.3.1 Các dạng cấu trúc ổ đỡ từ hướng nghiên cứu 2.3.2 Cấu trúc hệ nâng từ trường bậc tự 2.3.3 Xây dựng mơ hình tốn học 2.3.4 Các đặc tính động lực học ổ từ bốn bậc tự 2.4 Mơ hình tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Trang i ii iii v vi 2 11 11 12 13 15 16 16 17 18 19 20 21 21 22 22 23 25 30 33 iv 2.5 Kết luận chương 34 Chƣơng THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ - MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 3.1 Tổng hợp điều khiển PID 3.1.1 Thiết kế điều khiển sở hàm độ h(t) 3.1.2 Thiết kế điều khiển miền tần số 3.2 Thiết kế điều khiển PID 3.2.1 Xây dựng hệ điều khiển 3.2.2 Mô làm việc hệ thống Matlab-Simulink 3.3 Khảo sát chất lượng hệ thống thực nghiệm 3.3.1 Cấu trúc hệ thống thí nghiệm 3.3.2 Kết thí nghiệm 34 Kết luận chương 35 Chƣơng NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID 4.1 Tổng quan hệ logic mờ điều khiển mờ 4.1.1 Hệ Logic mờ 4.1.2 Bộ điều khiển mờ 4.2 Thiết kế điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 4.2.1 Phương pháp thiết kế 4.2.2 Nhận xét 4.3 Khảo sát mô Matlab/Simulink 4.3.1 Sơ đồ mô 4.3.2 Kết mô so sánh điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 4.3.3 Nhận xét 4.4 Kết luận chƣơng Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo 57 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 35 36 38 41 41 48 52 52 53 55 57 58 64 67 67 70 70 70 71 73 74 75 76 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ AMB Ổ đỡ từ động PMB Ổ đỡ từ bị động SMB Ổ đỡ từ siêu dẫn PID Bộ điều khiển DC Một chiều FLC Một cấu trúc thông dụng hệ mờ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Nội dung Trang Hình 1.1 Hình dạng ổ bi đỡ dãy Hình 1.2 Hình ảnh số loại ổ lăn điển hình Hình 1.3 Kiểu dáng ổ đỡ trượt Hình 1.4 Hình ảnh số loại ổ trượt điển hình Hình 1.5 Hình dạng ổ đỡ từ Hình 1.6 Ổ đỡ từ ngang trục (a) ổ đỡ từ dọc trục (b) Hình 1.7 Ổ đỡ từ thụ động Hình 1.8 Ổ đỡ từ thụ động Hình 1.9 Ổ đỡ từ siêu dẫn Hình 1.10 a)Hình dạng; b) Các phận ổ đỡ từ Hình 1.11 Cấu trúc AMB bậc tự Hình 2.1 Mạch từ lõi thép 17 Hình 2.2 Mạch từ hố tương đương 19 Hình 2.3 Một số cấu trúc điển hình ổ đỡ từ chủ động 23 Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc tổng quát ổ đỡ từ 24 Hình 2.5 Sơ đồ mặt cắt ổ đỡ từ bốn cực có dùng nam châm vĩnh cửu 25 Hình 2.6 Định nghĩa hệ tọa độ cho ổ đỡ từ 25 Hình 2.7 Sơ đồ chi tiết theo phương x-z cho ổ đỡ từ 26 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii Hình 2.8 Sơ đồ mạch từ tương đương với từ thơng phân cực cho ổ đỡ từ 27 Hình 2.9 λ = f(i) khe hở khơng khí khác 31 Hình 2.10 Sơ đồ cách thức điều khiển dòng điện 32 Quan hệ lực hướng tâm với dịng điện ib cuộn stator 32 Hình 2.11 chuyển dịch x rotor Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển tuyến tính (PID) 35 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID 35 Hình 3.3 Đồ thị độ 37 Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển 38 Hình 3.5 Mơ hình điều khiển PID cho mơ hình tuyến tính xung quanh điểm làm việc ổ đỡ từ 45 Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc điều khiển theo phương x 47 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổ đỡ từ 47 Hình 3.8 Sơ đồ mơ hệ điều khiển ổ đỡ từ với mạch vòng điều 48 khiển Hình 3.9 Bộ điều khiển vị trí 49 Hình 3.10 Bộ điều khiển dịng điện 49 Hình 3.11a Đáp ứng dịch chuyển trục ổ đỡ từ theo phương y 49 Hình 3.11b Đáp ứng dịch chuyển trục ổ đỡ từ theo phương x 50 Hình 3.12a Đáp ứng dịch chuyển trục ổ đỡ từ theo phương y 50 Hình 3.12b Đáp ứng dịch chuyển trục ổ đỡ từ theo phương x 50 Hình 3.13: Đáp ứng dịch chuyển theo phương y, x ổ đỡ từ 51 Hình 3.14 Đáp ứng dịch chuyển theo phương y, x ổ đỡ từ 51 Hình 3.15 Mơ hình thí nghiệm truyền động với ổ đỡ từ 52 Hình 3.16 Card DSP 1104 52 Hình 3.17 Mạch điều khiển 53 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii Hình 3.18 Khối kết nối tín hiệu vào 53 Hình 3.19 Màn hình hiển thị phần mềm control desk 53 Hình 3.20 Đồ thị tốc độ động 53 Hình 3.21 Đồ thị vị trí trục quay ổ đỡ từ theo trục y x 54 Hình 3.22 Đồ thị tốc độ động 55 Hình 3.23 Đồ thị vị trí trục quay ổ đỡ từ theo trục y x 54 Hình 3.24 Đồ thị tốc độ động 55 Hình 3.25 Đồ thị vị trí trục quay ổ đỡ từ theo trục y x 55 Hình 4.1 Hàm thuộc biến ngơn ngữ 58 Hình 4.2 Sơ đồ khối điều khiển mờ 58 Hình 4.3: Luật hợp thành 59 Hình 4.5: Thực phép suy diễn mờ 61 Hình 4.6: Thực phép hợp mờ 62 Hình 4.7 Những nguyên lý giải mờ 63 Hình 4.8 Cấu trúc hệ logic mờ 64 Hình 4.9: Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ PD 65 Hình 4.10 Sơ đồ khối hệ thống với điều chỉnh mờ PI(1) 65 Hình 4.11 Sơ đồ khối hệ thống với điều khiển mờ PI(2) 65 Hình 4.12 Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 66 Hình 4.13 Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 66 Hình 4.14 Cấu trúc hệ điều khiển mờ hai đầu vào 66 Hình 4.15 Phương pháp chỉnh định mờ tham số điều khiển PID 67 Hình 4.16 Bên điều chỉnh mờ 67 Hình 4.17 Tập mờ e e’ 68 Hình 4.18 Tập mờ 68 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 HƯ Logic Mê R1: nÕu  th×   xi Rq: nÕu  th×  Fuzzy hãa y B' Gi¶i mê i Hình 4.8 Cấu trúc hệ logic mờ Do chất hệ thực luật hợp thành (kinh nghiệm điều khiển 1.1.1.1 người) kinh nghiệm lại thể dạng ngơn ngữ có giá trị ngơn ngữ tập mờ nên hệ logic mờ phải có khâu hình 4.8: + Khâu Fuzzy hóa có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị rõ đầu vào x0 thành vector gồm độ phụ thuộc giá trị rõ theo giá trị mờ (tập mờ) định nghĩa cho biến ngôn ngữ đầu vào + Khâu thực luật hợp thành, có tên gọi thiết bị hợp thành, xử lý vector cho giá trị mờ B' biến ngôn ngữ đầu + Khâu giải mờ, có nhiệm vụ chuyển đổi tập mờ B' thành giá trị rõ y' chấp nhận cho đối tượng (tín hiệu điều chỉnh) 4.1.2 Bộ điều khiển mờ 4.1.2.1 Bộ điều khiển mờ động Bộ điều khiển mờ động điều khiển mờ có xét tới trạng thái động đối tượng Ví dụ hệ điều khiển theo sai lệch đầu vào điều khiển mờ ngồi tính hiệu sai lệch e theo thời gian cịn có đạo hàm, tích phân sai lệch giúp cho điều khiển phản ứng kịp thời với thay đổi đột xuất đối tượng Các điều khiển mờ hay dùng điều khiển mờ theo luật tỷ lệ tích phân, tỷ lệ vi phân tỷ lệ vi tích phân(I, PI, PD PID) Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 65 * Bộ điều khiển PD Bộ điều khiển mờ PD mô tả sơ đồ sau: P et Bộ điều khiển mờ d det dt - Đối tượng Hình 4.9: Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ PD * Bộ điều khiển PI Bộ điều khiển mờ PI mô tả sơ đồ sau: et d det dt - Bộ điều khiển mờ P I Đối tượng Hình 4.10: Sơ đồ khối hệ thống với điều chỉnh mờ PI(1) Ta sử dụng mơ hình: et - I Bộ điều khiển mờ Đối tượng Hình 4.11: Sơ đồ khối hệ thống với điều khiển mờ PI(2) 4.1.2.2 Điều khiển mờ thích nghi Bộ điều khiển mờ thích nghi có phương pháp cấu trúc bản: + Bộ điều khiển mờ thích nghi theo phương pháp thích nghi trực tiếp tổng qt sơ đồ hình 4.12 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 + Bộ điều khiển mờ thích nghi theo phương pháp thích nghi gián tiếp tổng quát sơ đồ hình 4.13 x - Bộ chỉnh định mờ Nhận dạng tham số Bộ điều khiển Đối tƣợng y Hình 4.12: Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp Nhận dạng tham số Bộ chỉnh định mờ x Bộ điều khiển - Đối tƣợng y Hình 4.13: Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 4.1.2.3 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID có cấu trúc hình vẽ: Bộ điều khiển mờ KP x - KI KD Bộ điều khiển PID Đối tƣợng y Hình 4.14: Phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu PID http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 4.2 Thiết kế điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 4.2.1 Phƣơng pháp thiết kế Bộ điều khiển PID kinh điển thiết kế dựa phương pháp biết phương pháp tổng hợp hệ thống Ziegler Nichols, phương pháp Offerein, phương pháp Reinisch … Bộ điều khiển sở cho việc tổng hợp hệ chỉnh định mờ sau Khác với phương pháp dùng công tắc chọn điều khiển phù hợp hệ lai, thông số điều khiển mờ chỉnh định hiệu chỉnh trơn Một điều khiển PID với đầu vào e(t), đầu u(t) có mơ hình tốn học sau: ut t de t e t dt TD TI dt KP e t Hoặc G PID s đó: TI e, KP KI s KP TD KI (4.14) K Ds (4.15) KD KP Bộ điều khiển mờ de dt Thiết bị chỉnh định … Bộ điều khiển PID x - Đối tƣợng Hình 4.15: Phương pháp chỉnh định mờ tham số điều khiển PID Bộ điều khiển mờ e e Bộ điều khiển mờ KP KD Bộ điều khiển mờ Hình 4.16: Bên điều chỉnh mờ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ y 68 Các tham số KP, TD, TI hay KP, KI, KD điều khiển PID chỉnh định sở phân tích tín hiệu chủ đạo tín hiệu hệ thống, xác sai lệch e(t) đạo hàm de sai lệch Có nhiều phương pháp chỉnh định tham số dt cho điều khiển PID chỉnh định qua phiếm hàm mục tiêu, chỉnh định trực tiếp, song phương án đơn giản dễ áp dụng phương pháp chỉnh định mờ Zhao, Tomizuka Isaka (hình 4.16) Với giả thiết tham số KP, KD bị chặn, tức là: KP max K K D P ,KP max K D ,KD Zhao, Tomizuka Isaka chuẩn hóa tham số sau: KP K P K Pmin K D K max K P P để có K P, K D K D K D K max K D D Như chỉnh định mờ có hai đầu vào e(t), KD Trong đó: TI TD K P2 KD KI A1 A2 A3 A0 A4 A5 A6 emax -emax de t đầu KP, dt C1 C2 C3 C4 e, e Hình 4.17: Tập mờ e Hình 4.18: Tập mờ e’ B1 B2 KP; KD Hình 4.19: Tập mờ Kp KD Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 69 Ở ta thiết kế thành ba điều khiển mờ để chỉnh định tham số, sau tích hợp thành chỉnh định mờ có hai đầu vào e(t), de t đầu KP, dt KD Với tập mờ đầu vào (hình 4.17), tập mờ đầu cho biến KP, KD (hình 4.19) tập mờ đầu (hình 4.18) Triển khai mệnh đề hợp thành theo nguyên tắc Max-prod giải mờ phương pháp độ cao Các luật chỉnh định: * Luật chỉnh định Kp: e e A1 A2 A3 A0 A4 A5 A6 A1 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 A2 B1 B2 B2 B2 B2 B2 B1 A3 B1 B1 B2 B2 B2 B1 B1 A0 B1 B1 B1 B2 B1 B1 B1 A4 B1 B1 B2 B2 B2 B1 B1 A5 B1 B2 B2 B2 B2 B2 B1 A6 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 * Luật chỉnh định KD: e e A1 A2 A3 A0 A4 A5 A6 A1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 A2 B2 B2 B1 B1 B1 B2 B1 A3 B2 B2 B2 B1 B2 B2 B2 A0 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 A4 B2 B2 B2 B1 B2 B2 B2 A5 B2 B2 B1 B1 B1 B2 B2 A6 B1 B1 B1 B1 B1 B1 B1 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 * Luật chỉnh định :  e e A1 A2 A3 A0 A4 A5 A6 A1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 A2 C2 C2 C1 C1 C1 C2 C2 A3 C3 C2 C2 C1 C2 C2 C3 A0 C4 C3 C2 C2 C2 C3 C4 A4 C3 C2 C2 C1 C2 C2 C3 A5 C2 C2 C1 C1 C1 C2 C2 A6 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 4.2.2 Nhận xét - Phương pháp thiết kế đơn giản dễ dàng thay đổi luật mờ - Dùng để nâng cao chất lượng điều khiển PID kinh điển 4.3 Khảo sát mô Matlab/Simulink 4.3.1 Sơ đồ mô Sơ đồ mô hệ thống sử dụng điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID điều khiển PID Hình 4.20: Sơ đồ mô ổ đỡ từ với điều khiển mờ chỉnh định PID Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 71 Trong điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID có cấu trúc mơ phỏng: Hình 4.21: Sơ đồ mơ ổ đỡ từ với cấu trúc điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 4.3.2 Kết mô so sánh điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID + Trường hợp khơng có nhiễu tác động: -4 10 Dap ung theo truc y cua o tu x 10 Mo chinh dinh PID y1 ( m ) -2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 Hình 4.22a: Đáp ứng theo trục y ổ đỡ từ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 0.1 72 -4 Dap ung theo truc x cua o tu x 10 Mo chinh dinh PID x1 ( m ) -1 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.22b: Đáp ứng theo trục x ổ đỡ từ -4 Dap ung theo truc y cua o tu x 10 10 Mo chinh dinh PID y2 ( m ) -2 0.01 0.02 0.03 -4 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Dap ung theo truc x cua o tu x 10 Mo chinh dinh PID x2 ( m ) -1 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.23: Đáp ứng theo trục y x ổ đỡ từ + Trường hợp có nhiễu tác động: -4 10 Dap ung theo truc y cua o tu x 10 Mo chinh dinh PID y1 ( m ) -2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 Hình 4.24a Đáp ứng theo trục y ổ đỡ từ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 0.1 73 -4 Dap ung theo truc x cua o tu x 10 Mo chinh dinh PID x1 ( m ) -1 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.24b Đáp ứng theo trục x ổ đỡ từ -4 Dap ung theo truc y cua o tu x 10 10 Mo chinh dinh PID y2 ( m ) -2 0.01 0.02 -4 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Dap ung theo truc x cua o tu x 10 Mo chinh dinh PID x2 ( m ) -1 -2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.25 Đáp ứng theo trục y x ổ đỡ từ 4.3.3 Nhận xét Từ kết mơ hình 4.22 đến hình 4.25 cho thấy điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID cải thiện số tiêu chất lượng so với điều khiển PID Điều cho thấy với phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID đem lại khả quan cho việc phát triển ứng dụng phương pháp điều khiển đại cho ổ đỡ từ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 74 4.4 Kết luận chƣơng Chương giải số vấn đề sau: - Tổng quan vấn đề hệ logic mờ điều khiển mờ - Đưa phương pháp thiết kế điều khiển chỉnh định tham số điều khiển PID để thiết kế điều khiển cho đối tượng - Mô hệ thống - Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển đỡ từ bậc tự điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID so với điều khiển PID Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Nội dung luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển để điều khiển ổ đỡ từ bậc tự Nhiệm vụ cụ thể Nâng cao chất lƣợng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn hoàn thành chương sau: Chương 1:Tổng quan ổ đỡ từ Chương 2: Mô tả toán học ổ đỡ từ chủ động bậc tự Chương 3: Khảo sát chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự sử dụng điều khiển PID mô thực nghiệm Chương 4: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID Kết luận văn đạt là: - Thiết kế điều khiển cho ổ đỡ từ bậc tự điều khiển PID, tiến hành đánh giá kết nghiên cứu lý thuyết mô thực nghiệm Với kết cho thấy tính đắn thuật toán điều khiển thiết kế để điều khiển hệ thống - Đề xuất thiết kế điều khiển là: Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID Với kết mô cho thấy chất lượng điều khiển tốt so với điều khiển PID (kể có nhiễu tác động) Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu chưa nhiều, kiến thức kinh nghiệm thực tế có hạn, nội dung luận văn em số hạn chế Tác giả tiếp tục nghiên cứu hồn thiện để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, áp dụng điều khiển đại vào đối tượng thực tế sản xuất Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm quốc Hải, Dương Văn Nghi: “Điều chỉnh tự động truyền động điện” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [2] Lại Khắc Lãi (2003), “Một số phương pháp tổng hợp điều khiển sở logic mờ thích nghi”, Luận án tiến sĩ kĩ thuật, Trường đại học Bách khoa Hà Nội [3] Phan Xuân Minh Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển mờ in lần thứ có sửa chữa bổ sung , Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Nguyễn Doãn Phước: “Phân tích điều khiển hệ phi tuyến” NXB Bách khoa, 2012 [5] Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Xưởng in ĐHTC Đại học Bách khoa Hà Nội [6] Nguyễn Doãn Phước Hán Thành Trung (2003), Lý thuyết Phan Xuân Minh điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [7] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab Simulink”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 Tiếng Anh [8] Akira Chiba, adashi Fukao,Osamu Ichikawa, Masahide Oshima, asatsugu Takemoto and David G Dorrell, “Magnetic Bearings and Bearingless Drives”, Newnes, 2005 [9] J.Schmied “Experience with magnetic bearings support in gas pipeline compressor”, Proc Of the 10th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2006, Martigny, Switzerland, pp 292-297 [10] M Neff, N Barletta and R Schoeb “Bearingless Centrifugal Pump for Highly Pure Chemicals”, Proc Of the 8th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2002, Mito, Japan, pp.283-287 [11] T Shinshi et al., “A Mini-Centrifugal Blood Pump Using 2-DOF Controlled Magnetic Bearing” Proc Of the 11th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2008, Nara, Japan, pp 274-279 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 77 [12] Li Dong et al., “Principle Test of Active Magnetic Bearings for the Helium Turbomachine of HTR-10GT”, Proc Of the 12th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2010, Wuhan, China, pp 594-601 [13] Li-Xin Wang (1992), “Fuzzy systems as nonlinear dynamic system indentifiers Part 1: Stability Analysis and Simulations”, Proceedinge of the 31 st Conference on decision and control Tucson, Arizos, December 1992 pp 3418-3422.(chương 4) [14] Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno, “Analysis and Control of Non-Salient Permanent Magnet Axial-Gap Self-Bearing Motor”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol PP, No 99, pp 1-8, 2010 (early access) [15] Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno, “Modeling and Control of Salient-Pole Permanent Magnet Axial Gap Self-Bearing Motor”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol PP, No 99, pp 1-9, 2010 (early access) [16] Quang Dich Nguyen, Satoshi Ueno, Ritsumeikan University, “Control of Degrees of Freedom Salient Axial-Gap Self-Bearing Motor”, ISMB-12 [17] Do K.D., D.H Nguyen, T.B Nguyen “Nonlinear Control of Magnetic Bearings”, Journal of Measurement Science and Instrument, Vol 1, No 1, 2010, pp.10-16 [18] Hannes Bleuler EPFL Lausanne Switzerland, Conference Chair, “20 years: Then, Now, Future”, Eleventh International Symposium on Magnetic Bearings (ISMB-11) [19] Hannes Bleuler, Laboratory of robotic systems (LSRO) EPFL, CH-1015 Lausanne, Switzerland hannes.bleuler@epfl.ch, “Recent Activities in European AMB research” (ISMB-12) [20] Satoshi Ueno, M Necip Sahinkaya; “Reducing Energy Consumption in Active Magnetic Bearings By a Nonlinear Variable Bias Controller”, Proceedings of ASME Turbo Expo, 2012 [21] G Barbaraci, G.Virzi Mariotti; “Sub-Optimal Control Law for Active Magnetic Bearings Suspension”, Journal of Control Engineering and Technology, Jan-2012 [22] Chen, K.-Y et al., A self-tuning fuzzy PID-type controller design for unbalance compensation in an active magnetic bearing, Expert Systems with Applications (2009), doi:10.1016/j.eswa.2008.10.055 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 78 [23] Z Gosiewski, A Mystkowski, Robust control of active magnetic suspension: Analytical and experimental results, Mechanical Systems and Signal Processing 22 (2008) 1297–1303 [24] T.M Lim, D Zhang, Control of Lorentz force-type self-bearing motors with hybrid PID and robust model reference adaptive control scheme, Mechatronics 18 (2008) 35–45 [25] H.-Y Kim, C.-W Lee, Design and control of active magnetic bearing system with Lorentz force-type axial actuator, Mechatronics 16 (2006) 13–20 [26] I.S Cade et al., Rotor/active magnetic bearing transient control using wavelet predictive moderation, Journal of Sound and Vibration 302 (2007) 88–103 [27] M.O.T Cole et al., Towards fault-tolerant active control of rotor–magnetic bearing systems, Control Engineering Practice 12 (2004) 491–501 [28] J Shi et al., Synchronous disturbance attenuation in magnetic bearing systems using adaptive compensating signals, Control Engineering Practice 12 (2004) 283– 290 [29] J.Y Hung et al., Nonlinear control of a magnetic bearing system, Mechatronics 13 (2003) 621–637 [30] Marjan Golob, Boris Tovornik, Modeling and control of the magnetic suspension system, ISA Transactions 42 (2003) 89–100 [31] Chengkang Xie, “Nonlinear Output Feedback Control: An Analysis of Performance and Robustness”, Southampton, 2004 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID 4. 1 Tổng quan hệ logic mờ điều khiển mờ 4. 1.1 Hệ Logic mờ 4. 1.2 Bộ điều khiển mờ 4. 2 Thiết kế điều khiển mờ. .. HIỀN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60520216 LUẬN VĂN THẠC... Thiết kế điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển PID Chương 4: Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID Kết luận kiến nghị Số hóa Trung tâm Học