Bài báo này đề cập đến vấn đề thiết kế, xây dựng mô hình vật lý tay máy Robot một bậc tự do và hệ thống điều khiển vị trí theo quỹ đạo đặt trước sử dụng logic mờ trên phần mềm MatlabSimulink kết hợp với Card PCI – 1711 của hãng Advantech, trong đó các thông số của bộ điều khiển được chỉnh định trong miền thời gian thực. Bộ điều khiển tổng hợp được đã đáp ứng tốt các chỉ tiêu chất lượng đối với một đối tượng phi tuyến mạnh và chịu ảnh hưởng của lực trọng trường mà các bộ điều khiển kinh điển tỏ ra không có hiệu quả
Kết nghiên cứu góp phần vào việc chế tạo thiết bị tự động mang thương hiệu Vimaru phục vụ cơng nghiệp đóng tàu Việt Nam Tuy nhiên cần bổ sung chức cho hệ thống, như: Tự động kiểm tra hoạt động hệ thống bơm van điện từ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] E.P.Shumpf Tín hiệu hố báo cháy tàu thuỷ (Tiếng Nga) NXB Đóng tàu Leningrad, 1982 [2] Lưu Kim Thành, Nguyễn Kiêm Thanh Nghiên cứu chế tạo hệ thống báo cháy tự động tàu thủy dựa sở cơng nghệ mạng AS-I.Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải – ĐHHH số 11+12 2007 trang 46-51 [3] www.safetec-online.com [4] Atmel: http://www.atmel.com [5] Consilium Fire alarm system cs4000 Người phản biện: TS Trần Anh Dũng NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH TAY MÁY ROBOT SỬ DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ RESEARCH ON IMPLEMENTING ROBOTIC MANIPULATOR BASED ON FUZZY LOGIC CONTROL TS TRẦN ANH DŨNG Khoa Điện – ĐTTB, Trường ĐHHH Tóm tắt Bài báo đề cập đến vấn đề thiết kế, xây dựng mơ hình vật lý tay máy Robot bậc tự hệ thống điều khiển vị trí theo quỹ đạo đặt trước sử dụng logic mờ phần mềm Matlab-Simulink kết hợp với Card PCI – 1711 hãng Advantech, thông số điều khiển chỉnh định miền thời gian thực Bộ điều khiển tổng hợp đáp ứng tốt tiêu chất lượng đối tượng phi tuyến mạnh chịu ảnh hưởng lực trọng trường mà điều khiển kinh điển tỏ khơng có hiệu Abstract This article refers to design, implementing issues of one degree of freedom robotic manipulator and a position control system according to preset orbits on fuzzy logic toolbox of Matlab-Simulink software with PCI - 1711 Advantech card, in which the parameters of the controller are adjusted in real time domain The synthesized controller has satisfied the quality criteria for a strongly nonlinear plant and influenced by the gravitational force that the conventional controllers proved to be ineffective Đặt vấn đề Hiện vấn đề tự động hố sản xuất có vai trị đặc biệt quan trọng ngành cơng nghiệp khác Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật Robot công nghiệp nhằm nâng cao suất, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Sự cạnh tranh thị trường đặt vấn đề thời để hệ thống tự động hố sản xuất phải có tính linh hoạt nhằm đáp ứng với biến động thường xuyên thị trường Robot công nghiệp phận cấu thành thiếu hệ thống sản xuất tự động linh hoạt Gần nửa kỉ có mặt sản xuất, Robot cơng nghiệp có lịch sử phát triển mạnh mẽ Ngày nay, Robot công nghiệp dùng rộng rãi nhiều lĩnh vực sản suất Điều xuất phát từ ưu điểm loại Robot lựa chọn đúc kết qua nhiều năm ứng dụng nhiều nước Ở nước ta, trước năm 1990 chưa du nhập kỹ thuật Robot Từ năm 1990 nhiều sở công nghiệp bắt đầu nhập ngoại nhiều loại Robot phục vụ việc tháo lắp dụng cụ cho trung tâm CNC, lắp ráp linh kiện điện tử, hàn vỏ xe ô tô, xe máy phun phủ bề mặt… Có nơi bắt đầu thiết kế chế tạo lắp ráp Robot Với ý nghĩa to lớn Robot công nghiệp, chắn ngành công nghiệp chế tạo ứng dụng Robot phát triển mạnh tương lai Ngoài vấn đề điều khiển tay máy, cánh tay Robot lĩnh vực Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 31 – 8/2012 cần quan tâm Vấn đề nghiên cứu nhiều nơi giới cho đời sản phẩm ứng dụng, nhiên việc áp dụng lý thuyết điều khiển nâng cao chất lượng cho hệ thống vấn đề cần nghiên cứu chế tạo, đáp ứng nhu cầu thị trường thiết bị tự động hóa Nội dung báo đề cập đến vấn đề thiết kế chế tạo mơ hình tay máy bậc tự hệ thống điều khiển vị trí theo quĩ đạo đặt trước sử dụng phương pháp điều khiển mờ xây dựng phần mềm Matlab-Simulink card ghép nối máy tính Mơ hình vật lý tay máy bậc tự Cho hệ thống tay máy bậc tự biểu diễn hình Giả sử tay máy có tầm làm việc từ 00 (Vị trí thẳng đứng phía dưới) đến 1800 (vị trí thẳng đứng phía quay chiều kim đồng hồ) đến -1800 (vị trí thẳng đứng phía quay ngược chiều kim đồng hồ) Đặc tính động lực học tay máy miêu tả phương trình [1]: ( J m.l ) (t ) B.(t ) (m.l M lc ) g.sin (t ) u(t ) (1) Trong đó: u(t) – mơ men tác động lên trục tay máy; (t ) – góc quay tay máy; J – mơ men qn tính tay máy; M – khối lượng tay máy; m – khối lượng vật; l – chiều dài tay máy; l c – khoảng cách từ trọng tâm cánh tay máy đến trục quay; B – hệ số ma sát nhớt; g – gia tốc trọng trường Sự xuất hàm sin phương trình (1) làm cho tay máy trở thành đối tượng phi tuyến, gây khó khăn cho q trình xây dựng hệ điều khiển Hình Tay máy bậc tự Động truyền động chọn động điện chiều kích từ nam châm vĩnh cửu Phương trình cân điện áp phần ứng động có dạng: U Ru I E Ru I k e i (2) Trong đó: U – điện áp phần ứng; I – dòng điện phần ứng; Ru – điện trở phần ứng; E – sức điện động phần ứng; ω – vận tốc góc trục tay máy; i – tỉ số truyền từ trục động đến trục tay máy; ke – hệ số phụ thuộc vào kết cấu máy điện Khi dịng điện phần ứng tính cơng thức: I (U k e i) / Ru Mô men quay trục tay máy có dạng: M m k m I i Lúc kết hợp với phương trình (1) ta có phương trình cân mơ men trục tay máy có dạng: (t ) [M m B.(t ) (m.l M lc ) g.sin (t )] /( J m.l ) (t ) (3) Mục tiêu điều khiển đặt phải làm cho tay máy quay đến vị trí đặt (góc đặt) dừng lại đó, lúc động phải “nằm điện” để tạo mô men (lực) cân với lực tác động vào tay máy trọng lực tạo Như tốn điều khiển tổng hợp trình điều khiển vị trí điều khiển lực Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 31 – 8/2012 Hình Mặt trước mơ hình vật lý với cánh tay máy bậc tự Hình Mặt sau mơ hình vật lý với động truyền động cảm biến góc quay Thiết kế điều khiển mờ Để điều khiển tay máy di chuyển theo tín hiệu đặt, báo đề xuất sử dụng điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ chất có tính phi tuyến nên thích hợp để điều khiển đối tượng phi tuyến, đồng thời tích hợp kinh nghiệm điều khiển thu thực tế Do mơ hình tay máy khơng có khâu tích phân lý tưởng nên sử dụng điều khiển mờ PI, tín hiệu vào sai lệch góc (E) vi phân sai lệch (DE), tín hiệu vi phân tín hiệu điều khiển (DU) Một điều khiển mờ dễ dàng xây dựng phần mềm Matlab câu lệnh fuzzy Sau tạo cửa sổ câu lệnh này, tiến hành chọn điều khiển mờ Sugeno [2], sau chọn hàm thuộc cho biến đầu vào với số lượng biểu diễn giá trị ngôn ngữ: NB (Negative Big), NS (Negative Small), ZE (Zero), PS (Positive Small) PB (Positive Big); chọn hàm thuộc cho biến đầu số với số lượng biểu diễn giá trị ngôn ngữ: NB (Negative Big), NM (Negative Medium), NS (Negative Small), ZE (Zero), PS (Positive Small), PM (Positive medium) PB (Positive Big) Việc lựa chọn số lượng, dạng tọa độ hàm thuộc hoàn toàn dựa sở thực nghiệm đối tượng thực Các mệnh đề hợp thành (tổng cộng 25 luật) điều khiển mờ Sugeno thực theo bảng sau: E DU DE NB NS ZE PS PB NB NB NB NM NS ZE NS NB NM NS ZE PS ZE NM NS ZE PS PM PS NS ZE PS PM PB PB ZE PS PM PB PB Xây dựng chương trình điều khiển tay máy miền thời gian thực Máy tính KHUẾCH ĐẠI Card Advantech PCI-1711 CƠNG SUẤT TAY MÁY Cảm biến góc quay Hình Sơ đồ kết nối phần cứng hệ thống Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 31 – 8/2012 Mơ hình vật lý hệ thống điều khiển tay máy kết nối hình Bộ khuếch đại cơng suất nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính qua card ghép nối Advantech PCI-1711 cấp nguồn cho động để quay tay máy Cảm biến góc quay chuyển đổi giá trị góc quay tay máy thành tín hiệu áp qua card ghép nối đưa tới máy tính xử lý Chương trình điều khiển tay máy miền thời gian thực xây dựng phần mềm Matlab-Simulink hình Hình Chương trình điều khiển tay máy chế độ thời gian thực Hệ điều khiển sử dụng điều khiển mờ Sugeno gồm đầu vào, đầu xây dựng làm việc chế độ thời gian thực Nguyên lý làm việc hệ sau: Khối “Analog Input 1” qua card ghép nối Advantech PCI-1711 nhận tín hiệu từ cảm biến góc quay tay máy, cho tín hiệu qua lọc “Filter 1” để giảm nhiễu đóng vai trị tín hiệu phản hồi góc quay đồng thời đưa đồ thị để quan sát; Khối “Analog Output 1” nhận tín hiệu điều khiển chương trình qua card ghép nối Advantech PCI-1711 đưa đến khuếch đại công suất, đầu khuếch đại cơng suất tỉ lệ thuận với tín hiệu điều khiển cấp nguồn cho động cơ; Bộ điều khiển mờ nhận tín hiệu sai lệch góc đặt góc thực tín hiệu vi phân sai lệch, tạo tín hiệu điều khiển; Khối “Analog Output 2” làm nhiệm vụ cấp tín hiệu điều khiển để đảo chiều động cơ; Khối hiển thị “GÓC QUAY” vẽ đồ thị chế độ thời gian thực Hình Kết thực nghiệm mơ hình tay máy Trên hình kết thực nghiệm hệ thống thực lấy từ đồ thị chương trình điều khiển ứng với góc đặt 0, +30, -30, +45, -45, +60, -60 độ Trong hình vẽ đường liền nét góc quay tay máy, đường đứt nét góc đặt chương trình Từ kết thực nghiệm thấy rằng, góc quay tay máy ln lặp lại góc đặt sau giữ khơng đổi, góc đặt có giá trị khác dẫn đến trọng lực tay máy khác Như chương trình điều khiển hoàn thành nhiệm vụ đặt Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 31 – 8/2012 10 Kết luận Việc xây dựng mơ hình vật lý tay máy bậc tự với hệ thống điều khiển vị trí sử dụng logic mờ cho kết mong muốn Mơ hình dùng phịng thí nghiệm để hướng dẫn sinh viên Hướng phát triển đề tài xây dựng mơ hình tay máy nhiều bậc tự phịng thí nghiệm Thiết bị phải xây dựng theo chuẩn công nghiệp với hệ thống điều khiển số dùng vi xử lý hoạt động độc lập, không phụ thuộc vào máy tính TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Thái Hồng, Hệ thống điều khiển thông minh, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2006 [2] TS Trần Anh Dũng, ThS Phạm Tuấn Anh, Thiết kế điều khiển mờ lai cho hệ truyền động điện chiều, Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Hàng hải - 2009, số 20, tr 24-29 Người phản biện: PGS.TS Lưu Kim Thành CƠ SỞ KHOA HỌC ĐÁNH GIÁ KẾ HOẠCH TỔNG THỂ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG GMDSS THE SCIENTIFIC ASSESSMENT OF GMDSS’S MASTER PLAN TS TRẦN XUÂN VIỆT KS TRƯƠNG THANH BÌNH Khoa Điện – ĐTTB, Trường ĐHHH Tóm tắt IMO phân chia vùng chạy tàu giới thành bốn vùng thông tin biển A1, A2, A3 A4 Kế hoạch phát triển vùng thông tin biển nước thành viên IMO trọng xây dựng quy hoạch tổng thể hệ thống GMDSS Bài báo trình bày sở khoa học đánh giá kế hoạch tổng thể phát triển hệ thống GMDSS với liệu cập nhật tổng thể số nước điển hình có Việt nam Abstract IMO have partition all shipping regions in the worlds off four Sea-areas A1, A2, A3 and A4 The Master Plan of GMDSS and development plan of Sea-areas A1, A2 was the focus of IMO and all countries had marines esteem This paper presents the legal basis and technical basis to determined distance Sea-areas A1, A2 and analysis with updated data on the development plans of some typical countries including Vietnam Key words: Maritime Communications Giới thiệu chung 1.1 Khái niệm vùng thông tin biển hệ thống GMDSS GMDSS (Global Maritime Distres and Safety System) - Hệ thống thơng tin an tồn cứu nạn hàng hải toàn cầu - Tổ chức Hàng hải quốc tế (IMO) đề xướng phát triển, với tham gia quốc gia thành viên hợp tác tổ chức quốc tế khác như: Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU),Tổ chức thông tin di động quốc tế (INMARSAT), Hệ thống vệ tinh trợ giúp tìm kiếm cứu nạn (COSPAS - SARSAT) Các chức thơng tin GMDSS phân làm ba nhóm : - Thơng tin phục vụ mục đích tìm kiếm cứu nạn biển - Thông tin phục vụ mục đích an tồn hàng hải - Thơng tin phục vụ mục đích thương mại,khai thác quản lý đội tàu GMDSS đảm bảo thơng tin hàng hải tồn cầu với phân chia thành vùng thông tin biển sau: - Vùng A1 vùng biển phủ sóng đài bờ VHF - thoại, có trực canh báo động liên tục phương thức DSC - Vùng A2 vùng biển nằm A1, phủ sóng dải bờ MF - thoại, có trực canh báo động liên tục phương thức DSC - Vùng A3 vùng biển nằm ngồi Vùng A1 A2, phủ sóng vệ tinh địa tĩnh hệ thống INMARSAT Vùng phủ sóng vệ tinh thơng tin địa tĩnh khoảng từ 70 vĩ độ bắc đến 70 vĩ độ nam Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 31 – 8/2012 11