(Đồ Án Hcmute) Lập Trình Điểu Khiển Chống Lắc Cho Cầu Trục.pdf

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2017 S K L 0 1 0 0 0 5 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHỐNG LẮC CH[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHỐNG LẮC CHO CẦU TRỤC GVHD: ThS TẠ VĂN PHƯƠNG SVTH: NGUYỄN THANH TÚ PHẠM NAM HẢI SKL010005 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHỐNG LẮC CHO CẦU TRỤC SVTH: Nguyễn Thanh Tú MSSV: 13142430 Phạm Nam Hải MSSV: 13142382 Khóa: 2013 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GVHD: ThS TẠ VĂN PHƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH – 07/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHỐNG LẮC CHO CẦU TRỤC SVTH: Nguyễn Thanh Tú MSSV: 13142430 Phạm Nam Hải MSSV: 13142382 Khóa: 2013 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GVHD: ThS TẠ VĂN PHƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH – 07/2017 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phạm Nam Hải Nguyễn Thanh Tú Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử Giảng viên hướng dẫn: Ths Tạ Văn Phương Ngày nhận đề tài: Họ tên sinh viên: MSSV: 13142382 MSSV: 13142430 Lớp: 13142CL2 ĐT: 090 824 8231 Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHỐNG LẮC CHO CẦU TRỤC Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tà i: Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Phạm Nam Hải MSSV:13142382 Nguyễn Thanh Tú MSSV:13142430 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử Tên đề tài: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHỐNG LẮC CHO CẦU TRỤC Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Tạ Văn Phương NHẬN XÉT Về nội dung đề tà i & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyế t điểm: Đề nghi ̣cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằ ng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) năm 20… CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ****** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Phạm Nam Hải MSSV: 13142382 Nguyễn Thanh Tú MSSV: 13142430 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử Tên đề tài: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHỐNG LẮC CHO CẦU TRỤC Họ và tên Giáo viên phản biện: TS Lê Mỹ Hà NHẬN XÉT Về nội dung đề tà i & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyế t điểm: Đề nghi ̣cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằ ng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) năm 20… LỜI CẢM ƠN Nhóm sinh viên thực xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường thầy cô khoa đào tạo Chất Lượng Cao khoa Điện – Điện Tử trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh người cung cấp kiến thức quý báu những dẫn mang tính định hướng suốt thời gian chúng em học trường, tiền đề cần thiết để chúng em thực thành công luận văn phát triển nghề nghiệp tương lai Trải qua bốn tháng học tập nghiên cứu, quan tâm hướng dẫn tận tình thạc sỹ Tạ Văn Phương, cuối luận văn hồn thành cách tốt đẹp Nhóm sinh viên thực xin dược phép gửi đến thầy Tạ Văn Phương lòng biết ơn chân thành sâu sắc Nhóm sinh viên thực xin gửi lòng biết ơn to lớn đến, người thân, bạn bè động viên, tạo điều kiện tận tìn giúp đỡ, đưa đóng gớp quý báu trình học tập sống Mặc dù cố gắng hoàn thành tốt đề tài trình độ lý luận kiến thức cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót định, mong nhận đóng gớp quý báu quý Thầy Cô bạn độc giả Cuối cùng, nhóm sinh viên thực xin gửi lời chúc sức khỏe, thành đạt lời tri ân sâu sắc tới tất quý Thầy Cô bạn sinh viên TP.HCM – 06/2017 Phạm Nam Hải – Nguyễn Thanh Tú i TÓM TẮT Ngày nay, cầu trục sử dụng nhiều ngành công nghiệp dịch vụ để vận chuyển vật nặng có kích thước lớn mà người khó thực Tuy nhiên trình dịch chuyển, vật nặng gây dao động Nếu vật nặng di chuyển dao động lớn va đập vào vật xung quang làm hư hỏng gây nguy hiểm cho người Khi vật nặng vận chuyển tới vị trí cần hạ xuống mà cịn dao động, người điều khiển phải chờ cho vật nặng ngừng dao động cho vật nặng xuống Như q trình vận chuyển chậm khơng đảm bảo an tồn Do u cầu đặt việc điều khiển cầu trục phải nhanh chóng đảm bảo an toàn Hệ cầu trục thuộc hệ thống nhiều đầu vào, nhiều đầu ra, tham số hệ thay đổi sai số mơ hình nhiễu tác động q trình hoạt động Do đó, việc chọn điều khiển mờ phù hợp Dựa mơ hình phần cứng nhóm lựa chọn mạch điều khiển STM32 phần mềm điều khiển Waijung Blockset Việc sử dụng mạch STM32 đáp ứng yêu cầu nhúng điều khiển mờ thời gian đáp ứng nhanh Các kết thực nghiệm cho thấy phương pháp điều khiển mờ mạch điều khiển STM32 hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đặt ii Bảng 4.1 Bảng luật mờ điều khiển cầu trục STT   x x u STT   x x u NE NE NE NE PB 42 ZE ZE ZE PO ZE NE NE NE ZE PB 43 ZE ZE PO NE NM NE NE NE PO PM 44 ZE ZE PO ZE NS NE NE ZE NE NB 45 ZE ZE PO PO NB NE NE ZE ZE NM 46 ZE PO NE NE PB NE NE ZE PO NS 47 ZE PO NE ZE PM NE NE PO NE NM 48 ZE PO NE PO PS NE NE PO ZE NS 49 ZE PO ZE NE ZE NE NE PO PO NB 50 ZE PO ZE ZE ZE 10 NE ZE NE NE PB 51 ZE PO ZE PO ZE 11 NE ZE NE ZE PM 52 ZE PO PO NE NS 12 NE ZE NE PO PS 53 ZE PO PO ZE NM 13 NE ZE ZE NE NB 54 ZE PO PO PO NB 14 NE ZE ZE ZE NM 55 PO NE NE NE PM 15 NE ZE ZE PO ZE 56 PO NE NE ZE PS 16 NE ZE PO NE NS 57 PO NE NE PO ZE 17 NE ZE PO ZE ZE 58 PO NE ZE NE PS 18 NE ZE PO PO NS 59 PO NE ZE ZE PM 19 NE PO NE NE PM 60 PO NE ZE PO PS 20 NE PO NE ZE PS 61 PO NE PO NE ZE 82 21 NE PO NE PO ZE 62 PO NE PO ZE NS 22 NE PO ZE NE NS 63 PO NE PO PO NM 23 NE PO ZE ZE NM 64 PO ZE NE NE PS 24 NE PO ZE PO NS 65 PO ZE NE ZE ZE 25 NE PO PO NE ZE 66 PO ZE NE PO PS 26 NE PO PO ZE NS 67 PO ZE ZE NE ZE 27 NE PO PO PO NM 68 PO ZE ZE ZE PM 28 ZE NE NE NE PB 69 PO ZE ZE PO PB 29 ZE NE NE ZE PM 70 PO ZE PO NE NS 30 ZE NE NE PO PS 71 PO ZE PO ZE NM 31 ZE NE ZE NE ZE 72 PO ZE PO PO NB 32 ZE NE ZE ZE ZE 73 PO PO NE NE PB 33 ZE NE ZE PO ZE 74 PO PO NE ZE PS 34 ZE NE PO NE NS 75 PO PO NE PO PM 35 ZE NE PO ZE NM 76 PO PO ZE NE PS 36 ZE NE PO PO NB 77 PO PO ZE ZE PM 37 ZE ZE NE NE PB 78 PO PO ZE PO PB 38 ZE ZE NE ZE PS 79 PO PO PO NE NM 39 ZE ZE NE PO PM 80 PO PO PO ZE NB 40 ZE ZE ZE NE ZE 81 PO PO PO PO NB 41 ZE ZE ZE ZE ZE 83 4.2.2.3 Cấu hình file “Fuzzy.FIS” Mở FLT cách gõ lệnh “fuzzy” “Command Window” Từ menu Edit, chọn Add Input chọn Add Output Nhấp vào hình input1, input2, input3, input4, output1 để sửa tên Name tương ứng Hình 4.8 Cửa sổ Fis Editor Nhấp đúp vào hình Teta để tạo lập hàm liên thuộc cho biến vào Teta Hình 4.9 Cửa sổ Membership Function Editor 84 Trong ô Range nhập vào miền xác định biến Vào menu Edit để thêm hàm liên thuộc Hình 4.10 Thêm hàm liên thuộc Trong Type, chọn hàm liên thuộc hình thang (trapmf) cho hàm NE PO, chọn làm liên thuộc hình tam giác cân (trimf) cho ZE Trong Param dùng để nhập thông số cho hàm nhấp vào hàm Ô Name dùng để đặt tên cho hàm Làm tương tự biến Tetadot, X, Xdot Đối với biến U, chọn giá trị cho số NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB 85 Hình 4.11 Cấu hình ngõ Sử dụng Rule Editor để tạo bảng luật điều khiển cho điều khiển mờ Từ menu Edit, chọn Rules để mở Rule Editor Hình 4.12 Cấu hình cho Rule Để kiểm tra lại hoạt động điều khiển mờ, ta vào menu View, chọn Rules 86 Hình 4.13 Cửa sổ Rule Viewer Tại Input, ta nhậ giá trị biến ngõ vào để quan sát giá trị biến ngõ Để xem luật luật điều khiển không gian, vào menu View chọn Surface để quan sát Hình 4.14 Cửa sổ Surface Viewer 87 4.3 - KẾT QUẢ THỰC TẾ Chạy thực nghiệm với tải trọng 3kg, dịch chuyển quảng đường 99,9 cm o Kết trường hợp có điều khiển Fuzzy: Hình 4.15 Góc lệch cầu trục Hình 4.16 Vị trí lệch cầu trục 88 Hình 4.17 Điện áp cấp cho động o Kết trường hợp khơng có điều khiển Fuzzy: Hình 4.18 Kết góc lệch cảu cầu trục khơng có Fuzzy - Chạy thực nghiệm có ngoại lực tác dụng, tải trọng 3kg 89 Hình 4.19 Góc lệch cầu trục có ngoại lực Hình 4.20 Vị trí lệch cầu trục có ngoại lực tác động 90 Hình 4.21 Ngõ điện áp ngoại lực tác động Nhận xét: Qua kết đáp ứng thực tế, ta nhận thấy hệ thống thực, thông số điều khiển điều khiển mờ chọn phù hợp Mô hình cầu trục nhanh chóng ổn định khoảng thời gian ngắn (nhanh nhiều so với trường hợp điều khiển Fuzzy) Góc lắc thay đổi từ -2.5 độ đến 2.5 độ Vị trí cân lệch khoảng 0.2 cm Ngoài đột ngột có ngoại lực tác dụng hệ thống nhanh chóng ổn định Như vậy, giải thuật điều khiển mờ cho hệ thống thực phù hợp 91 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, nhóm hồn thành đề tài với kết lập trình điều khiển chống lắc cho cầu trục thời gian ngắn Ngoài đạt kết sau: - - Hệ cầu trục thuộc hệ thống nhiều đầu vào, nhiều đầu ra, tham số hệ thay đổi sai số mô hình nhiễu tác động trình hoạt động Do đó, việc chọn điều khiển mờ phù hợp Tuy nhiên việc lựa chọn luật mờ thơng số tiền xử lí, hậu xử lí phức tạp, thời gian đòi hỏi kinh nghiêm chuyên gia điều khiển hệ thống Việc chọn lựa thơng số điều khiển địi hỏi thời gian thực thành công mô thực nghiệm Tuy nhiên nhóm tìm điều khiển mờ tương đối Thiết kế thành công phần cứng: mạch điều khiển, mạch đo lường,… cho mơ hình cầu trục Ứng dụng thành cơng mạch STM32F4 có giá thành rẻ so với DSP hay card PCI dùng để điều khiển cầu trục 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Thơng qua việc nghiên cứu, nhóm đề xuất hướng phát triển sau như: - Tiếp tục thử sai để hồn thiện luật mờ thơng số điều khiển Giải toán mối quan hệ công suất động tải trọng nâng hạ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bùi Công Cường, Nguyễn Doãn Phước (2006), “Hệ mờ, mạng noron ứng dụng”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 276 trang [2] Huỳnh Thái Hoàng (2006), “Hệ thống điều khiển thông minh”, NXB ĐHQGTPHCM, 421 trang Tiếng Anh [3] Diantong Liu, Jianqiang Yi, Dongbin Zhao, Wei Wang (2005), “Adaptive sliding mode fuzzy control for a two-dimensional overhead crane”, Mechatronics, 19 pages [4] He-Hoon Lee, Sung-Kun Cho (2001), “A new fuzzy-logic anti-swing control for industrial three-dimensional overhead cranes”, pages [5] Hideki Kawai, Young Bok Kim and Yong Woon Choi (2009), “Antisway system with image sensor for container cranes”, Journal of Mechanical Science and Technology, pages [6] Kevin M Passino, Stephen Yurkovich (1998), “Fuzzy Control”, Addison – Wesley, 522 pages [7] Liji Ramesan Santhi, Laila Beebi M (2014), “Position Control and Anti -Swing Control of Overhead Crane Using LQR”, International Journal of Scientific Engineering and Research, pages [8] Mahmud Iwan Solihin and Wahyudi (2007), “Sensorless Anti-swing Control for Automatic Gantry Crane System: Model-based Approach”, International Journal of Applied Engineering Research, 15 pages [9] Quang Hieu Ngo and Keum-Shik Hong (2009), “Skew control of a quay container crane”, Journal of Mechanical Science and Technology, pages [10] Yong-Seok Kim, H Yoshihara, N Fujioka, H Kasahara, Hyungbo Shim, Seung-Ki Sul (2003), “A new vision-sensorless anti-sway control system for container cranes” , Industry Applications Conference, 412 pages [11] Wahyudi, Jamaludin Jalani, Riza Muhida and Momoh Jimoh Emiyoka Salami (2007), “Control Strategy for Automatic Gantry Crane Systems: A Practical and Intelligent Approach”, 10 pages 93 PHỤ LỤC  Code hàm biến trở function b = fcn(r) %#codegen if (r>2.976) b = ((r-2.976)/0.324); elseif (r200) u = -(399-pulse)/200; elseif (pulse-1)&&(x=0) rev =1; elseif (u