Trang 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ====o0o==== NGUYỄN VIỆT KHÁNH Đ ỀI U KHI N CH NG RUNG ỂỐTỐI ƯU THỜI GIAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO ĐẦU VÀO Chuyên ngành: Đ ềi u
NGUYỄN VIỆT KHÁNH CHUYÊN NGÀNH ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA 2013B Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113923761000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ====o0o==== NGUYỄN VIỆT KHÁNH ĐIỀU KHIỂN CHỐNG RUNG TỐI ƯU THỜI GIAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO ĐẦU VÀO Chuyên ngành: Điều khiển Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS DƯƠNG MINH ĐỨC Hà Nội - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: Điều khiển chống rung tối ưu thời gian phương pháp tạo đầu vào tự thiết kế hướng dẫn TS Dương Minh Đức Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hồn thành luận văn 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 Hà Nội, ngày 26 tháng 09 năm 2016 Học viên Nguyễn Việt Khánh i Mục lục MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .vii CHƯƠNG 1: NHU CẦU THỰC TIỄN CỦA VIỆC CHỐNG RUNG 1.1 Hiện tượng rung động 1.2 Hiện tượng rung động kỹ thuật 1.2.1 Rung động cánh tay robot 1.2.2 Rung động chuyển động cầu trục 1.2.3 Rung động bề mặt chất lỏng container chở nhiên liệu 1.2.4 Lợi ích việc chống rung 1.3 Một số phương pháp chống rung 1.4 Nội dung luận văn 12 CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP TẠO DẠNG TÍN HIỆU ĐẦU VÀO 13 2.1 Ý tưởng phương pháp chống rung hệ cầu trục sử dụng phương pháp tạo dạng tín hiệu đầu vào 13 2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp tạo dạng tín hiệu đầu vào 14 2.3 Độ bền vũng phương pháp tạo dạng tín hiệu đầu vào 19 2.3.1 Độ bền vững với sai lệch tần số dao động tự nhiên 21 2.3.2 Độ bền vững với hệ số tắt dần 27 2.4 Kết luận 31 CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU THỜI GIAN 32 3.1 Ràng buộc độ rung dư với yêu cầu tối ưu thời gian 32 3.2 Ràng buộc biên độ xung 33 3.2.1 Ràng buộc độ lớn (UM) 34 3.2.2 Ràng buộc tổng phần (PS) 34 ii Mục lục 3.3 Ràng buộc tính bền vững 34 3.3.1 Dạng ZV âm 34 3.3.2 Dạng ZVD âm 37 CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN CHỐNG RUNG CHO CẦU TRỤC 41 4.1 Mơ hình hệ thống cầu trục 41 4.1.1 Phương trìnhh động lực học hệ cầu trục 41 4.1.2 Xây dựng mơ hình hàm truyền cho hệ cầu trục 45 4.2 Mô kiểm nghiệm 47 4.2.1 Mô mơ hình tốn học cầu trục 47 4.2.2 Điều khiển xác vị trí x 49 4.2.3 Chống rung cho hệ cầu trục sử dụng thuật tốn tạo dạng tín hiệu đầu vào 50 4.3 Chống rung cầu trục sử dụng thuật toán tối ưu thời gian 54 4.3.1 Trường hợp PS-ZV 55 4.3.2 Trường hợp PS-ZVD 59 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 65 iii Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Dao động tắt dần lắc đơn Hình 1.2 Dao động ngưỡng tắt dần Hình 1.3 Dao động tắt dần tới hạn Hình 1.4 Dao động ngưỡng tắt dần Hình 1.5 Mơ hình cánh tay robot Hình 1.6 Mơ hình cầu trục Hình 1.7 Bình chứa chất lỏng bị dao động Hình 1.8 Chống rung hệ cầu trục sử dụng điều khiển PID Hình 1.9 Chống rung cho hệ cầu trục sử dụng điều khiển PID làm mềm tín hiệu đặt 10 Hình 1.10 Chống rung sử dụng mơ hình động học ngược 11 Hình 1.11 Chống rung sử dụng phương pháp tạo dạng tín hiệu đầu vào 12 Hình 2.1 Vị trí tải trọng vị trí xe đẩy 13 Hình 2.2 Vị trí tải trọng vị trí xe đẩy nhấn nút vị trí thích hợp 14 Hình 2.3 Đáp ứng hệ cho đầu vào 15 Hình 2.4 Đáp ứng hệ cho hai đầu vào 16 Hình 2.5 Độ lớn thời điểm xuất hai xung 19 Hình 2.6 Đáp ứng kết hợp hai xung phát xung khơng xác 20 Hình 2.7 Độ bền vững tần số hệ hai xung đầu vào ứng với giá trị si 21 Hình 2.8 Độ lớn thời điểm xuất ba xung 25 Hình 2.9 Độ bền vững tần số hệ ba xung đầu vào ứng với giá trị si 26 Hình 2.10 Sai lệch dao động ứng với biến thiên hệ số tắt dần 30 Hình 3.1 Độ lớn thời điểm xuất xung 36 Hình 3.2 Độ lớn thời điểm xuất xung 39 Hình 4.1 Mơ hình đơn giản cầu trục 41 Hình 4.2 Mơ hình mơ dao động cầu trục 48 iv Danh mục hình vẽ Hình 4.3 Dao động vị trí x, góc , vận tốc gia tốc 49 Hình 4.4 Mơ hình điều khiển xác vị trí 50 Hình 4.5 Kết mơ điều khiển xác vị trí 50 Hình 4.6 Sơ đồ khối mơ thuật tốn tạo dạng tín hiệu đầu vào chống rung cho hệ cầu trục 52 Hình 4.7 Gia tốc, vị trí, góc quỹ đạo 2-1-2 phương pháp ZV 52 Hình 4.8 Gia tốc, vị trí, góc quỹ đạo 2-1-2 phương pháp ZVD 53 Hình 4.9 Mơ hình cầu trục áp dụng thuật tốn tối ưu thời gian 54 Hình 4.10 Gia tốc, vận tốc, vị trí, góc quỹ đạo 2-1-2 phương pháp inputshaping tối ưu thời gian PS-ZV với P=1 55 Hình 4.11 Gia tốc, vận tốc, vị trí, góc quỹ đạo 2-1-2 phương pháp inputshaping tối ưu thời gian PS-ZV với P=2 56 Hình 4.12 Gia tốc, vận tốc, vị trí, góc quỹ đạo 2-1-2 phương pháp inputshaping tối ưu thời gian PS-ZV với P=3 57 Hình 4.13 Gia tốc, vận tốc, vị trí, góc quỹ đạo 2-1-2 phương pháp inputshaping tối ưu thời gian PS-ZVD với P=1 59 Hình 4.14 Gia tốc, vận tốc, vị trí, góc quỹ đạo 2-1-2 phương pháp inputshaping tối ưu thời gian PS-ZVD với P=2 60 Hình 4.15 Gia tốc, vận tốc, vị trí, góc quỹ đạo 2-1-2 phương pháp inputshaping tối ưu thời gian PS-ZVD với P=3 61 v Danh mục bảng số liệu DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 3.1: Thời gian xuất xung dạng PS-ZV 36 Bảng 3.2: Thời gian xuất xung dạng PS-ZVD 39 vi Danh mục từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ZV ZV-D Zero- vibration Zero- vibration- derative Không dao động ( xung đầu vào) Không dao động-đạo hàm ( xung) vii Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Rung động tượng phổ biến xuất thiết bị hoạt động, làm giảm tuổi thọ, độ bền hiệu suất làm việc thiết bị đơi cịn gây tai nạn lao động đáng tiếc Từ nhu cầu thực tiễn địi hỏi phải nghiên cứu phương pháp chống rung cho thiết bị Đã có nhiều phương pháp chống rung đề xuất, chủ yếu gồm hai lớp điều khiển chống rung vịng kín chống rung vòng hở Phương pháp điều khiển chống rung vịng kín cho đáp ứng tương đối tốt nhiên cần có cảm biến phản hồi làm tăng tính phức tạp hệ thống Chống rung vịng hở khơng cần cảm biến phản hồi nhiên nhạy với nhiễu thay đổi thông số hệ thống Luận văn nghiên cứu phương pháp tạo dạng tín hiệu đầu phương pháp đơn giản hiệu sử dụng rộng rãi để chống rung cho thiết bị Đã có nhiều phương pháp chống rung vòng hở áp dụng thời gian đáp ứng lâu, luận văn nghiên cứu phương pháp chống rung tạo dạng đầu vào tối ưu thời gian để giảm thời gian đáp ứng hệ, từ nâng cao suất thực tế Các phương pháp sử dụng để chống rung cho hệ cầu trục Luận văn chia làm năm chương Chương 1: Nhu cầu thực tiễn việc chống rung Chương 2: Phương pháp tạo dạng tín hiệu đầu vào Chương 3: Phương pháp chống rung tối ưu thời gian Chương 4: Điều khiển chống rung cho hệ cầu trục Chương 5: Kết luận kiến nghị Để hoàn thành luận văn em xin chân thành cảm ơn TS Dương Minh Đức nhiệt tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Hà Nội, ngày 26 tháng 09 năm 2016 Học viên thực Nguyễn Việt Khánh