Đưa bộ điều khiển mờ dùng để chỉnh định các hệ số Kp, Ki, Kd trực tuyến vào điều khiển motor cuỗn của mô hình đã xây dựng và kiêm chứng lại với việc sử dụng bộ điều khiến PID, van dụng v
GIỚI THIEU TONG QUAN
1.1 Giới thiệu sơ lược van dé và ý nghĩa khoa hoc của đề tài Hiện tại trên thế giới cũng như ở Việt Nam, đặc biệt là ở các nước đang phát triển thì nền công nghiệp được chú ý phát triển hơn hết Trong boi cảnh đó, lĩnh vực tự động hóa ngày một phát triển và chiếm vai trò quan trọng với việc vận hành, sử dụng các dây chuyên, hệ thống sản xuất tự động ngày một nhiễu thi các hệ thống có liên quan đến cơ cấu cuốn - xả dây được sử dụng rất phố biến Trong một số công đoạn thì cơ cầu cuốn - xả bắt buộc phải được dùng điển hình để vận chuyển các vật liệu mềm hay có yêu cau tương đối cao về mặt kỹ thuật (dây, vải, thép cán mỏng, dây thép v.v.) Hệ thống sẽ liên tục xác định lực căng của đoạn dây đi qua cảm biến dé từ đó xử lí và điều khiến các động cơ dé đáp ứng được yêu cầu điều khiến cũng như yêu dau đáp ứng của hệ thông.
Chính vì những lí do ở trên mà các co cau cuén - xả được tìm hiểu và nghiên cứu nhiêu trong giai đoạn một thập ki trở lại đây vi tính ứng dụng rộng rãi của nó.
Hau hết các nghiên cứu tập trung vào van dé điều khiến lực căng và điều khiến tốc độ cho vật liệu mềm, và các nghiên cứu này dựa trên những mô hình động lực học sử dụng phương trình vi phân thông thường (ordinary differential equations, ODEs)
VỚI gia SỬ rằng tất cả các thông SỐ trong hệ thong đều xác định Trong thực tế, việc giả sử tất cả các thông số đều có thể xác định đúng với giá trị vật lý thực là không thể xảy ra Ví dụ, hệ số ma sát, độ chịu lực cụ thé của vật liệu mềm là rất khó dé xác định chính xác Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình điều khiến, khi mà luật điều khiến không được thiết kế dựa trên các thông số chính xác.
Còn khá hạn chế các nghiên cứu phát triển các bộ điều khiển mà trong đó dùng để giải quyết van dé các thông số không thé xác định một cách chính xác, hay nói cách khác là để dùng cho các hệ thống có tính phi tuyến và trong nhiều trường hợp
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUONG 1 là bộ điêu khiên có thê sử dung cho cùng một câu trúc nhưng ở các đôi tượng có các thông số khác nhau.
Xuất phát từ thực tiễn nói trên, dé tài hướng đến việc tìm hiểu đối tượng, mô phỏng đối tượng và thực nghiệm trên đối tượng thật để kiểm nghiệm thuật toán sử dụng bộ điều khiển mờ cũng như ứng dụng bộ điều khiến mờ để dò tìm và thay đổi các hệ số của bộ điều khiển PID một cách trực tuyến để đạt kết quả điều khiến tốt hơn cho cơ cau cuôn - xả đang đê cập. Đề đề tài mang tính thuyết phục thì luận văn này sẽ được chia làm hai nhiệm vụ mang tính thống nhất Nhiệm vụ đầu tiên là lựa chọn mô hình toán học phù hợp dé mô tả đối tượng đồng thời mô phỏng và so sánh các kết quả ở dau ra Các kết quả thu thập được sẽ là cơ sở để làm thực nghiệm trên đối tượng thật và cũng là căn cứ đầu tiên để chứng tỏ đề tài mang tính khả thi Dựa trên các kết quả ở nhiệm vụ đầu tiên, học viên sẽ xây dựng một mô hình cơ khí tương ứng, giống với các cơ cau trong thực tế đồng thời phù hợp với cơ cấu dùng mô phỏng hệ thống đồng thời có cùng một nguyền tặc vận hành.
1.2 Ung dụng thực tiễn của dé tài Đề tài này sẽ sử dụng các lý thuyết đã học về điều khiến tự động cũng như một số môn học chuyền ngành như mô hình hóa và nhận dạng hệ thống, đặc biệt là môn học điều khiển thông minh dé từ đó phân tích, thu thập số liệu cũng như thiết kế bộ điều khiến mờ cũng như ứng dụng bộ điều khiển mờ dé dò tìm và thay đổi các hệ số của bộ điều khiển PID một cách trực tuyến dé qua đó tăng chất lượng điều khiến và cho kết quả dau ra của hệ thống tốt hơn. Đối tượng được sử dụng trong đề tài này là một hệ thống cuốn — xả với đối tượng là dây chỉ với sức chịu lực căng kém, dễ bị đứt trong trường hợp điều khiến không tốt Đặc tính vật lý này được lựa chọn nhằm hướng tới việc kiểm tra khả năng đáp ứng và mức độ hiệu quả của thuật toán được sử dụng nếu kết quả chạy thực nghiệm kha thi.
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUONG 1
Ngoài ra, dé tai cũng hướng đến việc tìm hiểu và xây dựng một hệ thống tích hop dé có thé kiểm soát và theo dõi quá trình hoạt động của cơ cau cùng với việc lưu giữ các số liệu quan trọng để sử dụng lại khi cần thiết Hệ thống tích hợp này tính đến việc có thé lắp đặt và ứng dụng cho các hệ thông vừa và nhỏ theo nhu cau của người dùng.
Ngoài ra, hệ thống cũng có thể ứng dụng trong các trường hợp khác trong lĩnh vực vận chuyển vật liệu mềm, một trong những lĩnh vực chiếm thị phan lon trong nên san xuat ở giai đoạn hiện tại.
2.1 Tông quan về hệ thông van chuyên vật liệu mém
2.1.1 VỊ trí của hệ thông vận chuyền vật liệu mém trong nên sản xuât Hiện nay, có nhiêu ngành công nghiệp sử dụng hệ thông vận chuyền các vật liệu mêm chăng hạn như giây, sợi dệt, kim loại, polymers, và các vật liệu composite.
Các vật liệu này để đến được với người dùng, cần trải qua một công đoạn chế tạo xuyên suốt từ đầu đến cuối, và ở khâu cuối cùng trước khi thành phẩm đều trải qua một công đoạn quan trọng chính là hệ thong duoc dé cap dén trong nghiên cứu này Ở trong hệ thống này, vật liệu mềm được dé cập sẽ được cuốn lại với một lượng sản phẩm nhất định, tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng hay lô hàng và việc cuôn lại thành cuộn cân đảm bảo các yêu tô sau:
- Luong sản phẩm yêu cầu đúng với mong muốn dé ra, tức là chiều dài của vật liệu đúng với với yêu cầu đồng thời tốc độ cuốn đảm bảo theo như tốc độ đặt.
- Luc căng của vật liệu trong hệ thống giữ ở một giới hạn cho phép và trong khả năng đàn hoi của vật liệu, tránh làm đứt gãy hay hỏng vật liệu trong quá trình cuén lại thành cuộn.
- Hệ thông hoạt động 6n định trong thời gian dài.
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUONG 1
2.1.2 Mô hình chung và các đặc trưng cơ bản
Hệ thống vận chyến vật liệu mềm không còn là một hệ thống xa lạ, tuy nhiên trước khi đi vào van dé trong dé tài này, trước tiên ta tìm hiểu cau trúc nguyên thủy của một hệ thông vận chuyên vật liệu mêm.
> Phân tích yêu câu công nghệ:
Giả sử ta có một giây chuyền hay một thiết bị máy móc cân có nhiều trục được gan động cơ để dé điều khiến kéo tải chang hạn như giây chuyên sản xuất thép, giấy hay đồng bộ giữa các công đoạn với nhau trong một dây chuyên Khi đó nếu tốc độ giữa các động cơ không được đồng bộ với nhau thì sẽ xảy ra hiện tượng đứt sản phẩm, sản phẩm kém chất lượng Từ đây đặt ra một yêu cầu là làm sao tránh được tình trạng này, và chính từ yêu cầu này mà hệ thống vật chuyền vật liệu mềm ra đời dé đáp ứng được những yêu cau đặt ra của việc vận chuyền, “đồng bộ” và đóng gói sản phẩm (phân sản phẩm thành cuộn với lượng sản phẩm mong muốn và duy trì trạng thái liên tục, đàn hồi của vật liệu ) Một hệ thống động khi vận hành như trong trường hợp vận chuyển vận liệu mềm, cần có bộ điều khiến để thực hiện đồng bộ, bên cạnh đó có một bộ phận khác rất quan trọng trong đảm bảo được những yêu cầu kĩ thuật Dưới dây là hình vẽ một hệ thống vận chuyển vật liệu mềm với các thành phan cơ ban, trong đó có dé cập đến thành phan dancer.
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUONG 1 hgh Resolution
Active Front Ent for ty Power Factoe and Bus regulation
Hình 1.1: Sơ đồ một mô hình minh họa hệ thông vận chuyển vát liệu mêm.
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUONG 1
Vị trí thực tế
CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐÈ TÀI
1 Phan cứng sử dung trong đề tài
1.1 Module Analog TSX AEY 414 trong PLC TSX Premium:
Tín hiệu tir Dancer được đưa đến ngõ vào analog của PLC TSX AEY 414 là modul ngõ vào Analog cua PLC Premium TSX P57 3634M.
1.1.1 M6 tả vật lý và các ky hiệu ngõ vào cua module:
Hình 2.1: Module analog TSX AEY 414.
Chú thích các ký hiệu : e IN,: Ngõ vào cực dương của cảm biến sử dụng kênh x. e COM,: Ngõ vào cực âm của cảm biến sử dụng kênh x. e IS,: Cực dương cung cấp cho dau do. e LC,: Duong bù.
1.1.2 Đặc tính cua TSX AEY 414:
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2 Đây là module có các công lẫy mẫu tín hiệu vào là Analog biến đổi thành tín hiệu Digital cho PLC phân tích và xử lý, với số bit mã hóa là 16 bit (từ 0 đến
Module Input Analog TSX AEY 414 có 4 kênh ngõ vào riêng biệt và mỗi kênh có nhiều tam Dé sử dụng một trong các kênh, hay tầm ngõ vào nào ta sử dụng phan mềm (Unity Pro) dé cau hình.
Các tam được dùng trong TSX AEY 414: e Nếu dung cam bién Thermocouple có thé chọn B, E, J, K, L, N,R, S,T,U hay có thé chon tam dién ap -13 63mV. e Nếu dùng cảm biến Thermowell Pi100, Pt1000, Ni1000 sử dung 2 hay 4 dây hay có thé chon tầm điện trở 0 400 Ohms hay 0 3850
Ohms. e Hay có thé chon theo mức điện áp đơn cực hay lưỡng cực như: +/-
1.1.3 Cách dau dây tín hiệu từ cảm bién vào modul và cách cau hình cho mudul
Tín hiệu được lay trực tiếp từ cảm biến là tín hiệu dòng 4~20mA được đưa vao kênh 0 của module, cau hình cho module tầm hoạt động 4~20mA.
Sơ đồ mắc dây từ cảm biến vào module AEY 414:
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2
Hình 2.2: Sơ dé mắc cảm biến vào modul AEY 414.
Biến tan ALTIVAR 312 (ATV312) là biến tan điều khiến tốc độ cho động cơ không đồng bộ của hãng Schneider.
Các chức năng hién thị và phím bên trong:
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2 Đèn báo rnenu tân Ƒ LED 7 đoạn sô được kích hoạt i Đèn bao giảm sat
2 đèn LED hiển thị Z * trạng thai CANopen
- Thoát khỏi các menu, tham số hoặc xóa các giá trị hiện thị hiện
- Ở chê độ LOCAL khi nhân 2s sẽ chuyền đôi giữa chế độ điều khiến và lập trình. Đèn bảo khi đang trong chê độ cải đặt
Con quay dùng đê chọn các chức năng
Nút MODE chọn chê độ từ xa hoặc trên biển tân vit RUN: ding dé Nut STOP/RESET chay motor - Reset lôi
Hình 2.4: Chúc năng hiển thị va các phim trên ATV312.
13 Tổng quan OTB LCODM9LP:
OTB IC0DM9LP là module I/O điều khiến từ xa thông qua mạng truyền thông CANOpen có khả năng gắn thêm 7 module mở rộng Mỗi module mặc định
CO: e Neguon cấp 24VDC. e 12 ngõ vào gián đoạn. e 6ng6 ra relay. e 2 ngõ ra fransistor tích cực dương. e Cong giao tiép.
Số lượng 12 Nguôn cap 24VDC
Dién ap kich hoat 20.4 26.4 Dong 10,11 16.17: 5mA
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2
I8~I11: 40us Thời gian OFF 10,11 16,17: 45us
2 Phần mềm sử dung trong đề tài
LavVIEW (viết tat của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là môi trường lập trình đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp da kênh giữa con người, thuật toán và các thiệt bị.
Gọi LabVIEW là ngôn ngữ đồ họa hiệu quả vì về cách thức lập trình, LabVIEW khác với các ngôn ngữ C (hay Python, Basic, ) ở điểm thay vi sử dụng các từ vựng (từ khóa) có định thì LabVIEW sử dụng các khối hình ảnh sinh động và các dây nối để tạo ra các lệnh và các hàm như trong hình bên dưới Cũng chính vì sự khác biệt này mà LabVIEW đã giúp cho việc lập trình trở nên đơn giản hơn bao giờ hết, đặc biệt là LabVIEW rất phù hợp đối với kỹ sư, nhà khoa học hay giảng viên.
Chính sự đơn giản, dễ học và dễ nhớ đã giúp cho LabVIEW trở thành một trong những công cụ pho biến trong các ứng dụng thu thập dữ liệu từ các cảm biến, phát triển các thuật toán, và điều khiến thiết bị tại các phòng thí nghiệm ở trên thế giới. £Ƒ Ww là.
KĨ Untitled 3.vi Front Panel on Untitled Project 3 = _ 3 Untitled 3.vi Block Diagram on Untitled Project 3.lvpr ơ==
File Edit View "Project Operate Tools — He File Edit View Project Operate Tools Window Help a (=> |] (Ă| H | | 15pt Application F|ô A | D 3 I2 |] (@Ă|HH || lo |[95| salar + [15pt Applid< A] 9 5
Untitled Project 3.lvproj/My Computer| ô i | Untitled Project 3.lvproj/My Computer < II! r
Hình 2.5: Mã nguồn viết bằng LabVIEW do học viên thực hiện.
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2
Về ý nghĩa kỹ thuật, LabVIEW cũng được dùng để lập trình ra các chương trình (source code: mã nguồn) trên máy tính tương tự ác ngôn ngữ lập trình dựa trên chữ
(text — base language) như C, Python, Java, Basic, Đồng thời, LabVIEW hỗ trợ các kỹ sự, nhà khoa học và sinh vién, xây dựng (thực thi) các thuật toán một cách nhanh, gon, sang tạo va dễ hiểu nhờ các khối hình ảnh có tính gợi nhớ và cách thức hoạt động theo kiểu dòng đữ liệu(data flow) lần lượt từ trái qua phải Các thuật toán này sau đó được áp dụng lên các mạch điện và cơ cầu chấp hành thực nhờ vào việc kết nội hệ thống thật với LabVIEW thông qua nhiều chuẩn giao tiếp như chuẩn giao tiếp RS232 (giao tiếp qua công COM), chuẩn USB, chuẩn giao tiếp mạng TCP/IP, UDP, chuẩn GPIB Vì vậy LAbVIEW là một ngôn ngữ giao tiếp đa kênh.
LabVIEW hỗ trợ hầu hết các hệ điều hành Windows ( 2000, XP, Vista,
Window7), Linux, MacOS, Window Mobile, Window Embedded Hiện tại,
LabVIEW 2015 là phiên bản mới nhất Một số phiên ban cũ của LabVIEW từ 2009 đến 2014 cũng rất thông dụng Nhìn chung phiên bản 2015 và 2014 không có sự khác biệt đáng kể.
Trong dé tài này, học viên sử dụng LabVIEW phiên phản 2015 có hỗ trợ NI OPC Servers 2013 cho việc làm môi trường trao đối dữ liệu giữa phần mềm LabVIEW và PLCs dùng cho việc thực hiện đề tài.
Bởi vì chương trình LabVIEW mô phỏng giao diện và hoạt động của các thiết bị thực, chăng hạn như dao động ký và thiết bị đó đa năng, chương trình LabVIEW được gọi là thiết bị ảo (Virtual Instrument), thường được gọi tắt là VI VI gồm có
Front Panel và Block Diagram trong đó: e Front Panel: là giao diện người dùng. e Block Diagram: là chương trình chương trình phía sau giao diện người dùng.
Sau khi xây dựng Front Panel cần thêm mã (code) để điều khién các đối tượng trên Front Panel băng cách sử dụng các hình đồ họa đại diện cho các hàm Mã trên
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 2
Block Diagram là mã dạng đồ họa, thường được biết đến là C code (mã G) hoặc
Khác với các ngôn ngữ lập trình van bản, như C++ va Visual Basic, LabVIEW sử dụng các biểu tượng thay vì các dòng văn bản để tao ra các ứng dụng Trong lập trình dạng văn bản, thứ tự các dòng lệnh xác định trình tự thực hiện chương trình.
Lập trình đồ hạo và thực thi dạng dòng chảy dữ liệu là hai đặc tính chính làm LavVIEW khác với hầu hết các ngôn ngữ lập trình đa dụng khác.
XÂY DỰNG GIẢI THUẬT
Các dé tài liên quan đến các hệ thống có co cấu cuốn - xả không phải là một chủ dé xa lạ vì tính phổ biến và cần thiết của nó trong công nghiệp do vậy mà có rat nhiều nghiên cứu liên quan đến đối tượng này Các kết quả gần đây về dé tai này đã đạt được khá nhiều thành tựu nhất định song tập trung chủ yếu ở một số khía cạnh sau đây: e Cac nghiên cứu quan tam nhiéu dén viéc diéu khién dao động cua vật liệu mềm trong mặt cắt ngang sử dụng tác động ở biên của của hệ thống. e Các giải thuật thiết kế bộ điều khiến thích nghi được đề cập đến khá nhiều trong các bài báo khoa học.
=> Rất ít các nghiên cứu nhắc đến việc dùng bộ điều khiển mờ, một trong những thành tựu quan trọng của lý thuyết điều khiến phát triển mạnh trong thời gian gan đây dé ứng dụng vào các mô hình pho biến và hữu ích trong thực tế.
1.2 Đề xuất phương pháp và giải thuật
Trong đề tài này tôi đề xuất việc sử dụng 2 phương pháp điều khiến trên cùng một đối tượng và qua đó kiểm tra lại liệu bộ điều khiển mờ khi được áp dụng vào mô hình thật có cho kết quả điều khiến tốt hơn bộ điều khiến đơn giản, phố biến được sử dụng nhiều trong công nghiệp là bộ điều khiến PID hay không.
Trong thực tế, việc giả sử tất cả các thông số đều có thể xác định đúng với giá trị vật lý thực là không thé xảy ra Ví dụ, các hệ số như độ đàn hồi, lực căng của vật liệu mém là rất khó dé xác định chính xác Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình điều khiến, khi mà luật điều khiển được thiết kế dựa trên các thông số chính xác mà không phải thiết kế cho mô hình có các thông số thay đổi trong một phạm vi nào đó Bên cạnh đó, quá trình vận hành của một hệ thống ngay tại thời
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 3 điêm khởi dau và lúc hệ thông đã vận hành ôn định cân có những đáp ứng với các quy luật ngõ ra khác nhau dé đáp ứng các yêu câu vê qua độ như thời gian lên, độ vọt lô, sai sô xác lập
Như vậy còn khá hạn chế các nghiên cứu phát triển các bộ điều khiển mà trong đó dùng để giải quyết vấn đề các thông số không thể xác định một cách chính xác, hay nói cách khác là để dùng cho các hệ thống có tính phi tuyến lớn Chính vì những lý do này, học viên đề xuất việc thực hiện dé tài này với phương pháp dé ra ở trên Hệ thống cuốn - xả dây là một hệ thống có tính phi tuyến rất lớn bởi 2 lí do chính sau đây: e Hệ thống cuốn xả dây từ rất nhiều thành phan cau thành và chịu ảnh hưởng của các hệ số ma sát trên nhiều đối tượng trong hệ thống, loại vật liệu cần vận chuyển có tinh đàn hồi, mềm dẻo hay cứng (trong một số trường hợp), tính nhám là hoàn toàn khác nhau. e Bản thân bán kính của cuộn dây xả va thu là một hàm phi tuyến theo thời gian (có dạng xác định) và giảm dần ở cuộn xả đồng thời tăng dần ở cuộn thu.
Chính vì những lí do ở trên, học viên đề xuất sử dụng các phương pháp có bộ điều khiến mờ với các biến ngôn ngữ mờ dé từ đó có thé xử lí và cho kết qua đầu ra dựa theo các tín hiệu đầu vào thông qua các luật của bộ điều khiển mờ được thiết kế dựa theo kinh nghiệm xử lí của con người Ở đề tài này, học viên dé xuất sử dụng bộ điều khiển mờ để hiệu chỉnh thông số PID trực tuyến dùng cho việc điều khiến motor cuốn đối tượng và sẽ được so sánh với việc sử dụng bộ điều khiển PID thông thường để điều khiển cho motor cuốn Đối với motor xả thì ta sử dụng bộ điều khiến PID thông thường với các một số hiệu chỉnh trong quá trình điều khiến dé
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 3
Update giá trị ngõ ra Set up phần cứng Ỉ
Nhận giá trị set up Đưa giá trị đến phần cứng thông qua chuẩn giao tiếp CANOpen ON BUTTON = 1
OFF BUTTON = 1 Doc gia tri feedback Ỷ
Tính giá trị sai số (e) và vi phân sai số (de)
Hình 3.1: Giải thuật tông quát.
Giải thuật điều khiển được dé cập ở trên là giải thuật điều khiển cho motor cuốn. Ở dé tài này sẽ có hai vòng điều khiến độc lập nhau, gồm:
- Vong diéu khién cho dong co cuỗn chạy theo tốc độ đặt mong muốn.
- Vong điều khiến thứ 2 là vòng điều khiển cho động cơ xả dé hoạt động và giữ dancer ở một vi tri cô định mong muốn. Ở vòng điều khién mờ, đầu tiên hệ thống sẽ khởi tạo tất cả các van đề về phan cung nhu PLC, cac modules mo rong, bién tan cũng như module OTB, kiểm tra lỗi về giao tiếp CANOpen trước khi có thé vận hành Dé động cơ vận hành cần có bước reset lại động cơ theo như giải thuật đã đề ra trước đó Đến thời điểm nhà, hệ thống
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 3 liên tục kiểm tra giá trị đặt ban đầu và kịp thời thay đối Khi có tín hiệu khởi động (nhân nút ON) thì hệ thống bắt đầu hoạt động, các bước tiếp theo gồm có nhận giá trị phản hồi từ đó tính toán ra sai số và vi phân sai số, đưa qua khâu bão hòa để scale giá tri năm trong tầm [-1; 1] trước khi đưa vào bộ điều khiển mờ Chương trình sẽ liên tục cập nhật giá tri của nút nhân ON va OFF dé cho phép chuong trinh hoạt động hay không Nếu tín hiệu ON được duy trì va không có tin hiệu OFF thì giá trị đầu ra của bộ điều khiển mờ sẽ được đưa đến biến tần để điều khiến động cơ chạy theo giá tri đó.
Bộ điều khiến mờ được đề cập đến có vai trò dựa vào các giá trị sai số (e) và vỉ phân sai số (de) kết hợp với các luật mờ đã được xây dựng dé đưa ra 3 hệ số Kp, Ki và Kd trước khi đưa các giá trị này dùng tính toán cho bộ điều khiển PID Thông qua đó, giá trỊ sai số sẽ được cải thiện dần và đạt đến gia tri ôn đỉnh, khi đó các hệ số Kp, Ki va Kd sẽ được giữ nguyên ở giá trị làm cho hệ thống hoạt động ồn định cho đến khi có bất ky sự thay đổi nào từ giá trị đặt hay thay đối từ thông số của hệ thống.
2.1 Bộ điều khiến PID liên tục
2.1.1 Khâu hiệu chỉnh tỉ lệ P:
Khi hệ số khếch dai Kp càng lớn thì sai số xác lập càng nhỏ, tuy nhiên khi Kp tăng thì các cực của hệ thống có xu hướng di chuyển ra xa trục thực, điều đó có nghĩa là đáp ứng của hệ thống càng dao động, độ vọt lố càng cao Nếu Kp tăng quá giá trị giới hạn thì hệ thong sẽ trở nên mất 6n đỉnh Do đó nếu không có sai số của hệ thống bằng 0 thì cũng không thể tăng hệ số khuếch đại đến vô cùng.
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 3
2.1.2 _ Khâu hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ PD:
Khâu hiệu chỉnh PD có đặc điểm của khâu hiệu chỉnh sớm pha, nghĩa là làm nhanh đáp ứng của hệ thong, giảm thời gian quá độ Tuy nhiên do hệ số khuếch đại ở tần số cao của khâu PD là vô cùng nên khâu hiệu chỉnh PD làm cho hệ thống rất nhạy với nhiêu tân sô cao.
Khi Kp là hằng số, thì TD càng lớn đáp ứng cảng nhanh, thời gian lên cảng ngăn Tuy nhiên, nếu thời gian lên quá nhanh thì sẽ có vọt lỗ mặc dù đáp ứng không có dao động.
2.1.3 Khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI:
Khâu hiệu chỉnh PI có đặc điểm của khâu hiệu chỉnh trễ pha, nghĩa là làm chậm đáp ứng quá độ, giảm sai số xác lập Do hệ số khuếch đại của khâu PI băng vô cùng tại tần số bang 0 nên khâu PI làm cho sai số đối với tín hiệu vào là ham nắc của hệ thống không có khâu vi phân lý tưởng bằng 0 Ngoai ra, khâu PI là một bộ lọc thông thâp nên nó còn có tác dụng triệt nhiêu ở tân sô cao tác động vào hệ thông.
2.1.4 Khâu hiệu chỉnh vi tích phan tỉ lệ PID:
Do khâu hiệu chỉnh PID được xem là khâu PI mac nối tiếp khâu PD nên nó có ưu điểm của khâu PI và PD Khâu PID cải thiện đáp ứng quá độ (giảm độ vọt lố, giảm thời gian quá độ và giảm sai số xác lập, nếu đối tượng không có khâu vi phân lý tưởng thi sai sô xác lập đôi với tín hiệu vào là hàm nâc sẽ băng 0).
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 3
THUC TE
KET QUA, HAN CHE VÀ CÁCH CAI THIEN CUNG HUONG PHAT TRIEN CUA DE TAI
1 Két qua dat duoc e Xây dựng hoàn thiện hệ thống phan cứng với hai cảm biến trả về làm tín hiệu điều khiến cho hai vòng điều khiến độc lập với mối liên hệ là chênh lệch giữa tốc độ cuốn — xả được phản hồi thông qua vị trí của dancer. e Cải thiện được một số nhược điểm của dé tài trước thé hiện ở việc cải thiện phan cứng và cải thiện trong kết quả điều khiến Đối với phan cứng thì hệ thống phản hỏi tín hiệu dancer trả về sử dụng đúng ý tưởng dùng trong công nghiệp Đối với kết quả điều khiến thì hệ thông sử dụng phương pháp dùng bộ điều khiển mờ ở motor cuốn để chỉnh định trực tuyến thông số của bộ điều khiến PID và bộ điều khiến PID để so sánh các chỉ tiêu về thời gian lên, độ vot 16, sai số Ưu điểm trội hơn khi sử dụng bồ điều khiến mờ là cải thiện các chỉ tiêu về thời gian lên và hệ thống có thể đáp ứng được nhanh chóng khi thay đối tốc độ quan chỉ mong muốn. e Hệ thống có thé vận hành 6n định ở một tốc độ tương đối cao ở tất cả các trường hợp (vẫn ôn định ở tốc độ cuốn 3 m/s) với đối tượng là sợi chỉ manh có lực căng yếu đồng thời thé hiện được tốc độ đáp ứng tốt Nhu vậy từ kết quả sử dụng bộ điều khiển mờ cho motor cuốn chính là co sở dé phát triển, ứng dụng việc sử dụng bộ điều khiến mờ để chỉnh định trực tuyến các thông số với các đối tượng yêu cau tốc độ thay đổi chậm hơn như lò nhiệt, bồn nước
2 Hạn chế e Đối với ý tưởng sử dụng bộ điều khiến mờ: hau như không đáp ứng kịp ngay cả khi ở trường hợp tốc độ động cơ cuốn đang hoạt động ở vận tốc thấp.
Mộ số yếu tố cơ khí làm làm ảnh hưởng kết quả đạt được:
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 5
Hành trình duy chuyển của dancer còn ngắn.
Khối lượng của dancer còn tương đối nặng (so với khả năng chịu lực của dây chỉ) do vậy trong quá trình dancer bị kéo dẫn đến lực căng tăng mạnh đồng thời khi dancer duy chuyên thì quán tính lớn, ảnh hưởng đến quá trình 6n định ở vị trí cân băng.
Do thiết kế của cánh tay đòn lay tín hiệu về làm cho giá trị trả về là một hàm phi tuyến gây ảnh hưởng cực lớn đến tín hiệu trả về.
Do vậy ở đây học viên phải tuyến tính hóa để lấy tín hiệu hiệu chỉnh, đưa trở lại tín hiệu tuyến tính thông thường Do ban đầu yêu cầu thiết kế cánh tay đòn có chiều dài lớn, chấp nhận sai số nhưng phần cơ khí thiết kế chưa đúng mục tiêu đề ra dẫn đến việc lựa chọn giải pháp thứ 2 là chọn bộ số PID phía sau cũng gặp trở ngại rất lớn và hệ thống không chạy được ở tốc độ cao do mat đồng bộ ngay ở tần số khoảng 10Hz Hệ thống sau đó đã được cải thiện băng giải phép cải thiện phần mềm và đã chạy tốt.
2 Bộ điều khiển mờ không phát huy được khả năng trong trường hop này do hai nguyên nhân là kết hợp của thiết kế phần cứng và phân tác động của bộ điều khiến PID gồm 2 phan nhỏ sau:
Nguyên nhân thứ nhất là do việc đặt giá tri đặt, lay tham chiéu của tín hiệu trả về cần được xử lí nễu muốn bản thân bộ điều khiếnPID có thể xử lí được Ở đây giá trị biến trở trả về trong tầm từ 0 +5.6V (giá trị PLC trả về dạng interger là từ 0 + 5600) Như vậy taiVi trí thấp nhất của dancer, giá tri trả về là 0, tại vị trí cao nhất là5600 Dễ dàng nhận thay cách điều khiến như sau Nếu ta đặt vị trí dancer mong muốn là ở giữa hành trình, như vậy thì bộ PID cần tác động khi dancer bị kéo lên quá vị trí mong muốn ở giữa Lúc này vấn đề phát sinh là sai số (e) ngày một tăng lên (không phải giảm đi như thông thường) đồng thời giá trị này tăng lên sau đó giảm dan đi (ứng với việc điều khiển tăng tốc motor và làm cho dancer trở lại vị tri cũ) Như vậy tại đây quá trình sai số tăng dan ra xa sau đó giảm dan về 0 trong một khoảng thời gian rất nhanh
LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG 5 đồng thời không theo quy luật là bộ điều khiến PID sẽ làm sai số nhỏ dân roi nêu có vọt lô sẽ bị âm.
=> Cách cải thiện đáp ứng:
1 Chọn bộ điều khiến cho motor cuốn (motor 1) vẫn là bộ điều khiển mờ dùng chỉnh định thông số PID online, so sánh trong trường hợp sử dụng cùng một bộ số PID đó để thấy thời gian đáp ứng tăng nhanh hơn, tốt hơn so với bộ PID thường Chọn cho motor xả (motor 2) một bộ số PID tương đối tốt dé kịp với việc thay đối tốc độ đặt ở motor cuốn (motor 1).
2 Thay đổi một chút ở thiết kế co khí đó là tăng số rãnh ở dancer dé làm giảm lực căng của dây chỉ trong đoạn này.
3 Hướng phát triển của đề tài e Thu và sai một số luật điều khiến khả thi khác để có thé cho motor xả đáp ứng tốt đủ nhạy để đáp ứng cho motor cuốn trong phạm vi cuốn chỉ với tốc độ 0 + 3 m/s Đông thời từ kết quả này đưa ra kết luận liệu sử dụng bộ điều khiến mờ cho dancer phía sau có tốt bằng bộ điều khiển PID thông thường hay không. e Kết hợp việc sử dụng luật điều khiển khác bên cạnh đó là tìm ra phương pháp dé thu về tín hiệu vi phân của sai số (de) chính xác hơn phục vụ cho việc thiết kế và thực thi của chương trình điều khiến. e Tiếp tục phát triển thêm các thành phan giao diện, thu thập đưa số liệu vào cơ sỡ dữ liệu đê dé tài hoàn thiện hơn.
LUẬN VĂN THẠC SĨ Tài liệu tham khảo
