thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động máy in

1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, điều khiển chuyển động chính xác, tốc độ cao đã và đang được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống như điều khiển máy in, điều khiển hành trình, điều khiển cánh tay robot v.v... Đã có rất nhiều phương pháp khác nhau nh m thực hiện nhiệm vụ này như dùng bộ điều khiển ID truyền thống, STR (Self Tuning Regulator) v.v... Tuy nhiên, đối với hệ thống máy in, khi yêu cầu điều khiển là hình in ra phải giống như hình mẫu, tốc độ in cao (năng suất cao) thì lại đối mặt với rất nhiều khó khăn như: thông số của đối tượng điều khiển thay đổi, tác động xấu của nhiễu đo, tác động của nhiễu hệ thống. Do vậy khi các máy in làm việc với yêu cầu độ ổn định và độ chính xác cao thì các bộ điều khiển trên thể hiện các hạn chế. Hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống mà cấu tr c và tham số của bộ điều khiển có thể thay đổi theo sự biến thiên thông số của hệ sao cho chất lượng đảm bảo các chỉ tiêu đã định. Đặc biệt hệ điều khiển Learning Feed Forward Control (LFFC) trên cơ sở thích nghi theo mô hình mẫu (Model Reference Adaptive System: MRAS), đã được nghiên cứu và thiết kế ứng dụng trong thực tế. Bộ điều khiển này có ưu điểm là có khả năng kháng nhiễu hệ thống (System Noise) có hiệu quả, nhờ đó độ chính xác và độ ổn định của hệ có thể đồng thời đạt được. Việc ứng dụng Learning Feed Forward trên cơ sở MRAS để điều khiển chính xác vị trí máy in s nâng cao chất lượng của hệ thống. Vì vậy tác giả lựa chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển chuyển động máy in sử dụng thuật toán PID kết hợp LFFC” Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng thuật toán ID kết hợp LFFC để điều khiển chuyển động của máy in. hương pháp nghiên cứu của đề tài như sau: Nghiên cứu lý thuyết và xây dựng mô hình toán của hệ máy in, thiết kế bộ điều khiển. Kiểm chứng kết quả thiết kế thông qua mô phỏng b ng phần mềm Matlab Simulink và thực nghiệm trên mô hình thực

ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP  NGUYỄN VĂN ĐẠT THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG MÁY IN SỬ DỤNG THUẬT TỐN PID KẾT HỢP LFFC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ THÁI NGUN – 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP  NGUYỄN VĂN ĐẠT THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG MÁY IN SỬ DỤNG THUẬT TỐN PID KẾT HỢP LFFC Chun ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60. 52. 02. 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Duy Cương THÁI NGUN – 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tên tơi là: Nguyễn Văn Đạt  -  Thái Ngun.      “Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển chuyển động máy in sử dụng thuật tốn PID kết hợp LFFC”  TS. Nguyễn Duy Cương   Tơi   , tơi  Thái Ngun, ngày tháng 4 Học viên Nguyễn Văn Đạt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN  TS. Nguyễn Duy CươngThiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển chuyển động máy in sử dụng thuật tốn PID kết hợp LFFC”  Tơi  TS. Nguyễn Duy Cương tơi    tơi    tơi mong                     4 Học viên Nguyễn Văn Đạt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC  i  ii  iii  v  vi  1  3  3  3 1.3.  5  5  7 1.4. Khó k 7  9 1.6.   Feed-Forward 11 1.7.  và n 12 1.8.  14 -FORWARD CONTROL (LFFC) VÀ MODEL REFERENCE ADAPTIVE SYSTEMS (MRAS) 16  16  16 - LC) 16 - FEL) 20 2.1.4. Learning Feed forward Control (LFFC) 22  22 2.2.1. Khái qt chung 23  27  29  32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ iv  33 - Forward 35  37  42   43  43  45  46  50  51 máy in 51 4.2.C 52  57  58  59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ Viết Tắt   AC Alternating Current  AD Analog digital B- DC Direct Current  FEL Learning Feedback Error   ILC Interative learning control   LC Learning Control  LFFC Learning Feed Forward Control MRAS Model Reference Adaptive System   STR Self Tuning Regulator  PWM Pulse  width modulation  PID Proportional - Integral - Derivative - tích phân -  Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ  máy in 3  4  5 H 6  18 HÌ 20  21  25  26  27  28  34 HÌNH 2. 9: MR 34  35 HÌNH2. 11 36  37  44  45  46  47  48  49  51  52  52 HÌNH4. 4:  53 HÌNH4. 5:  53  54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ vii  54  55  55  56  56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 1 LỜI NĨI ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài    v.v     STR (Self Tuning Regulator) v.v   t           , t                .         Control (LFFC) trên   System: MRAS)t .                       -   -   Sim Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ [...]... mong muốn, (2) Động học hệ thống khơng q nhạy cảm với những thay đổi của các thơng số hệ thống, và (3) những ảnh hưởng của nhiễu q trình nên được giảm thiểu Với mục tiêu Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển chuyển động máy in ta cần tiến hành các bước sau: 1- Thiết kế, tính tốn cơ hệ chuyển động máy in; 2 - Trên cơ sở của mơ hình hệ thống thực viết các phương trình vi phân mơ tả hệ thống, kết hợp với... định, thiết kế thực tế của hệ thống điều khiển có thể được thành lập Có rất nhiều phương pháp điều khiển để thiết kế hệ thống điều khiển Tuy nhiên, các phương pháp thích hợp hơn được lựa chọn dựa trên các thơng số kỹ thuật làm việc, mơ hình đối tượng, và kiến thức và kinh nghiệm của các nhà thiết kế Sau khi một hệ thống được thiết kế, nếu ch ng ta có thể đạt được hiệu suất mong muốn b ng cách điều chỉnh... mẫu Hệ thống điều khiển Cơ cấu tác động Hàm truyền Cơ cấu tác động cuối HÌNH 1 3: Hệ thống chuyển động điện cơ Việc sử dụng phản hồi để tạo ra một hệ thống vòng lặp kín ổn định đòi hỏi việc sử dụng các cảm biến phù hợp để cung cấp các thơng tin cần thiết về q trình Các cảm biến này thường được đặt ở thiết bị truyền động hoặc cơ cấu tác động cuối Với cấu tr c này, hạn chế cho thiết kế một hệ thống điều. .. quan sát hệ thống được trình bày dưới đây “Vòng điều khiển hồi tiếp tiêu chuẩn” được xem như là hệ thống điều khiển sơ cấp tác động mà phải loại bỏ nhiễu “thơng thường” Những thay đổi lớn hơn của các tham số hoặc nhiễu lớn hơn được giải quyết bởi hệ thống điều khiển (thích nghi) cấp hai tác động chậm hơn (Hình 2.6) Bộ điều khiển sơ cấp u + - Bộ điều khiển Bộ điều khiển cấp 2 y Đối tượng Luật điều khiển. .. là: hệ thống phanh tự động ơ tơ; điều khiển hệ thống camera; điều khiển cánh tay robot; máy hàn Các ứng dụng chỉ ra r ng bộ điều khiển FEL đã cải thiện một cách rõ ràng dựa trên q trình vận hành của bộ điều khiển phản hồi và các ứng dụng này cũng chỉ ra có thể thu được chất lượng bám cao mà khơng cần mơ hình mở rộng Cách hoạt động của một bộ FEL được so sánh với cách hoạt động của hệ thống điều khiển. .. tần số, các nhà thiết kế điều khiển muốn thay đổi hệ thống sao cho đáp ứng tần số của hệ thống được thiết kế s thỏa mãn các chi tiết kỹ thuật Khi sử dụng các phương pháp quỹ đạo nghiệm, các nhà thiết kế muốn thay đổi và định dạng lại các quỹ đạo nghiệm sao cho các nghiệm của hệ thống thu được s n m ở vị trí mong muốn trong mặt phẳng - s Thiết kế điều khiển dựa trên phương pháp truyền thống về ngun tắc... nhiên, phần feed-forward của bộ điều khiển LC được thực hiện bởi các thơng số am, bm, cm, dm của bộ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu 2.2 Điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu Hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống mà cấu tr c và tham số của bộ điều khiển có thể thay đổi theo sự biến thiên thơng số của hệ sao cho đảm bảo các chỉ tiêu đã định Hệ thống điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu... các sản phẩm cơng nghệ cao Đối với các hệ thống chuyển động điện cơ (máy in) , chất lượng của các hệ thống phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như nhiễu tái sinh trong đối tượng, bất định mơ hình, và nhiễu đo lường Để loại bỏ các yếu tố này nh m đạt u cầu chất lượng điều chỉnh, trong luận văn này, tơi đã tập trung vào việc thiết kế bộ điều khiển nâng cao Tuy nhiên, việc thiết kế bộ điều khiển thường phải dựa... của máy in được mơ tả một cách đơn giản bao gồm đầu in gắn trên ụ chuyển qua lại theo phương X, tồn bộ phần thiết bị chuyển động theo phương X được gắn trên phần chuyển động qua lại theo phương Y B ng cách điều khiển các chuyển động theo các phương X và Y bám theo các quỹ xác định, đầu in s v ra một hình theo mong muốn trên mặt phẳng 1.2 Mơ hình tốn máy in theo 1 phương Cấu trúc thực nghiệm của máy in. .. hệ thống thực, so sánh đánh giá kết quả mơ phỏng và kết quả thực nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu –ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn/ 14 1.8 Mong muốn đạt được - Chế tạo mơ hình cơ của máy in chuyển động đơn sử dụng động cơ điện - Xây dựng mơ hình tốn của đối tượng điều khiển - Xây dựng cấu tr c của hệ thống điều khiển cũng như thơng số các bộ điều khiển - Mơ phỏng, hiệu chỉnh thơng số - Thiết kế,