tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật thiết kế bộ điều khiển learning feedforward cho các hệ thống chuyển động điện cơ

MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Điều khiển chuyển động (motion control) liên quan việc sử dụng lực để điều khiển di chuyển đối tượng điều khiển hệ thống sử dụng rộng rãi ứng dụng cơng nghiệp đóng gói, in, dệt, hàn, nhiều ứng dụng khác Hiện nay, phần lớn loại hình điều khiển chuyển động thực cách sử dụng động điện, điều quan tâm thiết kế Các hệ điều khiển chuyển động phức tạp có nhiều vấn đề khác cần xem xét, ví dụ như: - Giảm thiểu ảnh hưởng nhiễu hệ thống - Suy yếu tác động xấu nhiễu đo - Sự thay đổi thông số cấu trúc không rõ đối tượng điều khiển Rất khó để tìm phương pháp thiết kế mà giải đồng thời tất vấn đề nêu trên, đặc biệt phương pháp điều khiển truyền thống mà thiết kế điều khiển liên quan tới thương thảo mục tiêu mang tính đối ngược Để khắc phục khó khăn nêu, điều khiển Learning FeedForward (LFF) giới thiệu nghiên cứu LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ Ở Việt Nam năm gần đây, với phát triển không ngừng ngành tự động hoá lĩnh vực: điện tử, vi xử lý, tin học, khoa học máy tính, trang thiết bị kỹ thuật sử dụng lĩnh vực đo lường, điều khiển, giám sát không ngừng cải tiến nhằm nâng cao chất lượng làm việc tính xác, tính kinh tế nâng cao khả tự động hoá hệ thống điều khiển Việc cải tiến trang, thiết bị thực dựa sở sửa chữa, thay phần hay toàn phần trang thiết bị cũ lạc hậu có hiệu qủa làm việc khơng cao, thay đổi cách trao đổi, lưu giữ, thu thập xử lý thơng tin q trình làm việc trang thiết bị hoạt động tốt có hiệu kinh tế thấp, tính xác khả tự động hoá trình làm việc khơng cao Biện pháp thay đổi cách trao đổi, lưu giữ xử lý thông tin biện pháp cải tiến phổ biến Thực luận văn tốt nghiệp khuôn khổ chương trình đào tạo Thạc sỹ ngành tự động hóa trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Tôi giao đề tài: ’’ Thiết kế điều khiển Learning FeedForward cho hệ thống chuyển động điện cơ” Luận văn phân tích q trình động học đối tượng thơng qua mơ hình tốn học từ đưa chứng minh tính phù hợp phương án điều khiển, cuối tiến kiểm chứng phần mềm mô 20-sim ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống chuyển động điện sử dụng động tuyến tính 3.2 Phạm vi nghiên cứu Theo quan điểm điện tử, hiệu suất động điện hệ thống cải thiện cách thay đổi thiết kế khí, điều khiển Xét, ví dụ, tay máy robot, nơi mà chuyển động xác phụ thuộc vào độ cứng quán tính hệ thống Nếu tay máy không đáp ứng đặc điểm kỹ thuật tăng độ cứng lên qn tính giảm cách thay đổi cấu trúc khí, cách áp dụng nguyên vật liệu Thay đổi điều khiển thực cách chỉnh thơng số có thiết kế điều khiển Nâng cao chất lượng điều khiển từ phần mềm đòi hỏi phải thay đổi số trường hợp bổ sung Sensors, biện pháp tương đối dễ dàng, để thực sửa lại cấu trúc cho hợp Trong luận án tập trung vào việc tăng hiệu hoạt động phương pháp điều khiển 3.3 Nhiệm vụ đề tài Đề tài sâu nghiên cứu mô hình điều khiển Learning feed-forward control với đối tượng điều khiển Linear motor thử nghiệm mô 20-sim NGUỒN TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Nguồn tài liệu Luận văn sử dụng tài liệu nước, tạp chí khoa học kỹ thuật, kết nghiên cứu liên quan 4.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu kỹ thuật để phân tích, tổng hợp vấn đề có liên quan tới đề tài - Phương pháp thực tiễn: Tham quan, điều tra, khảo sát để củng cố thêm độ tin cậy xác kết nghiên cứu lý thuyết ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN - Luận văn làm rõ vấn đề nảy sinh, nhược điểm hạn chế số phương pháp thiết kế điều khiển truyền thống - Đưa giải pháp khắc phục hạn chế, nhược điểm phương pháp thiết kế điều khiển truyền thống KẾT CẤU LUẬN VĂN Ngoài phần Mở đầu, Kết luận Phụ lục, luận văn bố cục gồm chương, 56 hình vẽ tài liệu tham khảo Chương 1: GIỚI THIỆU Tổng quan Learning control Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG LFFC PHỤ THUỘC THỜI GIAN Trong chương đề cập đến điều khiển LFFC phụ thuộc thời gian phân tích tính ổn định hệ thống phụ thuộc vào thời gian Từ tìm cơng thức tính giá trị nhỏ độ rộng mạng B-Spline Chương 3: THIẾT KẾ ỨNG DỤNG Trong chương trước, số vấn đề LFFC đề cập đến Ở chương sử dụng kiến thức có nhằm thực thiết kế LFFC thực tế Chương 4: KẾT LUẬN Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Learning control (LC) Một số công cụ cạnh tranh mà hãng sản xuất tuỳ ý sử dụng chất lượng sản phẩm Đặc biệt thị trường có liên quan đến sản phẩm cơng nghệ cao Đó nhân tố quan trọng mang tính sống cịn để tạo sản phẩm có chất lượng tốt Điều nhìn nhận thị trường sản phẩm mà xem xét luận văn này, ví dụ hệ thống chuyển động điện tử Theo quan điểm điện tử, chất lượng hệ thống điện tử cải tiến việc thay đổi thiết kế khí điều khiển Ví dụ nghiên cứu cánh tay robot, nơi mà chuyển động xác phụ thuộc vào độ cứng quán tính hệ thống Nếu cánh tay không đạt yêu cầu định, độ cứng tăng lên qn tính giảm bớt cách thay đổi kết cấu khí việc ứng dụng vật liệu Việc thay đổi điều khiển thực cách thay đổi thông số điều khiển tồn cách thiết kế điều khiển Khi điều khiển cải tiến, đơn yêu cầu thay đổi phần mềm số trường hợp thêm sensor cách đánh giá tương đối dễ dàng thực được, đem so sánh với cấu trúc tương ứng Trong luận văn tập trung vào việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển Việc thiết kế điều khiển nói chung thường dựa mơ hình đối tượng Mơ hình đối tượng xác việc thiết kế điều khiển hiệu nhiêu Khi mơ hình hố đối tượng, vấn đề sau gặp phải: Hệ thống phức tạp để hiểu trình bày cách đơn giản Mơ hình q khó q đắt để đánh giá Một số đặc tính số hiệu ứng (phi tuyến) khó đạt được, ví dụ ma sát… Đối tượng chịu ảnh hưởng lớn nhiễu tác động từ môi trường, điều khó dự đốn trước Các thơng số đối tượng biến đổi theo thời gian Bộ điều khiển thích nghi giải pháp cấu trúc mơ hình động học đối tượng nhiễu mơ hình tác động lên biết trước giá trị thơng số khơng thể xác định Khi mơ hình khơng có giá trị có nhiều thơng số khơng xác định lúc điều khiển học xét đến 1.2 Learning Control (LC) ? Các LC thường hình dung gần giống hệ thống điều khiển người có thuộc tính giống với người Trong luận văn không nghiên cứu LC theo quan điểm sinh học, đồng ý với số định nghĩa sau: Định nghĩa 1.1 (LC) Một LC hệ thống điều khiển bao gồm hàm xấp xỉ ánh xạ đầu vào - đầu tương ứng suốt trình điều khiển mà hoạt động mong muốn hệ thống điều khiển đạt Định nghĩa 1.2 (Hàm xấp xỉ): Một hàm xấp xỉ ánh xạ vào/ra xác định hàm đươc lựa chọn F ( , ω ) , với véc tơ thông số ω lựa chọn để hàm F ( ) xấp xỉ “tốt nhất” 1.3 Bộ điều khiển học sai số phản hồi Một LC thú vị cho cánh tay robot mà phải bám cách ngẫu nhiên theo đường dẫn Nói chung điều khiển biết đến với tên điều khiển học sai số phản hồi: Bộ điều khiển (Feedback Error Learning FEL) Hệ thống LC bao gồm phần: Bộ điều khiển Feef-forward biểu thị F, nghĩa hàm/ánh xạ uF = F(r) Một điều khiển Feed-forward thơng thường sử dụng để bù thêm cho hệ thống động học theo cách thu độ bám xác cao Khi điều khiển feed-forward với đối tượng nghịch đảo F = P -1, đầu đối tượng, y, tín hiệu đặt , r r(n) r r + - Hµm xÊp xØ C UF + + P y Hình 1.2 Bộ điều khiển FEL Chương 2: PHÂN TÍCH ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG LFFC PHỤ THUỘC THỜI GIAN 2.1 Giới thiệu Trong chương đề cập đến điều khiển LFFC phụ thuộc thời gian phân tích tính ổn định hệ thống phụ thuộc vào thời gian Xác định giá trị nhỏ độ rộng mạng BSpline 2.2 Các giả định Để phân tích tính ổn định thơng số LFFC giả thiết sau: Đối tượng cần điều khiển đối tượng (single input - single output ) SISO LTI Bộ điều khiển phản hồi, C, tuyến tính, số thời gian thơng số chọn cho vịng phản hồi ổn định Luật học rời rạc Tp ∆ω i = γ h ∑ µ ( kh ) u ( kh) i k =0 Tp C (2.1) h ∑ µ ( kh) i k =0 (với h thời gian mẫu) thay công thức tương đương dạng liên tục : Tp ∆ωi = γ C ∫ µi ( t ) uC ( t ) dt Tp ∫ µi ( t ) dt (2.2) Phân bố B-spline giả thiết đồng dạng 2.3 Độ rộng B-Spline Với mơ hình xác hệ thống P điều khiển C sẵn có, giá trị an ϕ n tính tốn cho tất tần số Điều cho phép lựa chọn giá tri tối thiểu d cho (2.20) thỏa mãn nhờ trình tìm kiếm lặp lại đơn giản sau: 10 Thuật tốn 2.3.1 (Tính tốn giá trị ổn định nhỏ d dựa mơ hình chi tiết hệ thống điều khiển) Chọn khuôn dạng phân bố B-Spline bao gồm BSpline: N=3 hình 1.13 Bởi theo (2.3) trường hợp d=Tp[s], số B-Spline tối thiểu lựa chọn Xác định an ϕ n Điều thực theo cách thức sau: 2.1 Chọn n=1 2.2 Tính tốn ωn theo (2.12) Sử dụng mơ hình hệ thống ωn để xác định an ϕ n 2.3 Nếu an ≈ tiến hành bước Nếu không, tăng n thêm đơn vị chuyển sang bước 2.2 Kiểm ta xem an ϕ n tìm bước trước có thảo mãn (2.20) không.Nếu thỏa mãn,chuyển sang bước 4, không chuyển sang bước Tăng số lương B-Spline phân bố lên đơn vị N =N+1 Chuyển tới bước Giá trị N giá trị nhỏ B-Spline mà cho kết hoạt động khơng ổn định Do đó, số lương lớn B-Spline N-1 theo (2.3) ta có: 11 d= 2Tp N −2 (2.21) Phương trình sử dụng để hình thành nên thuật tốn theo tìm giá trị tối thiểu d: Thuật tốn 2.3 ( Tính tốn giá trị ổn định d với giả thiết nghiêm ngặt mơ hình động học hệ thống) Xác định − T ( jωn ) từ mơ hình vịng lặp kín Sử dụng đồ thị Bode mơ hình xác định {ω∈R cos ( ϕ )