nhận dạng mô hình và điều khiển vị trí xy lanh khí nén

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NHẬN DẠNG MÔ HÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ XY LANH KHÍ NÉN Sinh viên thực Cán hướng dẫn Huỳnh Thanh Hiệp 1111086 TS Ngô Quang Hiếu Cần Thơ, tháng năm 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NHẬN DẠNG MÔ HÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ XY LANH KHÍ NÉN Sinh viên thực hiện: Cán hướng dẫn: Huỳnh Thanh Hiệp MSSV: 1111086 Ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử TS Ngô Quang Hiếu Thành viên Hội đồng: ThS.GV Nguyễn Huỳnh Anh Duy ThS.GV Trần Nhựt Thanh ThS.GV Phạm Trần Lam Hải Luận văn bảo vệ tại: Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn Tự Động Hóa, Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ vào ngày: 23/05/2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Thư viện Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ Website: http://www.ctu.edu.vn NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 Nguyễn Huỳnh Anh Duy i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 Trần Nhựt Thanh ii NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 Phạm Trần Lam Hải iii LỜI CAM ĐOAN Hiện tại, phòng thí nghiệm Thủy lực Khí nén trang bị thí nghiệm điều khiển vị trí xy lanh khí nén Với mục tiêu nhận dạng mô hình, thiết kế điều khiển bền vững xác cho mô hình thực tế, đề tài “Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén” thực với mục tiêu thiết kế điều khiển vị trí đáp ứng việc điều khiển vị trí hệ thống Vì em chọn đề tài để làm luận văn tốt nghiệp cho Trong trình thực đề tài, nhiều thiếu sót kiến thức hạn chế nội dung trình bày báo cáo hiểu biết thành em đạt hướng dẫn thầy NGÔ QUANG HIẾU Em xin cam đoan rằng: nội dung trình bày báo cáo luận văn tốt nghiệp chép từ công trình có trước Nếu không thật, em xin chịu trách nhiệm trước nhà trường Cần Thơ, ngày 23 tháng 05 năm 2015 Sinh viên thực Huỳnh Thanh Hiệp iv LỜI CẢM ƠN Qua nhiều năm tháng em Thầy, Cô trường Đại học Cần Thơ nói chung Thầy, Cô Khoa Công Nghệ nói riêng tận tình bảo truyền đạt kiến thức chuyên môn, kiến thức chuyên ngành giúp em mở mang tri thức, bên cạnh giáo dục tư cách đạo đức kỹ sư Đây hành trang vô quý báo giúp em sống sau trường Một lần em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trường Đại học Cần Thơ Đặc biệt, người em xin chân thành cảm ơn đến TS Ngô Quang Hiếu tận tình, dẫn, giúp đỡ, hướng dẫn đưa lời khuyên hữu ích tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trang thiết bị sở vật chất để giúp em hoàn thành luận văn Cảm ơn thầy cố vấn học tập thầy Trần Nhựt Thanh, Võ Minh Trí, Nguyễn Chánh Nghiệm giảng dạy định hướng cho em suốt trình học tập Cảm ơn thầy Nguyễn Minh Luân, Phạm Trần Lam Hải, Nguyễn Văn Khanh thầy Bộ môn Tự Động Hóa, Bộ môn Kỹ thuật khí Bộ môn khác tận tình giúp đỡ em thời gian học tập trường Cảm ơn bạn Nguyễn Văn Tuấn Hải, Nguyễn Tuấn Kiệt, Nguyễn Thành Long, Lâm Chí Cường anh Nguyễn Thanh Phong bạn nhóm máy “Đếm tôm giống có suất 6000con/ giờ” bạn bè lớp kỹ thuật điện tử K37 động viên giúp đỡ em Sau cùng, em xin chân thành tri ân đến đấng xin thành thành viên gia đình tạo điều kiện giúp đỡ hỗ trợ mặt tinh thần tạo điều kiện tốt để em hoàn thành ước mơ học tập trường Đại học Cần Thơ Sinh viên thực đề tài Huỳnh Thanh Hiệp v MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ii NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN iii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix KÍ HIỆU VÀ VIẾT TĂT x TÓM TẮT ABSTRACT CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẮN ĐỀ 1.2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 1.3 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI .6 1.3.1 Mục tiêu đề tài 1.3.2 Phạm vi đề tài .7 1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT 1.5 CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .8 2.1.1 Mô hình hóa hệ khí nén 2.1.2 Bộ điều khiển PID mô hình tương đương vòng kín 15 2.1.3 Bộ điều khiển trượt (Sliding mode control, SMC) 16 2.1.4 Bộ điều khiển trượt SMC kiểu PID .19 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 24 3.1 NỘI DUNG .24 3.1.1 Nhận dạng mô hình .24 3.1.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 26 3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .31 vi 3.2.1 Kết mô 31 3.2.2 Kết thực nghiệm .32 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 4.1 KẾT LUẬN 39 4.2 KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 PHỤ LỤC 1: NI myRIO-1900 44 PHỤ LUC 2: MẠCH TĂNG ÁP TĂNG DÒNG 47 PHỤ LỤC 3: XY LANH KHÍ NÉN 48 PHỤ LỤC 4: CẢM BIẾN VỊ TRÍ 49 PHỤ LỤC 5: VAN 50 vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống làm việc Hình 2.2: Sơ đồ van cửa vị trí FESTO Hình 2.3: Giản đồ lưu lượng theo điện áp van FESTO Hình 2.4: Sơ đồ khối vòng điều khiển PID .15 Hình 2.5: Đồ thị hàm 𝒔𝒊𝒈𝒏(𝒙), 𝒔𝒂𝒕(𝒙), 𝒕𝒂𝒏𝒉(𝒙) 18 Hình 2.6: Hiện tượng dao động quanh mặt trượt 18 Hình 2.7: Bộ điều khiển SMC-PID 22 Hình 3.1: Code LabVIEW xác định tín hiệu vào 24 Hình 3.2: Tín hiệu vào hệ thống .25 Hình 3.3: Hộp công cụ nhận dạng hệ thống Matlab 25 Hình 3.4: Tỷ lệ phần trăm phù hợp với mô hình hàm truyền khác 26 Hình 3.5: Đáp ứng hệ thống chưa có hàm truyền .27 Hình 3.6: Mô hệ thống vòng kín hệ thống có PID 27 Hình 3.7: Công cụ tự dò tìm thông số PID Matlab 28 Hình 3.8: Đáp ứng hệ thống có điều khiển PID 29 Hình 3.9: Đồ thị PID đáp ứng có độ vọt lố lớn 31 Hình 3.10: Đáp ứng hệ thống với PID SMC-PID 32 Hình 3.11: Mô hình thí nghiệm hệ thống 33 Hình 3.12: Kết thực nghiệm đáp ứng PID 34 Hình 3.13: Code LabVIEW điều khiển xylanh khí nén 35 Hình 3.14: Kết thực nghiệm đáp ứng SMC-PID 36 Hình 3.15: Kết thực nghiệm vị trí khác SMC-PID .36 Hình 3.16: Đồ thị vị trí xy lanh hướng xuống dùng SMC-PID 37 Hình 3.17: Đồ thị so sánh PID, SMC-PID 37 Hình 3.18: Biểu đồ so sánh thông số SMC-PID vàPID 38 viii Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén Luật điều khiển SMC-PID Kết thực nghiệm cho thấy hàm đáp ứng tốt PID, thời gian đáp ứng tốt Thời gian xác lập nhanh sai số xác lập Đạt vị trí mong muốn đặt Được hiển thị Hình 3.14, Hình 3.15, Hình 3.16 DAP UNG VI TRI PID 160 SMC Reference 140 Position 120 100 80 60 40 100 200 300 400 500 Times(ms) 600 700 800 900 1000 Hình 3.14: Kết thực nghiệm đáp ứng SMC-PID DAP UNG VI TRI XY LANH SMC O VI TRI KHAC NHAU 130 PID References 120 110 Position 100 90 80 70 60 50 40 100 200 300 400 500 Times(ms) 600 700 800 900 1000 Hình 3.15: Kết thực nghiệm vị trí khác SMC-PID 36 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén DAP UNG VI TRI XY LANH DI XUONG 160 PID SMC-PID 150 140 Position 130 120 110 100 90 80 70 100 200 300 400 Times(ms) 500 600 700 800 Hình 3.16: Đồ thị vị trí xy lanh hướng xuống dùng SMC-PID So sánh giải thuật PID với SMC-PID DAP UNG VI TRI SMC-PID & PID 180 PID SMC-PID Reference 160 140 Position 120 100 80 60 40 100 200 300 400 500 Times(ms) 600 700 800 900 1000 Hình 3.17: Đồ thị so sánh PID, SMC-PID 37 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén 6.25 SMC-PID PID 2 1 0.001 0.3 Độ vọt lố(%) Thời gian độ(s) Thời gian lên(s) Sai số xác lập(%) Hình 3.18: Biểu đồ so sánh thông số SMC-PID vàPID Nhìn vào đồ thị kết thực tế nhận thấy luật điều khiển SMC-PID đạt kết mong muốn Không vọt lố thời gian đáp ứng nhanh Đạt hiệu xác lập cao PID 38 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, đề tài trình bày phương pháp đơn giản việc nhận dạng mô hình toán học hệ thống Giúp việc nhận dạng mô hình hệ phi tuyến cách dễ dàng cho việc tính toán thông số hệ thống Bộ điều khiển sử dụng điều khiển tính toán từ hàm truyền có phần trăm cao Trong điều khiển vị trí, muốn đáp ứng nhanh không vọt lố Đề tài sử dụng phương pháp điều khiển trượt kiểu vi tích phân tỉ lệ (SMC-PID) Phương pháp tận dụng ưu điểm trượt với điều khiển vi tích phân tỉ lệ Phương pháp nâng cao tính bền vững hệ thống chống lại ma sát piston, giản nở không khí Cụ thể phương pháp làm hạ bậc SMC để triệt tiêu độ vọt lố PID Trong đề tài sử dụng kit NI myRIO-1900 sử phần mềm LabVIEW™ để điều khiển hệ thống Tuy nhiên, nhiễu từ thiết bị giao tiếp với computer dẫn đến trình thu thập liệu điều khiển chưa hoàn toàn xác mong muốn Kết mô LabVIEW™ chứng minh rằng: với giải thuật đáp ứng xy lanh bám theo tín hiệu mong muốn độ vọt lố, sai số xác lập không đáng kể 1% Trong đề tài trình bày điều khiển PID điều khiển trượt kiểu PID 4.2 KIẾN NGHỊ Để tối ưu sử dụng điều khiển trượt với hàm trượt PID tham số trượt biên độ luật điều khiển trượt phải ước lượng trực tuyến logic mờ Cũng thay hàm chặn 𝑠𝑖𝑔𝑛(𝑥) hàm 𝑡𝑎𝑛ℎ(𝑥) Với cách làm giúp điều khiển thích nghi với đối tượng Với thành công đề mở hướng giúp điều khiển hệ thống phi tuyến tốt 39 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Alexander Hildbrandt, R𝒖̈ diger Neumann, and Oliver Sawodny Optimal System Design of SISO- Servopneumatic Positioning Drivers IEEE transaxtions on control systems technology, January 2010 [2] Andrighetto Pedro Luís, Valdiero Antonio Carlos, Vincensi César Nowaczyk Experimental comparisons of the control solutions f or pneumatic servo actuators ABCM Symposium Series in Mechatronics, 1: 399-408 2004 [3] Arun K Paul, J K Mishra, and M G Radke Reduced Order sliding Mode Control for Pneumatic Actuator IEEE Transaction on control systems technology, September 1994 [4] Besharati Rad, A.; Lo, W L.; Tsang, K M Self-tuning PID controller using NewtonRaphson search method IEEE Transactions on Industrial Electronics, 44(5), 717-725 1997 [5] Budiyono Agus, Kartidjo Muljowidodo and Sugama Agus Coefficient diagram method for the control of an unmanned underwater vehicle Indian Journal of Marine Sciences, 38 (3): 316 – 323 2009 [6] Bùi Duy Thái Ứng dụng điều khiển thích nghi mặt trượt Chương Luận văn thạc sĩ Đại học Đà Nẵng, Đà Nẵng, 2011 [7] Cominos, P.; Munro, N PID controllers: recent tuning methods and design to specification IEE Proceeding of Control Theory and Applications, 149, 4653, 2002 [8] Dương Văn Hương Nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển nâng cao chất lượng điều khiển chuyển động Luận văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật, Đại học Thái Nguyên, 2009 [9] FESTO® Proportional directional control valves MPYE [10] Gaing, Z.-L A particle swarm optimization approach for optimum design of PID controller in AVR system IEEE Transaction on Energy Conversion, 19(2), 384-391, 2004 [11] Gyeviki János, Sárosi József, Endrődy Tamás, Forgács Endre, Tomán Péter LabVIEW based position control for a pneumatic cylinder Annals of Faculty Engineering Hunedoara – International Journal of Engineering 8(1): 25-32 2010 40 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén [12] Hamamci S E and Tan N Design of PI controllers for achieving time and frequency domain specifications simultaneously ISA Transactions, 45(4): 529–543.2006 [13] Hazem I Ali, Samsul Bahari Mohd Noor, S M Bashi, Mohammad Hamirce Marhaban Robust Controller Design For Positioning A pneumatic Servo Actuator Department of Electrical and Electrical Engineering, Faculty of Engineering University Putra Malaysia, Malaysia, 2009 [14] Huỳnh Thái Hoàng Giáo trình Lý thuyết điều khiển nâng cao Đại học Bách khoa TP.HCM, 2014 [15] Huỳnh Thái Hoàng Giáo trình Lý thuyết điều khiển tự động Đại học Bách Khoa TP HCM, 2014 [16] J G Ziegler and N B Nichols, "Optimum setting for automatic controllers," ASME Transactions, vol 64, 759-768, (1942) [17] J.Wang, D.J.D Wang, P.R.Moore and J Pu Modelling study, analysis robust servocontrol of pneumatic cylinder actuator systems IEE Proc- Control theory appl, January 2001 [18] K Kazerooni Design and Analysis of Pneumatic Force Generators for Mobile Robotic Systems IEE/ASME transactions on mechatronic, 2005 [19] Karimi, A.; Garcia, D.; Longchamp, R PID controller tuning using Bode's integrals IEEE Transactions on Control Systems Technology, 11(6), 812821, 2003 [20] Lê Thị Thanh Nga Nhận dạng tham số mô hình hộp xám phi tuyến Đại học Đông Á, 2014 [21] Majed (Marv) Hamdan, Dr Zhiqiang Gao A Novel PID Controller for Pneumatic Proportional Valves with Hysteresis Honeywell, Bendix Commercial Vehicle Systems and Dept of Electrical Engineering, Cleveland State University [22] Michael Brian Thomas, M.S Advanced servo control of a pneumatic actuator Presented in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in the Graduate School of The Ohio State University.2003 [23] Nguyễn Chí Ngôn, Nguyễn Hoàng Dũng Giáo trình lý thuyết điều khiển tự động Đại học Cần Thơ, 2012 [24] Nguyễn Chí Ngôn, Phạm Thanh Tùng, Dương Hoài Nghĩa Điều khiển trượt mạng NORON hệ vật nặng từ trường.Tạp chí khoa học cong nghệ, Đại học Đà Nẵng, 2011 [25] Nguyễn Đức Minh Điều khiển trượt thích nghi hệ thống phi tuyến Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, 2012 41 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén [26] Nguyễn Hoàng Dũng Điều khiển trượt dựa hàm trượt kiểu PID Trường Đại học Cần Thơ, Cần Thơ, 2012 [27] Nguyễn Tùng Lâm, Nguyễn Văn Liên Một thuật toán hiệu để điều khiển hệ thống khí nén Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, 2009 [28] Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp điện tử “Thiết kế điều khiển vị trí xylanh khí nén”, 2013 [29] R E Bishop, C C Wilson Dynamic Control of Spring–driven Mechanisms IBM J RES DEVELOP, May 1972.in AVR system IEEE Transaction on Energy Conversion, 19(2), 384-391, 2004 [30] Shao-Juan Yu, Xiang-Dong Qi, Ru-Cheng Han, Feng Pan Practical Design of an Iterative Learning-Sliding Mode Controller for Electro-Pneumatic Electron and Information engineering DEP, Taiyuan University of science and technologyTaiyuan ShanXi.China 030024, 2001 [31] Shen, J.-C Fuzzy neural networks for tuning PID controller for plants with underdamped responses IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 9(2), 333-342, 2001 [32] Surgenor B.W and Vaughan N.D Continuous sliding mode control of a pneumatic actuator Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 119:578-581.1997 [33] Tống Văn Cường Nghiên cứu, thiết kế, Chế tạo điều khiển dừng vị trí xác Xylanh khí hành trình đến 200MM trường hợp tải lớn Bộ công thương, Viện công ty máy động lực & máy nông nghiệp, viện công nghệ, 2008 [34] Trần Thanh Hùng, Ngô Quang Hiếu, Quang Hà Điều khiển vị trí với điều khiển trượt – PID Hội nghị toàn quốc lần thứ Cơ Điện tử - VCM – 2014.Trang 602-607 [35] Tran, Thanh Hung, Quang Ha, and Hung Nguyen Robust nonovershoot time responses using cascade sliding mode-PID control, 2007 [36] Visioli, A Tuning of PID controllers with fuzzy logic IEE Proceeding of Control Theory and Applications, 148(1), 1-8, Jan 2001 [37] Võ Như Tiến, Trần Trọng Kiệm Ứng dụng mạng NƠ RON điều khiển tốc độ động điện chiều Tạp chí khoa học công nghệ, Đại học Đà Nẵng, 2011 [38] Wang Jihong, Pu Junsheng, Moore Philip A practical control strategy for servo-pneumatic actuator systems Control Engineering Practice, 7: 14831488.1999 42 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén [39] Z, Lê Văn Mạnh Phạm Văn Vĩnh, Trần Tuấn Thành Điều khiển vịtrí động không đồng sửdụng biến tần vector điều khiển trượt Tập chí Đại Học Công Nghệ [40] Www.Ni.com Datasheet Truy cập ngày 16/05/2015 43 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén PHỤ LỤC 1: NI MYRIO-1900 NI myRIO-1900 phần mềm mẻ Việt Nam NI myRIO-1900 tảng lập trình nhúng National Instruments© phát hành NI myRIO-1900 tảng nhúng chạy độc lập mang tính cách mạng, tích hợp phần cứng/phần mềm cho phép người dùng thiết kế chế tạo hệ thống thực nhanh hết NI myRIO-1900 tích hợp chứa xử lý ARM lõi kép chip nhúng FPGA Xilinx hệ thống chip (System on a Chip) Được thiết kế từ ban đầu dành cho việc giảng dạy nghiên cứu kỹ thuật, sau ứng dụng vào doanh nghiệp sinh viên NI myRIO-1900 bao gồm sẵn đầu (I/Os), tích hợp từ WiFi lớp vỏ rắn Hình ảnh thực tế kit NI myRIO-1900 [40] 44 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén Sơ đồ vị trí cổng linh kiện kit [40] Sơ đồ gắn cổng kết nói vào kit [40] 45 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén Sơ đồ cổng chi tiết kết nối vào kit [40] Bảng thông số chi tiết kit myRIO THÔNG SỐ MÔ TẢ Vi điều khiển nhân ARM 667MHz,FPGA Điện áp hoạt động 6-16V Điện áp cấp 6-16V Số chân vào Kênh A 20 Kênh B 34 Kênh C 34 Flash Memory Bộ nhớ không thay đổi 256 MB RAM DDR3 512 MB Tần số xung nhịp 533 MHZ BUS liệu 16 bit FPGA Xilinx Z-7010 Radio mode IEEE 802.11 b,g,n Giải tần số ISM 2.4 GHz USB 2.0 hi-Speed Power Ouput 5V,3.3V,+15V,-15V PWM 100kHz 46 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén PHỤ LUC 2: MẠCH TĂNG ÁP TĂNG DÒNG NI myRIO-1900 thiết kế với chip ARM, FPGA phức tạp nên dòng xuất từ NI myRIO-1900 nhỏ tùy vào cổng tín hiệu xuất Ở đây, điện áp điều khiển van khí nén Analog 10V nên dùng cổng 10V có dòng 2mA Muốn điều khiển van khí nén cần có dòng lớn khoảng 200mA Chính cần thiết kế mạch nhân dòng để điều khiển van Bên cạnh mạch sai số thiết bị qua tải làm giảm điện áp nến mạch thiết kế biến trở để dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với thiết bị Sơ đồ mạch điện tăng áp, tăng dòng 47 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén PHỤ LỤC 3: XY LANH KHÍ NÉN Thiết bị truyền động xylanh khí nén trượt không trục tác động kép sản xuất từ hãng FESTO® Đức, hình dáng trình bày bên Hình ảnh thực tế xy lanh DGO-16-PPV-A-B Xy lanh khí nén được sử dụng đề tài loại xylanh trượt tuyến tính, có chiều dài hành trình 200mm Bảng đặc điểm kĩ thuật xy lanh khí nén `THÔNG SỐ MÔ TẢ KÝ HIỆU Loại Xylanh trượt tuyến tính DGO-16-PPV-A-B Đường kính piston ∅16 16 Bộ phận giảm chấn Điều chỉnh giảm chấn vị trí cuối PPV Cảm biến vị trí Nam châm A-B Định hướng Thanh dẫn - Tốc độ tối đa 3m/s Áp suất 1.7-7 bar - 90Nm - Lực tác dụng lý tưởng 6bar 48 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén PHỤ LỤC 4: CẢM BIẾN VỊ TRÍ Do khí nén dạng bất định nên việc điều khiển xy lanh khí nén thiết kế mạng vòng kính Vì thế, cần có tính hiệu trả để đọc vị trí xy lanh đưa xử lý trung tâm xử lý Hình ảnh thực tế cảm biến vị trí FESTO [9] Thiết bị hoạt động lực nguyên lý biến trở Thiết bị có chiều dài lớn xy lanh Bảng thông số cảm biến MLO THÔNG SỐ Loại Nguyên Lý đo Hành Trình Kiểu Kết nối chân MÔ TẢ Bộ mã chuyển tương tự Biến trở 450mm Biên dạng 1-Nguồn 10 VDC 2- Tín hiệu 3- 0V 4- PE, hình KÝ HIỆU MLO POT 450 TLF 49 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén PHỤ LỤC 5: VAN Van thiết bị để điều khiển vị trí xy lanh khí nén Van khí nén sử dụng van điều khiển định hướng tỷ lệ (MYPE) cổng vị trí Hình ảnh thực tế van tỷ lệ 5/3 [9] Van sử dụng hãng FESTO®, nguồn nuôi 24V, điện áp hoạt động 10V Van loại tuyến tính 0V-10V Tiêu chuẩn mở van 100% (mở cửa hoàn toàn) Các đặc tính kĩ thuật chi tiếc trình bày bảng bên THÔNG SỐ Loại Chức Kết nối khí nén Kích thước danh nghĩa Tỷ lệ lưu lượng chuẩn MÔ TẢ Van điều khiển tỷ lệ Van điều khiển năm ba vị trí Tín hiệu điện áp 0V-10V 4mm 350 l/min KÝ HIỆU MPYE 010 - Nguồn điện áp 24V DC Kết nối chân GND nguồn Uw/Iw giá trị đặt GND 50 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp [...]... nghiệp Nhận dạng mô hình và điều khiển vị trí xy lanh khí nén TÓM TẮT Trong báo cáo này, tác giả tập trung nghiên cứu để giải quyết bài toán điều khiển vị trí cho xy lanh khí nén Hệ xy lanh khí nén bao gồm một xy lanh khí nén không trục và van điều khiển tuyến tính Do tính phi tuyến của hệ thống quá cao và không đủ các thiết bị đo lường cần thiết dùng để xác định thông số của mô hình nên phương pháp nhận. .. nên phương pháp nhận dạng mô hình toán học được sử dụng Hộp công cụ System Identification của Matlab® tiếp nhận giá trị đo lường ngõ vào và ngõ ra của hệ thống, xử lý và xấp xỉ mô hình toán bởi mô hình đề nghị Mô hình này được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển vị trí Bộ điều khiển vị trí đề xuất là sự kết hợp giữa bộ điều khiển PID và bộ điều khiển trượt (SMC) Thông số bộ điều khiển PID được tinh chỉnh... Integral Derivative, Xylanh Pneumatic 1 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình và điều khiển vị trí xy lanh khí nén CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẮN ĐỀ Lĩnh vực điều khiển tự động đã và đang được xây dựng và ngày càng phát triển hoàn thiện cao, song song bên cạnh đó các mô hình toán học và giải thuật điều khiển đã được áp ụng vào điều khiển Các giải thuật... và sai số mô hình hóa Tuy nhiên để thiết kế được bộ điều khiển trượt, cần phải biết mô hình của hệ thống hoặc ít nhất là biết mô hình gần đúng của hệ thống cần điều khiển Ý tưởng kết hợp điều khiển PID và SMC đã được phát triển trong [35] với bộ điều khiển PID nằm ở vòng trong và SMC ở vòng 5 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình và điều khiển vị trí xy. .. gian và thiết bị ứng dụng đã sử dụng lâu nên độ tin cậy chưa cao Vì thế đề tài chỉ dừng lại ở việc nhận dạng mô hình và ứng dụng thiết kế bộ điều khiển mới vào điều khiển vị trí xy lanh khí nén 1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT Đề tài được tiến hành bằng cách thu thập dữ liệu vào của xy lanh và nhận dữ liệu lại từ cảm biến vị trí Được hộp công cụ nhận dạng hệ thống (System Identification Toolbox) trong Matlab tìm mô. .. Nhận dạng mô hình và điều khiển vị trí xy lanh khí nén 2.1.4 Bộ điều khiển trượt SMC kiểu PID Giới thiệu Với sự mở rộng của kỹ thuật điều khiển trong nhiều lĩnh vực khác nhau, việc thiết kế điều khiển đơn giản và đáng tin cậy là thực sự cần thiết Điều khiển cổ điển đáp ứng tốt cho bài toán thiết kế điều khiển thông thường nhưng các đối tượng phức tạp hơn thì khó có thể đáp ứng đúng yêu cầu Điều khiển. .. hỏi mô hình tương đối chính xác.Trong quá trình thiết kế nhận thấy giải thuật SMC cũng có cũng tồn tại 2 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình và điều khiển vị trí xy lanh khí nén hiện tượng rung chattering, để khắc phục điều đó đề tài dùng điều khiển trượt dạng PID kinh điển 1.2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU Hiện nay, kỹ thuật khí nén phát triển, việc điều khiển. .. mô hình và điều khiển vị trí xy lanh khí nén ngoài Chứng minh điều khiển trượt kiểu PID có tính ưu việt hơn trong việc điều khiển vị trí Tình hình trong nước, một số trường đại học cao đẳng ở trong nước đã bắt đầu tìm hiểu và nghiên cứu nhiều về mô hình hóa điều khiển vị trí xy lanh khí nén Điển hình trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Bách khoa Tp Hồ Chí Minh là các đơn vị hàng đầu trong các bài báo nghiên... Hà với đề tài Điều khiển vị trí với bộ điều khiển trượt – PID” [34] Nhìn chung, các đề tài trong nước còn khá ít và trong trường Đại học Cần Thơ cũng rất ít Có cũng chỉ ứng dụng vào robot còn ít ứng dụng về vị trí xy lanh khí nén Từ kết quả của những nghiên cứu trước cho thấy khả năng điều khiển vị trí của hệ thống khí nén bằng nhiều bộ điều khiển khác nhau cả phi tuyến lẫn tuyến tính và ứng dụng của... như điều khiển mờ và 4 GVHD: Ts Ngô Quang Hiếu SVTH: Huỳnh Thanh Hiệp Luận văn tốt nghiệp Nhận dạng mô hình và điều khiển vị trí xy lanh khí nén điều khiển dùng mạng noron được trình bày trong [24-37] Tuy nhiên hàm chặn dùng cho thiết kế thành phần bền vũng là các giá trị hằng được chọn trước, vì vậy chất lượng điều khiển vẫn phụ thuộc vào việc lựa chọn các giá trị hằng khi thiết kế thành phần điều khiển ... lực Khí nén trang bị thí nghiệm điều khiển vị trí xy lanh khí nén Với mục tiêu nhận dạng mô hình, thiết kế điều khiển bền vững xác cho mô hình thực tế, đề tài Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí. .. nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén TÓM TẮT Trong báo cáo này, tác giả tập trung nghiên cứu để giải toán điều khiển vị trí cho xy lanh khí nén Hệ xy lanh khí nén bao gồm xy lanh. .. tốt nghiệp Nhận dạng mô hình điều khiển vị trí xy lanh khí nén Xy lanh khí nén Nguồn 24V Cảm biến vị trí Kit MyRIO Mạch tăng áp, tăng dòng Van 5/3 Máy tính điều khiển Hình 3.11: Mô hình thí nghiệm