Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PID mờ trong điều khiển vị trí hệ thống quan trắc môi trường từ xa bằng quang phổ hồng ngoại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẶNG QUỐC HƯNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA BẰNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 60520216 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng – Năm 2017 Công trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOÀN QUANG VINH Phản biện 1: TS Nguyễn Quốc Định Phản biện 2: TS Nguyễn Hoàng Mai Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa, họp Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 03 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng MỤC LỤC MỞ ĐẦU………… 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA BẰNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ XA 1.2 NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA 1.2.1 Tình hình nghiên cứu 1.2.2 Cấu trúc hệ thống quan trắc từ xa 1.2.3 Các sản phẩm thương mại 1.3 NGHIÊN CỨU CỦA VIỆN VIELINA VỀ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA 1.3.1 Tình hình nghiên cứu 1.3.2 Cấu trúc hệ thống 1.3.3 Mô tả hệ thống 1.3.4 Chức hệ thống 1.3.5 Ứng dụng hệ thống 1.4 VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG THIẾT KẾ CƠ CẤU QUAY QUÉT MỞ ĐẦU CHƯƠNG 2.1 NHU CẦU ĐẶT RA VÀ GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT 2.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Cấu tạo 2.2.3 Nguyên lý làm việc 2.2.4 Điều khiển động bước thông dụng 2.3 THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 2.3.1 Thiết kế tổng thể phần cứng 2.3.2 Lựa chọn thiết bị 2.3.3 Thiết kế mạch điều khiển 2.4 GÁ LẮP, KẾT NỐI THIẾT BỊ 2.4.1 Cài đặt ghép nối 2.4.2 Lắp ráp tổng thể 2.5 XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN 2.5.1 Tính toán góc bước 2.5.2 Lưu đồ thuật toán 2.5.3 Phần mềm điều khiển 10 2.6 MỘT VÀI NHẬN XÉT KHI QUAN SÁT THỰC NGHIỆM 10 KẾT LUẬN CHƯƠNG 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÒNG KÍN CHO ĐỘNG CƠ BƯỚC 11 MỞ ĐẦU CHƯƠNG 11 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11 3.2 MÔ HÌNH HÓA HỆ ĐIỀU KHIỂN 12 3.2.1 Mô hình toán học 12 3.2.2 Phương pháp biến đổi mô hình 13 3.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ 14 3.3.1 Bộ điều khiển PID thông thường 14 3.3.2 Bộ điều khiển PID mờ 14 3.4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN 15 3.5 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRONG SIMULINK/MATLAB VÀ ĐÁNH GIÁ 15 3.5.1 Tham số vật lý mô 15 3.5.2 Mô hệ thống điều khiển vòng hở 16 3.5.3 Mô hệ thống điều khiển vòng kín 16 3.5.4 Khả ứng dụng hệ thống vào thực tiễn 16 KẾT LUẬN CHƯƠNG 20 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 21 KẾT LUẬN 21 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Gần nhà khoa học phát triển hệ thống đo xa phương pháp phân tích phổ hồng ngoại với quang phổ kế biến đổi Fourier hồng ngoại FTIRS (Fourier Transform Infrared Spectrometer) sử dụng điều kiện trời, cho phép phát xác định thành phần khí độc hại đám mây khí ô nhiễm Tuy nhiên thiết kế ban đầu hệ thống quan trắc môi trường từ xa sử dụng cấu quay quét điều khiển tay quay 4-53220-6 đặt chân đế Tripod hãng Quickset Vì điều chỉnh thủ công tay quay nên khó dừng lại vị trí mong muốn cần tác động nhẹ tạo sai lệch lớn, thiết bị quan trắc lại đòi hỏi xác cao độ Thêm vào với số lượng điểm cố định đề vùng giám sát thời gian thao tác tay quay lần quét hết vùng giám sát khác nhau, làm cho hệ thống không đạt yêu cầu tính ổn định mặt thời gian thao tác Giải pháp đề xuất thay tay quay động bước truyền động, đồng thời nghiên cứu ứng dụng điều khiển PID mờ để điều khiển cấu quay quét sử dụng động bước Xuất phát từ lý mà tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng điều khiển PID mờ điều khiển vị trí hệ thống quan trắc môi trường từ xa quang phổ hồng ngoại” làm đề tài nghiên cứu thực MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thiết kế cấu điều khiển thiết bị hai bậc tự (cả góc phương vị góc ngẩng) nhằm hướng xác hệ thống VISRAM đến vị trí quan trắc khí thải đề với yêu cầu: - Cơ cấu quay điều khiển phần mềm - Thời gian đáp ứng phải đủ nhanh để thực quét hết vùng giám sát - Bước dịch chuyển quay quét phải đạt độ xác cao Nghiên cứu phương pháp điều khiển vòng kín cho động bước ứng dụng điều khiển PID mờ vào điều khiển định vị xác hệ thống quan trắc ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: cấu quay quét hai bậc tự cho hệ thống VISRAM động bước Phạm vi nghiên cứu: - Việc điều hướng thiết bị giới hạn hai bậc tự (góc ngẩng góc phương vị), bậc tự điều khiển cách độc lập - Nghiên cứu quay quét hệ thống quang phổ kế hồng ngoại chân đế Tripod với cấu quay tay 4-53220-6 hãng Quickset PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Khảo sát thu thập thông tin từ thực tế - Phân tích tổng hợp thông tin - Phân tích thiết kế hệ thống - Phân tích thi công phần cứng - Phân tích xây dựng phần mềm - Mô kiểm nghiệm kết nghiên cứu - Kiểm thử, hiệu chỉnh hoàn thiện hệ thống Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý NGHĨA KHOA HỌC: - Mô hình hóa hệ điều khiển sử dụng động bước, nêu làm rõ nhược điểm điều khiển động bước vòng hở - Đề xuất kỹ thuật chuyển đổi vấn đề điều khiển mô hình phi tuyến động bước hệ quy chiếu pha thành vấn đề điều khiển tuyến tính hệ quy chiếu dòng điện - Nghiên cứu, thiết kế điều khiển PID mờ cho động bước thể ưu điểm so với điều khiển PID thông thường Ý NGHĨA THỰC TIỄN: - Vấn đề điều khiển vị trí hệ thống quan trắc môi trường từ xa đòi hỏi độ xác cao thời gian đáp ứng đủ nhanh, luận văn nhằm góp phần nâng cao độ xác định vị rút ngắn thời gian đáp ứng, đồng thời giảm nhân lực vận hành thiết bị - Cải tiến cấu quay quét 4-53220-6, thay tay quay động bước truyền động, tích hợp vào hệ thống quan trắc mẫu VISRAM giúp hệ thống đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đề ban đầu vấn đề điều khiển vị trí Sản phẩm đề tài có khả thương mại hóa với hãng Quickset CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Luận văn chia làm chương: - Chương 1- Quan trắc môi trường từ xa quang phổ hồng ngoại: Giới thiệu hệ thống quan trắc môi trường từ xa quang phổ kế biến đổi Fourier hồng ngoại Đặt toán việc điều khiển vị trí quan trắc cho hệ thống - Chương - Thiết kế cấu quay quét: Trình bày việc cải tiến lại cấu quay quét tay quay 4-53220-6 hệ thống VISRAM cách thay tay quay định hướng PAN-TILT động bước truyền động Đưa số nhận xét quan sát thực nghiệm - Chương - Thiết kế điều khiển vòng kín cho động bước: Tiến hành mô hình hóa hệ điều khiển mô hệ thống điều khiển vòng hở cho động bước Bộ điều khiển PID mờ cho động bước tiến hành nghiên cứu, thiết kế so sánh với điều khiển PID thông thường Phần cuối kết luận hướng phát triển đề tài CHƯƠNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA BẰNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI MỞ ĐẦU CHƯƠNG Chương trình bày tổng quan việc đánh giá ô nhiễm không khí từ xa giới thiệu hệ thống quan trắc môi trường từ xa quang phổ kế biến đổi Fourier hồng ngoại nước Đồng thời đặt toán việc điều khiển vị trí quan trắc cho hệ thống 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ TỪ XA Phương pháp đo xa sử dụng quang phổ kế biến đổi Fourier hồng ngoại để phát xác định từ xa đám mây khí ô nhiễm 1.2 NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VỀ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA 1.2.1 Tình hình nghiên cứu 1.2.2 Cấu trúc hệ thống quan trắc từ xa 1.2.3 Các sản phẩm thương mại Đa số hệ thống thương mại có giá cao 1.3 NGHIÊN CỨU CỦA VIỆN VIELINA VỀ QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA 1.3.1 Tình hình nghiên cứu Nhóm nghiên cứu Viện VIELINA – Bộ Công Thương tiến hành đề xuất thực đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống phát giám sát loại khí độc hại thải môi trường phương pháp phân tích phổ hồng ngoại” tạo hệ thống VISRAM (Vietnam System for Remote Atmospheric Monitoring - Hệ thống quan trắc môi trường không khí từ xa Việt Nam) 1.3.2 Cấu trúc hệ thống 1.3.3 Mô tả hệ thống 1.3.4 Chức hệ thống 1.3.5 Ứng dụng hệ thống 1.4 VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ THỐNG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỪ XA Đối với hệ thống quan trắc môi trường từ xa vấn đề điều khiển vị trí hướng thiết bị đến xác đối tượng cần quan trắc điều kiện tiên quyết, định đến kết phép đo Tuy nhiên theo thiết kế ban đầu hầu hết hệ thống này, quang phổ kế đặt chân đế Tripod hãng Quickset điều khiển thông qua cấu quay quét tay quay 4-53220-6 Luận văn hướng đến việc cải tiến lại cấu quay quét với giải pháp đề xuất thay tay quay định hướng PAN-TILT động bước truyền động Tuy nhiên cấu quay quét sau thiết kế đưa vào thực nghiệm số nhược điểm hoạt động chế độ vòng hở Do đó, vấn đề nghiên cứu kỹ thuật điều khiển động bước dạng vòng kín ứng dụng lý thuyết mờ để xác định hiệu chỉnh tham số điều khiển PID 10 2.5.3 Phần mềm điều khiển Module phần mềm điều khiển cấu quay quét viết C#, có chức điều khiển độc lập vị trí máy quang phổ theo phương khác nhau: Góc ngẩng (TILT): up (lên) – down (xuống) Góc phương vị (PAN): left (trái) – right (phải) Thời gian thao tác dịch chuyển hai vị trí cải thiện cách tăng góc quay bước tương ứng với số xung nhập vào ô nhập liệu Quá trình điều khiển thiết bị hiển thị hình giám sát nhờ camera quan sát gắn vào hệ thống VISRAM 2.6 MỘT VÀI NHẬN XÉT KHI QUAN SÁT THỰC NGHIỆM Kết đạt cấu quay quét cải tiến: - Có thể điều chỉnh góc ngẩng 60 độ góc phương vị 360 độ (theo giới hạn thực tế cấu quay quét thiết bị) - Có khả đạt độ xác cao 0,006 độ/bước (  0,1 mrad) theo tính toán thiết kế đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đề ban đầu (góc lấy mẫu 0,3-0,5 mrad) hệ thống VISRAM - Cải thiện đáng kể thời gian thao tác nhân lực vận hành thiết bị Tuy nhiên, số vấn đề sau nhận thấy suốt trình thực nghiệm: - Có độ điều chỉnh cao xuất dao động trình chuyển động Biên độ dao động lớn hệ thống điều khiển chế độ toàn bước - Động bước bị bước tần số kích xung lớn - Thời gian xác lập lớn tăng dần góc quay mong muốn lớn Những điều nằm số nguyên nhân làm giảm 11 độ xác việc phân tích phổ gia tăng thời gian xử lý tín hiệu, làm giảm độ tin cậy kết đo phương pháp quan trắc Vì vậy, tác giả luận văn tiến hành nghiên cứu kỹ thuật điều khiển động bước dạng vòng kín nhằm khắc phục nhược điểm nêu KẾT LUẬN CHƯƠNG Nhờ có cấu quay quét cải tiến, hệ thống VISRAM đáp ứng yêu cầu kỹ thuật góc lấy mẫu, nâng cao độ xác vị trí quan trắc, cải thiện đáng kể thời gian thao tác nhân lực vận hành thiết bị Tuy nhiên thực nghiệm nảy sinh số vấn đề loại động bước lai pha sử dụng, có độ điều chỉnh cao, xuất dao động với biên độ nhỏ trình chuyển động, bị bước tần số kích xung lớn hay thời gian xác lập lớn Vì vậy, cần nghiên cứu kỹ thuật điều khiển động bước dạng vòng kín nhằm khắc phục nhược điểm nêu CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÒNG KÍN CHO ĐỘNG CƠ BƯỚC MỞ ĐẦU CHƯƠNG Tiến hành mô hình hóa hệ điều khiển thực mô hệ thống điều khiển vòng hở cho động bước để làm rõ nhược điểm nêu chương Đồng thời đề xuất điều khiển PID mờ cho động bước vòng kín, so sánh làm bật tính ưu việc so với điều khiển PID thông thường 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Đề xuất kỹ thuật điều khiển cho phép động bước định 12 vị xác góc quay mong muốn Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển động bước dạng vòng kín nhằm giảm độ điều chỉnh dao động chuyển tiếp thời gian xác lập 3.2 MÔ HÌNH HÓA HỆ ĐIỀU KHIỂN 3.2.1 Mô hình toán học Đối tượng điều khiển hệ thống động bước toàn thiết bị liên kết với trục động thông qua cấu truyền động Áp dụng định luật Kirchhoff, định luật II Newton, thực phép biến đổi toán học, mô hình toán học đối tượng điều khiển biểu diễn hệ quy chiếu pha (a, b) sau: - Phương trình điện: L dia  va  Ria  K m  sin  N   ; dt L dib  vb  Rib  K m  cos  N   (3.1) dt - Phương trình cơ: d  ; dt J eq d   K mia sin  N    K m ib cos  N    K v  dt (3.2) Hình 3.1 Mô hình hóa đối tượng điều khiển hệ quy chiếu (a, b) Đây hệ thống phi tuyến với hai đầu vào điều khiển va , vb đầu biến trạng thái ia , ib ,  ,  Việc phát triển luật điều khiển trực tiếp hệ quy chiếu pha (a, b) cho hệ thống phi tuyến 13 đa đầu vào - đa đầu (MIMO) dễ dàng 3.2.2 Phương pháp biến đổi mô hình Ý tưởng chủ đạo sử dụng phép biến đổi Park chuyển đổi mô hình đối tượng điều khiển hệ quy chiếu pha (a, b) sang hệ quy chiếu dòng điện (d, q) đơn giản hóa vấn đề  did R R   id  N  iq  vd   id   NL iq  vd   dt L L L L (3.3)   diq Km R R   iq  N  id    vq   iq    NL id  K m  vq   L L L L L  dt d K m Kv  d  iq    dt   ; dt J eq J eq  Sử dụng kỹ thuật tuyến tính hóa xác: v lin d  NL iq  v d ; v qlin   NL id  K m   v q (3.4) Các biểu thức sử dụng để bù đại lượng phi tuyến: (3.5) v dcom  NL iq ; v qcom   N L id  K m  Mô hình đối tượng điều khiển đơn giản hóa: diq did K R R d d Km   id  v dlin ;   iq  v qlin ;  ;  iq  v  dt L L dt L L dt dt J eq J eq (3.6) Hình 3.2 Mô hình hóa đối tượng điều khiển hệ quy chiếu (d, q) Đây hệ thống tuyến tính với hai đầu vào điều khiển vdlin , vqlin 14 đầu biến trạng thái id , iq ,  ,  Các điều khiển cho hệ thống hệ thống điện thiết kế cách độc lập hệ quy chiếu dòng điện (d, q) Sau đó, tác giả sử dụng phép biến đổi Park ngược để suy luật điều khiển hệ quy chiếu pha (a, b) Hình 3.3 Mô hình bù phi tuyến 3.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Hình 3.4 Cấu trúc điều khiển cho hệ thống nghiên cứu 3.3.1 Bộ điều khiển PID thông thường Hình 3.5 Cấu trúc điều khiển PID thông thường 3.3.2 Bộ điều khiển PID mờ Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển PID mờ 15 Đồng hóa đại lượng tương đương điều khiển PID mờ đề xuất điều khiển PID thông thường: K p  GCE.GCU  GU.GE; Ki  GCU.GE; Kd  GU.GCE (3.7) Do đó, suy giá trị hệ số điều khiển PID mờ từ tham số điều khiển PID thông thường: GCE  GE Kp  K p2  4.K i K d K i ; GCU  Ki Kd ; GU  GE GCE (3.8) 3.4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN Hình 3.7 Cấu trúc điều khiển cho hệ thống điện nghiên cứu Hệ thống điện điều khiển hệ thống bậc 1, điều khiển C i  s  thiết kế phải đảm bảo đáp ứng đủ nhanh nhiều so với đáp ứng hệ thống cơ, có thời gian xác lập nhỏ, độ điều chỉnh có sai lệch tĩnh Đối với vòng lặp điều khiển cho hệ thống điện, điều khiển PI lựa chọn, tham số tính toán thông qua phương pháp nêu phần 3.3.1 3.5 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRONG SIMULINK/MATLAB VÀ ĐÁNH GIÁ 3.5.1 Tham số vật lý mô Động bước lai hai pha VEXTA C014S-9212K : 16 R  1,8 ; L  2,5 mH; Km  0,113 NmA-1 ; Kv  104 kgm2s-1 ; J m   107 kgm2 ; Jl   103 kgm2 ; N  50 3.5.2 Mô hệ thống điều khiển vòng hở Hình 3.8 Mô hình hệ thống điều khiển vòng hở 3.5.3 Mô hệ thống điều khiển vòng kín a Mô hệ thống Hình 3.9 Cấu trúc điều khiển PID thông thường 17 Hình 3.10 Sơ đồ mô cho hệ thống nghiên cứu Thông qua nghiên cứu mô Simulink/Matlab, tham số điều khiển PID: K p  25; Ki  100; Kd  1,5 Theo công thức 3.27, tính tham số điều khiển PID mờ: GE  10; GCE  1; GU  1,5; GCU  10 Hình 3.11 Đáp ứng bước điều khiển PID thông thường Hình 3.12 Cấu trúc điều khiển PID mờ 18 CE Bảng 3.1 Định nghĩa quy luật mờ điều khiển PID mờ E Negative Zero Positive Negative Large Negative Zero Positive Small Negative Zero Small Negative Zero Small Positive Zero Small Positive Large Positive b Mô hệ thống điện Hình 3.13 Sơ đồ mô cho hệ thống điện nghiên cứu Hình 3.14 Cấu trúc điều khiển PI Các tham số điều khiển PI: K p  1,8; Ki  400 Hình 3.15 Đáp ứng bước điều khiển dòng điện PI 19 Thời gian xác lập nhanh, sau 0,05 giây, nhỏ so với yêu cầu đặt 0,1 giây, với sai lệch tĩnh độ điều chỉnh c Mô toàn hệ thống Hình 3.16 Mô hình toàn hệ thống điều khiển Hình 3.17 Đáp ứng vị trí hệ thống góc quay mong muốn 30 độ Bảng 3.2 So sánh tiêu thiết kế Bộ điều khiển Chỉ tiêu đánh giá Khả định vị Dao động chuyển tiếp Điều khiển vòng hở, chế độ toàn bước PID thông thường PID mờ Góc quay Chính xác số nguyên lần 1,8 độ Chính xác Có Không Không 20 Độ điều Có chỉnh Lâu, Thời gian sau giây xác lập Có Không Nhanh, sau 0,8 giây Rất nhanh, sau 0,3 giây Hình 3.18 Đáp ứng điều khiển PID mờ số moment quán tính khác tải Trong trường hợp xấu tải 1,5Jl, đáp ứng hệ thống tốt với độ điều chỉnh 2,63% nhỏ so với tiêu đặt 5% đạt đến trạng thái xác lập nhanh sau 0,6 giây 3.5.4 Khả ứng dụng hệ thống vào thực tế Việc nghiên cứu thiết kế điều khiển PID mờ cho động bước nhằm thể ưu điểm so với điều khiển PID thông thường, dừng lại mô Vì cần phải tiến hành thử nghiệm nghiên cứu với điều kiện khác thực nghiệm để hiệu chỉnh dần ngày hoàn thiện điều khiển PID mờ tối ưu cho động bước KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày kỹ thuật biến đổi mô hình hệ điều khiển kết hợp sử dụng phép biến đổi Park kỹ thuật tuyến tính 21 hóa xác cho phép chuyển đổi vấn đề điều khiển mô hình phi tuyến động bước hệ quy chiếu pha thành vấn đề điều khiển tuyến tính hệ quy chiếu dòng điện Kết mô làm rõ nhược điểm phát sinh thực nghiệm nêu phần 2.6, đồng thời xác nhận việc lựa chọn mô hình toán học đối tượng điều khiển để nghiên cứu đắn Bộ điều khiển PID mờ cho động bước tiến hành nghiên cứu, thiết kế so sánh với điều khiển PID thông thường Kết mô chứng tỏ: giá trị tương đương tham số điều khiển, điều khiển PID mờ thiết kế cho phép hệ thống đạt đến trạng thái xác lập sớm có độ điều chỉnh nhỏ so với điều khiển PID thông thường KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Tóm lại, thông qua đề tài “Nghiên cứu ứng dụng điều khiển PID mờ điều khiển vị trí hệ thống quan trắc môi trường từ xa quang phổ hồng ngoại”, tác giả thực việc tìm hiểu: - Tình hình nghiên cứu, ứng dụng hệ thống quan trắc môi trường từ xa quang phổ kế hồng ngoại giới nước - Lý thuyết hệ điều khiển, động bước, điều khiển PID, logic mờ điều khiển PID mờ Dựa lý thuyết tìm hiểu nhu cầu thực tiễn đặt việc điều khiển vị trí hệ thống VISRAM (sản phẩm đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước mã số 04/HĐ-ĐT.04.14/CNMT Viện VIELINA), tác giả luận văn đề xuất giải pháp nhằm khắc phục nhược điểm việc định vị hệ thống VISRAM 22 đạt số kết có ý nghĩa quan trọng sau: - Ý nghĩa thực tiễn:  Thiết kế thành công cấu quay quét sử dụng động bước cấu truyền động để thay cho điều khiển tay quay 4-53220-6 đặt chân đế Tripod hãng Quickset  Hệ thống thiết kế điều chỉnh góc ngẩng 60 độ góc phương vị 360 độ (theo giới hạn thực tế cấu quay quét thiết bị)  Có khả đạt độ xác cao 0,006 độ/1bước (  0,1 mrad) theo tính toán thiết kế, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đề ban đầu (góc lấy mẫu 0,3-0,5 mrad) hệ thống VISRAM  Cải thiện đáng kể thời gian thao tác nhân lực vận hành thiết bị - Ý nghĩa khoa học:  Đề xuất giải pháp điều khiển vòng kín cho phép động bước định vị xác góc quay mong muốn bất kỳ, giảm độ điều chỉnh dao động chuyển tiếp thời gian xác lập Từ góp phần làm giảm thời gian xử lý tín hiệu, nâng cao tính xác việc phân tích phổ độ tin cậy kết chẩn đoán phương pháp quan trắc từ xa  Trình bày kỹ thuật biến đổi mô hình sử dụng kết hợp phép biến đổi Park kỹ thuật tuyến tính hóa xác cho phép chuyển đổi vấn đề điều khiển mô hình phi tuyến động bước hệ quy chiếu pha thành vấn đề điều khiển tuyến tính hệ quy chiếu dòng điện Đặc 23 biệt, kỹ thuật cho phép đạt hệ thống điện với hai phương trình điện hoàn toàn độc lập với liên quan đến phương trình thông qua đại lượng cường độ dòng điện Từ đó, cho phép tác giả đề xuất ý tưởng thiết kế điều khiển cho hệ thống điện cách độc lập  Tiến hành nghiên cứu, thiết kế điều khiển PID mờ cho động bước so sánh với điều khiển PID thông thường Trình bày cấu trúc có tính khả thi cao ứng dụng thực tiễn, mối quan hệ toán học tham số điều khiển PID mờ đề xuất điều khiển PID thông thường Kết mô môi trường Simulink/Matlab chứng tỏ điều khiển PID mờ thiết kế cho phép hệ thống đạt đến trạng thái xác lập sớm có độ điều chỉnh nhỏ so với điều khiển PID thông thường giá trị tương đương tham số điều khiển HƯỚNG PHÁT TRIỂN Luận văn tiến hành nghiên cứu song song kết hợp với đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước mã số 04/HĐ-ĐT.04.14/CNMT Viện VIELINA, sản phẩm sau nghiên cứu phát triển đăng ký kiểu dáng công nghiệp mã số 3-2016-01246, cục SHTT với tên gọi “Cơ cấu điều khiển quay”, có tính khả thi thương mại hóa với hãng Quickset Trong luận văn này, việc nghiên cứu thiết kế điều khiển PID mờ cho động bước nhằm thể ưu điểm so với điều khiển PID thông thường, dừng lại mô Vì cần phải tiến hành thử nghiệm nghiên cứu với điều kiện khác 24 thực nghiệm để hiệu chỉnh dần ngày hoàn thiện điều khiển PID mờ tối ưu cho động bước Sau vài hướng nghiên cứu khác tiếp tục phát triển để hoàn thiện đề tài nghiên cứu: - Kỹ thuật điều khiển đề xuất luận văn với giả thuyết biến trạng thái hệ thống (cường độ dòng điện hai pha, vị trí vận tốc góc trục động cơ) có khả đo lường Tuy nhiên, cần đo lường đại lượng: cường độ dòng điện hai pha vị trí góc trục động đủ Vận tốc góc quay trục động đạt từ vị trí góc thông qua phương pháp đạo hàm số lọc thông thấp Một giải pháp khác nghiên cứu thêm việc thiết kế giám sát trạng thái để ước lượng vận tốc - Trong thực tế, giá trị thực tham số vật lý mô tải trọng bên khó để xác định cách xác Hơn nữa, yếu tố khác mà không mô hình hóa góp phần làm thay đổi đặc tính đáp ứng hệ thống Do đó, việc nghiên cứu nhằm tìm phương pháp thiết kế điều khiển PID PID mờ bền vững yếu tố bất định hướng mở - Đối với hệ thống thực tế, hạn chế mặt vật lý hay lý an toàn, đại lượng cường độ dòng điện, điện áp hay vận tốc thường có giá trị giới hạn gọi bão hòa mà hệ thống vượt ngưỡng giới hạn Do đó, việc thiết kế điều khiển cần tính đến yếu tố ứng dụng thực tiễn ... Nghiên cứu ứng dụng điều khiển PID mờ điều khiển vị trí hệ thống quan trắc môi trường từ xa quang phổ hồng ngoại , tác giả thực việc tìm hiểu: - Tình hình nghiên cứu, ứng dụng hệ thống quan trắc. .. 1- Quan trắc môi trường từ xa quang phổ hồng ngoại: Giới thiệu hệ thống quan trắc môi trường từ xa quang phổ kế biến đổi Fourier hồng ngoại Đặt toán việc điều khiển vị trí quan trắc cho hệ thống. .. thời nghiên cứu ứng dụng điều khiển PID mờ để điều khiển cấu quay quét sử dụng động bước Xuất phát từ lý mà tác giả chọn đề tài Nghiên cứu ứng dụng điều khiển PID mờ điều khiển vị trí hệ thống quan