Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)

Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN VĂN NHẤT NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS Đặng Danh Hoằng THÁI NGUYÊN, 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp thầy giáo, cô giáo, anh chị Trung tâm thí nghiệm giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả hoàn thành luận văn Trong trình thực đề tài nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy, cô giáo khoa Điện trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên bạn đồng nghiệp Đặc biệt hướng dẫn góp ý thầy TS Đặng Danh Hoằng giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy, cô Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm tài liệu tham khảo hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện trình công tác sau Học viên Trần Văn Nhất Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt ii iii v Danh mục bảng biểu v Danh mục hình vẽ đồ thị vi Mở đầu Chƣơng- TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 1.1 Các yêu cầu hệ truyền động có khe hở 2 1.1.1 Truyền động xác 1.1.2 Truyền động tốc độ cao 1.1.3 Truyền động công suất lớn 1.1.4 Độ hở mặt bên 2 1.2 Những ảnh hưởng tác động đến hệ truyền động qua bánh 1.2.1.Ảnh hưởng đàn hồi đến phần hệ thống truyền động 1.2.2 Ảnh hưởng ma sát hệ thống truyền động 1.2.3 Ảnh hưởng khe hở hệ thống truyền động 1.3 Những đặc trưng ăn khớp cặp bánh 1.3.1 Điều kiện ăn khớp 1.3.2 Điều kiện ăn khớp trùng 1.3.3 Điều kiện ăn khớp khít 1.4 Kết luận chương 10 13 14 15 16 18 19 Chƣơng XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 2.1 Xây dựng mô hình toán hệ truyền động có khe hở 2.1.1 Cấu trúc vật lý định luật cân 2.1.2 Mô hình toán chế độ ăn khớp, có tính đến hiệu ứng mài mòn vật liệu, độ đàn hồi moment ma sát 2.1.3 Mô hình toán chế độ khe hở (dead zone) 2.1.4 Mô hình toán tổng quát 2.2 Cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở 2.3 Kết luận chương Số hóa Trung tâm Học liệu 19 20 23 25 26 28 29 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv Chƣơng NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID 3.1 Tổng quan hệ logic mờ điều khiển mờ 3.1.1 Hệ Logic mờ 3.1.2 Bộ điều khiển mờ 30 3.2 Thiết kế điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 3.2.1 Phương pháp thiết kế 40 40 3.2.2 Nhận xét 43 30 30 37 3.3 Khảo sát chất lượng điều khiển mờ chỉnh định PID so 43 sánh với điều khiển PID 3.3.1 Khảo sát chất lượng điều khiển PID 43 3.3.2 Khảo sát chất lượng điều khiển mờ chỉnh định tham 46 số điều khiển PID 3.3.3 So sánh điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển 48 PID với điều khiển PID 49 3.3.4 Nhận xét 3.4 Kết luận chương Chương KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 49 51 4.1 Giới thiệu card DS1104 sử dụng hệ thống thí nghiệm 51 4.2 Cấu trúc phần cứng DS1104 4.2.1 Cấu trúc tổng quan 4.2.2 Ghép nối với máy chủ (Host Interface) 52 52 54 4.2.3 Phần mềm dSPACE 56 4.2.4 Một số tính Card DS1104 cho điều 56 khiển chuyển động 4.2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm 60 4.2.6 Kết thí nghiệm với điều khiển PID 61 63 4.2.7 Kết thực nghiệm với điều khiển mờ chỉnh định tham số PID 4.2.8 Nhận xét kết thực nghiệm 4.3 Kết luận chương 64 64 Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Truyền động có khe hở nhiều khoa học NCS quan tâm xuất nhiều dây chuyền sản xuất công nghiệp Việc điều khiển đảm bảo chất lượng cho hệ thống quan tâm nhiều Hiện điều khiển cho hệ thống truyền động có khe hở có chất lượng thấp điều khiển PID kinh điển, điều khiển không bị chặn Thực tế động lực học hệ thống truyền động có khe hở có tính phi tuyến, phương pháp thiết kế điều khiển cho hệ phi tuyến chưa nghiên cứu phát triển hoàn thiện để ứng dụng vào việc thiết kế điều khiển đảm bảo cho hệ thống truyền động có khe hở có khả hoạt động tốt chế độ làm việc Hơn sau này, có dự định giảng dạy Các Trường Cao đẳng ,Trung cấp dạy nghề công tác nhà máy sản xuất công nghiệp Nơi hệ thống truyền động có khe hở, thiết bị truyền động có khe hở sử dụng rộng rãi hệ truyền động bánh răng, hệ truyền động đai vv… Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển hệ thống truyền động có khe hở trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên giúp có có sở để tiếp cận làm chủ thiết bị nơi công tác sau này…Vì chọn đề tài: "Nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID" Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng mô tả toán học hệ thống truyền động có khe hở - Nâng cao chất lượng điều khiển điều khiển mờ chỉnh định tham số PID so với điều khiển PID - Mô thực nghiệm điều khiển hệ thống truyền động có khe hở thiết bị thực phòng thí nghiệm Nội dung luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan hệ truyền động có khe hở Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở Chương 3: Nâng cao chất lượng điều khiển hệ truyền động có khe hở điều khiển mờ chỉnh định tham số PID Chương 4: Kết thí nghiệm hệ truyền động có khe hở Kết luận kiến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 1.1 Các yêu cầu hệ truyền động có khe hở Một hệ truyền động có khe hở cấu chấp hành nối với tồn khe hở, công nghiệp thường gặp hệ truyền động có khe hở điển hình hệ truyền động bánh Vì luận văn tập trung nghiên cứu hệ truyền động có khe hở mà cấu chấp hành nối với bánh gọi hệ truyền động bánh Theo chức sử dụng truyền động hệ bánh có yêu cầu khác nhau, cụ thể sau: 1.1.1 Truyền động xác Trong xích động học máy cắt kim loại dụng cụ đo truyền động bánh cần có độ xác động học cao Ví dụ truyền động bánh xích phân độ máy gia công đầu phân độ vạn năng…Trong truyền động bánh thường có truyền động nhỏ Chiều dài không lớn, làm việc với tải trọng vận tốc nhỏ Yêu cầu chủ yếu truyền động “Mức xác động học cao ” có nghĩa đòi hỏi phối hợp xác truyền động 1.1.2 Truyền động tốc độ cao Trong hộp tốc độ động máy bay, ô tô, tuốc bin… Bánh truyền động thường có module trung bình, chiều dài lớn, vận tốc vòng bánh đạt tới 120- 150 m/s Công suất truyền động tới 40.000 KW Bánh làm việc điều kiện phát sinh rung động ồn Yêu cầu nhóm truyền động “Mức xác truyền động êm” có nghĩa bánh truyền động ổn định, thay đổi tức thời tốc độ, gây va đập ồn 1.1.3 Truyền động công suất lớn Truyền động với vận tốc nhỏ truyền động mômen xoắn lớn Bánh truyền động thường có module chiều dài lớn Ví dụ: truyền động bánh máy cán thép, nghiền lanh ke (xi măng), cấu nâng hạ cầu trục, ba lăng…Yêu cầu chủ yếu truyền động “Mức tiếp xúc mặt răng” lớn, Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ đặc biệt tiếp xúc theo nhiều dài Mức tiếp xúc mặt phải đảm bảo độ bền truyền mômen xoắn lớn 1.1.4 Độ hở mặt bên Đối với truyền động bánh cần phải có độ hở mặt bên mặt phía không làm việc cặp bánh ăn khớp Độ hở cần thiết kế để tạo điều kiện bôi trơn mặt răng, để bù sai số co dãn nở nhiệt, gia công lắp ráp, tránh tượng kẹt Như truyền động bánh phải có yêu cầu: mức xác động học, mức xác làm việc êm, mức xác tiếp xúc độ hở mặt bên Nhưng tùy theo chức sử dụng mà đề yêu cầu chủ yếu truyền động bánh răng, tất nhiên yêu cầu chủ yếu phải mức độ xác cao so với yêu cầu khác 1.2 Những ảnh hƣởng tác động đến hệ truyền động qua bánh Hệ truyền động qua bánh chịu ảnh hưởng tác động lực đàn hồi, ma sát, khe hở…Những tác động làm xấu đặc tính động, dẫn đến giảm chất lượng hệ Theo [1] phân tích ảnh hưởng tác động lên hệ thống Để làm sở phân tích, ta xét mô hình hai khối lượng có sơ đồ sau: Hình 1.2 Mô hình hai khối lượng có liên hệ đàn hồi Ta có hệ phương trình: M dc - M dh - M msl = J1 dω1 dt dω2 dt M dh = C(q1 - q ) M dh - M ms2 = J Từ hệ phương trình ta có sơ đồ cấu trúc hình 1.3a Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Biến đổi sơ đồ cấu trúc hình 1.3b với Wω1ω2 hàm truyền tốc độ theo 1: Hình 1.3 a,b Sơ đồ cấu trúc hệ thống hai khối lượng có liên hệ đàn hồi Để nghiên cứu tính chất động học, ta xem xét phần đối tượng điều chỉnh với giả thiết: Mms1= 0; Mms2= 0; Ta xác định hàm truyền đạt phần khối lượng tác động điều khiển Momen Mđc động lượng Wω1 (s) = 1: ω1 W1H = M dc 1+ W1H Wph (1.1) Trong đó: W1H = ;Wph = J s.Wω1ω2 (s) J1s Wω1ω2 (s)= ω2 (s) = ω1 (s) J s + C Vậy J2 s +1 C Wω1 (s)= JJ J å s s + C.J Số hóa Trung tâm Học liệu (1.2) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ đây: J = J1 + J Phương trình đặc tính hệ J s J1J 2 s +1 =0 C.J å (1.3) Nghiệm phương trình đặc tính (1.3) là: s1= 0; C(J1 + J ) = j J1.J s2,3= j 12 Kí hiệu: γ= J1 + J J = tỉ số momen quán tính J1 J1 12 C(J1 + J ) tần số cộng hưởng phần hệ đàn hồi khối lượng J1 J 01 C tần số cộng hưởng khối lượng thứ J2 J1 02 C J1 12 γ tần số cộng hưởng khối lượng thứ J1 Ta có Wω1ω2 (s) = Wω1 (s) = (1.4) γ s +1 Ω12 J s γ s +1 Ω12 (1.5) γ s +1 Ω112 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Từ biểu thức (1.4) (1.5) cho phép biểu diễn phần đối tượng điều khiển, gồm khâu hình 2.4: Từ sơ đồ ta xác định hàm truyền đạt Wω theo tác động điều khiển Mdc ω (s) Wω2 (s)= =Wω1 (s).Wω1ω2 (s)= M dc (s) J Σs 1 s +1 Ω12 (1.6) Đặc tính tần số biên độ Logarit hình 1.5 Sử dụng phương pháp tần số để phân tích tính chất động học đặc tính hệ thống truyền động, cách thay s= j , đặc tính biên độ pha: Wω2 ( j ) jJ Σ Ω 1-γ Ω12 Ω 1Ω12 2 = A ω1 (Ω).e -jφω1 (Ω) (1.7) Trong Aω ( ) đặc tính tần số biên độ; φω (Ω) đặc tính tần số pha 1 Đặc tính logarit hệ thống với lượng 1, có dạng hình 1.5 Xây dựng đặc tính tần số tiệm cận: Có thể xây dựng trực hàm truyền Đối với W hệ thống gồm khâu nối tiếp: - Khâu tích phân : - Khâu nâng bậc 2: ; J s γ s có tần số cộng hưởng : Ω12 Số hóa Trung tâm Học liệu 12 c1 γ ; http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 52 để phát triển điều khiển số đa biến tốc độ cao mô thời gian thực Nó thường dùng lĩnh vực sau: - Các cấu chấp hành điện thuỷ lực - Điều khiển servo truyền động ổ đĩa (disk drive) - Điều khiển truyền động điện - Điều khiển phương tiện giới - Điều khiển trấn động tích cực - Trong máy CNC,… 4.2 Cấu trúc phần cứng DS1104 1.1.5 4.2.1 Cấu trúc tổng quan DS1104 xây dựng sở vi xử lý tín hiệu số TMS320F240 hãng Texas Instruments Bảng 4.1: Dung lượng nhớ DS1104 ON-CHIP MEMORY (WORDS) RAM FLASH Nguồn nuôi EEPROM DATA DATA/PROG PROG 288 256 16K Chu kì (ns) Số chân 20 PQ 132–P (V) Ngoài ra, có hệ ngoại vi khác phục vụ cho ứng dụng xử lý tín hiệu số, giao tiếp với máy tính bên ngoài,… Bộ xử lý chính: MPC8240, PowerPC 603e core, 250 MHz 32 kByte internal cache Timer: Một Timer ước lượng lấy mẫu, đếm lùi 32 bit Bốn Timer đa mục đích, 32 bit 53 Độ phân dải 64 bit để đo thời gian Bộ nhớ: 32 Mbyte RAM DRAM (SDRAM) Mbyte nhớ Flash cho ứng dụng Các ngắt điều khiển: Các ngắt timer, giao tiếp nối tiếp, DSP tớ, incremental encoder, ADC, PC chủ, đầu vào từ bên Ngắt đồng PWM Đầu vào tƣơng tự: kênh ADC, 16 bit, đa thành phần Dải điện áp đầu vào 10V Thời gian lấy mẫu 2us Hệ số tín hiệu/ nhiễu >80 dB kênh ADC , 12 bit Dải điện áp 10V Thời gian lấy mẫu 800ns Hệ số tín hiệu/ nhiễu >65 dB Đầu tƣơng tự: kênh DAC, 16 bit, thời gian ổn định max 10us Dải điện áp 10V Incremental Encoder: đầu vào số, TTL RS422 Kênh encoder có độ phân dải 24 bit 54 Tần số xung max đầu vào 1.65MHz gấp lần xung đếm tới 6.6MHz Nguồn sensor 5V/0.5A Vào/ra số: Vào/ra số 20 bit Dòng 5mA Giao tiếp: RS232, RS485 RS422 Hệ DSP tớ: Texas Instruments’ DSP TMS320F240 kWord of dual-port RAM pha đầu PWM, đầu đơn PWM 14 bit vào/ra số Đặc điểm vật lý: Nguồn nuôi V, 2.5 A / -12 V, 0.2 A /12 V, 0.3 A Yêu cầu cần có khe PCI 32 bit 4.2.2 Ghép nối với máy chủ (Host Interface) DS1104 ghép nối với máy chủ qua khối gồm cổng vào/ra (I/O port) 16-bit cổng vào/ra 8-bit Giao diện vào/ra sử dụng để thực việc cài đặt cho bo mạch, tải chương trình xuống truyền liệu thời gian thực Việc cài đặt điều khiển bus kiểm tra truyền liệu thực với giao diện vào/ra Để đồng hoá thực thi DSP chương trình máy chủ DS1104 sử dụng cổng ngắt hai chiều phép máy chủ ngắt DSP ngược lại Giao diện vào/ra máy chủ DS1104 bao gồm khối với cổng vào/ra liên tiếp Để chọn địa sở khối dải địa vào 64K 55 PC/AT (máy chủ), DS1104 sử dụng chuyển mạch DIP (Dual In-line Package – vỏ hai hàng chân) gắn bo mạch Hình 4.2: Sơ đồ khối DS1104 Hình 4.3: Các Modul giao tiếp phần cứng DSP1104 Giao diện với máy chủ DS1104 chứa ghi có độ dài khác (8 16 bit) Khi truy cập vào ghi cụ thể phải sử dụng lệnh vào/ra tương ứng, chẳng hạn muốn truy cập vào ghi 8-bit phải sử dụng lệnh vào/ra 8- 56 bit, muốn truy cập vào ghi 16-bit phải dùng lệnh vào/ 16 bit Nếu sử dụng lệnh vào/ra 8-bit cho ghi rộng 16-bit kết bị lỗi Nếu sử dụng ngôn ngữ cấp cao để lập trình cho ghi giao diện với máy chủ cần phải đảm bảo chương trình dịch Compiler tạo dòng lệnh xác Một số ghi giao diện với máy chủ phải truy cập theo thứ tự đặc biệt Để ghi đọc nhớ DSP trình tự đặc biệt bắt buộc 4.2.3 Phần mềm dSPACE dSPACE gói phần mềm mạnh thiết kế cho mô thời gian thực tốc độ cao Cả phần cứng phần mềm dSPACE dễ cài đặt sẵn sàng thực tác vụ từ đơn giản đến phức tạp đa biến Phần mềm dSPACE bao gồm: - Control Desk: giao diện người dùng đồ hoạ GUI quản lý bo mạch dSPACE Nó cung cấp chức nạp, khởi động, kết thức ứng dụng thời gian thực bo mạch - Thư viện thời gian thực RTIlib1104 bao gồm tất hàm cần thiết để lập trình cho DS1104 - TRACE: Cung cấp khả theo dõi cho ứng dụng vào chạy bo mạch xử lý tín hiệu số DS1104 - COCKPIT: bảng dụng cụ cung cấp đầu hiệu chỉnh tương tác biến 4.2.4 Một số tính Card DS1104 cho điều khiển chuyển động 4.2.4.1 Điều khiển vị trí Encoder * Các kênh encoder Card DS1104 quản lý Master PPC, với đặc điểm sau: Hai kênh vào số encoder 57 Hỗ trợ single-ended TTL tín hiệu RS422 Bộ đếm vị trí 24 bit Tần số xung encoder max đếm 1.65MHz Giới hạn đường dây với đầu vào khác 4.2.4.2 Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) Sự điều chế tín hiệu PWM định đến nhiều ứng dụng điều khiển chuyển động điều khiển động Card DS1104 Tín hiệu PWM chuỗi xung với tần số biên độ không đổi, độ rộng xung thay đổi Có xung với biên độ không đổi chu kì Tuy nhiên độ rộng xung thay đổi từ đến thời gian chu kì tương ứng với tín hiệu điều chế Khi tín hiệu PWM đưa đến cực điều khiển Trazitor công suất, làm Tranzitor công suất đóng cắt để biến đổi thành PWM điện áp đặt lện tải, giống tương tự tín hiệu điều chế Tần số của tín hiệu PWM thường cao tần số tín hiệu biến điệu, tần số bản, mà lượng cấp đến cho động tải phụ thuộc chủ yếu vào tín hiệu điều biến Xây dựng mô hình mô thời gian thực: Liên lạc với kênh vào/ra thực qua hai khối thư viện dSPACE DS1104ADC DS1104DAC Chúng thay khối tạo tín hiệu mô (Signal Generator) khối quan sát (Scope) Hình 4.4: Cấu trúc điều khiển Matlab/Simulink Kéo khối DS1104ADC DS1104DAC vào mô hình từ thư viện dSPACE thay chúng vào vị trí khối phát tín hiệu mô khối quan sát Kênh tín hiệu vào tương tự định tỷ lệ phần cứng với tỷ số 1:10 Điều 58 có nghĩa 10V đầu vào đọc 1V mô hình Kênh tín hiệu tương tự định tỷ lệ phần cứng với tỷ số Vì vậy, 1V tín hiệu tạo mô hình có biên độ 10V thiết bị kết nối Do đó, cần thêm hai khối khuếch đại từ thư viện Math vào mô hình để đọc xác giá trị từ kênh tương tự đầu vào ghi xác giá trị tới kênh đầu Thay đổi tham số mô cần thiết Có thể lưu mô hình tên khác để bảo toàn mô hình mô Tiếp theo, chọn lệnh RTW Build (hình 4.5) menu Tools Trong cửa sổ Matlab Command Window xuất danh sách thông báo Các thông báo tương ứng với bước khác mà phần mềm RTI thực nhằm biến đổi mã Simulink thành mã DSP Một cửa sổ xuất yêu cầu người sử dụng khẳng định tác vụ timer (timer task) Xác nhận thời gian lấy mẫu xác danh sách tác vụ nhấn Continue Đầu tiên giai đoạn biên dịch, giai đoạn file Simulink (*.mdl) chuyển sang file C (*.C) Sau giai đoạn liên kết, giai đoạn tất biến chương trình làm cho tương quan với môi trường DSP Cuối mã biến đổi thành file đối tượng có phần mở rộng *.obj nạp vào nhớ DSP thực thi bắt đầu Hình 4.5: Downloading and Building 59 1.1.6 Tạo ứng dụng với Control Desk Để tương tác với hệ thống, cần quan sát, hiệu chỉnh phân tích biến Vì điều này, dSPACE kèm theo giao diện người dùng đồ hoạ gọi Control Desk Control Desk phần mềm kèm hệ thống dSPACE, cho phép người dùng quan sát biến, hiển thị tác động biến hiệu chỉnh tham số mô cách tương tác trực tiếp với bo mạch DSP Để xây dựng ứng dụng Control Desk (mỗi ứng dụng gọi thí nghiệm-experiment), cần thực qua bước sau: + Khởi động Control Desk lựa chọn toolbar đánh dấu hình 4.6 Cửa sổ Tool Window hiển thị hình Các thẻ (Tap) hiển thị công cụ sử dụng hình 4.6 sử dụng hai công cụ Log Viewer (Trình xem giải thích) Reference Data Manager (trình quản lý liệu chuẩn) Hình 4.6: Giao diện Control Desk Quan sát hình thấy hai tín hiệu vào vẽ Plotter Cứ sau hai giây, hình ảnh hiển thị lại bị xoá tập liệu lại hiển thị Thay đổi hệ số khuếch đại cách di chuyển trượt Slider quan sát thay đổi tín hiệu 60 4.2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm Hình 4.7: Hệ thống thí nghiệm hệ truyền động bánh Hình 4.8: Hệ thống ghép nối máy tính với hệ truyền động (động cơ) 61 Hình 4.9: Đối tượng hệ truyền động bánh 4.2.6 Kết thí nghiệm với điều khiển PID Cấu trúc điều khiển đƣợc xây dựng Matlab/simulink kết nối với phần mềm Control Desk Hình 4.10: Cấu trúc điều khiển với điều khiển PID xây dựng Matlab/simulink 62 Kết thí nghiệm - Trường hợp thay đổi tốc độ đặt động từ lên 500 v/ph sau tiếp tục tăng lên 800v/ph, ta được: Hình 4.11: Kết mô với điều khiển PID (1) - Trường hợp thay đổi tốc độ đặt động từ lên 700 v/ph sau tiếp tục giảm 400v/ph: Hình 4.12: Kết mô với điều khiển PID (2) 63 4.2.7 Kết thực nghiệm với điều khiển mờ chỉnh định tham số PID Cấu trúc điều khiển đƣợc xây dựng Matlab/simulink kết nối với phần mềm Control Desk Hình 4.13: Cấu trúc điều khiển với điều khiển mờ chỉnh định tham số PID xây dựng Matlab/simulink Kết thí nghiệm - Trường hợp thay đổi tốc độ đặt động từ lên 500 v/ph sau tiếp tục tăng lên 800v/ph: Hình 4.14: Kết mô với điều khiển mờ chỉnh định PID (1) 64 - Trường hợp thay đổi tốc độ đặt động từ lên 700 v/ph sau tiếp tục giảm 400v/ph: Hình 4.15: Kết mô với điều khiển mờ chỉnh định PID (2) 4.2.8 Nhận xét kết thí nghiệm - Từ kết thí nghiệm hình 4.11 4.12 cho thấy chất lượng làm việc hệ thống với điều khiển PID đảm bảo, đáp ứng hệ thống bám tốt giá trị đặt kể giá trị đặt thay đổi theo chiều tăng giảm Tuy nhiên hệ thống dao động mạnh chạy chưa êm - Kết thí nghiệm hệ thống với điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID thể hình 4.14 hình 4.15 cho thấy chất lượng hệ thống cải thiện đáng kể so với điều khiển PID (hình 4.11 hình 4.12) Nó thể mặt thời gian độ mức độ dao động hệ truyền động giảm đáng kể, hệ thống chạy êm Điều kiểm chứng tính đắn thuật toán điều khiển mờ chỉnh định tham số PID 4.3 Kết luận chương Chương giải số vấn đề sau: - Giới thiệu Card điều khiển DS110 - Cấu trúc hệ thống thí nghiệm 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Nội dung luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển để điều khiển hệ thống truyền động có khe hở (cụ thể hệ truyền động bánh răng) Nhiệm vụ cụ thể Nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn hoàn thành chương sau: Chương 1: Tổng quan hệ truyền động có khe hở Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở Chương 3: Nâng cao chất lượng điều khiển hệ truyền động có khe hở điều khiển mờ chỉnh định tham số PID Chương 4: Kết thí nghiệm hệ truyền động có khe hở Kết luận văn đạt là: - Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở - Thiết kế điều khiển cho hệ truyền điều khiển mờ chỉnh định tham số PID nhằm nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống, kiểm chứng mô thí nghiệm Với kết cho thấy tính đắn thuật toán điều khiển thiết kế để điều khiển hệ thống - Với kết thí nghiệm cho thấy chất lượng hệ thống nâng cao thể qua hệ thống chạy êm so với điều khiển PID Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu ít, kiến thức kinh nghiệm thực tiễn có hạn, nội dung luận văn số hạn chế Tác giả tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, áp dụng điều khiển đại vào đối tượng thực tế sản xuất 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đinh Gia Tường , Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến; " Nguyên Lý máy "; NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội 2010 [2] Huỳnh Văn Đông; "Tổng hợp điều khiển thích nghi dựa phương pháp backstepping cho hệ truyền động có đàn hồi, khe hở ma sát khô phi tuyến"; Luận án tiến sĩ kỹ thuật (2009) [3].Lại Khắc Lãi, Lê Thu Hà, Lê thị Nguyệt; " Khảo sát chất lượng hệ điều khiển có khe hở" Tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Thái Nguyên; số (2009) [4] Lại Khắc Lãi (2003), “Một số phương pháp tổng hợp điều khiển sở logic mờ thích nghi”, Luận án tiến sĩ kĩ thuật, Trường đại học Bách khoa Hà Nội [5] Lê Thị Thu Hà; "Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động có khe hở sở hệ mờ mạng nơron" Luận án tiến sĩ kỹ thuật (2013) [6] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab Simulink”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [7] Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Xưởng in ĐHTC Đại học Bách khoa Hà Nội [8] Nguyễn Doãn Phước Phan Xuân Minh Hán Thành Trung (2003), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [9] Phan Xuân Minh Nguyễn Doãn Phước (1999), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tiếng Anh [10] Akira Chiba, adashi Fukao,Osamu Ichikawa, Masahide Oshima, asatsugu Takemoto and David G Dorrell, “Magnetic Bearings and Bearingless Drives”, Newnes, 2005 [11] J.Schmied “Experience with magnetic bearings support in gas pipeline compressor”, Proc Of the 10th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2006, Martigny, Switzerland, pp 292-297 ... quan hệ truyền động có khe hở Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở Chương 3: Nâng cao chất lượng điều khiển hệ truyền động có khe hở điều khiển mờ chỉnh định tham số PID. .. toán học hệ thống truyền động có khe hở - Nâng cao chất lượng điều khiển điều khiển mờ chỉnh định tham số PID so với điều khiển PID - Mô thực nghiệm điều khiển hệ thống truyền động có khe hở thiết... KHE HỞ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID 3.1 Tổng quan hệ logic mờ điều khiển mờ 3.1.1 Hệ Logic mờ 3.1.2 Bộ điều khiển mờ 30 3.2 Thiết kế điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID