Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)

Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng bộ điều khiển PID và ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG TUẤN NAM SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60.52.02.16 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI KHOA CHUYÊN MÔN HỌC TRƯỞNG KHOA TS ĐỖ TRUNG HẢI HƯỚNG DẪN TS LÊ THỊ THU HÀ PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN 2017 KHOA LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nỗ lực thực luận văn đến luận văn em hoàn thành Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo hướng dẫn TS Lê Thị Thu Hà định hướng hướng dẫn tận tình giúp em hồn thành luận văn theo tiến độ đề Ngoài em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Điện - Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên cung cấp cho em kiến thức quý báu Em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp bên động viên em thực đề tài Thái Nguyên, ngày 31 tháng 07 năm 2017 Học viên Đặng Tuấn Nam LỜI CAM ĐOAN Tôi Đặng Tuấn Nam sinh ngày 11 tháng 04 năm 1991, học viên cao học lớp CK-K18 trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Tôi xin cam đoan đề tài " Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng điều khiển PID ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng" kết nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Lê Thị Thu Hà Các nguồn tài liệu tham khảo liên quan trích xuất rõ ràng Nếu có điều khơng với lời cam đoan tơi xin chịu theo quy chế hành Thái Nguyên, ngày 31 tháng 07 năm 2017 Học viên Đặng Tuấn Nam MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU 11 MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG 1: BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ 16 1.1 Vai trò điều khiển 16 1.2 Bộ điều khiển PID 16 1.2.1 Phương pháp Ziegler-Nichols 18 1.2.2 Phương pháp Chien – Hrones – Reswick 21 1.2.3 Phương pháp tổng T Kuhn 23 1.2.4 Phương pháp tối ưu độ lớn 24 1.2.5 Phương pháp tối ưu đối xứng 28 1.3 Bộ điều khiển PID mờ 31 1.4 Kết luận 32 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG 33 QUA BÁNH RĂNG 33 2.1 Hệ truyền động qua bánh 33 2.1.1 Giới thiệu chung 33 2.1.2 Một số yêu cầu khí hệ truyền động bánh 34 2.1.3 Biện pháp học làm giảm sai số gia công bánh 35 2.2 Xây dựng mơ hình tốn tổng qt 38 2.2.1 Cấu trúc vật lý định luật cân 39 2.2.3 Mơ hình tốn chế độ khe hở (dead zone) 45 2.2.4 Mơ hình tổng qt 46 2.3 Mô tả hệ chế độ xác lập 46 2.3.1 Mơ hình tốn chế độ xác lập 46 2.3.2 Mô MatLab 47 2.4 Kết luận 49 CHƯƠNG 3: CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THEO ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO 50 3.1 Giới thiệu chung 50 3.1.1 Sách lược điều khiển dự báo 50 3.1.2 Cấu trúc điều khiển dự báo 52 3.2 Một số thuật toán MPC 55 3.2.1 Thuật tốn điều khiển theo mơ hình MAC 55 3.2.2 Phương pháp ma trận động học điều khiển DMC 59 3.2.3 Phương pháp điều khiển dự báo tổng quát GPC 62 3.2.4 Điều khiển dự báo không gian trạng thái 66 3.3 Xây dựng điều khiển PID dự báo 70 3.3.1 Từ toán điều khiển bám sang toán điều khiển ổn định 70 3.3.2 Nguyên tắc làm việc điều khiển PID dự báo có cửa sổ dự báo vô hạn 73 3.3.3 Thuật tốn điều khiển PID dự báo có cửa sổ dự báo vô hạn 75 3.4 Kết luận 77 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID DỰ BÁO CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 78 4.1 Mơ hình xấp xỉ tuyến tính khơng liên tục hệ truyền động bánh 78 4.2 Xác định thông số điều khiển PID theo lý thuyết kinh điển 80 4.2.1 Xác định theo phương pháp Zigeler- Nichols 80 4.2.2 Xác định theo phương pháp Chien – Hrones - Reswick 81 4.3 Xác định tham số theo điều khiển mờ lai theo phương pháp ZhaoTomizuka-Isaka 83 4.4 Mô điều khiển PID dự báo 85 4.4.1 Mơ hệ thống chưa có nhiễu tác động 86 4.4.2 Mô hệ thống có nhiễu tác động đầu đưa trở lại đầu vào 87 4.4.3 Tham số mô chương trình 88 4.5 Kết luận 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT I Danh mục ký hiệu - N cửa sổ dự báo -  tín hiệu đặt - y (k ) tín hiệu thời điểm k - u (k ) tín hiệu điều khiển hệ thống thời điểm k - x trạng thái dự báo - u , y tín hiệu điều khiển dự báo tín hiệu đầu dự báo tương lai - J (u ) hàm mục tiêu II.Danh mục chữ viết tắt - Model Prediction Control (MPC) - Thuật toán MPC (MPC Stragegy) - Receding Horizon Control (RHC) - Dynamical Matrix Control (DMC) - Generalized Predictive Control (GPC) - Model Algorithmic Control (MAC) - Single Input Single Output (SISO) DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu trúc hệ điều khiển phản hồi 16 Hình 1.2: Cấu trúc điều khiển PID 17 Hình 1.3: Xác định tham số cho mơ hình xấp xỉ đối tượng 19 Hình 1.4: Xác định số khuếch đại tới hạn 21 Hình 1.5: Hàm độ đối tượng thích hợp cho phương pháp 21 Chien-Hrones-Reswick 21 Hình 1.6: Quan hệ diện tích tổng số thời gian 24 Hình 1.7: Dải tần số mà có biên độ hàm đặc tính tần rộng tốt 25 Hình 1.8: Điều khiển khâu quán tính bậc 27 Hình 1.9: Minh họa thiết kế điều khiển PID tối ưu đối xứng 29 Hình 1.10: Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID mờ 31 Hình 2.1: Một số dạng hệ truyền động qua bánh 33 Hình 2.2: Hệ nhiều cặp bánh hệ truyền ngược nhiều hệ 39 cặp bánh 39 Hình 2.3: Cấu trúc vật lý hệ truyền động qua cặp bánh 41 Hình 2.4: Minh họa định luật cân cặp bánh 42 Hình 2.5: Sơ đồ động lực học 42 Hình 2.6: Thiết lập phương trình động lực học hai bánh ăn khớp 43 Hình 2.7: Mơ tả trạng thái hai bánh vùng chết khe hở 45 Hình 2.8: Sơ đồ khối mơ tả hệ truyền động qua bánh với mơ hình (2.12) 48 Hình 2.9: Ảnh hưởng thành phần độ xoắn, ma sát, hiệu ứng khe hở tới chất lượng truyền động 48 Hình 2.10: Xấp xỉ khe hở hệ số truyền động tuyến tính nhỏ hàm đơn trị bất định 49 Hình 3.1: Sách lược điều khiển dự báo 51 Hình 3.2: Cấu trúc điều khiển dự báo 52 Hình 3.3: Mơ hình tổng quát điều khiển dự báo 52 Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc hệ sử dụng điều khiển PID 70 Hình 3.5: Mơ tả ngun lý chỉnh định dự báo 73 Hình 3.6: Sơ đồ khối PID dự báo 75 Hình 4.1: Sơ đồ mơ hàm q độ đối tượng 80 Hình 4.2: Hàm độ đối tượng có điều chỉnh PID 81 Hình 4.3: Đáp ứng hệ kích thích hình sin 81 Hình 4.4: Hàm độ đối tượng có điều chỉnh PID 82 Hình 4.5: Đáp ứng hệ kích thích hình sin 82 Hình 4.6: Đáp ứng độ hai phương pháp hệ tọa độ 82 Hình 4.7: Mờ hóa chỉnh định mờ 83 Hình 4.8: Sơ đồ mơ hàm độ với kích thích bước nhảy 85 Hình 4.9: Sơ đồ mơ hàm q độ với kích thích hình sin 85 Hình 4.10: Sơ đồ mơ hệ thống hàm độ với kích thích bước nhảy 86 Hình 4.11: Sơ đồ mơ hệ thống hàm q độ với kích thích hình sin 86 Hình 4.12: Sơ đồ mô hệ thống hàm độ với kích thích bước nhảy 87 Hình 4.13: Sơ đồ mô hệ thống hàm độ với kích thích hình sin 87 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc CÔNG NGHIỆP THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG Học viên: Đặng Tuấn Nam Lớp: CH – K18 Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa Cán hướng dẫn khoa học: TS Lê Thị Thu Hà PHÒNG ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN 10 HỌC VIÊN ... KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG Học viên: Đặng Tuấn Nam Lớp: CH – K18 Chuyên ngành: Kỹ thuật. .. trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Tôi xin cam đoan đề tài " Sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo để cải thiện chất lượng điều khiển PID ứng dụng cho hệ truyền động bánh răng" kết nghiên... 73 3.3.3 Thuật toán điều khiển PID dự báo có cửa sổ dự báo vơ hạn 75 3.4 Kết luận 77 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID DỰ BÁO CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 78