ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MỜ VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG Học viên : TRẦN QUỐC BẢO Lớp Cao học : TỰ ĐỘNG HÓA – K25 Đà Nẵng, 10/2012 Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài : Ngày v ới phát triển công nghệ vật liệu lý thuyết điều khiển hệ thống xâm nhập nhanh chóng vào thực tế mang lại tính hiệu cao dùng lý thuyết điều khiển Một lý thuyết mà nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu ứng dụng vào thực tế lý thuyết điều khiển mờ mạng nơron Đây vấn đề khoa học có từ vài thập niên, việc ứng dụng vào sản xuất, kết hợp chúng để tạo luật có đủ ưu điểm lý thuyết thành phần lĩnh vực khoa học cần quan tâm nghiên cứu Bên cạnh đó, thiết bị truyền động có khe hở sử dụng thực tế truyền động bánh răng; truy ền động đai nhóm khâu khu ếch đại có trễ Do có độ dơ trễ chuyển tuyến mạnh Trước đây, thi ết kế hệ điều khiển này, khơng có độ dơ, trễ chuyển động Do có khe hở nên dễ làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng hệ thống Để giảm ảnh đến chất lượng hệ thống truyền động, người ta dùng nhiều biện pháp như: Tìm cách giảm nhỏ khe hở (cơ khí); dùng hệ điều khiển thích nghi mờ… (điện) Việc nghiên cứu nâng cao chất lượng cho hệ điều động yêu cầu quan trọng để thiết lập hệ điều khiển xác, suất lao động chất lượng sản phẩm Đề tài góp phần nâng cho hệ điều khiển truyền động ứng dụng điều khiển tay máy, trục truyền động máy CNC… 1.2 Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài: Đề tài có ý nghĩa quan trọng lý thuyết thực tế: - Về mặt lý thuyết: Nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết điều khiển điều khiển hệ truyền động có khe hở, hệ có tính phi tuyến lớn Kết khơng áp dụng cho hệ truyền động có khe hở mà áp dụng cho hệ phi tuyến khác - Về thực tế: Hệ truyền động có khe hở gặp nhiều thực tế, việc áp dụng lý thuy ết điều khiển đại cho hệ góp phần nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống, nâng cao suất lao động, nâng cao chất lượng tăng khả cạnh tranh sản phẩm thị trường 1.3 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu: Việc điều khiển hệ chuyển động bám theo quỹ đạo mong muốn vấn đề tồn thực tế cần nghiên cứu giải Hiện phương ti ện lý thuyết thực nghiệm cho phép thực toán phức tạp nhằm đạt tiêu chất lượng yêu cầu độ điều chỉnh, thời gian độ khả bám hệ Mục tiêu đề tài nghiên cứu điều khiển mờ, điều khiển mờ thích nghi ứng dụng chúng cho hệ điều khiển truyền động có khe hở nhằm nâng cao chất lượng hệ thống PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Hệ thống điều khiển truyền động có khe hở - Nghiên cứu lý thuyết để đưa thuật toán điều khiển - Thiết kế hệ điều khiển thích nghi sở logic mờ thích nghi cho điều khiển truyền động có khe hở - Mơ hình hố mơ để kiệm nghiệm kết nghiên cứu 2.2 Phương pháp nghiên cứu: a Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Học viên: Trần Quốc Bảo Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển thích nghi mờ hệ truyền động b Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thực nghiệm PHẦN 3: DỰ KIẾN KẾT QUẢ VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 3.1 Kết sản phẩm nghiên cứu: Đề tài gồm phần: Mở đầu, Đối tượng nghiên cứu Nội dung Phần Nội dung gồm có chương: Chương 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN 1.1.CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN KINH ĐIỂN 1.1.1 Tổng hợp điều khiển tuyến tính 1.1.2 Tổng hợp điều khiển phi tuyến 1.2 LOGIC MỜ VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ 1.2.1 Khái quát lý thuyết điều khiển mờ 1.2.2 Định nghĩa tập mờ 1.2.3 Biến mờ, hàm biến mờ, biến ngôn ngữ 1.2.4 Suy luận mờ luật hợp thành 1.2.5 Bộ điều khiển mờ 1.2.6 Hệ điều khiển mờ lai (F-PID) 1.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 1.3.1 Giới thiệu tổng quan 1.3.2 Tổng hợp điều khiển thích nghi s lý thuyết tối ưu cục (Phương pháp Gradient) 1.3.3 Tổng hợp hệ thống điều khiển thích nghi sở ổn định tuyệt đối 1.3.4 T hợp hệ thống điều khiển thích nghi dùng lý thuyết Lyapunov 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 2.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 2.2 MÔ TẢ HỆ PHI TUYẾN 2.3 MƠ HÌNH HỆ PHI TUYẾN 2.3.1 Mơ hình tĩnh 2.3.2 Mơ hình động 2.4 HỆ TRUYỀN ĐỘNG CĨ KHE HỞ 2.4.1 Giới thiệu 2.4.2 Các mơ hình hệ truyền động có khe hở 2.4.2.1 Mơ hình vật lý khe hở 2.4.2.2 Mơ hình Deadzone (vùng chết) 2.4.2.3 Mơ hình với hàm mơ tả 2.4.3 Sơ đồ cấu trúc khe hở 2.4.4 Khảo sát chất lượng hệ thống truyền động có khe hở 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ & MỜ THÍCH Học viên: Trần Quốc Bảo Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG NGHI CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP T ỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI 3.1.1 KHÁI NIỆM 3.1.1.1 Định nghĩa 3.1.1.2 Phân loại 3.1.1.3 Các phương pháp điều khiển thích nghi mờ 3.1.2 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ỔN ĐỊNH 3.1.2.1 Cơ sở lý thuyết 3.1.2.2 Thuật toán tổng hợp điều khiển mờ thích nghi a Chọn cấu trúc điều khiển mờ b Các bước thực thuật tốn 3.1.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍCH NGHI KINH ĐIỂN 3.1.3.1 Đặt vấn đề 3.1.3.2 Mơ hình tốn học điều khiển mờ a Chọn hàm liên thuộc b Chọn luật điều khiển c Phân tích luật sở hình thành suy luận d Các thao tác mờ suy luận e Xây dựng biểu thức tốn học điều khiển mờ 3.1.4 XÂY DỰNG CƠ CẤU THÍCH NGHI THEO MƠ HÌNH MẪU CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 3.1.4.1 Hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu (MRAS) dùng lý thuyết thích nghi kinh điển 3.1.4.2 Đi ều chỉnh thích nghi hệ số khuếch đại đầu điều khiển mờ 3.1.4.3 Sơ đ điều khiển thích nghi mờ theo mơ hình mẫu (MRAFC) 3.1.4.4 Sơ đ điều khiển thích nghi mờ kiểu truyền thẳng (FMRAFC) 3.2 ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 3.2.1 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 3.2.1.1 Sơ đồ khối mờ 3.2.1.2 Định nghĩa tập mờ 3.2.1.3 Xây dựng luật điều khiển “Nếu…Thì” 3.2.1.4 Chọn luật hợp thành 3.2.1.5 Giải mờ 3.2.1.6 Chương tr ình kết mơ hệ truyền động có khe hở 3.2.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI Kế hoạch nghiên cứu Kế hoạch tiến độ: Nội dung Thời gian thực - Nghiên cứu việc ứng dụng điều khiển thích nghi mờ hệ truyền động 01/2013 – 03/2013 Dự kiến kết - Thực trạng ứng dụng Học viên: Trần Quốc Bảo Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG - Tiến hành thực nghiệm 03/2013 – 09/2013 - Quy trình kiểm tốn - Đánh giá lợi ích thu từ việc áp dụng giải pháp báo cáo 09/2013 – 12/2013 - Báo cáo giải pháp lợi ích thu từ giải pháp Dự kiến kinh phí thực : * Tổng kinh phí : 30.000.000 đồng * Dự trù kinh phí theo mục chi - Nhân lực: 5.000.000đ - Nguyên vật liệu, lượng: 5.000.000đ - Thiết bị máy móc chuyên dụng: 5.000.000đ - Nghiệm thu đề tài chi phí khác: 15.000.000đ - Tổng cộng: 30.000.000đ Ghi chữ: ( Ba mươi triệu đồng chẵn) Thông tin khác : Đà Nẵng, ngày tháng 01 năm 2013 Ý kiến giáo viên hướng dẫn Học viên Trần Quốc Bảo Học viên: Trần Quốc Bảo Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tiếng Việt [1] Nguyễn Hiển, Lại Khắc Lãi (2007), Hệ mờ nơron kỹ thuật điều khiển, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội [2] Lại Khắc Lãi (2007), Ứng dụng hệ mờ - nơron để nhận dạng hệ phi tuyến nhiều chiều, Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường Đại học kỹ thuật (số 60) [3] Lại Khắc Lãi, “Xây dựng hệ điều khiển thông minh để điều khiển đối tượng phi tuyến khó mơ hình hố”, Đề tài NCKH cấp năm 2002; Mã số: B2002.02.03 [4] Lại Khắc Lãi, “Nghiên cứu ứng dụng hệ mờ + Nơ ron để điều khiển chuyển động nhiều trục”, Đề tài NCKH cấp năm 2004; Mã số: B2004 [5] Lại Khắc Lãi; “Một thuật toán thiết kế điều khiển thông minh ứng dụng”, Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị toàn quốc lần thứ tự động hoá 4/2005, Tr 306-311 [6] Đỗ Trung Hải (2006), “Nghiên cứu lý thuyết điều khiển mờ mạng nơron ứng dụng giải toán phi tuyến hệ truyền động điện”, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp bộ, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên [7] Phan Xuân Minh & Nguy ễn Doãn Phước (2006), “Lý thuy ết điều khiển mờ”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [8] Bùi Chính Minh, “Nghiên cứu điều khiển chuyển động cho hệ có xét đến ảnh hưởng khớp nối mềm với hệ điều khiển phản hồi trạng thái”, Báo cáo đ ề tài NCKH cấp năm 2005, mã số CB2005-07 [9] Nguy ễn Thương Ngô (2006), “Lý thuy ết điều khiển tự động - Quyển 3”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [10] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh & Hán Thành Trung (2003), “Lý thuyết điều khiển phi tuyến”, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Học viên: Trần Quốc Bảo Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG B Tiếng Anh [1] George Ellis, “Cures for Mechanical Resonance in Industrial Servo Systems”, A Danaher Motion Company, USA [2] George Ellis, Robert D Lorenz, “Resonant Load Control Methods for Industrial Servo Drives”, IEEE Industry Applications Society, Annual Meeting, Rome, Italy, 2000 [3] “Mechanical Resonance”, PT Design Magazine, 1999 [4] Koji Sugiura and Yoichi Hori, “Vibartion Suppression in 2-and Mass System Based on the Feedback of Imperfect Derivative of the Estimated Torsional Torque” IEEE, Vol 43, No 1, February -1996 [5] OdaiM.and HoriY Speed control of 2-inertia system with gear backlash using gear torque compensator 1998 [6] NakayamaY,FujikawaK.and KobayashiH A torque control method of threeinertia torsional system with backlash 2000 [7] GelbA.and Vander Velde W.E Multiple- input describing functions and nonlinear system design 1968: NewYork [8] MeesA and BergenA Describing functions revisited 1975:University of California, Berkeley [9] TaylorJ.and WilsonB A frequency-domain model-order-deduction algorithm for nonlinear systems 1995: New Brunswick University [10] ArmstrongB.and AminB PID control in the presence of static friction: Acomparison of Algebraic and describing function analysis 1996:Milwaukee [11] RmstrongB.and AminB.PID control in the presence of static friction:Exact and describing function analysis 1994:Milwaukee [12] Brandenburg G.and SchäferU Influence and partial compensation of backlash for aposition controll edelastic two- mass system 1987:Grenoble [13] BonehR.and YanivO Control of anelastic two-mass system with large backlash 1999:Tel Aviv [14] Friedland,B Feedback control of systems with parasitice?ects Học viên: Trần Quốc Bảo Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG 1997:Albuquerque Học viên: Trần Quốc Bảo ... mặt lý thuyết: Nghi n cứu, ứng dụng lý thuyết điều khiển điều khiển hệ truyền động có khe hở, hệ có tính phi tuyến lớn Kết khơng áp dụng cho hệ truyền động có khe hở mà áp dụng cho hệ phi tuyến... cầu độ điều chỉnh, thời gian độ khả bám hệ Mục tiêu đề tài nghi n cứu điều khiển mờ, điều khiển mờ thích nghi ứng dụng chúng cho hệ điều khiển truyền động có khe hở nhằm nâng cao chất lượng hệ thống... TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHI N CỨU 2.1 Đối tượng phạm vi nghi n cứu - Hệ thống điều khiển truyền động có khe hở - Nghi n cứu lý thuyết để đưa thuật toán điều khiển - Thiết kế hệ điều khiển thích nghi