Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ hai bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ thích nghi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP DƯƠNG QUỲNH NHẬT NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ HAI BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa THÁI NGUYÊN, 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP DƯƠNG QUỲNH NHẬT NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ HAI BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG KHOA TS ĐẶNG DANH HOẰNG PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ THÁI NGUYÊN, 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Ổ đỡ từ sử dụng động điện xếp loại sản phẩm công nghệ cao chứa đựng nhiều hàm lượng chất xám đồng thời sản phẩm công nghệ xanh Hạn chế việc ứng dụng rộng rãi ổ đỡ từ kích thước lớn giá thành cao Nhưng tương lai gần, nghiên cứu thành cơng việc thu gọn kích thước giảm giá thành ổ đỡ từ thay vòng bi khí để làm việc lĩnh vực công nghệ sạch, thiết bị y tế, thiết bị quốc phòng cơng nghiệp vũ trụ, điều tất yếu Phần quan trọng ổ đỡ từ điều khiển Hiện điều khiển cho ổ đỡ từ có chất lượng thấp khơng thích nghi, khơng bền vững, tín hiệu điều khiển không bị chặn Thực tế phần động lực học ổ đỡ từ có tính phi tuyến cao, mà thiết kế điều khiển cho hệ phi tuyến (bao gồm ổ đỡ từ) chịu tác dụng nhiễu chứa tham số thay đổi trình hoạt động chưa nghiên cứu phát triển hoàn thiện để ứng dụng vào việc thiết kế điều khiển đảm bảo cho ổ đỡ từ có khả hoạt động tốt chế độ làm việc Mặt khác, giảng viên trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái Ngun, ngơi trường với thiết bị đại có sẵn phòng thí nghiệm, tơi mong muốn tìm hiểu, nâng cao chất lượng ổ đỡ từ nâng cao tri thức thân, từ giảng dạy, hướng dẫn cho sinh viên học tập nghiên cứu khoa học tốt Vì tơi chọn đề tài: "Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ thích nghi" Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu mơ tả toán học cho ổ đỡ từ hai bậc tự - Khảo sát chất lượng điều khiển ổ đỡ từ điều khiển PID mô kiểm chứng thực nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Đề xuất thiết kế điều khiển mờ thích nghi nhằm nâng cao chất lượng điều khiển so với điều khiển PID mô Nội dung luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan ổ đỡ từ Chương 2: Mơ tả tốn học ổ đỡ từ chủ động bậc tự Chương 3: Khảo sát chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự sử dụng điều khiển PID mô thực nghiệm Chương 4: Đề xuất cải thiện chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ thích nghi Kết luận kiến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỠ TỪ 1.1 Khái niệm ổ đỡ từ 1.1.1 Ổ trục Ổ trục chi tiết máy thuộc lĩnh vực kỹ thuật khí Nó có dạng ổ lăn (vòng bi, ổ bi) ổ trượt - Ổ lăn dạng ổ đỡ trục, cấu khí giúp giảm thiểu lực ma sát cách chuyển ma sát trượt phận tiếp xúc chuyển động thành ma sát lăn lăn viên bi đặt cố định khung hình khuyên Ổ lăn số thiết bị khác gọi vòng bi hay ổ bi Dựa vào khả chịu lực hướng tâm hay hướng trục hai, mà ổ bi chia gồm: Ổ bi đỡ dãy; ổ bi đỡ chặn; ổ bi chặn đỡ; ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy; ổ đũa đỡ trụ ngắn; ổ đũa côn; ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy Một số loại ổ lăn có dạng hình vẽ (hình 1.1) Hình 1.1: Hình dạng số loại ổ lăn Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Ổ trượt dạng ổ đỡ trục dùng ma sát trượt Giữa ngõng trục thành ổ dầu ngăn cách tránh cho thành ổ tiếp xúc trực tiếp với ngõng trục Bao gồm loại: Ổ trượt đỡ chịu lực hướng tâm, ổ trượt chặn chịu lực dọc trục, ổ trượt đỡ chặn chịu lực hướng tâm lực dọc trục Khi trục quay với vận tốc cao kích thước trục lớn khơng dùng ổ lăn khó tìm ổ lăn thỏa mãn nên phải dùng ổ trượt Trong môi trường đặc biệt (nước, môi trường ăn mòn, ) ổ lăn thường làm kim loại nên dễ bị mòn Khi chế tạo ổ trượt gỗ, cao su, để phù hợp với mơi trường Hình 1.2: Hình dạng số loại ổ trượt 1.1.2 Ổ đỡ từ * Vài nét lịch sử phát triển ổ đỡ từ Ý tưởng việc treo đối tượng từ trường đặt từ năm 1842 báo Earnshaw (On the nature of molecular forces), đến năm 1934 Braunbeck đề cập sử dụng lực nâng từ trường, hoạt động sản xuất công nghiệp thời điểm ổ đỡ từ thực tập đồn S2M Vernon, Pháp Rất nhiều thí nghiệm ứng dụng thực tế ổ từ trở thành thực từ năm 1960 Tuy nhiên, giá thành độ phức tạp cản trở việc ứng dụng phát triển công nghiệp Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Từ năm 1988 trở lại đây, phát triển công nghệ điều khiển, phần cứng lẫn phần mềm kỹ thuật vật liệu cơng nghệ chế tạo khí, góp phần làm giảm kích thước, độ phức tạp giá thành ổ từ Điều đó, tạo hội cho viêc phát triển sử dụng ổ từ công nghiệp dụng cụ cao cấp y sinh học Cho đến năm 2010, tổ chức 12 hội nghị quốc tế ổ từ [19] * Định nghĩa ổ đỡ từ Ổ đỡ từ loại ổ trục có khả nâng khơng tiếp xúc trục chuyển động nhờ vào lực từ trường (Hình 1.3) Hình 1.3: Hình dạng ổ đỡ từ Do trục quay phần tĩnh không tiếp xúc với nhau, ổ đỡ từ coi ngành công nghệ trọng điểm kỷ 21, đem lại nhiều bước đột phá cho ngành công nghiệp chế tạo sản xuất nhờ ưu điểm bật sau mà ổ khơng có được: - Khơng có hao mòn vận hành; - Tăng hiệu suất động nhờ chuyển động khơng có ma sát; - Thân thiện với mơi trường: Khơng có phận bơi trơn; - Khả làm việc với tốc độ cao; Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Khả loại bỏ rung động chuyển động; - Khả làm việc môi trường khắc nghiệt Nhưng nhược điểm là: Giá thành cao cần có điều khiển cho ổ đỡ từ * Phân loại ổ đỡ từ [9] a Theo chức năng: Gồm có ổ đỡ từ ngang trục ổ đỡ từ dọc trục (hình 1.4) + Ổ đỡ từ ngang trục: Gồm stator rotor có nhiệm vụ nâng trục chuyển động theo hướng ngang trục (hướng x y) + Ổ đỡ từ dọc trục: Gồm stator rotor có nhiệm vụ nâng trục chuyển động theo hướng dọc trục a) b) Hình 1.4: Ổ đỡ từ ngang trục (a) ổ đỡ từ dọc trục (b) b Theo cấu tạo: Gồm có ổ đỡ từ thụ động (hình 1.5), ổ đở từ chủ động (hình 1.7) ổ đỡ từ siêu dẫn (hình 1.6) + Ổ đỡ từ thụ động (PMB – Passive Magnetic Bearing) : Được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu để tạo lực nâng theo nguyên lý hút đẩy PMB có đặc điểm: Kích thước nhỏ gọn, khơng cần điều khiển, lực nâng cố định, dễ chế tạo giá thành cao Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 1.5: Ổ đỡ từ thụ động + Ổ đỡ từ siêu dẫn (SMB – Sctive Magnetic Bearing): Được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu chất siêu dẫn, lực nâng tạo theo nguyên lý đẩy SMB có đặc điểm: Kích thước nhỏ gọn, khơng cần điều khiển, có lực nâng cố định, làm việc môi trường nhiệt độ thấp giá thành cao Hình 1.6: Ổ đỡ từ siêu dẫn + Ổ đỡ từ chủ động (AMB – Active Magnetic Bearing): Làm việc dựa theo nguyên tắc chênh lệch lực hấp dẫn điện từ AMB có đặc điểm: Các đặc tính động tốt, lực nâng điều chỉnh, nhiên kích thước lớn, cấu trúc phức tạp giá thành cao Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 + Nhóm MISO có nhiều đầu vào đầu HÖ Logic Mê R 1: n Õu  t h ×  xi Fuzzy hãa  R q: n ếu t h ì y B' Giải mờ i Do chất hệ thực luật hợp thành (kinh nghiệm điều khiển người) kinh nghiệm lại thể dạng ngơn ngữ có giá trị ngơn ngữ tập mờ nên hệ logic mờ phải có khâu (như hình 4.8): + Khâu Fuzzy hóa có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị rõ đầu vào x0 thành vector  gồm độ phụ thuộc giá trị rõ theo giá trị mờ (tập mờ) định nghĩa cho biến ngôn ngữ đầu vào + Khâu thực luật hợp thành, có tên gọi thiết bị hợp thành, xử lý vector  cho giá trị mờ B' biến ngôn ngữ đầu + Khâu giải mờ, có nhiệm vụ chuyển đổi tập mờ B' thành giá trị rõ y' chấp nhận cho đối tượng (tín hiệu điều chỉnh) 4.1.2 Bộ điều khiển mờ 4.1.2.1 Bộ điều khiển mờ động Bộ điều khiển mờ động điều khiển mờ có xét tới trạng thái động đối tượng Ví dụ hệ điều khiển theo sai lệch đầu vào điều khiển mờ ngồi tính hiệu sai lệch e theo thời gian có đạo hàm, tích phân sai lệch giúp cho điều khiển phản ứng kịp thời với thay đổi đột xuất đối tượng Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 Các điều khiển mờ hay dùng điều khiển mờ theo luật tỷ lệ tích phân, tỷ lệ vi phân tỷ lệ vi tích phân(I, PI, PD PID) * Bộ điều khiển PD Bộ điều khiển mờ PD mô tả sơ đồ sau: et d det dt - P Bộ điều khiển mờ Đối tượng Hình 4.9: Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ PD * Bộ điều khiển PI Bộ điều khiển mờ PI mô tả sơ đồ sau: et d dt - det Bộ điều khiển mờ P I Đối tượng Hình 4.10: Sơ đồ khối hệ thống với điều chỉnh mờ PI(1) Ta sử dụng mơ hình: et - I  Bộ điều khiển mờ Đối tượng Hình 4.11: Sơ đồ khối hệ thống với điều khiển mờ PI(2) Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 4.1.2.2 Điều khiển mờ thích nghi Bộ điều khiển mờ thích nghi có phương pháp cấu trúc bản: + Bộ điều khiển mờ thích nghi theo phương pháp thích nghi trực tiếp tổng quát sơ đồ hình 4.12 + Bộ điều khiển mờ thích nghi theo phương pháp thích nghi gián tiếp tổng quát sơ đồ hình 4.13 Bộ chỉnh định mờ x Nhận dạng tham số Bộ điều khiển - y Đối tượng Hình 4.12: Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp Nhận dạng tham số Bộ chỉnh định mờ x - Bộ điều khiển y Đối tượng Hình 4.13: Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 4.2 Thiết kế điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu 4.2.1 Đặt vấn đề Một cấu trúc thông dụng hệ logic mờ (FLC –Fuzzy Logic Control) cấu trúc kiểu phản hồi sai lệch Sơ đồ hình 4.14: E  e Luật Số hóa Trung k  tâm Học liệu I I U K u hợp thành http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 4.14: Cấu trúc hệ điều khiển mờ hai đầu vào 69 Trong đó: kI,  hệ số khuếch đại đầu vào, K hệ số khuếch đại đầu Thực tiễn cho thấy việc chỉnh định FLC khó khăn nhiều so với chỉnh định điều khiển kinh điển, lý tính mềm dẻo vùng nhận biết điều khiển mờ móc nối thơng số chúng Tuy nhiên khơng có cách hệ thống hố để đưa tất thơng số Trong phần tác giả đưa phương pháp thiết kế: Đầu tiên ta xây dựng mơ hình điều khiển mờ bao gồm hàm liên thuộc, luật hợp thành Chúng tạo đáp ứng hợp lý mức độ Luật hợp thành chọn luật hợp thành tuyến tính, hàm liên thuộc xác định theo hình tam giác, hình thang hàm Gauss Sau xác định hàm liên thuộc luật hợp thành bản, ta sử dụng chúng để tìm hệ số khuếch đại tỷ lệ Có thể sử dụng nhiều phương pháp định lượng khác nhau, việc xác định hệ số khuếch đại tỷ lệ quan trọng hoạt động FLC Trong điều khiển kinh điển, ta biết Algorithm điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu sử dụng phương pháp Gradient hay phương pháp Lyapunov thích hợp cho việc điều khiển q trình khơng nhận biết được, đặc biệt hệ phi tuyến Một điều khiển mờ với luật hợp thành tuyến tính hàm liên thuộc tam giác xấp xỉ tuyến tính xung quanh trạng thái cân Do ta sử dụng ý tưởng điều khiển thích nghi kinh điển để áp dụng cho hệ điều khiển mờ, thích nghi với vài xấp xỉ Cấu trúc điều khiển mờ thích nghi dựa sở lý thuyết Lyapunov phương pháp Gradient kinh điển 4.2.2 Mơ hình tốn học điều khiển mờ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 Xét điều khiển mờ hai đầu vào hình 4.14 Để xây dựng mơ hình tốn học ta thực theo bước sau: * Chọn hàm liên thuộc - 1.0 0(x)  -j(x) 0.5  j(x) … … x -A A Hình 4.15: Định nghĩa hàm liên thuộc cho biến vào/ Để đơn giản cho việc xây dựng luật hợp thành, thay sử dụng ngôn ngữ “âm nhiều”, “dương nhiều” v.v… ta sử dụng số số, ví dụ  -1(x),  -2(x), 0 (x),  1(x) … * Chọn luật điều khiển Với điều khiển mờ hai đầu vào, đầu vào có N tập mờ ta có N luật điều khiển miêu tả tất khả kết hợp E i Ri Dạng tổng quát luật hợp thành là: Nếu E = Ei R = Ri U = uk Với k = f(i,j) Với f(i,j) khác cho luật điều khiển khác Việc chọn luật điều khiển coi việc khó khăn I R-3-2-10123301233332-10123331-21012330-3-2-10123-1-3-3-2-1012-2-33-3-2-101-3-3-3-3-3-2-10 phụ thuộc nhiều vào kiến thức kinh nghiệm chuyên gia Ta đề cập đến việc chuẩn hoá đơn giản hoá việc E chọn luật điều khiển nhằm tạo điều khiển thuận lợi cho người thiết kế điều khiển mờ Hình 4.16: Luật hợp thành tuyến tính Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 71 Bảng 4.1: Luật điều khiển mờ i+j  -3 -2 -1 3 Uk-1 -3 -2 -1 * Phân tích luật sở hình thành suy luận Các luật sở chia vùng làm việc điều khiển mờ thành nhiều ô vuông, với đầu luật hình 4.17 Ra Vì tất thao tác mờ tính tốn ô nên chúng gọi ô suy luận [2], [13] -3 Vào Một cách tổng quát ta chọn suy luận IC(i,j) để phân tích Ơ tạo hàm liên thuộc i(E), i+1(E), i(R), i+1(R) đường chéo ô chia chúng thành vùng (IC1… IC4) Hình 4.17: Quan hệ vào luật hợp thành tuyến tính i-1 R i i+1 … … Ei Ei+1 uk+1 uk+2 Ei-1 i+1 i i-1 Ri+1 uk Ri (i -1, j) IC(i,j) uk uk+1 uk-1 Ri-1 (i -1, j-1) (i, j-1) uk-1 uk-2 uk i-1 … uk-1 B i B uk E Ô suy luận i+1 … u uk+1 Hình 4.18: Sự hình thành suy luận từ luật hợp thành Các liệu vào (E, R) luật luôn ánh xạ đến liệu vào tương đối (e*, r*) IC(i, j) theo công thức: E iA  e * (i = …, -1, 0, 1, …) Số hóa Trung tâm Học liệu (4.14) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 72 R  jA  e * (j = …, -1, 0, 1, …) (4.15) Tất thao tác mờ bao gồm “Mờ hoá”, “Suy diễn mờ” “Giải mờ” thực suy luận IC 1 2 3 IC1 i j i+1 IC2 j j j+1 IC3 j j+1 j+1 IC4 i i+1 i+1 r* i+1 (i, j+1) (21, Uk+1) j (i+1, j+1) (3, Uk+2) IC2 e*,r* IC1 IC3 Bảng 4.2: Kết phép lấy Max - Min ô suy luận (i, j) (1, Uk) IC4 i+1 A i (i+1, j) (22, Uk+1) e* Hình 4.19: Các vùng suy luận * Các thao tác mờ ô suy luận Trong suy luận ta thực thao tác mờ như: Mờ hoá, suy diễn mờ giải mờ Sử dụng phương pháp suy luận Max-Min Mamdani, thao tác trình bày sau: + Mờ hoá Từ biểu thức W  n  HB T tr (B  i i i ) [2, 3, 13] i1 Với W: Động tồn hệ Ta thấy IC(i, j), đầu vào (E, R) xác định (e*, r*) với giá trị hàm liên thuộc e* i i+1, giá trị hàm liên thuộc r* j j+1 Vì ln tồn quạn hệ i + i+1 = j + j+1 = giá trị cá hàm liên thuộc đầu vào ô suy luận là: e* e* ;  i1  A A r* r*  j 1  ;  j1  A A  i 1  Số hóa Trung tâm Học liệu (4.16) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 73 + Suy diễn mờ Từ luật hợp thành sở: Nếu E = Ei R = Rj U = uk Với k = f(i, j) = i + j (4.17) Hàm liên thuộc tập mờ đầu biểu diễn hình 4.18 với giá trị đầu là: uk = k B (4.18) Tại vùng ô suy luận ta thu giá trị 1, 2, 3 (bảng 4.2) thông qua phép lấy Max-Min với: 1 = Min(i, j) cho đầu uk 21 = Min(i, j+1) cho đầu uk+1 22 = Min(i+1, j) cho đầu uk+1 (4.19) 3 = Min(i+1, j+1) cho đầu uk+2 2 = Max (21, 22) + Giải mờ Dùng phương pháp điểm trọng tâm khai triển Max-Min ta được:   k u k l  u  k 1 (4.20)  k k 1 Trong l = 1, 2, 3, vùng tương ứng ô suy luận 4.2.3 Xây dựng điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu Theo tài liệu [2], ta có phương pháp điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu thích nghi theo mơ hình mẫu song song thích nghi theo mơ hình mẫu truyền thẳng Trong luận văn tác giả chọn phương pháp thiết kế điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu truyền thẳng Xét đối tượng kinh điển mơ tả phương trình: Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 74 dy  ay  bu dt (4.21) Mơ hình mẫu có phương trình: dy m  a m y m  b m u c dt Tín hiệu điều khiển : u = K 1u c - K 2y (4.22) với sai số  = ym - y Biểu thức  chứa tham số điều chỉnh Ta cần tìm cấu thích nghi để điều chỉnh tham số K1 K2 tới giá trị mong muốn cho sai số  tiến tới Để tìm cấu thích nghi ta dùng lý thuyết ổn định Liapunov phương pháp Gradient sau: + Luật thích nghi theo Lyapunov Giả thiết b > chọn hàm Lyapunov có dạng: 1 1 2 V , K1 , K       bK  a  a m     bK1  b m   2 b b  theo luật điều chỉnh tham số K1, K2 0 là: dK1 u c  ; dt dK  y dt (4.23) Nếu có tham số biến thiên, luật điều chỉnh thích nghi tham số (4.23) trở thành: dK u c  dt (4.24) + Luật thích nghi theo Gradient Giả thiết K véc tơ tham số cần xác định, phụ thuộc sai lệch đầu đối tượng (y) đầu mơ hình (y m) Tiêu chuẩn sai lệch đáp ứng hệ chọn: Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 75 J K     (4.25) quy luật điều chỉnh K theo hướng Gradient J là: dK J  y      dt K K K (4.26) * Bộ điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu truyền thẳng Bộ điều khiển mờ đầu vào với hệ số khuếch đại đầu K, biểu diễn F.e cộng thêm giới hạn trễ T biểu thức (4.27) (hình 4.20) giới hạn trễ T tiến tới hệ thống tiến đến điểm cân [2, 3] u K (T  Fe) (4.27) Ta áp dụng phương pháp Lyapunov e phương pháp Gradient để chỉnh định thích nghi hệ số khuếch đại đầu K điều khiển mờ T F K u Hình 4.20: Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu K Thích nghi mờ theo mơ hình mẫu kiểu truyền thẳng (FMRAFC – Feedforward Model Reference Adaptive Fuzzy Controller) Xét cấu trúc điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu kiểu truyền thẳng biểu diễn hình 4.21 Trong đối tượng điều khiển có hàm truyền G, mơ hình mẫu có hàm truyền Gm, điều khiển mờ bao gồm điều khiển mờ kết hợp với khuếch đại K Cần phải tìm quy luật điều chỉnh hệ số K cho sai lệch mơ hình đối tượng tiến đến (   ) Cơ cấu thích nghi  uc Mơ hình mẫu Gm T ym - K F Đối tượng G FLC Số hóa Trung tâmHình Học 4.21: liệu FMRAFC điều chỉnh http://www.lrc-tnu.edu.vn/ hệ số khuếch đại đầu y 76 Với luật điều chỉnh thích nghi cho hệ số khuếch đại đầu FLC theo Liapunov xác định từ (4.24): Vì uc (4.24) ym nên ta luật điều chỉnh: K  y m  (4.28) Với hệ số  (4.28) nói lên tốc độ hội tụ thuật tốn thích nghi 4.3 Khảo sát mơ Matlab/Simulink 4.3.1 Sơ đồ mơ Hình 4.22: Sơ đồ mơ theo phương pháp thích nghi phương pháp PID Trong điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu có cấu trúc: Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 4.23: Sơ đồ mơ cấu trúc điều khiển mờ thích nghi kiểu truyền thẳng 77 4.3.2 Kết mô so sánh điều khiển mờ thích nghi với điều khiển PID + Trường hợp khơng có nhiễu tác động: ­4 Dap ung do dich chuyen theo phuong x cua o do tu x 10 xMo xdat xPID x  ( m  ) ­4 Dap ung do dich chuyen theo phuong x cua o do tu x 10 ­1 0.05 x  ( m  ) 0.1 0.15 0.2 0.25 t(s) 0.3 0.35 xMo 0.5 xdat xPID 0.4 0.45 Hình 4.24: Đáp ứng theo trục x ổ đỡ từ bị lệch tâm 0,4mm ­1 ­2 0.05 0.1 0.15 0.2 t(s) 0.25 0.3 0.35 0.4 Hình 4.25: Đáp ứng theo trục x ổ đỡ từ bị lệch tâm 0,7mm + Trường hợp có nhiễu tác động: ­4 x 10 Dap ung do dich chuyen theo phuong x cua o do tu xMo xdat xPID x  ( m  ) ­1 Số hóa Trung tâm Học liệu ­2 0.1 0.2 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 0.3 0.4 0.5 0.6 t(s) Hình 4.26: Đáp ứng theo trục x ổ đỡ từ bị lệch tâm 0,4mm 0.7 78 x 10 ­4 Dap ung do dich chuyen theo phuong x cua o do tu xMo xdat xPID x  ( m  ) ­1 ­2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t(s) Hình 4.27: Đáp ứng theo trục x ổ đỡ từ bị lệch tâm 0,7mm * Nhận xét Từ kết mơ hình 4.24 đến hình 4.27 cho thấy điều khiển mờ thích nghi cải thiện chất lượng so với điều khiển PID (độ điều chỉnh thời gian độ ngắn hơn) Điều cho thấy tính đắn thuật toán điều khiển với phương pháp điều khiển mờ thích nghi đem lại khả quan cho việc phát triển ứng dụng phương pháp điều khiển đại cho ổ đỡ từ 4.4 Kết luận chương Chương giải số vấn đề sau: - Tổng quan vấn đề hệ logic mờ điều khiển mờ - Đề xuất điều khiển mờ thích nghi nhằm cải thiện chất lượng điều khiển - Mô hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 79 - Đánh giá chất lượng điều khiển mờ thích nghi so với điều khiển PID mô Matlab/Simulink Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 80 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 ổ đỡ từ hai bậc tự Nhiệm vụ cụ thể Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ hai bậc tự điều khiển mờ thích nghi Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn hoàn thành chương sau: Chương 1: Tổng quan ổ đỡ từ Chương 2: Mơ tả tốn học ổ đỡ từ chủ động hai bậc tự Chương 3: Khảo sát chất lượng điều khiển ổ đỡ từ hai bậc tự sử dụng điều khiển PID mô thực nghiệm Chương 4: Đề xuất cải thiện chất lượng điều khiển ổ đỡ từ hai bậc tự điều khiển mờ thích nghi Kết luận văn đạt là: - Thiết kế điều khiển cho ổ đỡ từ hai bậc tự điều khiển PID, tiến hành đánh giá kết nghiên cứu lý thuyết mô thực nghiệm Với kết cho thấy tính đắn thuật tốn điều khiển thiết kế để điều khiển hệ thống - Đề xuất cải thiện chất lượng điều khiển việc thiết kế điều khiển là: Bộ điều khiển mờ thích nghi Với kết mơ cho thấy chất lượng điều khiển tốt so với điều khiển PID (kể có nhiễu tác động) 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 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ thích nghi" Mục tiêu nghi n cứu - Tìm hiểu mơ tả toán học cho ổ đỡ từ hai bậc tự - Khảo sát chất lượng điều khiển ổ đỡ từ điều khiển PID mô... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHI P DƯƠNG QUỲNH NHẬT NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ HAI BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216... 1: Tổng quan ổ đỡ từ Chương 2: Mơ tả tốn học ổ đỡ từ chủ động bậc tự Chương 3: Khảo sát chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự sử dụng điều khiển PID mô thực nghi m Chương 4: Đề xuất cải thiện chất