Nghiên cứu điều khiển chủ động bị động và bán chủ động để giảm dao động vật nâng của cần cẩu tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Trọng Kiên NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN CHỦ ĐỘNG - BỊ ĐỘNG VÀ BÁN CHỦ ĐỘNG ĐỂ GIẢM DAO ĐỘNG VẬT NÂNG CỦA CẦN CẨU Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9520101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ VÀ CƠ KỸ THUẬT Hà Nội – 2020 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lã Đức Việt GS TSKH Nguyễn Đông Anh Phản biện 1: … Phản biện 2: … Phản biện 3: … Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm …… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Vật nâng cần cẩu thường bị dao động, làm hạn chế khả vận hành cần cẩu, giảm tốc độ vận hành, ảnh hưởng tới độ bền cáp treo, gây va chạm gây an toàn Do cần cẩu thiết bị phổ biến nên vấn đề giảm dao động cho vật nâng có tính cấp thiết thực tiễn cao Các phương thức để giảm dao động vật nâng phương thức chủ động, phương thức bị động phương thức bán chủ động Mỗi phương thức có ưu nhược điểm riêng Luận án đề xuất nghiên cứu kết hợp phương thức điều khiển nhằm đạt hiệu tốt so với phương thức đơn lẻ Đó lý hình thành đề tài luận án: “Nghiên cứu điều khiển chủ động bị động bán chủ động để giảm dao động vật nâng cần cẩu” Mục tiêu nghiên cứu luận án Mục tiêu luận án đề xuất kết hợp phương pháp điều khiển chủ động, bị động bán chủ động nhằm nâng cao hiệu việc giảm dao động vật nâng cần cẩu, nhằm đạt hiệu tốt so với phương pháp đơn lẻ Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu vật nâng cần cẩu treo dây cáp đơn, chịu tác động tải trọng dạng xung, dạng điều hòa, dạng ngẫu nhiên chịu tác động điều khiển cẩu không chuẩn xác Đại lượng cần giảm góc lắc lư vật nâng lực căng cáp treo Phạm vi nghiên cứu: Luận án xét cần cẩu đặt bệ cố định, không xét đặt bệ di động Luận án xét dao động vật nâng, không xét dao động thành phần khác cần cẩu Luận án xét tính chịu kéo, khơng xét tính chịu nén chịu uốn dây cáp Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án kết hợp phương pháp giải tích, mơ số thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Xây dựng phương pháp giảm dao động cho vật nâng cần cẩu tác động điều khiển cẩu không chuẩn xác nhiễu bên Ý nghĩa thực tiễn: Các phương pháp giảm dao động đề xuất luận án triển khai ứng dụng cho nhiều loại cần cẩu khác Bố cục luận án Bố cục luận án gồm: phần mở đầu, chương nội dung, phần kết luận, danh mục cơng trình cơng bố, tài liệu tham khảo phụ lục CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu Cần cẩu thiết bị giới dùng để chuyển vật nặng vật liệu nguy hiểm (sau gọi chung vật nâng) từ nơi đến nơi khác Quá trình di chuyển vật nâng xuất lắc lư thừa, lắc lư thừa làm chậm trình di chuyển gây an toàn cho cần cẩu Do cần hạn chế lắc lư thừa Trong hai thập kỷ qua có nhiều nghiên cứu giảm dao động lắc lư vật nâng Có thể phân chia thành phương pháp điều khiển chủ động bị động Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng Hiện chưa có nhiều nghiên cứu kết hợp phương pháp chủ động bị động xa phương pháp bán chủ động áp dụng cho toán giảm dao động vật nâng cần cẩu Do luận án tác giả đề xuất kết hợp phương pháp chủ động – bị động sử dụng phương pháp bán chủ động để nâng cao hiệu điều khiển dao động cho vật nâng cần cẩu 1.2 Giảm dao động vật nâng phƣơng pháp chủ động 1.2.1 Kỹ thuật điều khiển phản hồi Kỹ thuật điều khiển phản hồi (vịng kín) sử dụng số đo cần cẩu biến dạng, vị trí để tạo tín hiệu điều khiển Kỹ thuật phản hồi triệt tiêu nhiễu gặp phải hạn chế toán giảm lắc lư vật nâng Thứ nhất: việc đo xác trạng thái hệ khơng dễ dàng Hạn chế thứ hai nghiêm trọng kỹ thuật phản hồi gây chuyển động xung đột, không phù hợp với người điều khiển cẩu 1.2.2 Kỹ thuật điều khiển dẫn tiếp Kỹ thuật điều khiển dẫn tiếp (vòng hở) Là kỹ thuật điều khiển tạo lệnh nhằm sửa đổi lệnh đầu vào tham chiếu để loại bỏ yếu tố không mong muốn Một kỹ thuật dẫn tiếp điển hình kỹ thuật nắn tín hiệu đầu vào (input shaping) trước đưa tín hiệu điều khiển đến mô tơ cần cẩu Kỹ thuật điều khiển dẫn tiếp khơng sử dụng tín hiệu đo phản hồi mà làm trễ phần tín hiệu điều khiển người điều khiển cẩu theo cách hợp lý (đúng thời điểm cường độ) Do đặc tính mà kỹ thuật dẫn tiếp khắc phục hai nhược điểm kỹ thuật phản hồi, khơng cần sử dụng đầu đo đắt đỏ phức tạp tín hiệu điều khiển sau nắn có dạng "tự nhiên" người điều khiển cẩu Tuy nhiên kỹ thuật điều khiển dẫn tiếp triệt tiêu dao động tín hiệu điều khiển xác định Các nhiễu (như tải trọng gió) điều kiện dao động ban đầu (do va chạm ) xác định xử lý kỹ thuật dẫn tiếp 1.3 Giảm dao động vật nâng phƣơng pháp bị động 1.3.1 Các phương thức bị động để điều khiển dao động lắc lư Ngoài phương thức chủ động trên, lĩnh vực điều khiển dao động sử dụng phương thức bị động mà điển hình sử dụng giảm chấn Ngoài dao động lắc đơn có kết nối cứng cịn giảm cách sử dụng hấp thụ động lực dạng tuyến tính, dạng Coriolis dạng quay 1.3.2 Giảm dao động lắc lư lực Coriolis vật nâng Để giảm dao động vật nâng, hệ gồm lò xo giảm chấn đề xuất lắp vào vật nâng cáp Lực Coriolis nhân tố làm giảm dao động lắc lư Khi vật nâng lắc lư lực ly tâm thay đổi theo thời gian làm cho vật nâng có chuyển động hướng tâm Chuyển động hướng tâm tạo cản Coriolis tác động vào chuyển động lắc lư vật nâng làm giảm chuyển động lắc lư Tuy nhiên cần nhấn mạnh thiết bị bị động (do chất nó) rút lượng khỏi hệ nên khơng có thích ứng thích hợp tốn điều khiển dao động Do hiệu phương pháp bị động hạn chế phương pháp chủ động 1.4 Các thiết bị dạng bán chủ động Trong nhiều trường hợp, việc thay đổi đặc tính độ cản giảm chấn giúp nâng cao hiệu điều khiển dao động Các thiết bị bán chủ động thiết bị thụ động có thuộc tính thay đổi theo thời gian, với tốc độ so sánh với thân chu kỳ dao động Với mục đích điều khiển cản bán chủ động, thiết bị tiêu tán lượng khác sử dụng để đạt độ cản mong muốn Các thiết bị bao gồm giảm chấn thủy lực, giảm chấn điện biến (Electrorheological: ER) từ biến (Magnetorheological: MR), thiết bị ma sát bán chủ động thiết bị điện từ 1.5 Kết luận chƣơng Trong chương luận án trình bày tổng quan phương pháp điều khiển giảm dao động vật nâng Qua đề cập ta thấy phương pháp có ưu nhược điểm riêng Luận án đề xuất nghiên cứu kết hợp phương thức điều khiển nhằm đạt hiệu tốt so với phương thức đơn lẻ Cụ thể luận án kết hợp phương pháp phản hồi chủ động với giảm chấn bị động; kết hợp phương pháp nắn tín hiệu đầu vào với giảm chấn bị động nghiên cứu áp dụng phương pháp bán chủ động để điều khiển dao động lắc lư vật nâng dạng lắc đơn Nội dung kết hợp trình bày chi tiết chương CHƢƠNG KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI VỚI BỘ GIẢM CHẤN ĐỂ GIẢM DAO ĐỘNG VẬT NÂNG 2.1 Giới thiệu Chương trình bày mơ hình khảo sát dao động vật nâng không gian chiều có kết hợp điều khiển phản hồi với giảm chấn Các phương trình dao động vật nâng xây dựng theo phương trình Lagrange loại II Trong chương khảo sát tác động điều khiển phản hồi đến người lái cẩu Từ đưa hệ số khuếch đại điều khiển phản hồi phù hợp để tránh gây xung đột lớn đến người lái cẩu Mơ hình giảm chấn hướng tâm giới thiệu chương Trên sở kết tìm tham số tối ưu giảm chấn làm việc độc lập Các tham số tối ưu giảm chấn có kết hợp với điều khiển phản hồi thiết lập Các kết tính tốn số để chứng minh hiệu kết hợp điều khiển phản hồi với giảm chấn việc giảm dao động vật nâng so với phương pháp đơn lẻ trình bày cuối chương 2.2 Mơ hình dao động vật nâng Khái niệm kết hợp phương pháp điều khiển phản hồi phương pháp bị động dùng giảm chấn để giảm dao động lắc lư vật nâng 2D cho hình 2.1 Xe têi O x c Bộ điều khiển phản hồi Bộ giảm chÊn k y c¶n Coriolis P Hình 2.1 Kết hợp điều khiển phản hồi lò xo giảm chấn bị động Căn vào hình 2.1, ta thiết lập phương trình dao động vật nâng P có dạng (2.1) 2u  x cos    l  u   g sin   (2.1) mx sin   mu  ku  cu  mg 1  cos   m  l  u   Chọn điều kiện ban đầu là:     0 (2.2) giá trị ban đầu khác chọn Ta rút gọn phương trình (2.1) dạng phi thứ nguyên sau: 2un  xn cos   1  un   sin   (2.3) xn sin   un   2un  2 un   cos   1  un   2.3 Xây dựng phƣơng án điều khiển 2.3.1 Phương án điều khiển phản hồi Trong mục ta xem xét điều khiển đơn giản điều khiển PID (proportional-integral-derivative) Để minh họa tác động điều khiển phản hồi người điều khiển cẩu Ta xét trường hợp dịch chuyển ngang vật nâng, dịch ngang xe tời tín hiệu phản hồi người điều khiển hình 2.2, 2.3 Hình 2.2 So sánh chuyển dịch theo phương ngang xe tời người điều khiển tín hiệu phản hồi, P=0.1, 0=/6 Hình 2.3 So sánh chuyển dịch theo phương ngang xe tời người điều khiển tín hiệu phản hồi, P=1, 0=/6 Kết cho thấy tăng hệ số độ lợi P dao động vật nâng tắt nhanh chuyển dịch ngang xe tời tín hiệu phản hồi ngày cách xa chuyển dịch ngang xe tời người điều khiển tạo Điều thể rõ nhược điểm điều khiển phản hồi Bộ điều khiển phản hồi tác động mạnh đến hệ thống có hiệu giảm dao động rối trí người điều khiển cẩu 2.3.2 Sử dụng giảm chấn theo phương hướng tâm Tiếp theo ta xem xét trường hợp khơng có điều khiển phản hồi có giảm chấn Bằng phương pháp tuyến tính hóa tương đương phương pháp cân cực ta xác định giá trị tối ưu giảm chấn (2.4) (2.5)  opt  (2.4)  opt  302 32 (2.5) 2.3.3 Kết hợp điều khiển phản hồi giảm chấn Nghiệm tối ưu (2.4) (2.5) xác định mục trường hợp khơng có điều khiển phản hồi Xét trường hợp có điều khiển phản hồi dạng tỷ lệ: (2.6) xn   P Cũng phương pháp tuyến tính hóa tương đương phương pháp cân cực ta xác định giá trị tối ưu giảm chấn (2.4) (2.7)  opt  16 P2  602  4 P (2.7) Tóm lại mục xác định tham số tối ưu giảm chấn trường hợp kết hợp điều khiển phản hồi dạng tỷ lệ với giảm chấn Nghiệm giải tích xác định (2.4) (2.7) 2.4 Một số kết khảo sát tính tốn số Tính tốn số thực phương trình chuyển động phi thứ nguyên (2.3) Vận tốc xe tời xác định bởi: (2.8) xn  vr   P Để tiện ký hiệu, ta xét trường hợp mô bảng 2.1 Bảng 2.1: Các trường hợp mô Ký hiệu TH1 TH2 TH3 TH4 Điều khiển chủ động Khơng Có Khơng Có Điều khiển bị động Khơng Khơng Có Có 2.4.1 Trường hợp không vận hành cẩu Các kết so sánh góc lắc cáp cho hình 2.42.5 với trường hợp khác góc lắc ban đầu Góc lắc (độ) TH1 10 TH2 TH3 TH4 -30 t 10 TH1 Góc lắc (độ) 30 20 TH2 TH3 TH4 -10 30 Hình 2.4 Góc lắc theo thời gian phi thứ nguyên, trường hợp góc ban đầu 30o, P=0.1 10 t 20 30 Hình 2.5 Góc lắc theo thời gian phi thứ nguyên, trường hợp góc ban đầu 10o, P=0.1 Bảng 2.2 Giá trị lớn góc lắc (đơn vị độ) sau chu kỳ (số phần trăm bên cạnh độ giảm dao động) Trường hợp TH1 TH2 TH3 TH4 o 0=30 ,P=0.05 30(0%) 15.94(46.9%) 11.85(60.5%) 7.03(76.6%) 0=10o,P=0.05 10(0%) 5.31 (46.9%) 5.68 (43.1%) 3.55(64.5%) 0=30o, P=0.1 30(0%) 8.52 (71.6%) 11.85(60.5%) 4.08(86.4%) 0=10o, P=0.1 10(0%) 2.84 (71.6%) 5.68 (43.1%) 2.09(79.1%) Kết cho thấy: - Trường hợp kết hợp hai phương pháp chủ động bị động rõ ràng có hiệu trường hợp phương pháp đơn lẻ 2.4.2 Trường hợp có vận hành cẩu Các kết so sánh cho Hình 2.6, 2.7 Bảng 2.3 Góc lắc (độ) TH1 45 TH2 TH3 TH4 -25 10 TH1 Góc lắc (độ) 25 t 20 TH2 TH3 TH4 -45 30 Hình 2.6 Góc lắc theo thời gian phi thứ nguyên, trường hợp am=0.1, P=0.1 10 t 20 30 Hình 2.7 Góc lắc theo thời gian phi thứ nguyên, trường hợp am=0.2, P=0.1 11  A  0.5 0.5  (3.1) ZV   i      i    /   0.25   A  0.25 0.5 (3.2) ZVD   i      i    /  2 /   Mô hình tốn học cần cẩu tay với gắn giảm chấn bị động Hình 3.3b x3 z z2 y2 c 1 A x2 L2 z3 L1 B c L3 k 2 P c o y3 y y1 x x1 Hình 3.3a Cần cẩu tay với Hình 3.3b Mơ hình cần cẩu tay với có lắp giảm chấn Nhờ trợ giúp MATLAB Symbolic, ta thu phương trình chuyển động vật nâng có dạng (3.3), (3.4), (3.5):  1 cos    cos 1 sin   2 2 cos 1 cos       c sin 1 cos  cos 1  21 sin    L3  u     2  L3  u  1 cos    cos 1 sin   L2 c cos 1 cos  c   L2  sin  c sin 1  L2 cos1 sin   L2  c cos  c sin 1  c  g sin 1  M1 m  L3  u  cos  (3.3) 12    21 cos1 cos    c sin 1       cos sin  cos 1   cos  sin    L3  u    c  2  L3  u   sin 1    L2  c2 cos  c cos   L2 c2 cos  c cos   L2  sin  cos1 sin   g cos 1 sin   L2  c cos  c cos 1 sin  2 L2 sin  sin 1 sin   L2  c sin  c cos   L2 c cos  c sin 1 sin   M2 m  L3  u  (3.4) 2 2    cos  cos       sin  k c c 2 c u  u  u   L3  u      2  sin  cos cos   cos   m m c 2 2  c    L2  c2   c2 cos  c sin   L2 c cos  c sin 1 cos  L2  c cos  c cos 1 cos  L2  c2 sin  c cos1 cos  L3  L2  c sin  c sin   L2 c  c sin  c sin 1 cos   g 1  cos 1 cos    (3.5) 3.3 Mơ số Mơ hình cần cẩu dùng để mô hiển thị hình 3.3 Hình 3.3 Mơ hình cần cẩu RECURDYN Phương pháp điều khiển theo vận tốc mô Các lệnh vận tốc lấy từ [60] Hiệu việc giảm dao động ba chiều đánh giá hai số: độ căng cáp góc lắc Các so sánh hiển thị Hình 3.4-3.7 13 Hình 3.4: Độ căng cáp chuyển động cần cẩu Hình 3.5: Góc lắc chuyển động cần cẩu 14 Hình 3.6: Độ căng cáp chuyển động cần cẩu nhiễu gió Hình 3.7: Góc lắc chuyển động cần cẩu nhiễu gió Từ kết ta rút số nhận xét sau: - Với trường hợp không bị tác động nhiễu bên ngoài, hiệu giảm chấn việc giảm góc lắc lư khơng rõ ràng (Hình.3.5) Tuy nhiên, thay đổi độ căng cáp trơn nhờ giảm chấn (Hình 3.4) - Với trường hợp có nhiễu, nắn tín hiệu đầu vào khơng thể xử lý nhiễu giảm chấn làm giảm dao động nhiễu (Hình 3.6, 3.7) - Trong trường hợp, kết hợp hai phương pháp đề xuất cho thấy hiệu tốt Điều kết hợp ưu điểm hai phương pháp 15 3.4 Thực nghiệm kiểm chứng Một thử nghiệm đơn giản thiết lập để chứng minh tính hiệu phương pháp đề xuất Hình 3.8a-b trình bày thiết lập sử dụng Hình 3.8: Cơ cấu cần cẩu (a) cấu giảm chấn bị động (b) Hiệu kết hợp nắn tín hiệu đầu vào giảm chấn hướng tâm nhìn thấy cách xoay đế cần cẩu Các kết thể Hình 3.9-3.12 Hình 3.9: Quỹ đạo tải trọng mặt phẳng nằm ngang, lắc lư xoay bệ cẩu 16 Hình 3.10: Độ lệch theo phương ngang X, lắc lư xoay bệ cẩu Hình 3.11: Độ lệch theo phương ngang Y, lắc lư xoay bệ cẩu Hình 3.12: Góc lắc xoay bệ cẩu Chúng ta thấy nắn tín hiệu đầu vào làm giảm đáng kể chuyển động lắc lư giảm chấn hướng tâm tạo cải thiện Kết thử nghiệm xác minh phương 17 pháp kết hợp làm giảm dao động lắc lư vật nâng người vận hành điều kiện ban đầu gây 3.5 Kết luận chƣơng Chương đạt kết sau: - Đã đề xuất phân tích kết hợp hai phương pháp không dùng cảm biến để giảm dao động ba chiều vật nâng cầu cẩu - Đã tạo mơ hình thực nghiệm để minh họa kết hợp nắn tín hiệu đầu vào giảm chấn hướng tâm để điều khiển dao động chiều vật nâng cần cẩu - Các kết phân tích số kết thực nghiệm cho thấy kết hợp đề xuất có hiệu việc điều khiển dao động gây điều kiện ban đầu vận hành người - Các kết chương trình bày tài liệu [T1, T3, T5] CHƢƠNG GIẢM DAO ĐỘNG VẬT NÂNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP BÁN CHỦ ĐỘNG 4.1 Giới thiệu Chương trình bày mơ hình khảo sát dao động vật nâng không gian chiều sử dụng điều khiển bật-tắt hệ số cản cho giảm chấn Các phương trình dao động vật nâng xây dựng theo phương trình chương Trong chương tìm điều khiển bật-tắt hệ số cản tối ưu mơ hình lắc dao động phẳng điều hịa có áp dụng thêm số giả thiết đơn giản hóa Chương đề xuất điều khiển bật-tắt hệ số cản cho mơ hình lắc phẳng mơ hình lắc cầu khơng đơn giản hóa Các kết tính tốn số để chứng minh hiệu điều khiển bật-tắt hệ số cản đề xuất so với giảm chấn bị động so với điều khiển bật-tắt hệ số cản tối ưu trình bày chương 4.2 Mơ hình khảo sát Bộ điều khiển bật-tắt hệ số cản cho giảm chấn hướng tâm hình 4.1 18 O Lò xo hướng tâm k z Cản Coriolis Nhiễu  x Bộ cản hướng tâm, bật tắt c l k y c  Khối lượng lắc m u m z Hình 4.1 Mơ hình dao động vật nâng có gắn điều khiển bật-tắt hệ số cản cho giảm chấn theo phương hướng tâm Với mơ hình hình 4.1, ta xây dựng phương trình chuyển động dạng không thứ nguyên sau: 1  un     sin  cos   2 s   sin  cos  2un   M (4.1) (1  un )s2 ml 1  un   cos   2 sin   2 s cos    sin   2un cos    M (1  un )cos s2 ml (4.2) un  2 un   2un   cos cos  1  un  (   cos2  )  (4.3) Trong ta sử dụng ký hiệu sau: c g k/m c u s  ;  s  s ;  ;  ; un  ;t  s t; (4.4) l 2l ms s 2ms l Xét cản bật-tắt giảm chấn hướng tâm sau: (4.5) ζh ζl, tương ứng giá trị bật tắt tỷ số cản bán chủ động 19 4.3 Điều khiển cản bật tắt tối ƣu Mục trình bày điều khiển bật tắt cản tối ưu lớp tất điều khiển bật tắt chuyển hệ số cản từ giá trị cao xuống giá trị thấp quay lại phần tư chu kỳ Bộ điều khiển tối ưu tìm tốn lắc phẳng, dao động điều hịa Mơmen ngồi M kích động dạng điều hịa có biểu thức: (4.6) M  2m ss2 ml cos  t   f  Các phương trình (4.1), (4.2) (4.3) đơn giản hóa thành: 1  un    2 s   1  un   sin   2un   2 s m cos  t   f  , un  2 un   2un  1  un    cos   (4.7) Việc phân tích thực cách giả sử giá trị góc lắc, chuyển động hướng tâm tỷ số cản nhỏ Giữ lại thành phần bậc hai của:  , , , un , un , un ,  s phương trình (4.7) đơn giản thành: (4.8) 1  2un    s  un   1  un   2 sm cos  t   f  un  2 un   2un    2  (4.9) Các lời giải gần đáp ứng hệ thống tìm kiếm dạng hàm điều hịa sau:   0 sin  t  , un  h02  cos sin  2t   sin  cos  2t   (4.10) Ba ẩn số 0, h and  thỏa mãn điều kiện sau: (4.11) 0  0; h  0;      Ta giả sử: t1  t  t  l    (4.12)   h t  t  t1   2 Sau q trình biến đổi có phương trình cho mối quan hệ 0 với tP tm sau: a3 t m ,t P ,0 06  a2 t m ,t P ,0 04  a102  a0  (4.13) Tóm lại, với tần số (đã chuẩn hóa) , quan hệ (4.13) cho đường cong mặt phẳng 0 tm Hình 4.2 4.3 cho thấy số đường cong điển hình mặt phẳng 0 tm số giá trị  20 Hình 4.2: Các đường cong liên hệ điển hình (nét đứt) 0 tm quỹ đạo (nét liền) điểm cực tiểu với h=20%, l=5%, =2, m=/6, s=1% Hình 4.3: Các đường cong liên hệ điển hình (nét đứt) 0 tm quỹ đạo (nét liền) điểm cực tiểu với h=100%, l=1%, =2, m=/6, s=1% Các nhận xét sau 0 tm rút từ hình 4.2 hình 4.3: - So sánh quỹ đạo điểm tối thiểu hai hình 4.2 4.3, thấy h lớn l nhỏ cho giá trị nhỏ cận 21 - Giá trị tối ưu tm tăng tỷ số tần số kích thích  gần Quan sát quy luật cản bật-tắt (4.12), thấy tăng tm có nghĩa mức cản thấp sử dụng lâu Ứng xử tối ưu có nghĩa tỷ số tần số  gần 1, cản nên điều chỉnh giá trị thấp để tăng chuyển động hướng tâm để tiêu tán nhiều lượng 4.4 Bộ điều khiển cản bật-tắt dựa lƣợng 4.4.1 Đề xuất điều khiển Xét hàm lượng dạng sau: u  2un2 (4.14) H n  2 Sử dụng phương trình (4.9) có biểu thức tốc độ biến đổi sau:  2  H  un (un   2un )  un  2 un        (4.15) 2     2 un2  un  un    4 Sau số biến đổi số nhận xét từ (4.15) Bộ điều khiển đề xuất sau:  h un     (4.16)   2  l u     n        4.4.2 Mơ số Tính tốn số thực cho phương trình phi tuyến đầy đủ (4.7) Hình 4.4 đồ thị so sánh biên độ góc lắc trường hợp cản bị động, cản bật tắt tối ưu cản bật tắt dựa lượng, với số giá trị khác cản bật tắt mức kích động 22 Hình 4.4 Đồ thị biên độ-tần số với α=2, ζs=1%, ζh=20%, ζl=5%, a) m = 300, b) m = 100 (1) TH không cản, (2) TH cản bé, (3) TH cản lớn, (4) Cản bật tắt theo lượng, (5) Cản bật tắt tối ưu Như thấy từ hình 4.4, hiệu điều khiển cản bật-tắt theo lượng gần điều khiển tối ưu 4.5 Trƣờng hợp lắc cầu chịu tác động ngẫu nhiên Trong mục ta xét mô hình lắc cầu chịu tác động ngẫu nhiên Phương trình chuyển động trình bày ((4.1) ,(4.2), (4.3)) mơmen lực kích động gây đại lượng ngẫu nhiên Mô men lực kích động (4.1), (4.2) thể dạng: M   2s2 ml 2m  s  t  ; (4.17) M   2s2 ml 2 m  s  t  Ở  t  ,  t  hai thành phần độc lập ồn trắng Gauss với cường độ đơn vị, m m hai độ lệch chuẩn hai góc lắc lắc cầu khơng có giảm chấn [58] Bộ điều khiển (4.16) dễ dàng mở rộng cho lắc cầu sau:  h un         (4.18)   2 2  l u         n      23 Bằng cách thực mô Monte Carlo, kết so sánh hiệu điều khiển cản bật-tắt dựa theo lược cản bị động hình 4.5 Ở hình 4.5, ta xem xét số đánh giá: J     un2 m2   m2 (4.19)  ký hiệu phép lấy trung bình tất 500 mẫu mơ Hình 4.5 Đồ thị số đánh giá theo tỉ số tần số, với m=20o, m=10o, ζs = 1% + hình thoi: Cản bị động 10%; + hình vng: Cản bị động 0,5%; + hình tam giác: Cản bị động 200%; + đường liền không đánh dấu: Cản bật tắt, ζh = 200%, ζl = 0,5% Kết cản bật-tắt có số J thấp phạm vi rộng α, so sánh với trường hợp cản thụ động Nói cách khác, độ bền vững cản bật-tắt cao 4.6 Kết luận chƣơng Chương trình bày kết nghiên cứu sử dụng phương pháp bán chủ động để điều khiển dao động lắc lư lắc Kết đạt chương là: 24 - Tìm biểu thức lời giải cận biên độ góc lắc lắc đơn dao động phẳng điều hòa sử dụng giảm chấn có cản bật tắt theo luật điều khiển tối ưu - Đã đề xuất thuật toán điều khiển bán chủ động cản bật tắt dựa nguyên lý tối đa lượng chuyển động hướng tâm, áp dụng cho giảm chấn bán chủ động treo vào cáp vật nâng - Thuật toán điều khiển bán chủ động cản bật tắt dựa lượng mở rộng cho trường hợp lắc cầu chịu tác động ngẫu nhiên, kết tính hiệu cho trường hợp mơ hình gần với thực tế Các kết luận án trình bày tài liệu [T2,T7] KẾT LUẬN Một số kết luận luận án: Luận án nghiên cứu phát triển mơ hình kết hợp phương pháp phản hồi chủ động với giảm chấn bị động; kết hợp phương pháp nắn tín hiệu đầu vào với giảm chấn bị động nghiên cứu áp dụng phương pháp bán chủ động để điều khiển dao động lắc lư vật nâng Các kết hợp khắc phục hạn chế phương pháp đơn lẻ Các đóng góp luận án bao gồm: - Đã thiết lập tham số giảm chấn tối ưu kết hợp điều khiển phản hồi tỉ lệ với giảm chấn theo phương hướng tâm để giảm lắc lư vật nâng cần cẩu - Đã đề xuất, phân tích xây dựng mơ hình kết hợp phương pháp nắn tín hiệu đầu vào với sử dụng giảm chấn để giảm dao động ba chiều vật nâng - Đã tìm luật điều khiển cản bật tắt tối ưu cho biên độ góc lắc lắc đơn dao động phẳng điều hòa - Đã đề xuất thuật toán điều khiển bật-tắt hệ số cản dựa dòng lượng áp dụng cho giảm chấn hướng tâm DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ [T1] Viet Duc La, Kien Trong Nguyen, Combination of input shaping and radial spring-damper to reduce tridirectional vibration of crane payload, Mechanical Systems and Signal Processing, Volume 116, Pages 310-321, (2019) (tạp chí ISI Q1) [T2] La Duc Viet, Nguyen Trong Kien, Lower bound of performance index of anti-sway control of a pendulum using on-off damping radial spring-damper, Vietnam Journal of Mechanics, Vol 41, No 2, pp 193-201, (2019) [T3] Lã Đức Việt, Nguyễn Trọng Kiên, Nghiên cứu giảm chấn để giảm biến thiên lực căng cáp nâng vật nâng không gian ba chiều, Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ X, Hà Nội, 08-09/12/2017, Tập 2, tr 636-643 [T4] La Duc Viet, Nguyen Trong Kien, Crane anti-sway control using active-passive method, Proceeding of The Fourth International Conference on Engineering Mechanics and Automation (ICEMA4), Hanoi 25-26/08/2016, pp 187-191 [T5] Lã Đức Việt, Nguyễn Trọng Kiên, Sử dụng giảm chấn để kiểm soát dao động cần cẩu tay với gây gió, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học toàn quốc lần thứ Cơ kỹ thuật Tự động hóa, 7-8/10/2016, tr 87-90 [T6] Nguyễn Trọng Kiên, Lã Đức Việt, Phương pháp điều khiển chủ động–bị động để giảm dao động lắc lư cáp cần cẩu, Kỷ yếu hội nghị KHCN toàn quốc khí - động lực, 13/10/ 2016, Tập 2, tr 181-185 [T7] Nguyễn Trọng Kiên, Lã Đức Việt, Nguyễn Bá Nghị, Nguyễn Thị Thanh Tùng, Giảm dao động lắc lư cáp cần cẩu cách điều khiển độ cản giảm chấn bán chủ động, Tạp chí khoa học Trường Đại học Vinh, Tập 47, 2A, 2018, tr 16-22 ... ? ?Nghiên cứu điều khiển chủ động bị động bán chủ động để giảm dao động vật nâng cần cẩu? ?? Mục tiêu nghiên cứu luận án Mục tiêu luận án đề xuất kết hợp phương pháp điều khiển chủ động, bị động bán. .. phương pháp bán chủ động để nâng cao hiệu điều khiển dao động cho vật nâng cần cẩu 1.2 Giảm dao động vật nâng phƣơng pháp chủ động 1.2.1 Kỹ thuật điều khiển phản hồi Kỹ thuật điều khiển phản hồi... nhiều nghiên cứu kết hợp phương pháp chủ động bị động xa phương pháp bán chủ động áp dụng cho toán giảm dao động vật nâng cần cẩu Do luận án tác giả đề xuất kết hợp phương pháp chủ động – bị động