Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ 4 bậc tự do bằng bộ điều khiển mờ lai

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN TRÀ MY NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ DO BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI 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/ 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 (5 năm) nghiên cứu thành cơng việc thu gọn kích thước giảm giá thành ổ đỡ từ thay vịng bi khí để làm việc lĩnh vực công nghệ sạch, thiết bị y tế, thiết bị quốc phịng cơng nghiệp vũ trụ, điều tất yếu Nhận thấy vai trò quan trọng ổ đỡ từ đồng thời nhằm nâng cao hiểu biết ổ đỡ từ, chọn đề tài "Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ lai" Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu mơ tả tốn học cho ổ đỡ từ bốn bậc tự do, sau đưa mơ hình dạng mơ hình tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc - Khảo sát chất lượng điều khiển ổ đỡ từ điều khiển PID mô kiểm chứng thực nghiệm - Đề xuất thiết kế điều khiển mờ lai 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: Xây dựng mơ hình tốn học ổ đỡ từ chủ động bậc tự Chương 3: Đánh giá chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự sử dụng điều khiển PID mô thực nghiệm Chương 4: Đề xuất nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ lai 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 Những vấn đề ổ đỡ từ 1.1.1 Khái niệm ổ trục - Ổ trục chi tiết máy sử dụng nhiều lĩnh vực khí Nó có dạng ổ lăn (vòng bi, ổ bi) ổ trượt - Ổ lăn dạng ổ 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 cơn; ổ đũa đỡ lịng cầu hai dãy, (Ví dụ ổ bi đỡ dãy thể hình 1.1) Hình 1.1: Hình dạng ổ bi đỡ dãy Một số loại ổ lăn điển hình thể hình 1.2: Hình 1.2: Hình ảnh số loại ổ lăn điển hình Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Ổ trượt dạng ổ đỡ trục dùng ma sát trượt (Hình 1.3) 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 mơi trường đặc biệt (trong nước, mơi trường ăn mịn, ) ổ lăn thường làm kim loại nên dễ bị mịn Khi chế tạo ổ trượt gỗ, cao su, để phù hợp với môi trường Hình 1.3: Kiểu dáng ổ đỡ trượt Một số loại ổ trượt điển hình thể hình 1.4: Hình 1.4: Hình ảnh số loại ổ trượt điển hình Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.1.2 Khái niệm ổ đỡ từ Ổ đỡ từ loại ổ trục có khả nâng không tiếp xúc trục chuyển động nhờ vào lực từ trường (Hình 1.5) 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, loại bỏ rung động chuyển động, khả làm việc với tốc độ cao làm việc môi trường khắc nghiệt như: Nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp chân khơng Hình 1.5: Hình dạng ổ đỡ từ Ứng dụng công nghệ đỡ từ trải qua phát triển rõ rệt khoảng ba thập kỷ qua Rất nhiều nghiên cứu quan trọng tiến hành bao trùm lên tất lĩnh vực liên quan đến ổ đỡ từ Ta kể bao gồm cơng nghệ cảm biến điều khiển, mơ hình hóa nhận dạng, công nghệ vật liệu thành phần… Cho đến nay, nhận thức trọng tâm thiết kế ổ đỡ từ có bước tiến rõ rệt việc ứng dụng ổ đỡ từ vào ứng dụng thực tiễn vượt mong muốn ban đầu Các ứng dụng quan trọng ổ đỡ từ gồm có máy gia tốc, máy ly tâm, máy chân không, thiết bị y tế công nghệ cao, ứng dụng cho môi trường tuyệt đối, công nghệ robot, truyền động tốc độ cao, thiết bị làm việc ngồi khơng gian, hệ thống bánh đà tích trữ lượng cách ly rung động Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ổ đỡ từ tương lai đem lại nhiều bước đột phá cho ngành công nghiệp chế tạo sản xuất nhờ ưu điểm bật sau mà ổ đỡ khơng có được: - Khơng có hao mịn vận hành phần quay động không tiếp xúc với phận nào; - 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; - Khả loại bỏ rung động chuyển động; - Khả làm việc môi trường khắc nghiệt Tuy nhiên ổ đỡ từ tồn số nhược điểm: - Giá thành cao; - Cần có phần điều khiển cho ổ đỡ từ Phân loại ổ đỡ từ [7] a) b) a a Hình 1.6: Ổ đỡ) từ ngang trục (a) ổ đỡ từ dọc trục (b) Ổ đỡ từ phân loại sau: Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Phân loại ổ đỡ từ Theo cấu tạo Theo chức Ổ đỡ từ dọc trục (Hình 1.6) Gồm stator rotor có nhiệm vụ nâng trục chuyển động theo hướng dọc trục Ổ đỡ từ ngang trục (Hình 1.6) Gồm stator rotor có nhiệm vụ nâng trục chuyển động theo hướng ngang trục (hướng x y) Ổ đỡ từ chủ động (AMB) (Hình 1.7) Làm việc dựa nguyên tắc chênh lệch lực hấp dẫn điện từ Ổ đỡ từ chủ động bao gồm nhiều phận nam châm điện, biến đổi cơng suất, cảm biến đo khoảng cách AMB có đặc điểm: - Kích thước lớn - Cấu trúc phức tạp - Có đặc tính động tốt - Lực nâng điều chỉnh - Giá thành cao Số hóa Trung tâm Học liệu Ổ đỡ từ thụ động (PMB) (Hình 1.8) Được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu để tạo lực nâng theo nguyên lý hút đẩy PMB có đặc điểm: - Kích thước đơn giản nhỏ gọn - Không cần điều khiển - Khi nâng có lực nâng cố định - Chế tạo dễ dàng - Tuy nhiên giá thành cao http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ổ đỡ từ siêu dẫn (SMB) (Hình 1.9) Được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu chất siêu dẫn, lực nâng tạo theo nguyên lý đẩy SMB có đặc điểm: - Kích thuớc nhỏ gọn - Không cần điều khiển - Lực nâng cố định - Làm việc môi trường nhiệt độ thấp - Giá thành cao Hình 1.7: Ổ đỡ từ chủ động Hình 1.8: Ổ đỡ từ thụ động Superconductor PM Hình 1.9: Ổ đỡ từ siêu dẫn Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ổ đỡ từ có nhiều loại đa dạng trên, việc nghiên cứu tất loại ổ đỡ từ gặp nhiều khó khăn Vì phạm vi nghiên cứu luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu điều khiển ổ đỡ từ chủ động bậc tự (AMB) Ổ đỡ từ chủ động AMB hướng tâm [7] bậc tự (AMB) hướng tâm hình 1.10 Ổ đỡ từ có cấu tạo tương tự động điện, nhiên thay tạo mơ men xoắn để quay rotor, lại tạo lực để nâng rotor quay lòng ổ (stator), nâng khoảng cách rotor stator nhỏ (0,5÷2mm) Một ổ đỡ từ bao gồm có phận chính: - Ổ đỡ từ trục treo lòng nhờ từ trường - Các cảm biến - Hệ thống điều khiển Cảm biến khoảng cách Hệ thống điều khiển Nguồn dịng a) b) Hình 1.10: a) Hình dạng; b) Các phận ổ đỡ từ Nguyên tắc làm việc ổ đỡ từ tương tự nam châm điện, nghĩa là, tạo nên chuyển dịch học theo phương lực (hút đẩy) điện từ Nguyên lý nâng dùng lực từ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Cơ cấu chấp hành điện từ Biến tần pha Cơ cấu điện từ (Stator) Lực từ fm Rotor Rotor Bộ ĐK Trọng lượng rotor mg Sensor Hình 1.11: Cấu trúc AMB bậc tự Trước hết, ta xem xét cấu trúc mô tả cho AMB tối giản hình 1.11 bậc tự Từ việc phân tích hiểu rõ thuộc tính hệ thống với bậc tự (Degree of Freedom - DOF), việc phân tích xây dựng mơ hình tốn học cho hệ thống nhiều bậc tự dễ dàng thuận lợi Hình 1.11 mơ tả cấu trúc vịng điều khiển kín cho AMB với thành phần cần thiết để cấu thành nên hệ thống AMB theo phương (x) Các thành phần chức chúng mô tả sơ Đây hệ thống không ổn định cố hữu Sự ổn định lực hấp dẫn cấu điện từ Do đó, cần thiết phải có giải pháp điều khiển tích cực mạch từ Cơ cấu điện từ bao gồm rotor treo tự khoảng cách danh định so với cấu điện từ Cảm biến vị trí khơng tiếp xúc (thường kiểu cảm biến dịng điện xốy cảm biến điện cảm) đo độ sai lệch x vị trí mà ta mong muốn x0 với vị trí thực rotor cung cấp thông tin đến điều khiển Mục tiêu điều khiển nhằm trì vị trí rotor giá trị mong muốn Điều khơng làm thỏa mãn cân lực hấp dẫn fm tạo mg (tích trọng lượng rotor với gia tốc trọng trường) điểm làm việc tĩnh mà cịn nhằm đạt ổn định hóa, chất lượng quan trọng trình điều khiển Khi rotor chuyển dịch vượt giá trị x0, cảm biến vị trí cung cấp tín Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 + Nhóm SIMO có đầu vào nhiều đầu + Nhóm MISO có nhiều đầu vào đầu HƯ Logic Mê R1: nÕu  th×   xi Rq: Fuzzy hóa y B' Giải mê i Hình 4.8: Cấu trúc hệ logic mờ 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 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 cịn 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/ 65 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: P et Bộ điều khiển mờ d det dt - 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 det dt - 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) 4.1.2.2 Điều khiển mờ thích nghi Bộ điều khiển mờ thích nghi có phương pháp cấu trúc bản: Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 + 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 x - Bộ chỉnh định mờ Nhận dạng tham số Bộ điều khiển Đối tượng y Hình 4.12: Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp Nhận dạng tham số Bộ chỉnh định mờ x - Bộ điều khiển Đối tượng y Hình 4.13: Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 4.1.2.3 Điều khiển mờ lai Bộ điều khiển mà trình làm việc tự điều chỉnh thơng số cho phù hợp với thay đổi đối tượng gọi điều khiển thích nghi Một hệ thống điều khiển thích nghi, cho dù có hay khơng tham gia hệ mờ, hệ thống phát triển cao có tiềm đặc biệt, song gắn liền với ưu điểm khối lượng tính tốn thiết kế lớn Thực tế ứng dụng kỹ thuật mờ cho thấy: thay điều khiển mờ vào chỗ điều khiển kinh điển có hệ thống tốt Trong nhiều Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 trường hợp, để hệ thống có đặc tính động học tốt bền vững cần phải thiết kế thiết bị điều khiển lai điều khiển mờ điều khiển kinh điển Hệ mờ lai (viết tắt F-PID) hệ thống điều khiển tự động thiết bị điều khiển bao gồm hai thành phần: - Thành phần điều khiển kinh điển - Thành phần điều khiển mờ Các dạng hệ mờ lai phổ biến Hệ lai khơng thích nghi có điều khiển kinh điển Hãy quan sát hình 4.9 hệ lai có tiền xử lý mờ Nhiệm vụ điều khiển giải điều khiển kinh điển thông số điều khiển không chỉnh định thích nghi Hệ mờ sử dụng để điều chế tín hiệu chủ đạo cho phù hợp với hệ thống điều khiển Về nguyên tắc, tín hiệu chủ đạo hàm thời gian phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Một cấu trúc cụ thể hệ mờ lai có tiền xử lý mờ biểu diễn hình 4.10 Hình 4.14: Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ Hình 4.15: Hệ mờ với lọc mờ cho tín hiệu chủ đạo x Tín hiệu chủ đạo đạo x đưa vào hệ thống điều chế qua mờ Tín hiệu vào x so sánh với tín hiệu y hệ thống sai lệch E đạo hàm DE đưa vào đầu vào lọc mờ tạo lượng hiệu chỉnh x, tín hiệu chủ đạo Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 lọc có giá trị x + x Tác dụng lọc mờ tồn hệ thống làm cho hệ thống có đặc tính động tốt nâng cao khả bền vững hệ thông số hệ biến đổi Hệ mờ lai Cascade Một cấu trúc mờ lai khác biểu diễn hình 4.11, phần bù tín hiệu điều chỉnh u lấy từ điều khiển mờ Hình 4.16: Cấu trúc hệ mờ lai Cascade Trong trường hợp hệ thống có cấu trúc việc chọn đại lượng đầu vào hệ mờ phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Tất nhiên đại lượng thường sử dụng làm tín hiệu vào hệ mờ tín hiệu chủ đạo x, sai lệch E, tín hiệu y với đạo hàm tích phân đại lượng Về nguyên tắc sử dụng đại lượng khác đối tượng sử dụng nhiễu xác định Điều khiển cơng tắc thích nghi khóa mờ Điều khiển theo kiểu chuyển đổi khâu điều khiển có tham số cấu trúc phù hợp với điểm làm việc đối tượng đòi hỏi thiết bị điều khiển phải chứa đựng tất khâu có cấu trúc tham số khác cho trường hợp (Hình 4.17) Hệ thống tự chọn khâu điều khiển có tham số phù hợp với đối tượng Điều khiển cơng tắc chuyển đổi vị trí để chọn khâu điều khiển phù hợp thực khóa mờ Hình 4.17: Chọn điều khiển thích nghi khóa mờ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 69 Thơng thường khâu điều khiển dùng trường hợp khâu có cấu trúc tham số khác Khác với việc chỉnh định thơng số thích nghi hệ tự chỉnh, thông số chỉnh định cứng qua cơng tắc chuyển đổi Ưu điểm hệ thống điều khiển làm việc độc lập với nhau, kiểm tra tính ổn định hệ ứng với trường hợp riêng biệt Các đại lượng vào hệ mờ xác định theo ứng dụng cụ thể 4.2 Thiết kế điều khiển mờ lai 4.2.1 Đặt vấn đề Để áp dụng phương pháp điều khiển mờ lai cho ổ đỡ từ bậc tự do, tác giả sử dụng mơ hình mờ lai Cascade Việc thiết kế điều khiển mờ lai thực việc thiết kế khâu điều khiển mờ sau kết hợp với điều khiển PID 4.2.2 Mờ hoá Ta thiết kế điều khiển mờ bao gồm biến trạng thái mờ đầu vào biến mờ đầu Mỗi biến lại chia thành nhiều giá trị tập mờ (Tập mờ con) Số giá trị mờ biến chọn để phủ hết khả cần thiết cho khả điều khiển lớn cần số tối thiểu luật điều khiển mờ Sự phân bố hàm liên thuộc đầu vào : Hình 4.18: Sự phân bố giá trị mờ biến vào Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 Hình 4.19: Sự phân bố giá trị mờ biến Hình 4.20: Các luật điều khiển mờ 4.2.3 Luật điều khiển luật hợp thành Luật hợp thành xây dựng sở nguyên lý hợp thành MAX – MIN 4.2.4 Giải mờ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 71 Giải mờ thực theo phương pháp điểm trọng tâm, phương pháp trung bình hay phương pháp cực đại Do miền xác định giá trị mờ đầu miền liên thông nên ta giải mờ theo phương pháp trọng tâm Giá trị rõ x xác định theo phương pháp điểm trọng tâm công thức: x x0 B (x)dx S μ B (x)dx S Trong đó: S miền xác định tập mờ B 4.3 Khảo sát mô Matlab/Simulink 4.3.1 Sơ đồ mô Hình 4.21: Sơ đồ mơ theo phương pháp mờ lai phương pháp PID Trong điều khiển Mờ lai có cấu trúc: Hình 4.22:tâm SơHọc đồ mơ khiển mờ lai Số hóa Trung liệuphỏng cấu trúc điều http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 72 4.3.2 Kết mô so sánh điều khiển mờ lai với điều khiển PID + Trường hợp khơng có nhiễu tác động: -4 Dap ung theo phuong y cua o tu x 10 Mo PID y1 ( m ) -1 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.23: Đáp ứng theo trục y ổ đỡ từ -4 10 Dap ung theo phuong x cua o tu x 10 Mo PID x1 ( m ) -2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.24: Đáp ứng theo trục x ổ đỡ từ -4 Dap ung theo phuong y cua o tu x 10 Mo PID y2 ( m ) -1 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.25: Đáp ứng theo trục y ổ đỡ từ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 73 -4 10 Dap ung theo truc x cua o tu x 10 Mo PID x2 ( m ) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.26: Đáp ứng theo trục x ổ đỡ từ + Trường hợp có nhiễu tác động: -4 Dap ung theo phuong y cua o tu x 10 Mo PID y1 ( m ) -1 -2 0.01 0.02 -4 10 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Dap ung theo phuong x cua o tu x 10 Mo PID x1 ( m ) -2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.27: Đáp ứng theo trục y x ổ đỡ từ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 74 -4 Dap ung theo phuong y cua o tu x 10 Mo PID y2 ( m ) -1 -2 0.01 0.02 -4 10 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Dap ung theo phuong x cua o tu x 10 Mo PID x2 ( m ) -2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 4.28: Đáp ứng theo trục y x ổ đỡ từ 4.3.3 Nhận xét Từ kết mơ hình 4.23 đến hình 4.28 cho thấy điều khiển mờ lai cải thiện chất lượng so với điều khiển PID (thời gian độ ngắn hơn) Điều cho thấy tính đắn thuật tốn điều khiển với phương pháp điều khiển mờ lai 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 phương pháp thiết kế điều khiển mờ lai để thiết kế điều khiển cho đối tượng - Mô hệ thống - Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ lai so với phương pháp điều khiển PID Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 75 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 bậc từ Nhiệm vụ cụ thể “Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ lai” Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn hoàn thành chương sau: Chương 1: Tổng quan ổ đỡ từ Chương 2: Xây dựng mơ hình tốn học ổ đỡ từ chủ động bậc tự Chương 3: Đánh giá chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự sử dụng điều khiển PID mô thực nghiệm Chương 4: Đề xuất nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ lai Kết luận văn đạt là: - Thiết kế điều khiển cho ổ đỡ từ 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 thiết kế điều khiển là: Bộ điều khiển mờ lai Với kết mô cho thấy chất lượng điều khiển tốt so với điều khiển PID (kể có nhiễu tác động) Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu cịn 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/ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm quốc Hải, Dương Văn Nghi: “Điều chỉnh tự động truyền động điện” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [2] 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 [3] Phan Xuân Minh Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển mờ in lần thứ có sửa chữa bổ sung , Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Nguyễn Dỗn Phước: “Phân tích điều khiển hệ phi tuyến” NXB Bách khoa, 2012 [5] Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Xưởng in ĐHTC Đại học Bách khoa Hà Nội [6] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab Simulink”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 Tiếng Anh [7] Akira Chiba, adashi Fukao,Osamu Ichikawa, Masahide Oshima, asatsugu Takemoto and David G Dorrell, “Magnetic Bearings and Bearingless Drives”, Newnes, 2005 [8] 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 [9] M Neff, N Barletta and R Schoeb “Bearingless Centrifugal Pump for Highly Pure Chemicals”, Proc Of the 8th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2002, Mito, Japan, pp.283-287 [10] T Shinshi et al., “A Mini-Centrifugal Blood Pump Using 2-DOF Controlled Magnetic Bearing” Proc Of the 11th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2008, Nara, Japan, pp 274-279 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 77 [11] Li Dong et al., “Principle Test of Active Magnetic Bearings for the Helium Turbomachine of HTR-10GT”, Proc Of the 12th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2010, Wuhan, China, pp 594-601 [12] Li-Xin Wang (1992), “Fuzzy systems as nonlinear dynamic system indentifiers Part 1: Stability Analysis and Simulations”, Proceedinge of the 31 st Conference on decision and control Tucson, Arizos, December 1992 pp 3418-3422.(chương 4) [13] Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno, “Analysis and Control of Non-Salient Permanent Magnet Axial-Gap Self-Bearing Motor”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol PP, No 99, pp 1-8, 2010 (early access) [14] Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno, “Modeling and Control of Salient-Pole Permanent Magnet Axial Gap Self-Bearing Motor”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol PP, No 99, pp 1-9, 2010 (early access) [15] Quang Dich Nguyen, Satoshi Ueno, Ritsumeikan University, “Control of Degrees of Freedom Salient Axial-Gap Self-Bearing Motor”, ISMB-12 [16] Do K.D., D.H Nguyen, T.B Nguyen “Nonlinear Control of Magnetic Bearings”, Journal of Measurement Science and Instrument, Vol 1, No 1, 2010, pp.10-16 [17] G Barbaraci, G.Virzi Mariotti; “Sub-Optimal Control Law for Active Magnetic Bearings Suspension”, Journal of Control Engineering and Technology, Jan-2012 [18] Chen, K.-Y et al., A self-tuning fuzzy PID-type controller design for unbalance compensation in an active magnetic bearing, Expert Systems with Applications (2009), doi:10.1016/j.eswa.2008.10.055 [19] Z Gosiewski, A Mystkowski, Robust control of active magnetic suspension: Analytical and experimental results, Mechanical Systems and Signal Processing 22 (2008) 1297–1303 [20] T.M Lim, D Zhang, Control of Lorentz force-type self-bearing motors with hybrid PID and robust model reference adaptive control scheme, Mechatronics 18 (2008) 35–45 [21] H.-Y Kim, C.-W Lee, Design and control of active magnetic bearing system with Lorentz force-type axial actuator, Mechatronics 16 (2006) 13–20 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 78 [22] I.S Cade et al., Rotor/active magnetic bearing transient control using wavelet predictive moderation, Journal of Sound and Vibration 302 (2007) 88–103 [23] M.O.T Cole et al., Towards fault-tolerant active control of rotor–magnetic bearing systems, Control Engineering Practice 12 (2004) 491–501 [24] J.Y Hung et al., Nonlinear control of a magnetic bearing system, Mechatronics 13 (2003) 621–637 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... học ổ đỡ từ chủ động bậc tự Chương 3: Đánh giá chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự sử dụng điều khiển PID mô thực nghiệm Chương 4: Đề xuất nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển. .. nghiệp vũ trụ, điều tất yếu Nhận thấy vai trò quan trọng ổ đỡ từ đồng thời nhằm nâng cao hiểu biết ổ đỡ từ, chọn đề tài "Nâng cao chất lượng điều khiển ổ đỡ từ bậc tự điều khiển mờ lai" Mục tiêu... thiết kế điều khiển cho hệ ổ đỡ từ bậc tự chương Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 34 Chương ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ BẬC TỰ DO SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID BẰNG MÔ