Nghiên cứu tổng hợp bộ điều chỉnh lai sử dụng trong hệ thống tuỳ động

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình tơi tự làm nghiên cứu, luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nhƣ nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Hoàng Anh Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Hiện nay, tự động hoá đƣợc nhà máy quan tâm đặc biệt đƣợc ƣnga dụng hầu hết máy công cụ, lĩnh vực sản xuất xi măng, cán thép, hệ thống thang máy, máy nâng, hệ thống điều khiển rađa, máy chép hình, ngƣời máy…Việc dừng xác hay đồng tốc hai truck cán điều quan trọng, ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng sản phẩm, tới hiệu công việc Để đạt đƣợc điều hệ thống đƣa thêm mạch vịng vị trí, hệ thống đƣợc gọi chung hệ tuỳ động vị trí (hay hệ bám Để nâng cao chất lƣợng dừng lại mạch vịng phản hồi nên chất lƣợng chƣa cao đồng thời cịn có nhiều nhƣợc điểm ảnh hƣởng đên tính liên tục hệ thống dẫn đên lƣợng đầu dễ bị thay đổi Do vấn đề đặt làm nhƣ để nâng cao chất lƣợng hệ thống Trên sở luận văn tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp điều khiển mờ vào kết hợp với điều chỉnh truyền thống gọi điều khiển để nâng cao chất lƣợng hệ thống Điều khiển mờ giữ vai trò quan trọng hệ thống điều khiển đại, đảm bảo tính khả thi hệ thống, đồng thời lại thực tốt tiêu kỹ thuật hệ nhƣ độ xác cao, độ tác động nhanh, tính bền vững ổn định tốt, dễ thiết kế thay đổi…Khác với kỹ thuật điều khiển truyền thống thơng thƣờng hồn tồn dựa vào độ xác tuyệt đối thông tin mà nhiều ứng dụng khơng cần thiết khơng thể có đƣợc, hệ điều khiển lôgic mờ đƣợc áp dụng hiệu q trình chƣa xác định rõ hay khơng thể đo đạc xác đƣợc, q trình điều khiển điều kiện thiếu thơng tin Chính khả điều khiển mờ giúp giải thành cơng tốn phức tạp, tốn mà trƣớc không giải đƣợc Sau năm học tập trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đƣợc đào tạo tiếp thu đƣợc kiến thức đại tiên tiến lĩnh vực tự động hoá Trƣớc tốt nghiệp cao học, nhận đƣợc đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp điều chỉnh lai sử dụng hệ thống tuỳ động” Nội dung luận văn đƣợc đƣa chia làm chƣơng: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương II: Đo kiểm tín hiệu vị trí Chương III: Thiết kế ứng dụng diều khiển thông thường Chương IV: Thiết kế điều khiển mờ lai Tơi xin trân trọng bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Nguyễn Nhƣ Hiển - ngƣời hƣớng dẫn tận tình giúp tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tơi xin trân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin trân thành cảm ơn Khoa sau Đại học, xin trân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi mặt để tơi hồn thành khố học Tơi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 30 tháng năm 2008 Ngƣời thực Hồng Anh Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn M ỤC L ỤC MỤC CHƢƠNG I TÊN ĐỀ MỤC TRANG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU I.1 Ứng dụng hệ thống tuỳ động vị trí I.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống tuỳ động vị trí I.3 So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc I.4 Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí I.4.1 Hệ thống tuỳ động kiểu mô I.4.2 Hệ thống tuỳ động kiểu số I.4.3 Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số CHƢƠNG ĐO KIỂM TÍN HIỆU VỊ TRÍ II.1 Sensin II.2 Bộ biến áp quay 14 II.3 Bộ đồng cảm ứng 16 II.4 Đĩa mã quang điện 19 II.4.1 Đĩa mã kiểu gia số 19 II.4.2 Đĩa mã kiểu trị tuyệt đối 21 CHƢƠNG III.1 THIẾT KẾ ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƢỜNG 23 Tổng quan thiết bị nâng 23 III.1.1 Công dụng 23 III.1.2 Phân loại 23 III.1.3 Các chế độ làm việc TBN 29 III.1.4 III.2 Các yêu cầu hệ truyền động điện thiết bị nâng Phân tích sai số trạng thái ổn định Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 30 http://www.lrc-tnu.edu.vn III.2.1 Sai số đo kiểm 31 III.2.2 Sai số ngun lý 31 III.2.2.1 Tín hiệu vào điển hình 32 III.2.2.2 Sai số nguyên lý hệ thống loại I 33 III.2.2.3 Sai số nguyên lý hệ thống loại II 35 III.2.2.4 Nhân tố phẩm chất trạng thái ổn định 36 III.2.2.5 Sai số nhiễu 37 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển máy nâng 40 III.3.1 Hàm truyền động điện 42 III.3.2 Bộ chỉnh lƣu bán dẫn Thyristor 47 III.3.3 Hàm truyền máy phát tốc 48 III.3.4 Hàm truyền thiết bị đo dòng điện 49 Tổng hợp hệ điều khiển RI, R, R 49 III.4.1 Tổng hợp điều khiển dòng điện RI 49 III.4.2 Tổng hợp điều khiển tốc độ R 51 III.4.3 Tổng hợp mạch vịng vị trí 53 III.5 Tính phi tuyến điều khiển vị trí 55 III.6 Tính tốn thơng số mơ hệ tuỳ động vị trí sử dụng điều khiển PID Tính tốn thơng số hệ tuỳ động vị trí động 57 III.3 III.4 III.6.1 III.6.2 CHƢƠNG điện chiều kích từ độc lập Mơ hệ điều khiển vị trí sử dụng điều khiển PID 57 61 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI 65 IV.1 Sơ đồ khối điều khiển mờ 66 IV.2 Nguyên lý điều khiển mờ 68 IV.3 Những nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ 68 IV Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn IV.4 Các điều khiển mờ 74 IV.4.1 Phƣơng pháp tổng hợp kinh điển 74 IV.4.2 Bộ điều khiển mờ tĩnh 75 IV.4.3 Bộ điều khiển mờ động 75 IV.5 Tổng hợp hệ thống với điều khiển mờ lai cho mạch vịng vị trí 78 IV.5.1 Mờ hóa 78 IV.5 Luật điều khiển luật hợp thành 80 IV.5.3 Giải mờ 81 Mô hệ tuỳ động vị trí có điều khiển mờ 81 Kết luận kiến nghị 86 Tài liệu tham khảo 88 IV.6 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU I.1 Ứng dụng hệ thống tuỳ động vị trí Hệ thống tuỳ động vị trí ứng dụng rộng rãi thực tế Nhiệm vụ thực bám sát xác cấu chấp hành lệnh vị trí (lượng cho trước), đại lượng điều khiển (lượng đầu ra) thường vị trí không gian phụ tải, tức lượng cho trước thay đổi theo máy, hệ thống làm cho đại lượng điều khiển bám sát khôi phục đối tượng điều khiển cách xác khơng có nhầm lẫn Ví dụ điều khiển cấu ép trục cán trình cán kim loại, phải làm cho khe hở hai trục cán tiến hành tự điều chỉnh; điều khiển quỹ tích gia cơng máy cắt điều khiển số điều khiển bám máy cắt mơ hình; cấu nâng hạ làm cho dừng xác vị trí mong muốn; cấu lái tự động tàu thuyền làm cho góc lệch chân vịt đặt tàu thuyền theo góc quay bánh lái (vô lăng) đặt buồng lái điều khiển tàu thuyền tuyến đường vạch ra; cấu điều khiển anten rađa cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm mục tiêu; điều khiển động tác người máy Những ví dụ ứng dụng cụ thể hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí Chỉ lệnh vị trí (cơ cấu cho trước) hệ thống tuỳ động vị trí đại lượng điều khiển vị trí (hay đại lượng điện đại diện cho vị trí), đương nhiên chuyển vị góc, chuyển vị dài Vì hệ thống tuỳ động buộc phải hệ thống phản hồi vị trí Hệ thống tuỳ động vị trí hệ thống tuỳ động nghĩa hẹp, nghĩa rộng mà nói, lượng đầu hệ thống tuỳ động khơng thiết phải vị trí, mà đại lượng khác, chẳng hạn hệ thống điều tốc hai mạch vịng kín tốc độ quay dòng điện hệ thống tuỳ động; máy làm giấy, máy dệt nhiều trục sử dụng nhiều động coi hệ thống tuỳ động đồng tốc…Hệ thống tuỳ động nói chung cịn gọi hệ thống bám I.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống tuỳ động vị trí a Cấu tạo: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Sau thông qua ví dụ đơn giản để nói rõ cấu tạo, nguyên lý làm việc hệ thống tuỳ động vị trí Đây hệ thống vị trí kiểu chiết áp dùng để bám đuổi anten rađa Hệ thống gồm phận sau: + Bộ đo kiểm vị trí: Do chiết áp RP1 RP2 tạo thành đo kiểm vị trí (góc), trục quay RP1 nối thơng với bánh điều khiển làm góc cho trước, trục quay chiết áp RP2 thông qua cấu nối thông với phận phụ tải làm phản hồi góc quay, chiết áp cấp điện nhờ nguồn điện chiều Us, chuyển tham số vị trí trực tiếp thành đại lượng điện đầu R1 R2 RP1 + - R0 RP2 R0 U * R1 + OA1 U  Uct + OA2 Bộ KĐCS điều Ud Khiển MS đ n Bộ giảm tốc Vô lăng Anten rada Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động vị trí kiểu chiết áp + Bộ khuếch đại so sánh điện áp: Do khuếch đại OA1, OA2 tạo thành, khuếch đại OA1 làm nhiệm vụ đảo pha, cịn khuếch đại OA2 có tác dụng so sánh khuếch đại điện áp Tín hiệu đầu làm tín hiệu điều khiển khuếch đại cơng suất kế tiếp, đồng thời có khả nhận biết cực tính điện áp + Bộ khuếch đại cơng suất đảo chiều: Để dẫn động động chấp hành hệ thống tuỳ động có khuếch đại điện áp chưa đủ, cịn phải khuếch đại cơng suất, Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn công suất khuếch đại Thyristor bóng bán dẫn cơng suất lớn tạo thành mạch điện chỉnh lưu, điện áp đưa đủ khởi động động SM + Cơ cấu chấp hành: Động bám SM để dẫn động cấu chấp hành mang phụ tải (dàn anten rađa), động phụ tải phải phối hợp ăn ý với giảm tốc Bốn phận thiếu để tạo nên hệ thống điều khiển tuỳ động vị trí Song có linh kiện thiết bị cụ thể khác nhau, ví dụ dùng đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động bám khác (một chiều hay xoay chiều)… b.Nguyên lý làm việc Từ hình 1-1 ta thấy, lúc vị trí trục quay hai chiết áp RP1 RP2 nhau, góc cho trước đ góc phản hồi  nhau, độ lệch góc  = đ  = 0, điện áp chiết áp U* = U, điện áp đầu khuếch đại điện áp Uct =0, điện áp đầu khuếch đại công suất đảo chiều Ud = 0, tốc độ quay động điện n = 0, hệ thống trạng thái tĩnh Khi quay bánh điều khiển, làm cho góc cho trước tăng lên,  > 0, U* > U, Uct > 0, Ud > 0, tốc độ quay động n > 0, qua giảm tốc làm anten rađa quay, anten thông qua cấu làm quay trục chiết áp RP2 khiến cho  tăng lên Chỉ cần  < đ động ln ln quay theo chiều để đa thu hẹp độ lệch, có lúc đ = , độ lệch  = 0, Uct = 0, Ud = hệ thống ngừng quay vào trạng thái ổn định ( trạng thái xác lập) Nếu góc cho trước đ giảm xuống, chiều chuyển động hệ thống ngược lại với trường hợp Rõ ràng hệ thống hồn tồn thực u cầu đại lượng điều khiển  bám đuổi xác đại lượng cho trước đ I So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc Thơng qua phân tích dễ dàng nhận chỗ khác giống hệ thống tuỳ động vị trí (hệ thống tuỳ động) hệ thống điều tốc Cả hai hệ thống phản hồi, tức thông qua việc so sánh lượng đầu hệ thống với lượng cho trước tạo dựng mạch vịng kín điều khiển, ngun lý hai hệ thống giống Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Đại lượng cho trước hệ thống điều tốc số, tình trạng nhiễu động nào, mong muốn đại lượng đầu không thay đổi, chất lượng chống nhiễu hệ thống ln tỏ quan trọng Cịn hệ thống tuỳ động lệnh vị trí thường xun thay đổi, đại lượng “thay đổi tuỳ cơ”, yêu cầu lượng bám đuổi xác theo biến hố lượng cho trước, tính nhanh nhạy, tính linh hoạt, tính xác thích nghi đầu trở thành đặc trưng chủ yếu hệ thống tuỳ động Hay nói cách khác chất lượng bám đuổi tiêu chủ yếu hệ thống Từ hình 1-1 ta thấy, hệ thống tuỳ động xây dựng sở hệ thống điều tốc cài thêm mạch vịng vị trí, mạch vịng vị trí đặc trưng cấu trúc chủ yếu hệ thống tuỳ động Vì hệ thống tuỳ động thường phức tạp hệ thống điều tốc I.4 Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Theo đà phát triển khoa học kỹ thuật xuất nhiều loại hình hệ thống tuỳ động Bởi đặc trưng hệ thống tuỳ động vị trí thể mạch vịng vị trí, thể tín hiệu cho trước vị trí tín hiệu phản hồi vị trí với mặt so sánh tổng hợp hai tín hiệu Vì vào đặc trưng để phân thành hai loại hệ thống tuỳ động mơ hệ thống tuỳ động kiểu số I.4.1 Hệ thống tuỳ động kiểu mơ Hình 1-1 ví dụ hệ thống tuỳ động vị trí mơ chuyển vị góc, loại tham số hệ thống đại lượng mô thay đổi liên tục, đo kiểm vị trí dùng chiết áp, máy tự chỉnh góc, biến áp quay, cảm ứng đồng Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động vị trí kiểu mơ điển hình cịn thể hình 1-2, thơng thường sở hệ thống điều tốc bổ xung thêm mạch vịng vị trí, ngun lý làm việc giống hình 1-2 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 74 nên giá trị ngôn ngữ, điều chỉnh lại luật điều khiển Ngoài điều khiển làm việc khơng ổn định phải kỉêm tra lại luật “ Nếu – ” sở Sau biết điều khiển làm việc ổn định khơng có “lỗ hổng”, ta tối ưu hố trạng thái làm việc theo tiêu khác Chỉnh định điều khiển theo tiêu thường phải hiệu chỉnh hàm liên thuộc, thiết kế nguyên tắc điều khiển phụ thay đổi số nguyên tắc điều khiển IV.4 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ IV.4.1 Phƣơng pháp tổng hợp kinh điển Trước vào việc phân tích tổng hợp điều khiển mờ, cần lược qua cách nhắn phương pháp tổng hợp kinh điển, đứng phương diện điều thật thú vị Phương pháp kinh điển bao gồm bước : 1) Xây dựng mơ hình đối tượng đủ xác 2) Đơn giản hố mơ hình 3) Tuyến tính hố mơ hình điểm làm việc 4) Chọn điều khiển thích hợp xác định tính chất mà điều khiển phải có 5) Tính tốn thơng số điều khiển 6) Kểm tra điều khiển vừa thiết kế cách ghép mơ hình đối tượng điều khiển , kết không mong muốn quay lại bước đạt kết mong muốn 7) Đưa điều khiển vừa thiết kế vào điều khiển đối tượng thực vàkiểm tra trình làm việc hệ thống Nếu chưa đạt yêu cầu thiết kế lại điều khiển theo bước từ đến7 đạt tiêu chất lượng mong muốn Nhìn chung phương pháp tổng hợp kinh điển thường gặp khó khăn việc phải xây dựng mơ hình đối tượng trước thiết kế điều khiển Mặt khác điều khiển phải đựoc thiết kế dựa sở kỹ thuật đảm bảo tính chất phù hợp đối tượng điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 75 Song thực tế thiết kế hệ điều khiển mờ không thiết phải biết trước mơ hình mà cần thể hiểu biết đối tượng qua biến ngôn ngữ động học đối tượng, biến lại phản chiếu qua biến ngôn ngữ nguyên tắc điều khiển sở điều khiển mờ Trong nhiều trường hợp khả nang nhận dạng đối tượng qua mơ hình khó khăn nhiều trường hợp thực được, nên việc tổng hợp hệ thống điều khiển thiết kế điều khiển mờ cho phép tiết kiệm nhiều công sức giá thành lại rẻ Đó điểm mạnh điều khiển mờ việc thiết kế hệ thống điều khiển đối tượng phức tạp, đối tượng mà việc xây dựng mơ hình khó khăn Ngay đối tượng điều khiển đơn giản quy trình thiết kế hệ thống mờ ngắn so với quy trình thiết kế hệ thống điều khiển kinh điển IV.4.2 Bộ điều khiển mờ tĩnh Bộ điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ có quan hệ vào/ra y(x) liên hệ theo phương trình đại số (tuyến tính phi tuyến) Các điều khiển tĩnh điển hình khuyếch đại P, điều khiển relay hai vị trí, ba vị trí v.v…Một dạng hay dùng điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ tuyến tính đoạn, cho phép ta thay đổi mức độ điều khiển phạm vi khác trình, nâng cao chất lượng điều khiển Bộ điều khiển mờ tĩnh có ưu điểm đơn giản, dễ thiết kế, song có nhược điểm chất lượng điều khiển khơng cao chưa đề cập đến trạng thái động ( vận tốc, gia tốc…) trình, sử dụng trường hợp đơn giản IV.4.3 Bộ điều khiển mờ động Một dạng hay dùng điều khiển mờ mà đầu vào có xét tới trạng thái động đối tượng Ví dụ hệ điều khiển theo sai lệch đầu vào điều khiển mờ ngồi tín hiệu sai lệch e theo thời gian cịn có đạo hàm sai lệch giúp cho điều khiển phản ứng kịp thời biến động đột xuất đối tượng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 76 Các điều khiển mờ động hay dùng điều khiển mờ theo luật tỉ lệ tích phân, tỉ lệ vi phân tỉ lệ vi tích phân (I, PI, PD PID ) Một điều khiển mờ theo luật I thiết kế từ điều khiển mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tính) cách mắc nối tiếp khâu tích phân kinh điển vào trước sau khối mờ Do tính phi tuyến hệ mờ, nên việc mắc khâu tích phân trước hay sau hệ mờ hoàn toàn khác Khi mắc nối tiếp đầu vào điều khiển mờ theo luật tỉ lệ khâu vi phân có điều khiển mờ theo luật tỉ lệ vi phân PD Thành phần điều khiển giống điều khiển theo luật PD thông thường bao gồm sai lệch tín hiệu chủ đạo tín hiệu hệ thống e đạo hàm sai lệch e‟ Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng xác với biến đổi lớn sai lệch theo thời gian Phát triển tiếp từ ví dụ điều khiển mờ theo luật P thành điều khiển mờ theo luật PD hoàn toàn đơn giản Bộ điều khiển mờ theo luật PI thông thường sử dụng để triệt tiêu sai lệch tĩnh hệ thống Bộ điêug khiển mờ PI thiết kế sở điều khiển mờ PD, cách mắc nối tiếp đầu điều khiển PD mờ khâu tích phân Trong kỹ thuật điều khiển kinh điển, điều khiển PID biết đến giải pháp đa có miền ứng dụng rộng lớn Định nghĩa điều khiển theo luật PID kinh điển trước sử dụng cho điều khiển mờ theo luật PID Bộ điều khiển mờ theo luật PID thiết kế theo hai thuật toán: - Thuật toán chỉnh định PID mờ - Thuật toán PID tốc độ Bộ điều khiển mờ thiết kế theo thuật tốn chỉnh định PID có đầu vào gồm sai lệch e tín hiệu chủ đạo tín hiệu ra, đạo hàm tích phân sai lệch Đầu điều khiển mờ tín hiệu điều khiển u(t) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 77  t d  ut   K e   e.dt  TD e dt   TI ( 4-1 ) Với thuật toán PID tốc độ, điều khiển PID có đầu vào: sai lệch e tín hiệu đầu vào tín hiệu chủ đạo, đạo hàm bậc e‟ đạo hàm bậc hai e‟‟ sai lệch Đầu hệ mờ đạo hàm du tín hiệu điều khiển u(t) dt d du d2  K e  e  dt TI dt 2  dt  e  ( 4-2) Bộ điều khiển PID mờ thiết kế sở điều khiển PD mờ cách mắc nối tiếp đầu điều khiển PD mờ khâu tích Cho đến nay, nhiều dạng cấu trúc PID mờ hay gọi điều khiển mờ ba thành phần nghiên cứu Các dạng cấu trúc thường thiết lập sở tách điều chỉnh PID thành hai điều chỉnh PD PI Việc phân chia nhằm mục đích thiết lập hệ luật cho PD PI gồm hai biến vào, biến ra, thay phải thiết lập ba biến vào Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 78 IV.5 TỔNG HỢP HỆ THỐNG VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI CHO MẠCH VỊNG VỊ TRÍ Như nêu phần III quan hệ  = f(  ) phi tuyến để thực điều khiển phi tuyến, luận văn em đề xuất phương pháp dùng điều khiển PID kết hợp với điều khiển mờ đ + SS1 Vị trí đặt Vị trí  Mux x dΔθ dt PID + + SS2  Fuzzy Logic Controller Phản hồi vị trí 0,0318 0,3S+1 Hình 4-4 Vị trí đặt điều khiển mờ hệ điều khiển vị trí Do quan hệ xác lập   f () phi tuyến Để đạt quan hệ phi tuyến ta tách điều khiển R thành hai khâu điều khiển làm việc song song Một khâu PD với hệ số khuếch đại số khâu phi tuyến Hình (4-4) Việc tổng hợp khâu PD tíên hành theo phương pháp truyền thống chương trước ta xét phương pháp tổng hợp điều khiển mờ IV.5.1 Mờ hóa Bộ điều khiển mờ ta thiết kế bao gồm hai 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 79 + Chọn tập giá trị ngôn ngữ cho biến đầu vào sai lệch vị trí  (hay E) : Góc âm lớn (AL), góc âm (A), góc âm nhỏ (AN), góc Zero (ZE), góc dương nhỏ (DN), góc dương(D), góc dương lớn +Chọn tập giá trị ngôn ngữ cho biến đầu vào đạo hàm sai lệch vị trí d/dt (hay DET): Âm lớn (AL), âm (A), âm nhỏ (AN), Zero (ZE), dương nhỏ (DN), dương (D), d ương lớn (DL) Sự phân bố hàm liên thuộc đầu vào đưa Hình 4-5 Hình 4-5 Sự phân bố giá trị mờ biến đầu vào Bộ điều khiển mờ đầu tín hiệu mờ „Hệ số khuếch đại Uđk‟ Ta chọn giá trị mờ cho biến đầu ra: Âm lớn (AL), Âm(A), Âm nhỏ (AN), Zero (ZE), Dương nhỏ (DN), Dương(D), dương lớn (DL) Sự phân bố giá trị mờ chọn Hình vẽ 4-6 Hình 4-6 Sự phân bố giá trị mờ biến đầu ra: Hệ số khuếch đại Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 80 IV.5 Luật điều khiển luật hợp thành Mỗi luật điều khiển hàm giá trị ngôn ngữ, miêu tả thông qua hai biến trạng thái đầu vào biến điều khiển mờ đầu Luật điều khiển thứ i Ri viết sau: Ri: Nếu sai lệch vị trí đặt Ai đạo hàm sai lệch vị trí Bi hệ số khuếch đại Ci Trong Ai, Bi Ci giá trị mờ biến mờ “Vị trí đặt”, “đạo hàm vị trí” “Hệ số khuếch đại” Luật hợp thành xây dựng sở nguyên lý hợp thành MAX – MIN Hình 4-7 Các luật điều khiển mờ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 81 IV.5.3 Giải mờ 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: x0   x. B (x)dx S μ B (x)dx ( 4-3 ) S Trong đó: S miền xác định tập mờ B IV.6 MƠ PHỎNG HỆ TUỲ ĐỘNG VỊ TRÍ KHI CĨ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ Ta có hệ điều chỉnh vị trí có đặc tính điều chỉnh phi tuyến nhờ có điều khiển mờ hình 4-8 Hình 4-8 Sơ đồ mơ hệ điều khiển vị trí có điều khiển mờ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 82 Sử dụng phần mềm Matlab để mô hệ điều khiển mờ, ta tiến hành theo hai bước: Mô điều khiển mờ: Việc xây dựng điều khiển mờ dựa công cụ Fuzzy phần mềm Matlab Các hàm liên thuộc giá trị mờ biến vào chọn hình: 4-5 4-6 Hình 4-9 quan hệ vào – điều khiển mờ Hình 4-9 Quan hệ vào – điều khiển mờ Mơ tồn hệ: Trên hình 4-8 sơ đồ mơ hệ điều khiển vị trí có sử dụng điều khiển mờ Tiến hành chạy chương trình mơ với nhiều giá trị vị trí đặt khác nhau, hệ thống khảo sát với dòng điện tải I = 318.1A (tải định mức) Cho chạy chương trình mơ với nhiều giá trị vị trí đặt ta có kết hình:( 4-10 ); (4-11) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 83 Hình 4-10 Kết mô với đặt = 10v Bộ điều khiển PID Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bộ điều khiển PID kết hợp BĐK mờ http://www.lrc-tnu.edu.vn 84 Hình 4-11: Kết mơ với đặt = 15v Bộ điều khiển PID Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bộ điều khiển PID kết hợp BĐK mờ http://www.lrc-tnu.edu.vn 85 NHẬN XÉT + Khi khởi động hãm đặt với vị trí đặt: đ = 10V, đ = 15V thời gian độ khởi động hệ thống có sử dụng điều khiển mờ giảm từ (1  3)s tức chiếm từ (7  20)% so với khơng có điều khiển mờ + Tốc độ q trình khởi động nhanh chóng đạt trạng thái ổn định dao động Gia tốc hệ thống có điều khiển mờ biến thiên giữ ổn định +Khi chọn tập giá trị mờ luật điều khiển thích hợp thi luật điều khiển mờ giúp cho hệ đạt độ xác cao, với giá trị đặt nhỏ Khi vị trí đặt lớn định mức ngồi việc giảm thời gian độ, điều khiển mờ giảm độ qúa điều chỉnh đặc biệt trình hãm +Hệ thống mô xét phụ tải định mức, điều chứng tỏ tính bền vững cao hệ điều khiển Như hệ thống làm việc chế độ khơng tải có tải đảm bảo chất lượng tĩnh động tốt dùng hệ PID kinh điển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: - Trong luận văn nghiên cứu khảo sát cho số kết sau: + Khảo sát tổng quan hệ thống tuỳ động vị trí, q trình tính tốn đề cập đến thông số: Điện cơ, điện từ, mơmen qn tính, mơmen cản Từ mơ cho kết quả: Tốc độ, vị trí, dịng điện Với kết giúp cho việc đánh giá, khảo sát nâng cao chất lượng + Các hệ truyền động điện hệ điều khiển vị trí dùng động khơng đồng bộ, điều khiển chế độ làm việc dải điều chỉnh tốc độ hẹp, độ êm dịu thấp, gây tổn thất lượng đáng kể, hiệu suất thấp hệ yêu cầu công suất cao Giải pháp thay hệ truyền động điện hệ truyền động điện T-Đ khắc phục nhược điểm Khi khảo sát tính tốn cho thấy chất lượng hệ thống tốt hẳn hệ sẵn có Đồng thời T - Đ mang lại nhiều ưu điểm: Chất lượng đặc tính khởi động hãm tốt, hiệu suất cao, viêc điều chỉnh thay đổi tốc độ dễ ràng, tạo chế độ tự động điều chỉnh thích hợp với tải Ở hệ thống ta đưa thêm mạch vịng vị trí làm cho độ xác hệ cao + Để nâng cao chất lượng hệ T - Đ luận văn nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để tạo luật mờ lai với hệ thống chất lượng làm việc nâng lên nhiều so với hệ T - Đ kinh điển: Làm giảm thời gian độ khởi động, gia tốc trình làm việc ổn định làm cho hệ thống làm việc êm dịu hơn, không gây giật tốc độ động giữ khơng đổi q trình khởi động với vị trí đặt khác 2.Kiến nghị: -Để giảm thiểu lượng điện tiêu thụ, tăng thời gian sử dụng cáp nâng cần cải tạo hệ TĐĐ động rotor dây quấn thiết bị nâng giải pháp sử dụng hệ T-Đ kết hợp với điều khiển mờ, mờ trượt, mờ thích nghi, nơ ron Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 87 - Với mục tiêu đại hoá hệ thống thiết bị nâng, hệ thống thang máy, máy gia công CNC… xây dựng cần trang bị hệ truyền động điện T-Đ có kết nối với máy tính Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Quang Lạp, Trần Thọ, Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 2001 Nguyễn Bính, Điện tử công suất, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 1996 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật, 2002 Phạm Công Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 1994 6.Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển mờ, NXB KH Kỹ thuật, Hà Nội, 1997 7.Nguyễn Thương Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động đại, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 1999 Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều pha, NXB Giáo dục Nguyễn Phùng Quang, Matlab Simulink, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 2004 10 Trương Quốc Thành, Phạm Quang Dũng, Máy thiết bị nâng, NXB khoa học kỹ thuật- Hà Nội, 1999 11 Trịnh Đình Đề, Phân tích tổng hợp hệ thống điều khiển truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 1983 12 Võ Quang Lạp, Trần Xuân Minh, Kỹ Thuật biến đổi, ĐHKTCN,1998 13 Nguyễn Hồng Hải, Lập trình Matlab, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 2003 14 Nguyễn Như Hiển, Nguyễn Mạnh Tùng, Điều khiển Lôgic PLC, NXB khoa học tự nhiên công nghệ- Hà Nội, 2007 15 Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật - Hà Nội, 2004 16 RJ Marks II, Fuzzy Logic Technology and Application, I EEE, 1994 17 Klir G.J and Yuan B, Fuzzy Sets and Fuzzy logic; Theory and Applications, Prentice Hall, 1995 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... thực tiễn ứng dụng hệ thống tuỳ động vị trí kiểu mơ I.4.2 Hệ thống tuỳ động kiểu số I.4.2.1 Hệ thống tuỳ động kiểu pha số Hệ thống điều khiển góc pha số hình 1-3, loại hệ thống tuỳ động dùng rộng... yếu hệ thống tuỳ động Vì hệ thống tuỳ động thường phức tạp hệ thống điều tốc I.4 Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí Theo đà phát triển khoa học kỹ thuật xuất nhiều loại hình hệ thống tuỳ động. .. MỤC TRANG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU I.1 Ứng dụng hệ thống tuỳ động vị trí I.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống tuỳ động vị trí I.3 So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều tốc