Ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất lượng hệ truyển động tháo quấn băng vật liệu giấy

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - NGUYỄN ĐẠI TRIÊM ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG THÁO - QUẤN BĂNG VẬT LIỆU GIẤY Chuyên ngành : Tự Động Hóa Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -i- Chun ngành: Tự động hóa LỜI NĨI ĐẦU Những năm gần lý thuyết điều khiển đại đƣợc ứng dụng rộng rãi thực tế có điều khiển thích nghi Đặc biệt điều khiển thích nghi cho hệ phi tuyến Trong trình mơ tả ngƣời ta thƣờng đƣa giả thiết nhƣ bỏ qua khâu động khó mơ hình coi tham số không đổi theo thời gian Tuy nhiên thực tế giả thiết khơng đáp ứng đƣợc, hệ điều khiển thích nghi (ĐKTN) không bền vững Để ứng dụng ĐKTN điều khiển hệ thực thực tế, việc nâng cao tính bền vững cho hệ ĐKTN yêu cầu cần thiết Với nội dung “Ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất lƣợng hệ truyền động tháo- quấn băng vật liệu giấy” Luận văn gồm phần sau: Chương 1: Tổng quan lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững Chương 2: Lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững Chương 3:Tổng hợp hệ điều khiển hệ điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất lượng hệ truyền động tháo- quấn băng vật liệu giấy Sau thời gian làm nghiên cứu liên tục, nghiêm túc; với hƣớng dẫn tận tình cán hƣớng dẫn khoa học, thầy cô khoa, giúp đỡ học viên lớp bạn đồng nghiệp Đến luận văn hồn thành Qua tơi xin gửi lời cám ơn tới quý thầy cô khoa Điện trƣờng ĐH Kỹ Thuật Công nghiêp - ĐH Thái Nguyên; Ban Giám Hiệu toàn thể giáo viên khoa Điện trƣờng Trung cấp Nghề Thừa Thiên Huế nhiệt tình giúp đỡ hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu tạo điều kiện thuận lợi tốt Đặc biệt xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Trần Xuân Minh, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tận tình, bảo cặn kẽ để tơi hoàn thành luận văn này suốt thời gian qua Tác giả xin cám ơn gia đình, bè bạn ủng hộ vật chất lẫn tinh thần thời gian nghiên cứu để hồn thành tốt cơng trình nghiên cứu Mặc dù đƣợc hƣớng dẫn tận tình cán hƣớng dẫn với nỗ lực cố gắng thân; song kiến thức hạn chế, điều kiện tiếp xúc thực tế chƣa Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - ii - Chuyên ngành: Tự động hóa nhiều, nên thuyết minh khơng tránh khỏi thiếu sót định Vì thế, tác giả mong tiếp tục đƣợc giúp đỡ, góp ý nhiệt tình q thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2011 Học viên Nguyễn Đại Triêm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - iii - Chuyên ngành: Tự động hóa LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Đại Triêm Sinh ngày 30 tháng 12 năm 1963 Học viên lớp cao học khoá 12 - Tự động hố - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên Hiện công tác khoa Điện trƣờng Trung cấp nghề Thừa Thiên Huế Tơi cam đoan tồn nội dung luận văn làm theo định hƣớng giáo viên hƣớng dẫn, không chép ngƣời khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo đƣợc luận văn Nếu có sai tơi hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Nguyễn Đại Triêm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - iv - Chuyên ngành: Tự động hóa MỤC LỤC Nội dung Trang Trang bìa phụ LỜI NĨI ĐẦU i LƠI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MUC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU Chƣơng 1: Tổng quan lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững 1.1 Khái quát hệ điều khiển thích nghi 1.1.1 Lịch sử phát triển hệ ĐKTN 1.1.2 Định nghĩa cấu trúc hệ ĐKTN 1.1.2.1 Hệ điều khiển thích nghi điều chỉnh hệ số khuếch đại 1.1.2.2 Hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu 1.1.2.3 Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh 1.1.3 Hệ ĐKTN theo mơ hình mẫu MRAC 1.1.3.1 Phƣơng pháp MRAC trực tiếp 10 1.1.3.2 Phƣơng pháp MRAC gián tiếp 11 1.1.4 Những nhƣợc điểm hệ ĐKTN hƣớng khắc phục 1.2 Những vấn đề chung hệ điều khiển bền vững 13 15 1.2.1 Định nghĩa 15 1.2.2 Mơ hình mơ tả hệ phi tuyến 15 1.2.3.Điều khiển bền vững hệ phi tuyến 22 1.3 Hệ điều khiển thích nghi bền vững 24 1.4 Kết luận 26 Chƣơng 2: Lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững 27 2.1 Các luật thích nghi bền vững 27 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -v- Chun ngành: Tự động hóa 2.1.1 Tín hiệu chuẩn hoá (m) 27 2.1.2 Phƣơng pháp thay đổi thành phần tích phân luật thích nghi 27 2.2 Hệ MRAC bền vững trực tiếp với luật thích nghi chuẩn hóa 30 2.3 Hệ MRAC bền vững gián tiếp 38 2.4 Kết luận 40 Chƣơng 3: Tổng hợp hệ ĐKTNBV nâng cao chất lƣợng hệ truyền động tháo- quấn băng vật liệu giấy 3.1 Đặt vấn đề 41 41 3.1.1 Hệ thống truyền động tháo- quấn băng vật liệu 42 3.1.2 Yêu cầu công nghệ hệ thống tháo- quấn băng vật liệu 42 3.1.3 Mơ hình phi tuyến hệ thống tháo quấn băng vật liệu 48 3.2 Tổng hợp hệ thống 58 3.2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 58 3.2.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ thích nghi bền vững 60 3.2.3 Tính tốn thơng số sơ đồ 64 3.3 Đánh giá chất lƣợng hệ 66 3.3.1 Mô hệ thống 66 3.3.2 Kết mô 71 3.4 Kết luận 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa - vi - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU Ý NGHĨA ĐKTN Điều khiển thích nghi ĐKTNBV Điều khiển thích nghi bền vững MRAC Hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu STR Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh DSTR Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh trực tiếp ISTR Hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh gián tiếp APPC Adaptive Pole Placement Control - Điều khiển vị trí thích ứng SISO Single Input – Single Output - Đầu vào đơn - Đầu đơn STR Self Tuning Regualator MRAC Model Referance Adaptive Control - Điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu MIT Massachusetts Institute of Technology- Viện Công nghệ Massachusetts x(t) Véc tơ trạng thái hệ y(t) Tín hiệu u(t) Tín hiệu điều khiển Xm, Xs Các véc tơ trạng thái mơ hình mẫu q trình Am, Bm Ma trận mơ hình mẫu AS(t), BS(t) Các ma trận biến thiên theo thời gian tác động nhiễu bên bên hệ thống V(.) Hàm Lyapunov θm , θs Tín hiệu mơ hình đối tƣợng ˆ ~  Véc tơ tham số xấp xỉ  Ma trận chỉnh định thích nghi Sai lệch véc tơ tham số xấp xỉ véc tơ tham số Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - vii - Chuyên ngành: Tự động hóa DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 3.1: Tổng hợp phƣơng trình tốn học mơ tả hệ thống tháo-quấn băng 53 vật liệu DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Câu trúc chung hệ điều khiển thich nghi Hình 1.2 Hệ ĐKTN điều chỉnh hệ số khuyếch đại Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mơ hình mẫu MRAC Hình 1.4 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh gián tiếp: ISTR Hình 1.5 Hệ ĐKTN tự điều chỉnh trực tiếp: DSTR Hình 1.6 Sơ đồ Điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu trực tiếp 10 Hình 1.7 Sơ đồ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu gián tiếp 11 Hình 1.8 Sơ đồ mơ tả sai lệch mơ hình đối tƣợng 16 Hình 1.9 Sơ đồ mơ tả sai lệch cộng 20 Hình 1.10 Sơ đồ mơ tả sai lệch nhân 21 Hình 1.11 Sơ đồ mơ tả sai lệch số 22 Hình 1.12 Hệ thống điều khiển tổng quát 23 Hình 2.1 Sơ đồ MRAC bền vững trực tiếp 36 Hình 3.1 Mơ tả hệ thống hệ thống xử lý băng vật liệu điển hình 41 Hình 3.2 Cấu trúc tổng quát hệ máy tháo-quấn băng giấy 42 Hình 3.3 Cấu trúc khâu tháo quấn băng giấy (Unwind) 43 Hình 3.4 Cấu trúc khâu xử lý băng giấy 43 Hình 3.5 Cấu trúc khâu quấn lại băng giấy (Rewind) 44 Hình 3.6 Quá trình hoạt động điều khiển hệ thống tháo-quấn băng vật liệu 47 Hình 3.7 Khảo sát hệ thống tháo – quấn băng vật liệu điển hình 48 Hình 3.8 Sơ đồ biểu diễn biến thiên tốc độ, mơmen động 55 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - viii - Chuyên ngành: Tự động hóa truyền động cho lăn biến thiên bán kính tang quay hệ thống tháo-quấn băng vật liệu Hình 3.9 Quy luật thay đổi tốc độ động 56 Hình 3.10 Sơ đồ cấu trúc MRAC bền vững trực tiếp có sai lệch mơ hình có nhiễu giới hạn 57 Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 59 Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện thu gọn 59 Hình 3.13 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh tốc độ 60 Hình 3.14 Sơ đồ mơ SIMULINK hệ thống 67 Hình 3.15 Mơ đun đối tƣợng điều khiển 68 Hình 3.16 Khối vectơ tín hiệu lọc 68 Hình 3.17 Véc tơ tham số  điều khiển 69 Hình 3.18 Khối mơ đun chuẩn hố 69 Hình 3.19 Mơ đun điều khiển Up 70 Hình 3.20 Luật đánh giá vectơ tham số p đối tƣợng 70 Hình 3.21 Đặc tính hệ r khơng đổi Mc có dạng xung 71 Hình 3.22 Đặc tính hệ r khơng đổi Mc 72 Hình 3.23 Đặc tính hệ r thay đổi Mc có dạng xung 73 Hình 3.24 Đặc tính hệ r thay đổi Mc 74 Hình 3.25 Đặc tính hệ r thay đổi Mc biến thiên ngẫu nhiên tăng dần 75 Hình 3.26 Đặc tính hệ r thay đổi Mc biến thiên 76 Hình 3.27 Đặc tính hệ r thay đổi Mc biến thiên tăng dần 77 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -1- Chuyên ngành: Tự động hóa MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Luận văn tập trung nghiên cứu, ứng dụng hệ điều khiển thích nghi bền vững điều khiển hệ phi tuyến nói chung hệ truyền động tháo- quấn băng vật liệu giấy nói riêng, thoả mãn tính thích nghi thay đổi tham số theo thời gian bền vững sai lệch mơ hình nhiễu Mục tiêu luận văn xây dựng hệ điều khiển thích nghi bền vững sau ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất lƣợng hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy Tính cần thiết luận văn Đối với hệ tuyến tính, ĐKTN nói chung thoả mãn đƣợc yêu cầu đặt chất lƣợng điều chỉnh Nhƣng hệ thống cần đƣợc điều khiển thực tế hệ phi tuyến có chứa tham số khơng biết trƣớc thay đổi theo thời gian, cấu trúc đối tƣợng có phần động học khơng thể khó mơ hình hố Ngồi q trình làm việc hệ cịn chịu nhiễu tác động Vì thiết kế hệ điều khiển thích nghi cho hệ phi tuyến thƣờng phải chấp nhận giả thiết sau: - Đối tƣợng khơng có phần tử khơng mơ hình hố đƣợc - Các tham số chƣa biết khơng biến thiên theo thời gian - Trong qua trình làm việc hệ không chịu nhiễu tác động Trong thực tế giả thiết khơng thể thoả mãn q trình làm việc hệ ln chịu tác động nhiễu, mơ hình có phần khơng mơ hình hố đƣợc, sai số việc xác định tín hiệu vào Vì sử dụng hệ ĐKTN cho đối tƣợng hệ khơng bền vững Nhƣ ngồi ƣu điểm mà hệ ĐKTN có đƣợc nhƣợc điểm ĐKTN không bền vững điều khiển đối tƣợng phi tuyến chịu nhiễu tác động Để hệ ĐKTN đƣợc ứng dụng vào hệ điều khiển quấn băng vật liệu giấy, cần phải tìm biện pháp hạn chế nhƣợc điểm Vì lý trên, việc nghiên cứu nâng cao tính bền vững hệ ĐKTN cho hệ điều khiển quấn băng vật liệu giấy cần thiết cần tập trung nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 73 - Chuyên ngành: Tự động hóa + Đặc tính hệ ĐKTNBV Yp ln ln bám theo đặc tính mơ hình mẫu Ym, thời gian q độ nhỏ, chịu nhiễu tác động chế độ xác lập đặc tính hệ trùng với đặc tính mong muốn thoả mãn yêu cầu hệ thống quấn băng vật liệu; + Đặc tính hệ ĐKTT Yc không ổn định dao đơng quanh đặc tính mong muốn khơng thoả mãn yêu cầu công nghệ hệ thống - Cho Mc nhiễu có dạng xung tác động vào hệ thống, tín hiệu đặt r dạng chữ nhật ta có kết nhƣ hình 3.23 Hình 3.23: Đặc tính hệ r thay đổi Mc có dạng xung Trong đó: + Ym: Đặc tính mơ hình mẫu – đặc tính mong muốn; + Yp: Đặc tính hệ tín hiệu đặt thay đổi Mc bất kỳ; + Yc: Đặc tính hệ ĐKTT; + r: Tín hiệu đặt; + Mc: Nhiễu tác động vào hệ thống Từ kết mơ ta thấy: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 74 - Chuyên ngành: Tự động hóa + Đặc tính hệ ĐKTNBV Yp ln ln bám theo đặc tính mơ hình mẫu Ym, thời gian độ nhỏ, chịu nhiễu tác động chế độ xác lập đặc tính hệ trùng với đặc tính mong muốn thoả mãn yêu cầu hệ; + Đặc tính hệ ĐKTT Yc khơng ổn định ln dao động có nhiễu Mc trùng với đặc tính mong muốn Mc = - Cho Mc nhiễu có dạng ngẫu nhiên tác động vào hệ thống, tín hiệu đặt r khơng đổi có dạng hình xung ta có kết nhƣ hình 3.24 Hình 3-24: Đặc tính hệ r thay đổi Mc có dạng Trong đó: + Ym: Đặc tính mơ hình mẫu – đặc tính mong muốn; +Yp: Đặc tính hệ tín hiệu đặt thay đổi Mc bất kỳ; +Yc: Đặc tính hệ ĐKTT; + r: Tín hiệu đặt; + Mc: Nhiễu tác động vào hệ thống Từ kết mô ta thấy: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 75 - Chun ngành: Tự động hóa + Đặc tính hệ ĐKTNBV Yp luôn bám theo đặc tính mơ hình mẫu Ym, chịu đƣợc nhiễu tác động chế độ xác lập đặc tính hệ trùng với đặc tính mong muốn thoả mãn yêu cầu hệ; + Đặc tính hệ ĐKTT Yc không ổn định dao động xung quanh đặc tính mong muốn - Cho Mc nhiễu có dạng ngẫu nhiên tăng dần tác động vào hệ thống, tín hiệu đặt r thay đổi ta có kết nhƣ hình 3.25 Hình 3.25: Đặc tính hệ r thay đổi Mc biến thiên ngẫu nhiên tăng dần Trong đó: + Ym: Đặc tính mơ hình mẫu – đặc tính mong muốn; + Yp: Đặc tính hệ tín hiệu đặt thay đổi Mc bất kỳ; + Yc: Đặc tính hệ ĐKTT; + r: Tín hiệu đặt; + Mc: Nhiễu tác động vào hệ thống Từ kết mơ ta thấy: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 76 - Chuyên ngành: Tự động hóa + Đặc tính hệ ĐKTNBV Yp ln ln bám theo đặc tính mơ hình mẫu Ym Mc tăng dần chế độ xác lập Mc tăng đặc tính hệ trùng với đặc tính mong muốn; + Đặc tính hệ ĐKTT Yc khơng ổn định giảm dần Mc tăng dần, xa dần đặc tính mong muốn - Cho Mc nhiễu có dạng ngẫu nhiên tăng dần tác động hiệu đặt r thay đổi tăng ta có kết nhƣ hình 3.26 Hình 3.26: Đặc tính hệ r thay đổi Mc biến thiên Trong đó: + Ym: Đặc tính mơ hình mẫu – đặc tính mong muốn; + Yp: Đặc tính hệ tín hiệu đặt thay đổi Mc bất kỳ; + Yc: Đặc tính hệ ĐKTT; + r: Tín hiệu đặt; + Mc: Nhiễu tác động vào hệ thống Từ kết mơ ta thấy: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 77 - Chuyên ngành: Tự động hóa + Khi lƣợng đặt thay đổi nhiễu thay đổi theo dạng hình sin đặc tính hệ Yp bám theo đặc tính mơ hình mẫu Ym chịu ảnh hƣởng nhiễu Nhƣ hệ thích nghi với thay đổi tham số bền vững với nhiễu tác động + Đặc tính hệ ĐKTT Yc lƣợng đặt thay đổi nhiễu thay đổi theo dạng hình sin khơng ổn định dao động xung quanh đặc tính mong muốn - Khảo sát đặc tính hệ cho tín hiệu đặt thay đổi theo yêu cầu công nghệ hệ thống quấn băng vật liệu với tốc độ động giảm dần mô men tăng dần chịu nhiễu tác động ta có đƣợc kết nhƣ hình 3.26 Hình 3.26: Đặc tính hệ r thay đổi Mc biến thiên tăng dần Trong đó: + Ym: Đặc tính mơ hình mẫu – đặc tính mong muốn; +Yp: Đặc tính hệ tín hiệu đặt thay đổi Mc bất kỳ; +Yc: Đặc tính hệ ĐKTT; + r: Tín hiệu đặt; + Mc: Nhiễu tác động vào hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 78 - Chun ngành: Tự động hóa Từ kết mơ ta thấy: + Khi tốc độ mô men động thay đổi tƣơng ứng với trình động quấn vật liệu, đƣờng kính lơ quấn tăng dần dẫn đến để vận tốc dài không đổi tốc độ động phải giảm xuống mô men động phải tăng lên tƣơng ứng với mô men tải chịu nhiễu tác động Ta thấy: + Với hệ ĐKTNBV tốc độ động (Yp) bám theo đặc tính mong muốn, ổn định chế độ xác lập đặc tính trùng với đặc tính mong muốn thoả mãn u cầu cơng nghệ hệ thống; + Đối với hệ điều khiển thông thƣờng tốc độ động (Yc) giảm dần mơ men tăng dần dẫn đến băng vật liệu bị chùng không quấn kịp không thoả mãn yêu cầu công nghệ hệ thống 3.4 KẾT LUẬN Bằng cách sử dụng luật thích nghi bền vững áp dụng vào sơ đồ MRAC, luận văn tổng hợp đƣợc hệ điều khiển thích nghi bền vững theo mơ hình mẫu áp dụng vào điều khiển hệ truyền động tháo- quấn băng vật liệu giấy Đây hệ truyền động phi tuyến, đòi hỏi tiêu điều chỉnh tốc độ cao, ổn định Kết khảo sát đánh giá mô luận văn đƣa đƣợc kết luận nhƣ sau: - Hệ truyền động quấn băng vật liệu sử dụng động điện chiều hệ phi tuyến thực tế làm việc hệ chịu nhiễu tác động từ môi trƣờng nhƣ thân hệ, nhƣng với điều khiển thích nghi bền vững chất lƣợng hệ đáp ứng đƣợc yêu cầu mong muốn - Chất lƣợng động hệ tốt hệ điều khiển thông thƣờng, thời gian độ nhỏ, lƣợng điều chỉnh nhỏ, dao động; - Sai lệch đặc tính mơ hình mẫu đặc tính hệ nhỏ; - Chất lƣợng động chất lƣợng tĩnh hệ phụ thuộc vào mơ men cản có nghĩa hệ bền vững với nhiễu.Vậy hệ ln thích nghi với thay đổi tham số bền vững với nhiễu tác động.Với kết cho phép ta xây dựng đƣợc hệ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 79 - Chuyên ngành: Tự động hóa truyền động tháo-quấn băng vật liệu giấy thoả mãn yêu cầu công nghệ hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 80 - Chuyên ngành: Tự động hóa KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Trong q trình nghiên cứu phân tích lý thuyết rút số kết luận sau: - ĐKTN bền vững phƣơng pháp điều khiển tự động đại, có nhiều ƣu điểm đƣợc ứng dụng để điều khiển hệ thống phức tạp thực tế nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất đại Các hệ thực tế hệ có tham số biến thiên mơ hình có phần khơng mơ hình hố đƣợc Vì sử dụng hệ điều khiển thích nghi bền vững phần thích nghi khắc phục đƣợc biến thiên tham số phần bền vững đảm bảo cho hệ ổn định với lớp mơ hình tức khắc phục đƣợc sai lệch mơ hình nhiễu Nhƣ hệ ĐKTNBV tận dụng đƣợc ƣu điểm hai phƣơng pháp để điều khiển hệ thực - Bằng cách sử dụng luật thích nghi bền vững áp dụng vào sơ đồ MRAC, luận văn tổng hợp đƣợc hệ điều khiển thích nghi bền vững theo mơ hình mẫu áp dụng vào điều khiển hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy Đây hệ truyền động phi tuyến, đòi hỏi tiêu điều chỉnh tốc độ cao, ổn định Kết khảo sát đánh giá mô luận văn đƣa đƣợc kết luận nhƣ sau: - Hệ truyền động quấn băng vật liệu sử dụng động điện chiều hệ phi tuyến thực tế làm việc hệ chịu nhiễu tác động từ môi trƣờng nhƣ thân hệ, nhƣng với điều khiển thích nghi bền vững chất lƣợng hệ đáp ứng đƣợc yêu cầu mong muốn - Chất lƣợng động hệ tốt hệ điều khiển thông thƣờng, thời gian độ nhỏ, lƣợng điều chỉnh nhỏ, dao động; - Sai lệch đặc tính mơ hình mẫu đặc tính hệ nhỏ; - Chất lƣợng động chất lƣợng tĩnh hệ phụ thuộc vào mơ men cản có nghĩa hệ bền vững với nhiễu Nhƣ hệ ln thích nghi với thay đổi tham số bền vững với nhiễu tác động Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 81 - Chuyên ngành: Tự động hóa Với kết cho phép ta xây dựng đƣợc hệ truyền động tháo- quấn băng vật liệu giấy thoả mãn yêu cầu công nghệ hệ thống, xác định đƣợc tính đắn đề xuất cho phép áp dụng vào điều khiển hệ thực phục vụ cho sản xuất Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm luận văn nhằm góp phần vận dụng lý thuyết ĐKTNBV vào điều khiển nâng cao chất lƣợng hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy nói riêng hệ phi tuyến nói chung Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu lƣợng kiến thức có hạn nội dung luận văn nghiên cứu nhiều hạn chế Tác giả tiếp tục nghiên cứu hồn thiện để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào thực tiễn, đồng thời nghiên cứu thêm hệ thống điều khiển thông minh khác nhƣ điều khiển mờ nơron, mờ trƣợt, thích nghi mờ, … để so sánh tìm kết điều khiển tối ƣu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 82 - Chuyên ngành: Tự động hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh (2000)- Điều khiển tối ưu bền vững, NXB Khoa học – kỹ thuật, Hà Nội [2] Phạm Thƣơng Hàn- Nguyễn Trọng Quế- Nguyễn Văn Hoà (1994)- Điều khiển tối ưu bền vững- NXB Giáo dục, Hà nội [3] Nguyễn Cơng Hiền(2000), Bài tốn ổn định bền vững hệ điều khiển thích nghi; Tuyển tập hội tự động hố tồn quốc VICA, 187-191 [4] Nguyễn Thƣơng Ngô (2005), Lý thuyết điều khiển tự động thông thường đại Q3 Hệ phi tuyến - Ngẫu nhiên, NXB Khoa học - kỹ thuật [5] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền(2004), Truyền động điện, NXB Khoa học kỹ thuật [6] Nguyễn Thƣơng Ngô (2005), Lý thuyết điều khiển tự động thông thường đại Q4 Điều khiển tối ưu - điều khiển thích nghi, NXB Khoa học - kỹ thuật [7] Nguyễn Doãn Phƣớc(2007), Lý thuyết điều khiển nâng cao NXB Khoa học –kỹ thuật, Hà Nội [8] Nguyễn Doãn Phƣớc (2005), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học – kỹ thuật, Hà Nội [9] Nguyễn Phùng Quang (2003), MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học - kỹ thuật, Hà Nội [10] Đỗ Sanh (2004), Động lực học máy, NXB khoa học- kỹ thuật Hà Nội Tài liệu tiếng Anh [11] Benjamin C.Kuo (2000), Automatic Control Systems [12] Andrew P, Bin Yao, Indirect adaptive robust control of nolinear systems amplication to electro – mechaanicial, (2000)August [13] Petros A.loannou, (1996), Robust Adaptive Control,Prentice- Hall PRT Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 83 - Chuyên ngành: Tự động hóa PHỤ LỤC Giới thiệu đo lực căng băng vật liệu Để đo lực căng băng vật liệu công nghệ sản xuất thƣờng sử dụng hai dạng đo là: - - Đo trực tiếp lực căng dải băng chuyển động dùng cảm biến lực căng (Load cell) dạng lăn Hình pl1: Đo lực căng trực tiếp loadcell - Đo lực căng gián tiếp thông qua cấu gồm lăn, trục khuỷu (gọi lăn nhảy - dancer roll) cảm biến vị trí Khi lực căng thay đổi góc quay trục khuỷu thay đổi từ suy đƣợc lực căng tƣơng ứng Hình pl2: Đo lực căng gián tiếp lăn nhảy dancer Trong luận văn này, hệ thống khảo sát sử dụng loadcell để đo lực căng dãi băng vật liệu, sau giới thiệu cấu tạo nguyên lý hoạt đông số loại loadcell chuyên dùng hệ thống tháo-quấn băng vật liệu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa - 84 - 2.Giới thiệu cảm biến đo lực căng (Load cell) Load cell tƣơng tự cảm biến sức căng, biến đổi lực căng thành tín hiệu điện Tín hiệu đƣợc chuyển thành thơng tin hữu ích nhờ thiết bị đo lƣờng nhƣ thị Các thiết bị đo lƣờng hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đƣa về, qua chuyển đổi Hình pl3: Mơ hình sử dụng Loadcell đo lực căng băng vật liệu ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực tính tốn chỉnh định đƣa kết đọc đƣợc lên hình Đa phần thiết bị hay hiển thị đại cho phép giao tiếp với thiết bị khác nhƣ máy tính máy in Những load cell hoạt động nguyên lý cầu điện trở cân cầu Wheatstone Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với thay đổi điện trở cảm ứng cầu điện trở, trả tín hiệu điện áp tỉ lệ Ƣu điểm cơng nghệ Hình pl4: Cấu tạo loadcell tương tự xuất phát từ yêu cầu thực tế, với tham số xác định trƣớc, có sản phẩm thiết kế phù hợp cho ứng dụng ngƣời dùng phần tử cảm ứng có kích thƣớc hình dạng khác phù hợp với yêu cầu ứng dụng Các dạng phổ biến: dạng kéo (shear), dạng uốn (bending), dạng nén (compression) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 85 - Chuyên ngành: Tự động hóa Tuy nhiên, khó khăn gặp phải từ buổi đầu hệ thống tín hiệu điện áp đầu load cell nhỏ (thƣờng không 30mV) Những tín hiệu nhỏ nhƣ dễ dàng bị ảnh hƣởng nhiều loại nhiễu công nghiệp nhƣ: - Nhiễu điện từ: Sinh trình truyền phát tín hiệu Bộ bảo vệ giao tiếp quang Bộ lọc EMC Bộ lọc EMC điện môi trƣờng xung Giao tiếp quanh, truyền phát tín hiệu vơ tuyến điện khơng gian q trình đóng cắt thiết EEPROM bị chuyển mạch công suất lớn Vi xử lý Cảm biến phụ Bộ A/D - Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: Do thay đổi thất thƣờng nhiệt độ môi trƣờng tác động lên dây cáp truyền dẫn Do đó, để hệ thống Nguồn điện Cầu điện trở Hình pl5: Cấu trúc loadcell số xác rút ngắn khoảng cách load cell với thiết bị đo lƣờng tốt Cách giải thông thƣờng dùng giảm thiểu dung sai đầu load cell Tuy nhiên giới hạn công nghệ không cho phép vƣợt số mong muốn nhỏ Với khả kết hợp công nghệ điện tử đại với thành phần đo bản, từ chế tạo nên loại load cell số Mỗi load cell số đơn giản mang cấu trúc phức tạp Thứ nhất, phải có load cell với độ xác, độ ổn định khả lặp lại cao điều kiện làm việc Thứ hai, phải có chuyển đổi tƣơng tự-số (ADC) 16 đến 20 bit tốc độ cao để chuyển đổi tín hiệu điện tƣơng tự sang dạng số Thứ ba, phải có hệ vi mạch xử lý để thực điều khiển tồn q trình chuyển đổi từ tín hiệu lực đo đƣợc thành liệu số thể xác giao tiếp với thiết bị khác để trao đổi thơng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 86 - Chuyên ngành: Tự động hóa tin Tín hiệu điện áp từ cầu điện trở load cell xác cao đƣợc đƣa đến đầu vào mạch tích hợp sẵn, bao gồm phần khuyếch đại, giải điều chế, ADC tốc độ cao 20 bit lọc số Một cảm biến nhiệt độ tích hợp sẵn đƣợc sử dụng để đo nhiệt độ thực load cell phục vụ cho việc bù sai số nhiệt độ Dữ liệu từ ADC, cảm biến nhiệt độ với thuật toán phần mềm số phần cứng bổ sung tích hợp sẵn có chức tối ƣu hóa xử lý sai số khơng tuyến tính, bù sai đƣờng đặc tính, khả phục hồi trạng thái ảnh hƣởng nhiệt độ đƣợc vi xử lý tốc độ cao xử lý Dữ liệu kết đầu đƣợc truyền xa qua cổng giao giao thức định Các module điện tử đƣợc đặt load cell, load cell cable hộp junction box Các đặc tính tới hạn load cell đƣợc đặt EEPROM nằm module load cell đó, điều có nghĩa vấn đề xử lý sai số đƣợc thực load cell, với load cell đó, có nghĩa phép bù sai số đƣợc thực triệt để Một số loại Load cell đƣợc sử dụng hệ thống quấn băng vật liệu giới thiệu nhƣ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Loại loadcell ứng dụng - 87 - Chuyên ngành: Tự động hóa Hình ảnh Đầu đo kiểu đầu gá: Dùng cho loại có khổ băng rộng Đầu đo kiểu hộp gá mỏng: Dùng cho loại trục quay trục cố định Đầu đo kiểu ống trụ gá: Dùng cho mơi trƣờng bẩn băng vật liệu có trọng lƣợng lớn Đầu đo kiểu gắn trục: Dùng cho loại trục quay trung gian Đầu đo kiểu gắn trục rịng rọc: Dùng cho trục cố định Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ... quan lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững Chương 2: Lý thuyết hệ điều khiển thích nghi bền vững Chương 3:Tổng hợp hệ điều khiển hệ điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất lượng hệ truyền... thích nghi với luật điều khiển thơng thƣờng, sau ứng dụng nâng cao chất lƣợng hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy Để điều khiển hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy ta ứng dụng hệ ĐKTN bền. .. xây dựng hệ điều khiển thích nghi bền vững sau ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi bền vững nâng cao chất lƣợng hệ truyền động quấn băng vật liệu giấy Tính cần thiết luận văn Đối với hệ tuyến