Cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển thích nghi

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ HIÊN CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHUYÊN NGHÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA TS: ĐỖ TRUNG HẢI PGS-TS: TRẦN XUÂN MINH PHÒNG ĐÀO TẠO TS: ĐẶNG DANH HOẰNG Thái Nguyên, tháng 1- 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ii LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Nguyễn Thị Hiên Học viên: Lớp cao học K16 Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Đơn vị cơng tác: Trung tâm kỹ thuật – Tổng hợp hướng nghiệp Hà Giang Tên đề tài luận văn thạc sỹ: "Cải thiện chất lƣợng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở điều khiển thích nghi" Chun ngành: Tự động hóa Mã số học viên: TNU13860520216008 Sau năm học tập, rèn luyện nghiên cứu trường em lựa chọn thực đề tài tốt nghiệp: "Cải thiện chất lƣợng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở điều khiển thích nghi" Được giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS-TS Trần Xuân Minh Và nỗ lực thân đề tài hoàn thành Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân em Các số liệu, kết có luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Thái Ngun, Ngày 21 tháng năm 2016 Học viên Nguyễn Thị Hiên Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập đề tài thạc sý, em nhận truyền đạt kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận giảng viên trường Sự quan tâm lớn nhà trường khoa Điện thầy cô giáo trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên bạn lớp Em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu, khoa đào tạo sau đại học, thầy giáo tham gia giảng dạy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện đẻ em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến GS-PTS Trần Xuân Minh tập thể cán môn điện Hội đồng bảo vệ đề cương thạc sỹ khóa 2013-2015 cho dẫn quý báu để em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn ý kiến dóng góp bạn đồng nghiệp khoa điện Mặc dù cố gắng song kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót, em mong muốn nhận dẫn từ thầy cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn hồn thiện có ý thực tiễn Xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Thị Hiên Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv MỞ ĐẦU .1 Chƣơng HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ .2 1.1 Những vấn đề hệ truyền động có khe hở 1.1.1 Truyền động xác 1.1.2 Truyền động tốc độ cao .2 1.1.3 Truyền động công suất lớn 1.1.4 Độ hở mặt bên 1.2 Những tác động đến hệ truyền động qua bánh 1.2.1 Ảnh hưởng đàn hồi đến phần hệ thống truyền động .8 1.2.2 Ảnh hưởng ma sát hệ thống truyền động 1.2.3 Ảnh hưởng khe hở hệ thống truyền động .10 1.3 Những đặc trưng ăn khớp cặp bánh 13 1.3.1 Điều kiện ăn khớp 15 1.3.2 Điều kiện ăn khớp 15 1.4 Kết luận chương 18 Chƣơng CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CĨ KHE HỞ 19 2.1 Mơ hình tốn hệ truyền động có khe hở 19 2.1.1 Cấu trúc vật lý định luật cân .20 2.1.2 Mơ hình tốn chế độ ăn khớp, có tính đến hiệu ứng mài mịn vật liệu, độ đàn hồi moment ma sát 23 2.1.3 Mơ hình tốn chế độ khe hở (dead zone) .25 2.1.4 Mơ hình tốn tổng qt 26 2.2 Cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở 28 2.3 Kết luận chương 29 Chƣơng CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI .30 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v 3.1 Tổng quan hệ logic mờ điều khiển mờ 30 3.1.1 Hệ Logic mờ 30 3.1.1.1 Khái niệm tập mờ .30 3.1.2 Bộ điều khiển mờ [9] 37 3.2 Thiết kế điều khiển mờ thích nghi 40 3.2.1 Đặt vấn đề .40 3.2.2 Mơ hình tốn học điều khiển mờ 41 3.2.3 Xây dựng điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu truyền thẳng .46 3.3 Khảo sát chất lượng điều khiển mờ thích nghi so sánh với điều khiển PID 49 3.3.1 Khảo sát chất lượng điều khiển PID 49 3.3.3 Nhận xét 55 3.4 Kết luận chương 55 Chƣơng KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HỆ TRUYỀN ĐỘNG CĨ KHE HỞ .56 4.1 Giới thiệu card DS1104 sử dụng hệ thống thí nghiệm 56 4.2 Cấu trúc phần cứng DS1104 57 4.2.1 Cấu trúc tổng quan 57 4.2.2 Ghép nối với máy chủ (Host Interface) 59 4.2.3 Phần mềm dSPACE 61 4.2.4 Một số tính Card DS1104 cho điều khiển chuyển động 61 4.2.5.1 Điều khiển vị trí Encoder .61 4.2.5.2 Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) 62 4.2.6 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm 65 4.2.7 Kết thí nghiệm với điều khiển PID .66 4.2.8 Kết thực nghiệm với điều khiển mờ thích nghi 68 4.2.9 Nhận xét kết thí nghiệm 70 4.3 Kết luận chương 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 Kết luận: 71 Kiến nghị: 71 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2 Mơ hình hai khối lượng có liên hệ đàn hồi Hình 1.3 a,b Sơ đồ cấu trúc hệ thống hai khối lượng có liên hệ đàn hồi Hình 1.4 Đặc tính logarit hệ thống Hình 1.5 Mối quan hệ ma sát khô vận tốc .9 Hình 1.6 Mơ hình vật lý khe hở 11 Hình 1.7 Đặc tính Deadzone 12 Hình 1.8 Mơ hình ăn khớp bánh .14 Hình 1.9: Mơ hình cặp bánh ăn khớp .15 Hình 1.10: Mơ hình cặp bánh ăn khớp trùng 16 Hình 1.11 Mơ hình cặp bánh ăn khớp tâm ăn khớp P 17 Hình 2.1: Hệ nhiều cặp bánh hệ truyền ngược nhiều hệ cặp bánh 19 Hình 2.2: Cấu trúc vật lý hệ truyền động qua cặp bánh 20 tức là: 21 Hình 2.3: Minh họa định luật cân cặp bánh .22 Hình 2.4: Sơ đồ động lực học 23 Hình 2.5: Thiết lập phương trình động lực học hai bánh ăn khớp 23 Hình 2.6: Mơ tả trạng thái hai bánh vùng chết khe hở 25 Hình 2.7: Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ truyền động bánh 28 Hình 3.1: Hàm thuộc biến ngơn ngữ 31 Hình 3.2: Sơ đồ khối điều khiển mờ 31 Hình 3.3: Luật hợp thành 32 Hình 3.4: Mờ hố 33 Hình 3.5: Thực phép suy diễn mờ .34 Hình 3.6: Thực phép hợp mờ 35 Hình 3.7 Những nguyên lý giải mờ 36 Hình 3.8 Cấu trúc hệ logic mờ 37 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN vii Hình 3.9: Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ PD 38 Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống với điều khiển mờ PI(2) 38 Hình 3.12: Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 39 Hình 3.13: Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 39 Hình 3.15: Định nghĩa hàm liên thuộc cho biến vào/ .41 Hình 3.16: Luật hợp thành tuyến tính .42 Hình 3.17: Quan hệ vào luật hợp thành tuyến tính .42 Hình 4.17: Sự hình thành suy luận từ luật hợp thành 43 Hình 3.18: Các vùng ô suy luận 44 Hình 4.19: Bộ điều khiển mờ 48 Hình 4.20: FMRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu 48 Hình 3.20: Sơ đồ mơ hệ truyền động bánh điều khiển PID .49 Hình 3.21: Khối động hệ bánh 49 Hình 3.22: Khối động chiều 50 Hình 3.23: Khối cặp bánh 50 Hình 3.24: Đáp ứng tốc độ hệ truyền động băng với tốc độ khơng đổi .51 Hình 3.25: Đáp ứng tốc độ hệ truyền động băng với tốc độ thay đổi 51 Hình 3.26: Sơ đồ mô hệ truyền động bánh điều khiển 52 Mờ thich nghi 52 Hình 3.28: Đáp ứng tốc độ hệ truyền động băng với tốc độ khơng đổi .52 Hình 3.29: Đáp ứng tốc độ hệ truyền động băng với tốc độ thay đổi 53 Hình 3.30: Sơ đồ mô hệ truyền động bánh điều khiển PID mờ thích nghi 53 Hình 3.31: Đáp ứng tốc độ hệ truyền động băng với tốc độ không đổi .54 Hình 3.32: Đáp ứng tốc độ hệ truyền động bánh với tốc độ thay đổi 54 Hình 4.1: Những phận Card DS1104 56 Hình 4.2: Sơ đồ khối DS1104 60 Hình 4.3: Các Modul giao tiếp phần cứng DSP1104 60 Hình 4.4: Cấu trúc điều khiển Matlab/Simulink 62 Hình 4.5: Downloading and Building .63 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN viii Hình 4.6: Giao diện Control Desk 64 Hình 4.8: Hệ thống ghép nối máy tính với hệ truyền động (động cơ) 65 Hình 4.9: Đối tượng hệ truyền động bánh 66 Hình 4.10: Cấu trúc điều khiển với điều khiển PID xây dựng Matlab/simulink 66 Hình 4.11: Kết mô với điều khiển PID (1) 67 Hình 4.12: Kết mơ với điều khiển PID (2) 67 Hình 4.13: Cấu trúc điều khiển với điều khiển mờ thích nghi xây dựng Matlab/simulink 68 Hình 4.14: Kết mơ với điều khiển mờ thích nghi (1) 69 Hình 4.15: Kết mơ với điều khiển mờ thích nghi (2) 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ix DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Luật điều khiển mờ 42 Bảng 3.2 Kết phép lấy Max - Min ô suy luận 44 Bảng 4.1: Dung lượng nhớ DS1104 57 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Truyền động có khe hở nhiều khoa học NCS quan tâm xuất nhiều dây chuyền sản xuất công nghiệp Việc điều khiển đảm bảo chất lượng cho hệ thống quan tâm nhiều Hiện điều khiển cho hệ thống truyền động có khe hở có chất lượng thấp điều khiển PID kinh điển, điều khiển không bị chặn Thực tế động lực học hệ thống truyền động có khe hở có tính phi tuyến, phương pháp thiết kế điều khiển cho hệ phi tuyến chưa nghiên cứu phát triển hoàn thiện để ứng dụng vào việc thiết kế điều khiển đảm bảo cho hệ thống truyền động có khe hở có khả hoạt động tốt chế độ làm việc Hơn sau này, có dự định giảng dạy Các Trường Cao đẳng ,Trung cấp dạy nghề công tác nhà máy sản xuất công nghiệp Nơi hệ thống truyền động có khe hở, thiết bị truyền động có khe hở sử dụng rộng rãi hệ truyền động bánh răng, hệ truyền động đai vv… Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển hệ thống truyền động có khe hở trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun giúp tơi có có sở để tiếp cận làm chủ thiết bị nơi cơng tác sau này…Vì tơi chọn đề tài: "Cải thiện chất lƣợng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở điều khiển thích nghi" Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng mô tả tốn học hệ thống truyền động có khe hở - Thiết kế điều khiển PID - Thiết kế điều khiển thích nghi - Mơ thực nghiệm điều khiển hệ thống truyền động có khe hở thiết bị thực phịng thí nghiệm Nội dung luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Hệ truyền động có khe hở Chương 2: Cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở Chương 3: Cải thiện chất lượng điều khiển hệ truyền động có khe hở điều khiển mờ thích nghi Chương 4: Kết thí nghiệm hệ truyền động có khe hở Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 57 đặc biệt để phát triển điều khiển số đa biến tốc độ cao mô thời gian thực Nó thường dùng lĩnh vực sau: - Các cấu chấp hành điện thuỷ lực - Điều khiển servo truyền động ổ đĩa (disk drive) - Điều khiển truyền động điện - Điều khiển phương tiện giới - Điều khiển trấn động tích cực - Trong máy CNC,… 4.2 Cấu trúc phần cứng DS1104 4.2.1 Cấu trúc tổng quan DS1104 xây dựng sở vi xử lý tín hiệu số TMS320F240 hãng Texas Instruments Bảng 4.1: Dung lượng nhớ DS1104 ON-CHIP MEMORY (WORDS) RAM DATA FLASH Nguồn nuôi EEPROM (V) DATA/PROG Chu kì (ns) Số chân PROG 288 256 16K 20 PQ 132–P Ngồi ra, cịn có hệ ngoại vi khác phục vụ cho ứng dụng xử lý tín hiệu số, giao tiếp với máy tính bên ngồi,… Bộ xử lý chính:  MPC8240, PowerPC 603e core, 250 MHz  32 kByte internal cache Timer:  Một Timer ước lượng lấy mẫu, đếm lùi 32 bit  Bốn Timer đa mục đích, 32 bit  Độ phân dải 64 bit để đo thời gian Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 58 Bộ nhớ:  32 Mbyte RAM DRAM (SDRAM)  Mbyte nhớ Flash cho ứng dụng Các ngắt điều khiển:  Các ngắt timer, giao tiếp nối tiếp, DSP, incremental encoder, ADC, PC chủ, đầu vào từ bên  Ngắt đồng PWM Đầu vào tƣơng tự:  kênh ADC, 16 bit, đa thành phần  Dải điện áp đầu vào  10V  Thời gian lấy mẫu 2us  Hệ số tín hiệu/ nhiễu >80 dB  kênh ADC , 12 bit  Dải điện áp  10V  Thời gian lấy mẫu 800ns  Hệ số tín hiệu/ nhiễu >65 dB Đầu tƣơng tự:  kênh DAC, 16 bit, thời gian ổn định max 10us  Dải điện áp  10V Incremental Encoder:  đầu vào số, TTL RS422  Kênh encoder có độ phân dải 24 bit  Tần số xung max đầu vào 1.65MHz gấp lần xung đếm tới 6.6MHz  Nguồn sensor 5V/0.5A Vào/ra số:  Vào/ra số 20 bit  Dịng 5mA Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 59 Giao tiếp:  RS232, RS485 RS422 Hệ DSP tớ:  Texas Instruments’ DSP TMS320F240  kWord of dual-port RAM  pha đầu PWM, đầu đơn PWM  14 bit vào/ra số Đặc điểm vật lý:  Nguồn nuôi V, 2.5 A / -12 V, 0.2 A /12 V, 0.3 A  Yêu cầu cần có khe PCI 32 bit 4.2.2 Ghép nối với máy chủ (Host Interface) DS1104 ghép nối với máy chủ qua khối gồm cổng vào/ra (I/O port) 16bit cổng vào/ra 8-bit Giao diện vào/ra sử dụng để thực việc cài đặt cho bo mạch, tải chương trình xuống truyền liệu thời gian thực Việc cài đặt điều khiển bus kiểm tra truyền liệu thực với giao diện vào/ra Để đồng hoá thực thi DSP chương trình máy chủ DS1104 sử dụng cổng ngắt hai chiều phép máy chủ ngắt DSP ngược lại Giao diện vào/ra máy chủ DS1104 bao gồm khối với cổng vào/ra liên tiếp Để chọn địa sở khối dải địa vào 64K PC/AT (máy chủ), DS1104 sử dụng chuyển mạch DIP (Dual In-line Package – vỏ hai hàng chân) gắn bo mạch Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 60 Hình 4.2: Sơ đồ khối DS1104 Hình 4.3: Các Modul giao tiếp phần cứng DSP1104 Giao diện với máy chủ DS1104 chứa ghi có độ dài khác (8 16 bit) Khi truy cập vào ghi cụ thể phải sử dụng lệnh vào/ra tương ứng, chẳng hạn muốn truy cập vào ghi 8-bit phải sử dụng lệnh vào/ra 8-bit, cịn muốn truy cập vào ghi 16-bit phải dùng lệnh vào/ 16 bit Nếu sử dụng lệnh vào/ra 8-bit cho ghi rộng 16-bit kết Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 61 bị lỗi Nếu sử dụng ngôn ngữ cấp cao để lập trình cho ghi giao diện với máy chủ cần phải đảm bảo chương trình dịch Compiler tạo dịng lệnh xác Một số ghi giao diện với máy chủ phải truy cập theo thứ tự đặc biệt Để ghi đọc nhớ DSP trình tự đặc biệt bắt buộc 4.2.3 Phần mềm dSPACE dSPACE gói phần mềm mạnh thiết kế cho mô thời gian thực tốc độ cao Cả phần cứng phần mềm dSPACE dễ cài đặt sẵn sàng thực tác vụ từ đơn giản đến phức tạp đa biến Phần mềm dSPACE bao gồm: - Control Desk: giao diện người dùng đồ hoạ GUI quản lý bo mạch dSPACE Nó cung cấp chức nạp, khởi động, kết thức ứng dụng thời gian thực bo mạch - Thư viện thời gian thực RTIlib1104 bao gồm tất hàm cần thiết để lập trình cho DS1104 - TRACE: Cung cấp khả theo dõi cho ứng dụng vào chạy bo mạch xử lý tín hiệu số DS1104 - COCKPIT: bảng dụng cụ cung cấp đầu hiệu chỉnh tương tác biến 4.2.4 Một số tính Card DS1104 cho điều khiển chuyển động 4.2.5.1 Điều khiển vị trí Encoder * Các kênh encoder Card DS1104 quản lý Master PPC, với đặc điểm sau:  Hai kênh vào số encoder  Hỗ trợ single-ended TTL tín hiệu RS422  Bộ đếm vị trí 24 bit  Tần số xung encoder max đếm 1.65MHz  Giới hạn đường dây với đầu vào khác Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 62 4.2.5.2 Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) Sự điều chế tín hiệu PWM định đến nhiều ứng dụng điều khiển chuyển động điều khiển động Card DS1104 Tín hiệu PWM chuỗi xung với tần số biên độ khơng đổi, độ rộng xung thay đổi Có xung với biên độ không đổi chu kì Tuy nhiên độ rộng xung thay đổi từ đến thời gian chu kì tương ứng với tín hiệu điều chế Khi tín hiệu PWM đưa đến cực điều khiển Trazitor công suất, làm Tranzitor cơng suất đóng cắt để biến đổi thành PWM điện áp đặt lện tải, giống tương tự tín hiệu điều chế Tần số của tín hiệu PWM thường cao tần số tín hiệu biến điệu, tần số bản, mà lượng cấp đến cho động tải phụ thuộc chủ yếu vào tín hiệu điều biến Xây dựng mơ hình mơ thời gian thực: Liên lạc với kênh vào/ra thực qua hai khối thư viện dSPACE DS1104ADC DS1104DAC Chúng thay khối tạo tín hiệu mơ (Signal Generator) khối quan sát (Scope) Hình 4.4: Cấu trúc điều khiển Matlab/Simulink Kéo khối DS1104ADC DS1104DAC vào mơ hình từ thư viện dSPACE thay chúng vào vị trí khối phát tín hiệu mơ khối quan sát Kênh tín hiệu vào tương tự định tỷ lệ phần cứng với tỷ số 1:10 Điều có nghĩa 10V đầu vào đọc 1V mô hình Kênh tín hiệu tương tự định tỷ lệ phần cứng với tỷ số Vì vậy, 1V tín hiệu tạo mơ hình có biên độ 10V thiết bị kết nối Do đó, cần thêm hai Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 63 khối khuếch đại từ thư viện Math vào mơ hình để đọc xác giá trị từ kênh tương tự đầu vào ghi xác giá trị tới kênh đầu Thay đổi tham số mô cần thiết Có thể lưu mơ hình tên khác để bảo tồn mơ hình mơ Tiếp theo, chọn lệnh RTW Build (hình 4.5) menu Tools Trong cửa sổ Matlab Command Window xuất danh sách thông báo Các thông báo tương ứng với bước khác mà phần mềm RTI thực nhằm biến đổi mã Simulink thành mã DSP Một cửa sổ xuất yêu cầu người sử dụng khẳng định tác vụ timer (timer task) Xác nhận thời gian lấy mẫu xác danh sách tác vụ nhấn Continue Đầu tiên giai đoạn biên dịch, giai đoạn file Simulink (*.mdl) chuyển sang file C (*.C) Sau giai đoạn liên kết, giai đoạn tất biến chương trình làm cho tương quan với môi trường DSP Cuối mã biến đổi thành file đối tượng có phần mở rộng *.obj nạp vào nhớ DSP thực thi bắt đầu Hình 4.5: Downloading and Building Tạo ứng dụng với Control Desk Để tương tác với hệ thống, cần quan sát, hiệu chỉnh phân tích biến Vì điều này, dSPACE kèm theo giao diện người dùng đồ hoạ gọi Control Desk Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 64 Control Desk phần mềm kèm hệ thống dSPACE, cho phép người dùng quan sát biến, hiển thị tác động biến hiệu chỉnh tham số mô cách tương tác trực tiếp với bo mạch DSP Để xây dựng ứng dụng Control Desk (mỗi ứng dụng gọi thí nghiệm-experiment), cần thực qua bước sau: + Khởi động Control Desk lựa chọn toolbar đánh dấu hình 4.6 Cửa sổ Tool Window hiển thị hình Các thẻ (Tap) hiển thị công cụ sử dụng hình 4.6 sử dụng hai cơng cụ Log Viewer (Trình xem giải thích) Reference Data Manager (trình quản lý liệu chuẩn) Hình 4.6: Giao diện Control Desk Quan sát hình thấy hai tín hiệu vào vẽ Plotter Cứ sau hai giây, hình ảnh hiển thị lại bị xoá tập liệu lại hiển thị Thay đổi hệ số khuếch đại cách di chuyển trượt Slider quan sát thay đổi tín hiệu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 65 4.2.6 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm Hình 4.7: Hệ thống thí nghiệm hệ truyền động bánh Hình 4.7: Hệ thống ghép nối máy tính với hệ truyền động (động cơ) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 66 Hình 4.8: Đối tượng hệ truyền động bánh 4.2.7 Kết thí nghiệm với điều khiển PID Cấu trúc điều khiển xây dựng Matlab/simulink kết nối với phần mềm Control Desk, sơ đồ cấu trúc hình 4.10 chương trình nạp vào máy tính từ máy tính nối qua cạc điều khiển, tín hiệu cạc vào điều khiển hệ truyền động Q trình thí nghiệm thực sau: Trường hợp 1: Thay đổi tốc độ đặt động từ lên 500 v/ph sau tiếp tục tăng lên 800v/ph, kết thí nghiệm thể hình 4.11 Trường hợp 2: thay đổi tốc độ đặt động từ lên 700 v/ph sau tiếp tục giảm 400v/ph, kết thí nghiệm thể hình 4.12 Hình 4.9: Cấu trúc điều khiển với điều khiển PID xây dựng Matlab/simulink Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 67 Kết thí nghiệm - Trường hợp thay đổi tốc độ đặt động từ lên 500 v/ph sau tiếp tục tăng lên 800v/ph, ta được: Hình 4.10: Kết mơ với điều khiển PID (1) Kết luận: Khi thay đổi tốc độ động từ lên 500v/p tốc độ động ổn định định 0,5s Khi thay đổi tốc độ động từ 500v/p lên 800v/p tốc độ động ổn định 9,3s - Trường hợp thay đổi tốc độ đặt động từ lên 700 v/ph sau tiếp tục giảm 400v/ph Hình 4.11: Kết mô với điều khiển PID (2) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 68 Kết luận: Khi thay đổi tốc độ động từ lên 700v/p tốc độ động ổn định định 1s Khi thay đổi tốc độ động từ 700v/p xuống 400v/p tốc độ động ổn định 9,8s 4.2.8 Kết thực nghiệm với điều khiển mờ thích nghi Cấu trúc điều khiển xây dựng Matlab/simulink kết nối với phần mềm Control Desk, sơ đồ cấu trúc hình 4.13 chương trình nạp vào máy tính từ máy tính nối qua cạc điều khiển, tín hiệu cạc vào điều khiển hệ truyền động Q trình thí nghiệm thực sau: Trường hợp 1: Thay đổi tốc độ đặt động từ lên 500 v/ph sau tiếp tục tăng lên 800v/ph, kết thí nghiệm thể hình 4.14 Trường hợp 2: thay đổi tốc độ đặt động từ lên 700 v/ph sau tiếp tục giảm 400v/ph, kết thí nghiệm thể hình 4.15 Hình 4.12: Cấu trúc điều khiển với điều khiển mờ thích nghi xây dựng Matlab/simulink Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 69 Kết thí nghiệm - Trường hợp thay đổi tốc độ đặt động từ lên 500 v/ph sau tiếp tục tăng lên 800v/ph: Hình 4.13: Kết mơ với điều khiển mờ thích nghi (1) Kết luận: Khi thay đổi tốc độ động từ lên 500v/p tốc độ động ổn định định 0,5s Khi thay đổi tốc độ động từ 500v/p lên 800v/p tốc độ động ổn định 9,4s - Trường hợp thay đổi tốc độ đặt động từ lên 700 v/ph sau tiếp tục giảm 400v/ph: Hình 4.14: Kết mơ với điều khiển mờ thích nghi (2) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 70 Kết luận: Khi thay đổi tốc độ động từ lên 700v/p tốc độ động ổn định định 1s Khi thay đổi tốc độ động từ 700v/p xuống 400v/p tốc độ động ổn định 9,2s 4.2.9 Nhận xét kết thí nghiệm - Từ kết thí nghiệm hình 4.11 4.12 cho thấy chất lượng làm việc hệ thống với điều khiển PID đảm bảo, đáp ứng hệ thống bám tốt giá trị đặt kể giá trị đặt thay đổi theo chiều tăng giảm Tuy nhiên hệ thống dao động mạnh chạy chưa êm - Kết thí nghiệm hệ thống với điều khiển mờ lai thể hình 4.14 hình 4.15 cho thấy chất lượng hệ thống cải thiện đáng kể so với điều khiển PID (hình 4.11 hình 4.12) Nó thể mặt thời gian độ mức độ dao động hệ truyền động giảm đáng kể, hệ thống chạy êm Điều kiểm chứng tính đắn thuật tốn điều khiển mờ thích nghi 4.3 Kết luận chƣơng Chương giải số vấn đề sau: - Giới thiệu Card điều khiển DS110 - Cấu trúc hệ thống thí nghiệm - Xây dựng hệ thống mơ Matlab/simulink có kết nối với phần mềm Control Desk hệ thống thí nghiệm - Tiến hành thí nghiệm lấy kết - Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển hệ truyền động bánh điều khiển mờ thích nghi so với điều khiển PID Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 71 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 hệ thống truyền động có khe hở (cụ thể hệ truyền động bánh răng) Nhiệm vụ cụ thể Cải thiện chất lƣợng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở điều khiển thích nghi Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn hoàn thành chương sau: Chương 1: Hệ truyền động có khe hở Chương 2: Cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở Chương 3: Cải thiện chất lượng điều khiển hệ truyền động có khe hở điều khiển mờ thích nghi Chương 4: Kết thí nghiệm hệ truyền động có khe hở Kết luận văn đạt là: - Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở - Thiết kế điều khiển cho hệ truyền điều khiển mờ thích nghi nhằm cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống, kiểm chứng mơ thí nghiệm Với kết cho thấy tính đắn thuật tốn điều khiển thiết kế để điều khiển hệ thống - Với kết thí nghiệm cho thấy chất lượng hệ thống nâng cao thể qua hệ thống chạy êm so với điều khiển PID Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu ít, kiến thức kinh nghiệm thực tiễn có hạn, nội dung luận văn số hạn chế Tác giả tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, áp dụng điều khiển đại vào đối tượng thực tế sản xuất Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ... thiện chất lượng điều khiển hệ truyền động có khe hở điều khiển mờ thích nghi Chương 4: Kết thí nghi? ??m hệ truyền động có khe hở Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Chƣơng HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ 1.1... đề hệ truyền động có khe hở Một hệ truyền động có khe hở cấu chấp hành nối với tồn khe hở, công nghi? ??p thường gặp hệ truyền động có khe hở điển hình hệ truyền động bánh Vì luận văn tập trung nghi? ?n... tiêu nghi? ?n cứu - Xây dựng mô tả tốn học hệ thống truyền động có khe hở - Thiết kế điều khiển PID - Thiết kế điều khiển thích nghi - Mơ thực nghi? ??m điều khiển hệ thống truyền động có khe hở thiết