Điều khiển thích nghi bền vững đồng bộ nhiều hệ thống phi tuyến áp dụng trong dây chuyền sản xuất ruột dẫn cho dây cáp điện

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN TÙNG MINH ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG ĐỒNG BỘ NHIỀU HỆ THỐNG PHI TUYẾN – ÁP DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT RUỘT DẪN CHO DÂY CÁP ĐIỆN Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã chuyên ngành: 60520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Nguyễn Tấn Lũy Người phản biện 1: Tiến sĩ Phạm Công Thành Người phản biện 2: Tiến sĩ Trần Hữu Toàn Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 26 tháng 04 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Tiến sĩ Mai Thăng Long - Chủ tịch Hội đồng Tiền sĩ Phạm Công Thành - Phản biện Tiến sĩ Trần Hữu Toàn - Phản biện Tiến sĩ Nguyễn Trọng Tài - Ủy viên Tiến sĩ Trần Minh Chính - Thư ký CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Tùng Minh MSHV: 16083501 Ngày, tháng, năm sinh: 23 / 10 / 1975 Nơi sinh: Hồi Nhơn, Bình Định Chun ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã chuyên ngành: 60520203 I TÊN ĐỀ TÀI: Điều khiển thích nghi bền vững đồng nhiều hệ thống phi tuyến - Áp dụng dây chuyền sản xuất ruột dẫn cho dây cáp điện NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu thiết kế điều khiển đồng lồng xoắn capstan kéo dây chuyền sản xuất ruột dẫn 18+24 Công ty CP dây cáp điện Việt Nam, đảm bảo ổn định tốc độ tương đối lồng xoắn capstan kéo q trình vận hành, qua ổn định chất lượng ruột dẫn trình sản xuất, giảm tiêu hao vật tư II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo định số 2057/QĐ-ĐHCN, ngày 02/10/2018 việc giao đề tài cử người hướng dẫn luận văn thạc sĩ Hiệu Trưởng trường Đại học Công nghiệp TP.HCM III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02 /04/2019 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Tiến sĩ Nguyễn Tấn Lũy Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ LỜI CẢM ƠN Lời cho phép xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Nhà trường, Khoa kỹ thuật điện tử tất Thầy Cô dành nhiều quan tâm giúp đở, tạo điều kiện mặt để tơi hồn thành tất mơn học làm luận văn tốt nghiệp thời hạn Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty cổ phần Dây cáp điện Việt Nam CADIVI, Nhà máy CADIVI Miền Đông gợi mở giúp đở trình thực đề tài liên quan đến thiết bị công nghệ Nhà máy, kế hoạch sản xuất căng thẳng, thiết bị phải vận hành liên tục để đáp ứng tiến độ giao hàng cố gắn xếp để giúp tơi có thời gian tương tác với thiết bị Tôi xin chân thành cảm ơn tiến sĩ Nguyễn Tấn Lũy, người bên bảo, định hướng giúp đở việc chọn, thực báo cáo đề tài Vì kiến thức có hạn, với tính chất vừa làm vừa học, thời gian dành cho nghiên cứu chưa thật nhiều nên chắn đề tài cịn nhiều chổ thiếu sót nên mong q Thầy Cơ bạn đóng góp Xin chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp nay, chúng cấu tạo nhiều phận khác nhau, cần có kết nối truyền động (đồng bộ) tốt phận đảm bảo ổn định q trình vận hành qua ổn định chất lượng sản phẩm đầu Công ty cổ phần dây cáp điện Việt Nam đơn vị chuyên sản xuất sản phẩm dây cáp điện, Công ty có nhiều dây chuyền tích hợp từ nhiều phận có dây chuyền sản xuất ruột dẫn 18+24, phận dây chuyền (gồm lồng 18 bobbin, lồng 24 bobbin, capstan) kéo môtơ 15 kW, 22 kW, 37 kW đồng thông qua hệ thống truyền động điện, nhiên việc đồng không tốt dẫn đến thiết bị hoạt động khơng ổn định, cần phải có tác động người vận hành, chất lượng sản phẩm không ổn định Luận văn nghiên cứu đưa điều khiển thích nghi bền vững đồng hệ phi tuyến (các lồng xoắn capstan) sở thuật tốn PID kết hợp với điều khiển thơng minh để cập nhật độ lợi tùy thuộc vào điều kiện tải khác Áp dụng giải pháp giúp cho dây chuyền hoạt động ổn định, ổn định chất lượng sản phẩm, giảm tiêu hao vật tư mở rộng chức dây chuyển ii ABSTRACT In the current, almost industrial production lines, they are made up of many different parts, so they need to be good (synchronous) transmission between parts to ensure that stability during operation That stabilizes the quality of output products Vietnam Electric Cable Corporation is a unit specialized in manufacturing electric wire and cable products The company also has many integrated lines from many parts including the 18 + 24 conductor stranding line Parts of this line (including 18 bobbin cages, 24 bobbin cages, capstan) are pulled by motors of 15 kW, 22 kW, 37 kW and synchronized through electric drive systems, but currently they are not synchronized well, so the line operated unstably, It need to control by the operator and product quality is unstable This dissertation studies and provides a sustainable adaptive controller to synchronize nonlinear systems (cages and capstan) based on PID algorithm combined with intelligent controller to update the gain schedulling depending on the various load conditions Applying this solution helps the line to operate stably, stabilize product quality, reduce material consumption and expand the function of the line iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tơi Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Nguyễn Tùng Minh iv MỤC LỤC MỤC LỤC V DANH MỤC HÌNH ẢNH VII DANH MỤC BẢNG BIỂU IX DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT X MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Các nghiên cứu trước CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Lý thuyết điều khiển 14 2.2 Lý thuyết điều khiển thích nghi, bền vững 18 2.2.1 Lý thuyết điều khiển thích nghi 18 2.2.2 Lý thuyết điều khiển bền vững 27 2.3 Lý thuyết hệ phi tuyến 29 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34 3.1 Công nghệ sản xuất dây cáp điện 34 3.2 Mô tả trạng đối tượng nghiên cứu 38 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển 39 3.3.1 Nguyên lý điều khiển 39 3.3.2 Thiết kế điều khiển PID thích nghi 40 3.3.3 Chương trình PLC 48 v 3.3.4 Sơ đồ kết nối điện động lực điều khiển 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 49 4.1 Trước áp dụng điều khiển APID 49 4.2 Sau áp dụng điều khiển APID 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 Kết luận 55 Kiến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 58 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 100 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển Electronic Lineshaft Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc tốc độ động Follower theo động Master Hình 1.3 Cấu hình Master – Slaver Hình 1.4 Cấu hình Cross-coupling technich Hình 1.5 Cấu hình Bi-axial cross coupling technique Hình 1.6 Cấu hình Ralative coupling strategy Hình 1.7 Bản đồ phác hoạ máy tạo hình nóng 11 Hình 1.8 Cấu trúc phần cứng hệ thống điều khiển máy tạo hình nóng 12 Hình 1.9 Sơ đồ ngun lý điều khiển máy tạo hình nóng 12 Hình 2.1 Đáp ứng nấc hệ hở có dạng S 15 Hình 2.2 Đáp ứng nấc hệ kín K = Kgh 16 Hình 2.3 Bộ điều khiển PID mờ dùng Sugeno 18 Hình 2.4 Mơ tả hồi tiếp thích nghi 19 Hình 2.5 Mơ hình tự chỉnh định 21 Hình 2.6 Mơ hình thực nghiệm tự chỉnh định 23 Hình 2.7 Mơ hình lịch trình độ lợi 25 Hình 2.8 Mơ hình điều khiển bền vững 27 Hình 2.9 Đặc tính mơ tả đặc điểm hệ phi tuyến 32 Hình 3.1 Hình Cáp điện 34 vii Sơ đồ kết nối chân ngõ vào PLC (tt) 86 Sơ đồ kết nối chân ngõ PLC 87 Sơ đồ kết nối chân ngõ PLC (tt) 88 Sơ đồ kết nối chân ngõ PLC (tt) 89 Sơ đồ kết nối chân ngõ PLC (tt) 90 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển rãi 91 Sơ đồ kết nối mạch báo đứt dây 92 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển giáp băng 93 Sơ đồ cấp nguồn PLC D/A 94 Sơ đồ nguồn động lực 95 Sơ đồ kết nối driver lồng 18 96 Sơ đồ kết nối driver lồng 24 97 Sơ đồ kết nối driver capstan kéo 98 Sơ đồ kết nối mạch động lực thu nâng hạ 99 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: Nguyễn Tùng Minh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23 / 10 / 1975 Nơi sinh: Hoài Châu – Hồi Nhơn – Bình Định Email: minhcadivi@gmail.com Điện thoại: 0903126123 II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:  Từ 1990 – 1993: Học phổ thông Trường trung học phổ thông Tăng Bạc Hổ thị trấn Bồng Sơn – huyện Hoài Nhơn – tỉnh Bình Định  Từ 1994 – 1999: Học đại học Trường đại học Bách Khoa TP.HCM III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 1999 - 2006 Xí nghiệp khí cụ điện Nhân viên kỹ thuật 2007 - 2013 Công ty dây cáp điện Việt Nam Nhân viên kỹ thuật 2014 - 2015 Công ty dây cáp điện Việt Nam Phó phịng kỹ thuật 2016 – 3/2017 Cơng ty dây cáp điện Việt Nam Phụ trách phòng kỹ thuật 4/2017 – 9/2018 Công ty dây cáp điện Việt Nam Trưởng phịng kỹ thuật 10/2018 đến Cơng ty dây cáp điện Việt Nam Giám đốc R&D XÁC NHẬN CỦA Tp HCM, ngày tháng Năm 20 CƠ QUAN / ĐỊA PHƯƠNG Người khai (Ký tên, đóng dấu) (Ký tên) 100 ... thuật Điện tử Mã chuyên ngành: 60520203 I TÊN ĐỀ TÀI: Điều khiển thích nghi bền vững đồng nhiều hệ thống phi tuyến - Áp dụng dây chuyền sản xuất ruột dẫn cho dây cáp điện NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghi? ?n... q trình phân tích hệ phức tạp 33 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Công nghệ sản xuất dây cáp điện 3.1.1 Cấu tạo cáp điện Hình 3.1 Hình dây cáp điện 34 Ruột dẫn Cách điện Lớp độn Băng... Lưu đồ quy trình sản xuất cáp điện 36 Hình 3.4 Ruột dẫn cáp điện 37 Hình 3.5 Dây chuyền xoắn ruột dẫn 38 Hình 3.6 Sơ đồ cấu trúc dây chuyền xoắn ruột dẫn 38 Hình