Nghiên cứu hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng các bộ treo từ tính.pdf

Nghiên cứu hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng các bộ treo từ tính.pdf

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA NGHIÊN CƯÚ HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHƠNG TIẾP XÚC SỬ DỤNG CÁC BỘ TREO TỪ TÍNH TRẦN THỊ THANH NGA THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CƯÚ HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG TIẾP XÚC SỬ DỤNG CÁC BỘ TREO TỪ TÍNH Học viên : Trần Thị Thanh Nga Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Như Hiển THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá MC LC Li cam oan Mc lục Danh sách kí hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời nói đầu Nội dung Trang CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỠ TỪ VÀ ĐỊNH HƯỚNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ 1.1 Giới thiệu treo từ tính ứng dụng chúng 1.1.1 Ổ đỡ từ tính truyền động động 1.1.2 Giới thiệu tổng quát hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính 1.1.3 Giới thiệu cấu trúc đặc trưng hệ thống truyền động động trang bị ổ đỡ từ tính 1.1.4 Giới thiệu hệ truyền động ổ đỡ không tiếp xúc 1.1.5 Cấu trúc ổ đỡ không tiếp xúc 1.1.6 Cấu trúc cuộn dây 15 1.1.7 Phân loại ổ đỡ từ 16 1.1.8 Một số ứng dụng phù hợp động máy phát kiểu treo từ tính 17 1.2 Một số cơng trình nghiên cứu công bố điều khiển hệ phi tuyến 18 1.3 Các cơng trình nghiên cứu công bố điều khiển ổ từ 19 KẾT LUẬN 21 CHƯƠNG 22 MƠ TẢ TỐN HỌC Ổ ĐỠ TỪ 2.1 Mơ hình tốn học treo từ tính 22 2.1.1 Cấu trúc điện nguyên lý hoạt động ổ từ 22 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LuËn văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá 2.1.2 Cỏc mối quan hệ 24 2.1.3 Cơ cấu chấp hành vi sai 27 2.1.4 Động nam châm vĩnh cửu lắp ghép bề mặt 28 2.1.5 Ổ từ chịu tải hướng tâm (ổ đỡ từ) 29 2.1.6 Mô ta toan hoc ô tư ̉ ́ ̣ ̉ ̃ ̀ 31 2.2 Các tính chất điều khiển treo từ tính 36 2.2.1 Lực kéo khơng cân 36 2.2.1.1 Các nguyên tắc 36 2.2.1.2 Phép phân tích lõi từ hình C lõi từ hình chữ I 37 2.2.1.3 Phép phân tích ổ đỡ từ 38 2.2.2 Các nguyên tắc điêu khiên ô tư kênh ̀ ̉ ̉ ̃ ̀ 39 KẾT LUẬN 42 CHƯƠNG 43 THIẾT KẾ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN BỘ TREO TỪ TÍNH 3.1 Thiết kế điều khiển PID 43 3.1.1 Một vài nét thuật toán điều chỉnh PID 43 3.1.2 Cấu trúc chung hệ điều khiển tự động 43 3.1.2.1 Thành phần tỷ lệ 45 3.1.2.2 Thành phần tích phân 45 3.1.2.3 Thành phần vi phân 46 3.1.3 Hệ giảm chấn - khối lượng – lò xo tương đương 47 3.1.4 Điều chỉnh hệ số khuyếch đại PID (tỷ lệ, tích phân, đạo hàm) 50 3.1.4.1 Điều chỉnh hệ số khuyếch đại tỷ lệ vi phân 54 56 3.1.4.2 Sai sơ vị trí trạng thái ổn định điều chỉnh hệ số khuyếch đại tích phân ́ 3.2 Thiết kế điều khiển nâng cao - Thiết kế điều khiển mờ lai F-PID 61 3.2.1 Giới thiệu điều khiển mờ 61 3.2.2 Sơ đồ khối hệ điều khiển mờ 62 3.2.3 Nguyên lý điều khiển mờ 65 3.2.4 Các nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ 66 Số hóa Trung tâm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá 3.2.5 Cỏc b điều khiển mờ 70 3.2.5.1 Các điều khiển kinh điển 70 3.2.5.2 Bộ điều khiển mờ tĩnh 71 3.2.5.3 Bộ điều khiển mờ động 74 3.2.5.4 Hệ điều khiển mờ lai (F - PID) 79 a Giới thiệu chung 79 b Các dạng hệ mờ lai phổ biến 81 3.2.5.5 Tổng hợp hệ điều khiển mờ lai khơng thích nghi có điều khiển kinh điển 82 3.3 Mơ điều khiển thiết kế 84 3.3.1 Mô với điều khiển PID 84 3.3.2 Mô với điều khiển nâng cao 85 KẾT LUẬN 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỠ TỪ VÀ ĐỊNH HƯỚNG ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ Hình 1.1 Sự tạo lực từ hƣớng tâm mật độ từ thông khe hở không cân bằng: a mật độ từ thông khe hở cân b mật độ từ thông khe hở khơng cân Hình 1.2 Sơ đồ tƣợng trƣng hệ truyền động khơng tiếp xúc Hình 1.3 Động với ổ đỡ từ Hình 1.4 Truyền động ổ đỡ khơng tiếp xúc Hình 1.5 Hình dạng ổ đỡ từ Hình 1.6 Bộ treo chủ động theo trục: a.điểm đỡ trục đáy Hình 1.7 b khơng có tiếp xúc Những biến đổi hệ treo tác dụng theo phƣơng 10 a Rotor bên b Rotor c Rotor rỗng d không gian lắp đặt tải nằm trục Hình 1.8 Sự kết hợp với ổ đỡ từ ổ đỡ khí thơng thƣờng 11 a với ổ đỡ từ thông thƣờng b với ổ đỡ khí thơng thƣờng c với trục quay dài Hình 1.9 Một số hình ảnh ổ đỡ từ truyền thống 12 CHƢƠNG 22 MƠ TẢ TỐN HỌC Ổ ĐỠ TỪ Hình 2.1 Hệ thống từ treo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.2 Lõi từ C lõi từ hình chữ I với cuộn cảm 24 Hình 2.3 Mạch từ hố 26 Hình 2.4 Cơ cấu điều chỉnh vi sai 28 Hình 2.5 Động nam châm vĩnh cửu lắp ghép bề mặt 29 Hình 2.6 Ổ đỡ từ chịu tải hƣớng tâm 30 Hình 2.7 Mối quan hệ lực hƣớng tâm dịng điện 32 Hình 2.8 Mối quan hệ tuyến tính lực hƣớng tâm với dịng điện phân cực 33 Hình 2.9 Sơ đồ cách thức điều khiển dịng điện 34 Hình 2.10 Sơ đồ câu truc hệ thống từ treo ́ ́ 34 sử dụng lƣợng từ theo mơt phƣơng ̣ Hình 2.11 Sơ đô câu truc rut gon ̀ ́ ́ ́ ̣ 35 Hình 2.12 Lực từ kéo (hấp dẫn) kích thƣớc khe hở: (a) kích thƣớc khe 37 hở rộng, (b) kích thƣớc khe hở đƣợc giảm xuống Hình 2.13 Hệ thống treo tƣ tí nh theo phƣơng x ̀ 39 CHƯƠNG 43 THIẾT KẾ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN BỘ TREO TỪ TÍNH Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động 44 Hình 3.2 Hệ thống giảm chấn - khối lƣợng – lò xo 47 a Sơ đồ cấu tạo b Sơ đồ khối Hình 3.3 Hệ thống treo từ tƣơng đƣơng với hệ thống giảm chấn-khối 49 lƣợng – lị xo Hình 3.4 Đáp ứng chuyển vị tƣơng ứng với lực nhiễu 1N Hình 3.4 a Mối quan hệ đáp ứng với chuyển vị Kp 52 Mối quan hệ đáp ứng với chuyển vị Kd 53 Hình 3.4 b Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.4 c Mối quan hệ đáp ứng tần số chuyển vị với Kp 53 Hình 3.4 d Mối quan hệ đáp ứng tần số chuyển vị với Kd 54 Hình 3.5 Các hệ số khuyếch đại tỷ lệ vi phân 55 Hình 3.6 Đáp ứng chuyển vị hệ số khuyếch đại PD tối ƣu hố 56 Hình 3.7 Bộ điều khiển PID: (a) sơ đồ khối; (b) đặc tính tần số 57 Hình 3.8 Đáp ứng thay đổi bậc tham khảo vị trí 58 Hình 3.9 Các đặc tính tần số điều khiển PID 59 Hình 3.10 Đáp ứng chuyển vị Ki 60 Hình 3.11 - Sơ đồ khối điều khiển mờ 63 Hình 3.12 Hệ thống điều khiển mờ 65 Hình 3.13 Mơ hình chuyển đổi hiểu biết ngƣời hệ mờ 67 Hình 3.14 Quan hệ truyền đạt điều khiển mờ theo luật tỉ lệ 72 Hình 3.15 Đƣờng đặc tính y(x) cho trƣớc 74 Hình 3.16 Bộ điều khiển mờ động với đầu vào đầu 74 Hình 3.17 Hệ điều khiển mờ theo luật I 75 Hình 3.18a Mơ hình điều khiển mờ theo luật PI 75 Hình 3.18a Mơ hình điều khiển mờ theo luật PI 76 Hình 3.19 Hệ thống điều khiển mờ theo luật PD 76 Hình 3.20a Bộ điều khiển mờ theo luật PID(dùng thuật tốn chỉnh định PID mờ) 77 Hình 3.20b Bộ điều khiển mờ theo luật PI (dùng thuật toán PID tốc độ) 78 Hình 3.21 Hệ điều khiển mờ PID 78 Hình 3.22a Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ 80 Hình 3.22b Hệ mờ với mờ cho tín hiệu chủ đạo x 80 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.23 Cấu trúc hệ mờ lai Cascade 81 Hình 3.24 Chọn điều khiển thích nghi khóa mờ 82 Hình 3.25 Sự phân bố giá trị mờ biến vào 83 Hình 3.26 Sự phân bố giá trị mờ biến 83 Hình 3.27 Quan sát tín hiệu vào điều khiển mờ lai 83 Hình 3.28 Quan hệ vào – điều khiển mờ 84 Hình 3.29 Sơ đồ mơ với PID kinh điển 85 Hình 3.30 Kết mô chuyển vị theo phƣơng x ổ từ có sử dụng 85 PID kinh điển Hình 3.31 Sơ đồ mơ hệ có sử dụng hệ điều khiển mờ lai F-PID 86 Hình 3.32 Kết mơ chuyển vị theo phƣơng x có sử dụng hệ điều 86 khiển mờ lai F-PID Hình 3.33 Sơ đồ mơ hệ có sử dụng PID kinh điển hệ điều 87 khiển mờ lai F-PID Hình 3.34 Kết mơ chuyển vị theo phƣơng x có sử dụng điều khiển PID kinh điển hệ điều khiển mờ lai F-PID Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 87 LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ truyền động sử dụng động không đồng phát triển có phạm vi áp dụng rộng kể từ thập niên 70 ưu vượt trội so với truyền động động chiều như: hiệu suất cao; gọn; nhẹ; có u cầu bảo trì thấp giá thành động rẻ Sự tăng lên công suất tốc độ quay động không đồng làm mở rộng phạm vi ứng dụng loại động Một hạn chế không tránh khỏi chế độ bảo dưỡng truyền động động không đồng việc bôi trơn thay ổ đỡ Hầu hết truyền động công nghiệp liên quan đến ổ đỡ khí Các ổ đỡ gây vấn đề lớn cho ứng dụng truyền động động khoảng không gian xung quanh môi trường có chứa chất độc hại bị nhiễm xạ Hơn nữa, dầu bôi trơn dùng điều kiện chân không phải thay định kỳ, nhiệt độ khí cao thấp, dây chuyền thực phẩm dược phẩm Vì vậy, hệ truyền động sử dụng ổ đỡ khí khơng phù hợp thiết bị máy quay đòi hỏi tốc độ cao, yêu cầu độ xác cao, phải dùng chất bơi trơn có tiếp xúc trực tiếp phần chuyển động phần tĩnh, cần phải thay định kì với yêu cầu phải tháo phần thân động Ngày cuôc cach mang khoa hoc , ̣ ́ ̣ ̣ kỹ thuật giới phát triển với tốc độ vũ bão , không ngưng vươn tới đỉnh ̀ cao mơi, đo co tưu vê ky thuât tư đông hoa san xuât sử dụng hệ ́ ́ ́ ̃ ̀ ̣ ̀ ̃ ̣ ̣ ̣ ́ ̉ Việc ́ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính bước tiến quan trọng ngành khí, cho phép khắc phục nhược điểm hệ truyền động sử dụng động không đồng với ổ đỡ khí Tuy nhiên, lợi buộc phải có khả áp dụng, cài đặt thiết kế phương pháp điều khiển ổ đỡ phù hợp Phần quan trọng hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính điều khiển Hiện điều khiển cho hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính có chất lượng thấp khơng thích nghi, khơng bền vững, tín hiệu điều khiển không bị chặn Thực tế động lực học hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính có tính phi tuyến cao phương pháp thiết kế điều khiển cho hệ phi tuyến (bao gồm hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính) chịu tác dụng nhiễu ngoại sinh chứa tham số thay đổi theo thời gian chưa nghiên cứu phát Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LuËn văn Thạc sỹ 79 Chuyên ngành Tự động hoá B điều khiển P mờ cho đặc tính động học tương đối tốt, chế độ xác lập hệ thống lại tồn sai lệch tĩnh, hay nói cách khác độ xác hệ thống kém so với việc sử dụng điều khiển PI mờ Sự ghép nối khâu tuyến tính với hệ mờ (khâu phi tuyến) cho đời điều khiển với tính chất hồn hảo tạo khả kỹ thuật điều khiển tự động, điều khiển đối tượng phức tạp, đối tượng mà việc khống chế hồn tồn khó khăn không điều khiển theo phương pháp kinh điển Ở khẳng định điều khiển mờ đơn giản điều khiển tốt đối tuợng phi tuyến phức tạp Một điểm đặc biệt điều khiển mờ cho phép lập lại tính chất kinh điển kỹ thuật mờ nhiều yếu tố quan tâm Các điều khiển P,PI PID điều khiển đối tượng kỹ thuật hoàn thiện cho đặc tính động học tồn hệ thống tốt Tuy nhiên, để xử lý thêm tín hiệu đo tăng thêm khả chuẩn đoán cho hệ thống, cần thay bước kinh điển điều khiển mờ phát triển thêm hệ điều khiển dựa sở điều khiển mờ để có tính chất điều khiển mong muốn Các điều khiển mờ cho phép thiết kế đa dạng, qua việc tổ chức nguyên tắc điều khiển chọn tập mờ cho biến ngôn ngữ chp phép thiết kế điều khiển mờ khác Một điểm quan trọng khối lượng công việc cần thực thiết kế điều khiển mờ hồn tồn khơng phụ thuộc vào đặc tính đối tượng có tuyến tính hay khơng tuyến tính 3.2.5.4 Hệ điều khiển mờ lai (F - PID) a Giới thiệu chung 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 80 Chuyên ngành Tự ®éng ho¸ Thực tế ứng dụng kỹ thuật điều khiển mờ cho thấy: thay điều khiển mờ vào chỗ điều khiển kinh điển có hệ thống tốt Trong nhiều 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 Sử dụng điều khiển mờ lai phát huy ưu điểm điều khiển mờ điều khiển rõ b Các dạng hệ mờ lai phổ biến b1 Hệ lai khơng thích nghi có điều khiển kinh điển Hãy quan sát hình 3.22a hệ lai có tiền xử lý mờ Nhiệm vụ điều khiển giải điều khiển kinh điển thông số điều khiển khơng 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 3.21b Hình 3.22a - Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ PID Hình 3.22b - Hệ mờ với mờ cho tín hiệu chủ đạo x Số hóa Trung tâm Học liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 81 Chuyên ngành Tự động hoá Tớn hiu ch 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 lọc có giá trị x + x Tác dụng lọc mờ toàn hệ thống làm cho hệ thống có đặc tính động tốt nâng cao khả bền vững hệ thông số hệ biến đổi b2 Hệ mờ lai Cascade Một cấu trúc mờ lai khác biểu diễn hình 3.23, phần bù tín hiệu điều chỉnh u lấy từ điều khiển mờ Hình 3.23 - 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 b3 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 3.24 ) 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 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 82 Chuyên ngành Tự ®éng ho¸ Hình 3.24 - Chọn điều khiển thích nghi khóa mờ 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 công 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 3.2.5.5 Tổng hợp hệ điều khiển mờ lai khơng thích nghi có điều khiển kinh điển Như phân tích phần 1.1.2 phần 2.1.6 ta thấy hàm truyền ổ đỡ từ khơng ổn định có tính phi tuyến cao, việc xác định trước thơng số ổ khó khăn, vậy, luận văn này, em đề xuất phương pháp dùng điều khiển PID kết hợp với điều khiển mờ 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 Sử dụng công cụ Toolbox Fuzzy Logic Simulink phần mềm Matlab để xây dựng điều khiển mờ lai Công cụ cho phép người sử dụng thiết kế điều khiển mờ nhanh chóng, xác cho phép xuất kết vùng Workspace để tiến hành mô công cụ Simulink Matlab Sự phân bố hàm liên thuộc đầu vào : Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LuËn văn Thạc sỹ 83 Chuyên ngành Tự động hoá Hỡnh 3.25 - Sự phân bố giá trị mờ biến vào Hình 3.26 - Sự phân bố giá trị mờ biến * Luật điều khiển luật hợp thành Luật hợp thành xây dựng sở nguyên lý hợp thành MAX – MIN Hình 3.27 – Quan sát tín hiệu vào điều khiển mờ lai Số hóa Trung tâm Học liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 84 Chuyên ngành Tự động hoá * Gii m 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 S Trong đó: S miền xác định tập mờ B 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: 3-25 3-26 Hình 3.28 - Quan hệ vào – điều khiển mờ 3.3 Mô điều khiển thiết kế 3.3.1 Mô với điều khiển PID Ta sử dụng chỉnh lưu hình cầu pha có kCL=1.57, TCL=0.0017 Sơ đồ mơ : Số hóa Trung tâm Học liệu – i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 85 Chuyên ngành Tự động hoá Hỡnh 3.29 S mô với PID kinh điển Kết qủa mô phỏng: Hình 3.30 - Kết mơ chuyển vị theo phương x ổ từ có sử dụng PID kinh điển Với thông số điều khiển PID: Kp = 10, Ki = 100, Kd = 0.5 Ta thấy hệ thống có đáp ứng nhanh, thời gian xác lập ngắn khơng có sai lệch tĩnh 3.3.2 Mô với điều khiển nâng cao Sơ đồ mơ phỏng: Số hóa Trung tâm Học liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 86 Chuyên ngành Tự động hoá t Hỡnh 3.31 – Sơ đồ mơ hệ có sử dụng hệ điều khiển mờ lai F-PID Hình 3.32 - Kết mơ chuyển vị theo phương x có sử dụng hệ điều khiển mờ lai F-PID Để so sánh thấy ưu điểm điều khiển nâng cao ta quan sơ đồ mơ kết đồ thị sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 87 Chuyên ngành Tự động hoá Hỡnh 3.33 - S mụ hệ có sử dụng PID kinh điển hệ điều khiển mờ lai F-PID Hình 3.34- Kết mơ chuyển vị theo phương x có sử dụng điều khiển PID kinh điển hệ điều khiển mờ lai F-PID Số hóa Trung tâm Học liệu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 88 Chuyên ngành Tự động hoá KT LUN Ni dung chương hoàn thành số vấn đề sau : Hoàn thành việc thiết kế mơ hệ thống có sử dụng điều khiển PID kinh điển điều khiển mờ lai với hệ truyền động khơng tiếp xúc có sử dụng treo từ tính Từ kết mơ phần mềm Matlab, ta rút kết luận: Nếu dùng điều khiển PID độ xác thời gian độ đạt kết không cao Nhưng sử dụng PID kết hợp với điều khiển mờ thời gian độ đảm bảo yêu cầu đặt ra, chất lượng hệ thống tốt Điều thể qua điểm sau: Thời gian đáp ứng Với điều khiển PID kinh điển 0.07s Với điều khiển mờ lai F-PID 0.07s Thời gian độ 0.45 s 0.3s Độ điều chỉnh 23% 5% Các thông số đặc trưng Điều thể ưu điểm điều khiển mờ lai F-PID so với điều khiển kinh điển PID Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 89 Chuyên ngành Tự động ho¸ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ * KẾT LUẬN Sau thời gian làm luận văn, tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp giao với nội dung: “Nghiên cứu hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính” Cụ thể khối lượng cơng việc tác giả thực sau: Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính: + Khái niệm ổ đỡ từ: Cấu tạo, nguyên lý làm việc ứng dụng ổ đỡ từ + Tổng quát hệ truyền động khơng tiếp xúc sử dụng treo từ tính + Cấu trúc đặc trưng hệ thống truyền động động trang bị ổ đỡ từ tính Phân tích tính chất điều khiển treo từ tính, nguyên tắc điều khiển ổ đỡ Từ đó, đưa mơ hình tổng qt hệ truyền động Mô hệ truyền động phần mềm Matlab- Simulink trường hợp hệ có sử dụng điều khiển PID kinh điển điều khiển mờ lai FPID - Kiểm nghiệm cho thấy điều khiển mờ PID thực thi tốt điều khiển PID tuyến tính truyền thống Có thể thấy phát triển mạnh mẽ kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin học tốc độ máy tính lớn, cấu hình cao đặc biệt phần mềm ứng dụng hỗ trợ mở khả ứng dụng có hiệu việc điều khiển đối tượng Việc nghiên cứu phát triển đề tài dừng lại việc mô kiểm tra máy tính chưa kiểm nghiệm điều khiển thực tế Đây gợi ý cho hướng đề tài * KIẾN NGHỊ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 90 Chuyên ngành Tự ®éng ho¸ Sau số đề xuất hướng nghiên cứu sở thừa kế kết nghiên cứu luận văn: Trong hệ thống từ treo chấp hành có nhiều nguyên nhân dẫn đến trễ xảy Độ trễ nguyên nhân sau: + Tôn thât săt lõi sắt chấp hành ̉ ́ ́ + Trê tư thơng theo dịng điện , ngun nhân dịng điện xốy (dịng điện ̃ ̀ phucơ) + Bão hồ điện áp điều khiển dịng điện + Đáp ứng tần số bị giới hạn điều khiển dong điên ̀ ̣ + Đáp ứng tần số sensor bị giới hạn + Phần tử độ trễ bậc điện trở từ trở cuộn dây v.v Tuỳ thuộc vào ưng dụng , vai số điểm gây vấn ́ ̀ ̃ đề nghiêm trọng đến hệ thống Ảnh hưởng độ trễ hệ thống từ treo quan trọng, làm hỏng (phá huỷ) tính ổn định hệ thống treo Bởi vậy, cần nghiên cứu để khắc phục cho ảnh hưởng hướng nghiên cứu Khảo sát hệ với chuyển dịch đồng thời đầy đủ theo hai phương x y, ảnh hưởng nhiễu phụ tải tác động xuyên chéo hai phương lẫn Hoàn thiện hệ thống sử dụng điều khiển mờ lai tiến hành áp dụng mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng lí thuyết Thiết kế ứng dụng điều khiển mờ lai chỉnh định tham số điều khiển PID cho hệ thống Tích hợp điều khiển PID, điều khiển mờ lai, điều khiển mờ lai chỉnh định tham số điều khiển PID vào hệ thống Tác giả hy vọng luận văn làm tảng cho đề tài tiếp theo, bước khai thác thực hoá ứng dụng việc sử dụng treo từ tính điều khiển q trình nói riêng cơng nghiệp nói chung Một lần tác giả xin trân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Như Hiển số bạn đồng nghiệp Khoa đào tạo Sau đại học Số hóa Trung tâm Học liệu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ 91 Chuyên ngành Tự động hoá Thỏi Nguyờn, ngy 30 tháng năm 2009 Tác giả Trần Thị Thanh Nga Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự ®éng ho¸ TÀI LIỆU THAM KHẢO * Tiếng Việt [1] Nguyễn Như Hiển; Bùi Chính Minh (2007); “Điều khiển phi tuyến thích nghi bền vững hệ truyền động nối khớp mềm”, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Như Hiển,Bùi Chính Minh, [2007] “Thiết kế điều khiển phi tuyến bền vững cho hệ truyền động nối khớp mềm”, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Như Hiển, Lại Khắc Lãi(2007), Hệ mờ nơ ron, Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội [4] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2006), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab  Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Hoàng Minh Sơn (2006), Điều khiển trình, nhà xuất Bách khoa- Hà Nội * Tiếng Anh [7] Akira Chiba, Tadashi Fukao,Osamu Ichikawa, Masahide Oshima, asatsugu Takemoto and David G Dorrell, Magnetic Bearings and Bearingless Drives [8] A Hamler et al., Passive magnetic bearing, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 272–276 (2004) 2379–2380 [9] B Lu et al., Linear parameter-varying techniques for control of a magnetic bearing system, Control Engineering Practice 16 (2008) 1161–1172 [10] 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 [11] C Colin Roberts, The multiple attractions of magnetic bearings, World pumps December 2006, 0262 1762/06 [12].G-R Duan and D Howe, Robust Magnetic Bearing Control via Eigenstructure Assignment Dynamical Compensation, IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol 11, No 2, 2003, pp 204-215 Số hóa Trung tâm Học liệu – i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Chuyên ngành Tự động hoá [13] 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 [14] I.S Cade et al., Rotor/active magnetic bearing transient control using wavelet predictive moderation, Journal of Sound and Vibration 302 (2007) 88–103 [15] J Shi et al., Synchronous disturbance attenuation in magnetic bearing systems using adaptive compensating signals, Control Engineering Practice 12 (2004) 283– 290 [16] J.Y Hung et al., Nonlinear control of a magnetic bearing system, Mechatronics 13 (2003) 621–637 [17] Marjan Golob, Boris Tovornik, Modeling and control of the magnetic suspension system, ISA Transactions 42 (2003) 89–100 [18] M.O.T Cole et al., Towards fault-tolerant active control of rotor–magnetic bearing systems, Control Engineering Practice 12 (2004) 491–501 [19] 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 [20] Z Gosiewski, A Mystkowski, Robust control of active magnetic suspension: Analytical and experimental results, Mechanical Systems and Signal Processing 22 (2008) 1297–1303 ****************************** Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... từ tính hấp dẫn treo từ tính cần phải đơn giản, trọng lƣợng nhỏ, rẻ tiền 1.1.2 Giới thiệu tổng quát hệ truyền động khơng tiếp xúc sử dụng treo từ tính Việc sử dụng hệ truyền động không tiếp xúc. .. kiện làm việc hệ truyền động khơng tiếp xúc sử dụng treo từ tính thay đổi dẫn đến việc xác định trƣớc thông số ổ khó khăn Ngồi động lực học hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính phi... đỡ từ: Cấu tạo, ứng dụng ổ đỡ từ - Tổng quát hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng treo từ tính - Cấu trúc đặc trƣng hệ thống truyền động động đƣợc trang bị ổ đỡ từ tính - Cấu trúc ổ đỡ không tiếp