(Luận văn thạc sĩ) thiết kế bộ phận và điều khiển hệ thống san phẳng laser bằng hệ suy luận mờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐĂNG KHOA THIẾT KẾ BỘ NHẬN VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SAN PHẲNG LASER BẰNG HỆ SUY LUẬN MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐĂNG KHOA THIẾT KẾ BỘ NHẬN VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SAN PHẲNG LASER BẰNG HỆ SUY LUẬN MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- 60520203 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐĂNG KHOA THIẾT KẾ BỘ NHẬN VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SAN PHẲNG LASER BẰNG HỆ SUY LUẬN MỜ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN TRƢỜNG THỊNH PGS.TS NGUYỄN VĂN HÙNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Đăng Khoa Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/04/1988 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Mỹ Tho, Tiền Giang Dân tộc:Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Khoa Cơ Khí-Cơng Nghệ Trƣờng Đại Học Nông Lâm Tp.HCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 01229905412 Fax: E-mail: dangkhoa@hcmuaf.edu.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ……/….đến …./ … Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 09/2010 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Nông Lâm Tp.HCM Ngành học: Cơ Điện Tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu, điều khiển tự động thông số làm việc máy đánh lông gà dây truyền giết mổ gia cầm ứng dụng PLC-S7200 Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: tháng 08/2010 trƣờng Đại Học Nông Lâm Tp.HCM Ngƣời hƣớng dẫn:TS Nguyễn Văn Hùng i III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 03/2011 đến Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Làm việc Khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Trƣờng Đại Học Nông Lâm Giảng Viên Tp.HCM Theo học Cao học ngành Kỹ Thuật 10/2013 Điện Tử Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Học Viên Cao Học Kỹ Thuật Tp.HCM ii LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tôi.Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày …, tháng ….,năm 2015 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Đăng Khoa iii LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến: - Thầy PGS.TS.Nguyễn Trƣờng Thịnhvà thầy PGS.TS Nguyễn Văn Hùngđã tận tình hƣớng dẫn động viên tơi suốt q trình thực luận văn - Ban giám hiệu, phòng đào tạo Sau Đại Học, ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn - Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trƣờng Đại Học Nông Lâm Tp.HCM cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho thực lắp đặt khảo nghiệm để thực đề tài - Tập thể giảng viên khoa Điện – Điện Tử Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ ThuậtTp Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức q báu cho tơi suốt q trình học trƣờng - Tập thể học viên lớp cao học điện tử khố 2013Bđã giúp đỡ tơi trình học tập thực đề tài iv TÓM TẮT Thiết bị nhận laser ứng dụng san phẳng đồng ruộng phần quan trọng hệ thống san phẳng đồng ruộng dùng công nghệ laser Thiết bị đƣợc gắn gàu san hệ thống san phẳng Hoạt động thiết bị nhận chùm tia laser từ phát theo mặt phẳng cân từ nhận biết đƣợc gàu san nằm vị trí cao hay thấp mặt đồng để phát lệnh điều khiển gàu lên xuống so với vị trí cân bằngthơng qua xi lanh thuỷ lực Để làm đƣợc điều thiết bị phải có bốn mạch cảm biến (gồm nhiều cảm biến laser đƣợc xếp theo độ cao) để nhận biết độ cao mặt đồng Bốn mạch cảm biến đƣợc bố trí nghiêng góc 45ovề bốn phía cho góc nhận tia laser 360ođảm bảo thiết bị hoạt động hệ thống di chuyển Để tăng độ xác giảm hao mòn thiết bị lý thuyết mờ Fuzzy logic đƣợc ứng dụng điều khiển độ mở van thuỷ lực thơng qua hộp điều khiển nhận tín hiệu từ phát Hộp điều khiển có nhiệm vụ chuyển đổi cơng suất từ tín hiệu điều khiển phát lệnh điều khiển van điện từ đóng mở từ điều khiển vị trí gàu san cách nâng hạ xi lanh thuỷ lực Kết chế tạo kiểm nghiệm cho thấy cho thấy thiết bị nhận có kết cấu đơn giản, góc nhận tín hiệu laser 360ođảm bảo hệ thống làm việc máy kéo di chuyển Sai số mặt phẳng 15mm phạm vi bán kính 100m v ABSTRACT A laser receiver applied to laser-controlled fieldleveling is a very important part of field leveling equipment using laser control systems The laser receiver is mounted on the mast attached to the land grading implement The principle of the device is receiving the laser beam from the laser emission device This plane of laser light can be used as the leveling reference whichis transmitted to the control system which actuates the hydraulic system to raise or lower the implement To this, the device must have four sensor circuits (including a series of detectors situated vertically) to identify the field level Four sensor circuits are arranged at an angle of 45 degrees on four sides so that the laser beam angle is 360 °, which ensures effective operation when moving To increase accuracy and limit the equipment in be being eroded, Fuzzy logic theory is applied to the controlling of hydraulic valve aperture through a control box when receiving signals from the transmitter The control box is responsible for converting an output of the control signal and commands the solenoid valve opens resulting in controlling the position of the implement by raising or lowering the hydraulic lifting cylinder Results from manufacturing and testing show that the laser receiver has a simple structure 360 ° laser receiving angle ensures the system works when the tractor moves 15mm plane error is within a radius of 100m vi MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: 1.4 Tính đề tài 1.5 Phạm vi nội dung nghiên cứu 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu: 1.7 Cấu trúc luận văn: Chƣơng HỆ THỐNG LASER ỨNG DỤNG TRONG SAN PHẲNG ĐỒNG RUỘNG 2.1 Sơ lƣợc hệ thống san phẳng ứng dụng công nghệ laser 2.2 Các thành phần hệ thống Laser san phẳng đồng ruộng vii Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận Trên sở mục tiêu đề tài đặt nội dung nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu Đề tài thực sở nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm Các kết nghiên cứu đề tài đƣợc thực thời gian tháng nhƣ sau: Xây dựng đƣợc mơ hình vật lý mơ hình tốn thể mối quan hệ góc nâng gàu san chiều dài dịch chuyển xi lanh thuỷ lực Đề tài nghiên cứu, tính tốn, thiết kế đầu nhận tín hiệu laser hộp điều khiển Đã chế tạo thành cơng đầu nhận tín hiệu laser hộp điều khiển Qua vận hành thử nghiệm thực tế cho thấy thiết bị hoạt động tốt đáp ứng tiêu đề Đề xuất lựa chọn pháp điều khiển thiết bị hợp lý Ứng dụng fuzzy logic điều khiển thiết bị cho kết xác hơn, giảm hao mòn thiết bị Kết nghiệm cho thấy sai số thiết bị đạt đƣợc yêu cầu đề Kết khảo nghiệm phạm vi mặt đồng 100x100m với sai số 15mm 6.2 Đề nghị Để tăng tính cạnh tranh giảm giá thành sản phẩm cần đƣa sản phẩm vào sản xuất hàng loạt 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Văn Khải, Các phương pháp san phẳ ng truyề n thố ng , Kỷ yếu Hội thảo san phẳng đồng ruộng ứng dụng điều khiển kỹ thuật Laser.Dƣ̣ án ADB-IRRI-VN, 03/2013 [2]Nguyễn Văn Xuân, Nguyễn Đức Cảnh, Phạm Duy Lam, Nguyễn Văn Hùng, Phan Hiếu Hiền, Trƣơng Quang Trƣờng 2013 Báo cáo tổng hợp kết đo đạc thực tế độ chênh lệch mặt đồng Kỷ yếu Hội thảo san phẳng đồng ruộng ứng dụng điều khiển kỹ thuật Laser.Dƣ̣ án ADB-IRRI-VN, 03/2013 [3] Trần Văn Khanh, Nguyễn Đức Cảnh, Phạm Duy Lam, Nguyễn Văn Hùng, Kết nghiên cứu phát triển công nghệ san phẳng đồng ruộng ứng dụng kỹ thuật laser Việt Nam, Kỷ yếu Hội thảo san phẳng đồng ruộng [4] Huỳnh Thái Hồng, Hệ thống điều khiển thơng minh, Nhà xuất đại học Quốc Gia TP.HCM, 2006 [5] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Tấn Đời, Trƣơng Ngọc Anh, Tạ văn Phƣơng, Bài giảng Điều khiển Thông minh ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM – 1999 [6] Nguyễn Nhƣ Hiền, Lại Khắc Lãi, Hệ mờ nơron kỹ thuật điều khiển, NXB Khoa học tự nhiên, 2007 TIẾNG NƢỚC NGOÀI [7] Phan Hieu Hien, Tran Van Khanh, Nguyen Duc Canh, Pham Duy Lam, Application of laser-controlled equipment for leveling rice fields in Viet Nam, Proc International Workshop on Agricultural and Bio-systems Engineering(IWABE), 11-13 December 2007, Nong Lam University, Ho-Chi-Minh City 2007 [8] Heikki K Soft computing in dynamical systems AS-74.115 [9] Passino K., Yurkovich S., Fuzzy control, Addison Wesley, 1998 [10] “CB40_ServiceManual, AgGPS_GCS100_InstallationInstructions_74528-00-ENGAW”, hãng Trimble 57 [11] AbdullaevI., M U Hassan, K Jumaboev 2007 Water saving and economic impacts of land leveling: the case study of cotton production in Tajikistan Irrigation and Drainage System, vol.21, pp.251–263, 2007 [12] AGDST (An Giang Department of Science and Technology) 2007 Information on the laser-controlled land leveling http://sokhoahoccn.angiang.gov.vn [13] Arnold R (Ed.) 1986 Land forming for improved surface irrigation, 11st edition NSW Agriculture [14] M.A EL-Shikha, A EL-Berry, M Zayed, 2008 A laser scraper modification and its effect on performance and operational costs Rhode IslandConvention CenterProvidence, RohodeIsland June 29-July 2, 2008 Mansoura University, Egypt publication, pages – 10 [15] Xiwen Luo, Zuoxi Zhao, et al South China Agricultural University, 2007 Study levelling control for a paddy laser leveler American society og Agrucultural and Biologicol Egineers, Paper 1-7 [16]Yongsheng Si, Gang Liu, Qingfei Lv, Feng Juan, 2007 Design of control system of laser leveling machine based on fussy control thoery Agriculture Univesity of Hebei, Boading, China, 071001 58 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Mã nguồn điều khiển hệ thống san phẳng Chƣơng trình 1: Chƣơng trình nhận tín hiệu cảm cảm biến /******************************************************************/ * File name: Sensor Receiver *Created by: NGUYEN DANG KHOA * Created date: 20/06/2015 *Version: V4.0 ******************************************************************/ /* Includes */ #include "stm32f10x.h" /*Define variable -*/ /* Private functions -*/ void GPIO_Configuration(void); void Delay( IO uint32_t num) { IO uint32_t index = 0; /* default system clock is 72MHz */ for(index = (180000 * num); index != 0; index ) { } } /* delareraiton varibale */ u16 TH_CB = 0; u16 i; u16 {GPIO_Pin_0,GPIO_Pin_1,GPIO_Pin_2,GPIO_Pin_3,GPIO_Pin_4,GPIO_Pin_5,G PIO_Pin_6,GPIO_Pin_7,GPIO_Pin_8,GPIO_Pin_9,GPIO_Pin_10,GPIO_Pin_11,G PIO_Pin_12,GPIO_Pin_13,GPIO_Pin_14,GPIO_Pin_15}; int x = 0; int x1 = 0; int x2 = 0; int main(void) { GPIO_Configuration(); /* Infinite loop */ GPIO_SetBits(GPIOA , GPIO_Pin_0); GPIO_SetBits(GPIOA , GPIO_Pin_1); GPIO_SetBits(GPIOA , GPIO_Pin_2); Delay(100); while (1) 59 { /* Check level high, high bucket (Raise bucket) /*port A************************************************************/ for ( i = 6;i