Áp dụng lý thuyết điều khiển thích nghi bền vững để cải thiện hiệu suất hệ truyền động quấn băng vật liệu

Khái ni ệm chung vê điều khiển thích nghi

H ệ điều khiển thích nghi tự chỉnh (STR)

Khi đó mô hình được tham số hoá dạng Pc(θC) và bộ đánh giá online đánh giá các giá trị của véc tơ tham số θC là θC(t) tại từng thời điểm và giá trị này dùng để cập nhật lại tham số bộ điều khiển theo thời gian thực. Kết hợp 2 phương pháp trên ta có hệ tự chỉnh thích nghi lai, tức là cùng lúc ta đánh giá cả tham số bộ điều khiển và tham số đối tượng nhằm tránh giải phương trình đại số.

H ệ đktn theo mô hình mẫu MRAC (Model Reference Adaptive Control)

Phương pháp MRAC gián tiếp

Việc so sánh giữa tín hiệu đặt trước với tín hiệu đầu ra của hệ, chính là sự so sánh giữa tín hiệu ra của mô hình mẫu với tín hiệu ra của quá trình. As(t), Bs(t) : Là các ma trận biến thiên theo thời gian do tác động của nhiễu bên ngoài hoặc bên trong hệ thống.

Nh ững tồn tại của hệ ĐKTN

Như vậy khi xét đến nhiễu, đến sai số mô hình và sai số trong việc xác định tín hiệu vào ra của đối tượng thì hệ ĐKTN không còn bền vững nữa, đặc biệt khi hệ nằm ở biên giới ổn định. - Định nghĩa 1: Một hệ thống được gọi là bền vững nếu chất lượng E của hệ thống không những thoả mãn cho riêng mô hình đối tượng đang xét G0(p) mà cho một lớp các mô hình đối tượng G(p) trong đó có đối tượng G0(p).

Điều khiển bền vững đối với hệ phi tuyến

Nói cách khác là bộ điều khiển bền vững đảm bảo tính ổn định của hệ kín và tính năng của nó không những đảm bảo với mô hình chuẩn của đối tượng mà còn đảm bảo với một lớp các mô hình đối tượng. Sau đó dùng phương pháp Lyapunov thứ II để thiết kế ổn định cho phần của hệ thoả mãn điều kiện cùng mức và dùng phương pháp ổn định năng lượng để thiết kế ổn định cho phần không thoả mãn điều kiện cùng mức. Qua tìm hiểu ta thấy ĐKTN bền vững là phương pháp điều khiển tự động hiện đại, có nhiều ưu điểm được ứng dụng để điều khiển các hệ thống phức tạp trong thực tế nhằm đáp ứng các yêu cầu của nền sản xuất hiện đại.

Vì vậy khi sử dụng hệ điều khiển thích nghi bền vững thì phần thích nghi sẽ khắc phục được sự biến thiên tham số còn phần bền vững sẽ đảm bảo cho hệ ổn định với một lớp các mô hình tức là khắc phục được các sai lệch về mô hình. Trình tự thiết kế giống như đối với trường hợp lý tưởng, nghĩa là ta sử dụng luật điều khiển giống như trường hợp tham số đã biết nhưng thay các tham số chưa biết đó bằng các luật đánh giá trực tuyến nhờ các luật thích nghi bền vững. Luật điều khiển (2.2.7) sẽ tạo nên sơ đồ Điều khiển thích nghi bền vững đối với các sai lệch mô hình đối tượng ∆m(s), dunếu ta sử dụng các luật thích nghi bền vững đã nêu ở phần trước để cập nhật các tham số điều khiển chứ không dùng các luật thích nghi thông thường.

Trường hợp sơ đồ MRAC gián tiếp dùng luật thích nghi không chuẩn hoá, việc bền vững hoá sẽ dẫn đến sự ổn định bán toàn cục(semiglobal stability) khi có các đặc tính động không cấu trúc tần số cao. Đối với sơ đồ MRAC gián tiếp dùng luật thích nghi chuẩn hoá, tính ổn định toàn cục có thể đạt được kể cả khi các đặc tính động không cấu trúc nếu ta sử dụng các luật thích nghi bền vững với sự chuẩn hoá đặc tính động giống như ở phần 2.1.

Gi ới thiệu cơ cấu truyền động Xét cơ cấu quấn băng vật liệu như hình vẽ

TỔNG HỢP HỆ ĐKTNBV NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUẤN BĂNG VẬT LIỆU. + Trong quá trình làm việc trọng lượng của lô quán dây thay đổi dẫn đến mô men quán tính J là biến thiên. Xét truyền động quán dây: Trong quá trình làm việc đường kính lô dây và lực cản tăng dần dẫn đến mô men quán tính động cơ J thay đổi, Mặt khác điện trở, điện cảm dây quấn động cơ thay đổi; lực cản thay đổi nên đây là đối tượng phi tuyến có phần không mô hình hoá được do nhiễu và lực cản chuyển động thay đổi theo thời gian.

Trong đó dây vật liệu có kích thước 5mm ; Khối lượng lô quấn định mức là 100kg. Để đảm bảo yêu cầu công nghệ đặt trước ta sử dụng hệ ĐKTNBV có sơ đồ cấu trúc như hình vẽ. Giả thiết: Hàm truyền tổng thể của đối tượng và G0(s) là phù hợp tuyệt đối.

T ổng hợp mạch vòng dòng điện

Ta coi bộtạo xung hoạt động như bộ lọc có hằng số thời gian Ts. Bộ biến đổi dòng điện (Cảm biến dòng và khuyếch đại cảm ứng) có hệ số khuyếch đại KI và hằng số thời gian TI. Trong mạch vòng dòng điện ta đưa thêm bộ lọc để lấy giá trị trung bình nhằm giảm sai số so sánh giữa UId và Ud.

Trong đó Ui là điện áp bộ phản hồi dòng điện, F là mạch lọc tín hiệu. Thông thường trong hệ truyền động điện hằng số TC >>TƯ đồng thời do thời gian quá độ mạch vòng dòng điện rất nhanh nên có thể bỏ qua phản hồi sức điện động bên trong động cơ. Ta có sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện sau khi biến đổi trên hình 3-7.

T ổng hợp mạch vòng tốc độ

Công thức (3.3-12) có dạng của mô hình tham số tuyến tính vì vậy ta có thể áp dụng các luật thích nghi bền vững đã nêu ở chương 2 để đánh giá véc tơ tham số PT. Trong đó γ >0là một hằng số bất kỳ và w là hệ số σ chuyển tiếp. Véc tơ này được tính toán dựa trên những đánh giá véc tơ tham số của đối tượng điều khiển.

Tính toán tham s ố của sơ đồ

Tđk: Hằng số thời gian của mạch điều khiển chỉnh lưu Tv: Hằng số thời gian của sự chuyển mạch chỉnh lưu TI: Hằng số thời gian của bộ cảm biến dòng điện KI: Hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh dòng điện KR: Hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh tốc độ. Tính toán các thông số hàm truyền của động cơ, mô hình đối tượng, mô hình mẫu và các thông số của bộ điều khiển. Với các thông số của hệ thống đã tính toán, áp dụng các luật điều khiển và các luật thích nghi bền vững đã tìm hiểu ở trên.

Dùng phần mềm Matlab (Simulink) ta xây dựng được sơ đồ mô phỏng của hệ điều khiển trên hình (hình 3-9).

K ết quả mô phỏng

- Đặc tính ra của hệ ĐKTNBV Yp luôn luôn bám theo đặc tính của mô hình mẫu Ym, thời gian quá độ nhỏ, ít chịu nhiễu tác động và ở chế độ xác lập thì đặc tính ra của hệ trùng với đặc tính mong muốn thoả mãn yêu cầu của hệ thống quấn băng vật liệu;. - Đặc tính ra của hệ ĐKTNBV Yp luôn luôn bám theo đặc tính của mô hình mẫu Ym, thời gian quá độ nhỏ, ít chịu nhiễu tác động và ở chế độ xác lập thì đặc tính ra của hệ trùng với đặc tính mong muốn thoả mãn yêu cầu của hệ;. - Đặc tính ra của hệ ĐKTNBV Yp vẫn luôn luôn bám theo đặc tính của mô hình mẫu Ym, thời gian quá độ nhỏ, ít chịu nhiễu tác động và ở chế độ xác lập thì đặc tính ra của hệ trùng với đặc tính mong muốn thoả mãn yêu cầu của hệ;.

* Khảo sát đặc tính ra của hệ khi cho tín hiệu đặt thay đổi theo yêu cầu công nghệ của hệ thống quấn băng vật liệu với tốc độ của động cơ giảm dần và mô men tăng dần và chịu nhiễu tác động ta có được kết quả như sau (Hình 3-22). Hệ truyền động quấn băng vật liệu sử dụng động cơ điện một chiều là hệ phi tuyến và trong thực tế khi làm việc hệ luôn chịu nhiễu tác động từ môi trường cũng như trong bản thân của hệ, nhưng với bộ điều khiển thích nghi bền vững thì chất lượng ra của hệ luôn đáp ứng được yêu cầu mong muốn. Mục tiêu của luận văn là thiết kế bộ ĐKTNBV cho hệ thống quấn băng vật liệu nói riêng và các đối tượng phi tuyến nói chung, thoả mãn tính thích nghi đối với sự thay đổi tham số, bền vững dối với sai lệch và nhiễu.