7. Các nội dung chính của luận án
4.3. Kết quả thực nghiệm
Để kiểm chứng các thuật toán điều khiển đã được thiết kế cho cần trục container đặt trên phao nổi chịu kích động của sóng biển. Trong phòng thí nghiệm, mô hình cần trục container được gắn lên một đế kích động là hệ robot Gough-Stewart platform sáu bậc tự do được nạp dữ liệu sóng ngẫu nhiên. Để phù hợp với mô hình mô phỏng, đế kích động sẽ dịch chuyển hai bậc tự do ứng với góc lắc roll và dịch chuyển heave được mô tả trên Hình 4.8 & Hình 4.9. Trong khi đó, lực gió được giả lập với gió sinh ra từ quạt điện trong phòng thí nghiệm. Gió thổi trực tiếp vào tải trọng, kích thước tải trọng thay đổi với các khối lượng khác nhau. Tải trọng có khối lượng 11,7 kg, kích thước (0,1 m x 0,5 m x 0,1 m), tốc độ gió đo được là 6,4 m/s. Các đáp ứng của bộ điều khiển với các thuật toán điều khiển sẽ được tổng hợp và phân tích để chỉ ra rằng các bộ điều khiển được đề xuất làm việc tốt ngay cả khi chịu kích động của đế kích động với biên độ và tần số sóng thay đổi liên tục.
Máy tính/phần mềm mã nguồn mở IDE Arduino Kit Master Arduino MEGA 2560
Kit Slave Arduino UNO MEGA 2560 Trục nâng Trục nâng Trục nâng Trục nâng Trục nâng Trục nâng Đế kích động Kit Slave Arduino UNO MEGA 2560 Kit Slave Arduino UNO MEGA 2560 Kit Slave Arduino UNO MEGA 2560 Kit Slave Arduino UNO MEGA 2560 Kit Slave Arduino UNO MEGA 2560
87
Ba thuật toán điều khiển SOSMC, NN-SOSMC và OB-SOSMC đã được thiết kế trong Chương 3 sẽ được kiểm chứng trên mô hình thực nghiệm. Thuật toán điều khiển được viết trên vi điều khiển nhúng MyRIO-1900 sử dụng phần mềm Labview. Ngôn ngữ lập trình có thể kết hợp câu lệnh với các khối tính toán, tương tự như trên môi trường MATLAB®/Simulink®. Thời gian lấy mẫu là 10 ms được thiết lập bằng timer trong vi điều khiển, cứ sau khoảng thời gian này, chương trình sẽ thực hiện tính toán theo giải thuật điều khiển để đưa ra tín hiệu điều khiển. Giao diện người dùng được thiết kế trên phần mềm Labview, bao gồm một số chức năng cơ bản như đặt giá trị mong muốn, giám sát quá trình động học thông qua các đồ thị, lưu trữ dữ liệu dưới dạng file Excel và dừng hoạt động khi có sự cố.
Hình 4.8. Dịch chuyển đế kích động theo phương thẳng đứng
88
Dưới kích động của đế kích động, cả hệ cần trục-đế kích động sẽ dao động liên tục với các tần số dao động ngẫu nhiên. Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển là dẫn động xe con và nâng/hạ tải có khối lượng 5 kg đến vị trí yêu cầu đồng thời giữ cho góc lắc cáp nâng nhỏ trong quá trình làm việc. Sự sai số của bất kỳ một khâu nào cũng ảnh hưởng đến hiệu suất làm hàng. Giống như mô phỏng, để tăng năng suất làm hàng, quá trình thực nghiệm sẽ thực hiện đồng thời việc dịch chuyển xe con và nâng/hạ hàng. Xe con mất khoảng 4 giây để dịch chuyển đến vị trí là 0,4 m so với vị trí ban đầu, trong khi đó cơ cấu nâng phải mất khoảng 5,5 giây để hạ tải từ vị trí có chiều dài cáp nâng là 0,4 m xuống vị trí có chiều dài cáp nâng là 0,8 m. Khi đạt đến trạng thái xác lập, nhìn chung cả 3 thuật toán điều khiển được tích hợp vào hệ thống đều cho các đáp ứng tốt. Tuy nhiên, có thể thấy, với hệ thống điều khiển tích hợp bộ quan sát thì tồn tại dao động và sai lệch tĩnh ở trạng thái xác lập. Điều này có tính tương đồng với quá trình mô phỏng. Mặt khác, với việc điều khiển xe con đến vị trí yêu cầu, có tồn tại độ quá điều chỉnh là do bộ điều khiển chịu nhiễu ngoài tác động liên tục. Tại vị trí xác lập, hệ thống điều khiển nhận được tín hiệu ảo gây ra bởi đế kích động, điều đó làm cho xe con đi quá vị trí yêu cầu. Tuy nhiên, việc đó đã được cải thiện ngay sau đó khi xe con được dẫn động đến đúng vị trí yêu cầu. Điều đó chứng tỏ hiệu quả làm việc của các thuật toán điều khiển ngay cả khi chịu tác động của các yếu tố bất lợi. Hệ thống điều khiển bền vững với các thông số bất định và nhiễu ngoài tác động.
89
Hình 4.11.Chiều dài cáp nâng (thực nghiệm)
Việc cần trục gắn chặt trên đế kích động và dao động với tần số kích thích của đế kích động làm cho việc điều khiển góc lắc cáp nâng trở nên khó khăn hơn rất nhiều. Tuy nhiên, dưới tác động của hệ thống điều khiển, góc lắc cáp nâng vẫn được khống chế. Ở giai đoạn quá độ, góc lắc cáp nâng có dao động nhưng với biên độ dao động không lớn θmax=2,6° đối với hệ thống điều khiển tích hợp thuật toán điều khiển NN- SOSMC và OB-SOSMC, và θmax=2,5° với hệ thống điều khiển tích hợp thuật toán điều khiển SOSMC (Hình 4.12). Ở giai đoạn xác lập, các dao động này vẫn tồn tại nhưng dao động với biên độ rất nhỏ và không ảnh hưởng đến việc dịch chuyển hàng đến vị trí yêu cầu.
90