7. Bố cục và nội dung của luận án
4.5 Kết luận chương 4
Nội dung chương 4, tác giảđã phân tích, thực hiện một số nội dung về nâng cao chất lượng điều khiển lực căng cho WTS sau:
- Đề xuất và chứng minh phương pháp điều khiển bền vững cho lực căng và vận tốc cho WTS dựa trên phương pháp thiết kế back-stepping kết hợp với mặt trượt động DSC và bộquan sát. Ưu điểm nổi bật của bộ điều khiển này là bền vững với nhiễu, khửđược biến thiên đạo hàm, tuy nhiên thông số mô hình phải được xác định trước. - Đề xuất và chứng minh phương pháp điều khiển thích cho lực căng và vận tốc cho WTS dựa trên phương pháp thiết kế back-stepping kết hợp với RBF và bộ quan sát. Ưu điểm nổi bật của bộđiều khiển này là thích nghi được với mô hình có một số thông sốchưa biết trước hoặc biến thiên thay đổi theo quy luật chưa xác định
Ưu điểm nổi bật của bộđiều khiển đề xuất cho WTS có các bước thực hiện thiết kếđơn giản, cấu trúc phù hợp với cả WTS. Đặc biệt có thể áp dụng một cách tương tự khi mở rộng thiết kế cho WTS dạng tổng quát. Chứng mình được tính ổn định tiệm cận gốc GAS theo tiêu chuẩn ổn định Lyapunov và mô phỏng kiểm chứng trên phần mềm Matlab.
Nội dung chương 4 đã được công bố trong một số phần trên các bài báo:
[1] Thi Ly Tong, Hiep Binh Nguyen, Duc Thanh Cao, and Tung Lam Nguyen (2020), “Backstepping Control of Rewinding Systems with Flexible Couplings”, Universal Journal of Electrical and Electronic Engineering Vol. 7(3), pp. 177 – 186, DOI: 10.13189/ujeee. 070302.
[2] Ly Tong Thi, Duc Duong Minh, Huy Nguyen Danh, Lam Nguyen Tung, (2020), “Web tension observer base control for single span roll to roll system”, International Conference on Engineering Research and Applications, ICERA, Thai Nguyen, Viet Nam. [3] Thi, L.T., Manh, C.N. & Nguyen, T. L (2021), “A Control Approach to Web Speed and Tension Regulation of Web Transport Systems Based on Dynamic Surface Control”. J Control Autom Electr Syst 32, 573–58.
[4] Dang Van Trong, Tong Thi Ly, Nguyen Ngoc Thuy, Nguyen Thanh Tung, Duong Minh Duc, Nguyen Danh Huy, Nguyen Tung Lam (2021), “Tension observer and neural network combination for rewinding systems”, Hội thảo quốc gia “Ứng dụng Công nghệ
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Những đóng góp của luận án
Với mục tiêu thiết kế các bộ điều khiển và quan sát lực căng cho vật liệu dạng băng, từđó, ứng dụng cho điều khiển cho WTS, luận án có một sốđóng góp nổi bật như sau:
• Phát triển mô hình động lực học dạng tổng quát cho WTS có xét đến biến thiên mô men quán tính lô tở và lô cuộn và có n lô dẫn
• Xây dựng bộđiều khiển dựa trên kỹ thuật thiết kế back-stepping kết hợp bộ quan sát lực căng. Thuật toán đề xuất đã được chứng minh và đưa ra các định lý khi so sánh với một sốphương pháp đã được công bố. Đặc biệt có cấu trúc phù hợp với đối tượng hệMIMO như WTS
• Đề xuất và xây dựng bộđiều có cấu trúc bền vững sử dụng thuật toán mặt trượt động DSC nhằm khắc phục một số hạn chếđược hiện tượng biến thiến đạo hàm lớn và nâng cao chất lượng điều khiển cho WTS. Bộđiều khiển vẫn được thiết kế trên tư tưởng kỹ thuật back-stepping và được tích hợp thêm mặt trượt động
• Đề xuất cấu trúc bộ điều khiển có khả năng thích nghi tích hợp các thuật toán hiện đại và thuật toán RBF để đảm bảo hệ bền vững với nhiễu, và tham số biết thiên…. Kết quả mô phỏng đã cho thấy tính đúng đắn của thuật toán đề xuất.
• Thực hiện kiểm chứng thuật toán điều khiển trên mô phỏng và mô hình thực nghiệm cho kết quả tốt. Điều đó có thể khẳng định phương pháp này phù hợp với đối tượng nghiên cứu và hoàn toàn có tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn.
Trong luận án này, tác giảđã thực hiện các cấu trúc điều khiển đề xuất cho WTS một phân đoạn. Tuy nhiên các cấu trúc điều khiển này hoàn toàn có thể mở rộng để áp dụng cho WTS nhiều phần đoạn. Điều này đã được minh chứng một phần qua việc thiết kếđiều khiển cho WTS ba phân đoạn áp dụng cấu trúc back-stepping kết hợp RBF, và kết quảđã được công bố tại bài số 5 trong danh mục các công trình của luận án.
Những hạn chế của luận án
Mặc dù các kết quả đã trình bày trong toàn bộ luận án đã được chứng minh khả năng và tính đúng đắn bằng cả lý thuyết và thực nghiệm, các nghiên cứu này vẫn tồn tại những giới hạn, cần thêm thời gian để bổ sung nghiên cứu gồm:
nên tác giảchưa có điều kiện kiểm nghiệm hết tất các thuật toán điều khiển trên mô hình thực. Tác giả lựa chọn kiểm nghiệm mô phỏng trên mô hình vật lý tương tựnhư mô hình thực tế. Đây là phương pháp mô phỏng đã nhiều tác giả lựa chọn, độ tin cậy và tính chính xác đã được kiểm nghiệm qua nhiều công bốtrước đó.
• Bộ quan sát lực căng mặc dù có cấu trúc đơn giản, tuy nhiên hoàn toàn phụ thuộc vào động lực học của hệ thống, nên bộ quan sát này chỉ phù hợp khi khi các thông số mô hình có thểxác định được với sai số nhỏ.
Những kiến nghị của luận án
Ngoài những giới hạn của luận án đã nêu trên cần được đầu tư hoàn thiện, một số định hướng sau cũng sẽđược cân nhắc nghiên cứu trong tương lai.
• Cải thiện chất lượng hệ thống bằng việc đề xuất và chứng minh thuật toán thích nghi bền vững dựa trên các nghiên cứu đã thực hiện.
• Phát triển các bài toán điều khiển khác cho WTS như điều khiển canh biên.
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐCỦA LUẬN ÁN
Tạp chí quốc tế (Thuộc danh mục ESCI, Scopus)
[1] Thi Ly Tong, Hiep Binh Nguyen, Duc Thanh Cao, and Tung Lam Nguyen, (2020), “Backstepping Control of Rewinding Systems with Flexible Couplings”, Universal Journal of Electrical and Electronic Engineering Vol. 7(3), pp. 177 – 186, DOI: 10.13189/ujeee. 070302.
[2] Dinh Nguyen Duc, Ly Tong Thi, Lam Nguyen Tung, (2020), “Imperfect roll Arrangement Compensation Control based on Neural Network for Web Handling Systems”, Engineering Technology & Applied Science Research, Volume: 10 | Issue: 3 | Pages: 5694-5699, https://doi.org/10.48084/etasr.3530.
[3] Thi, L.T., Manh, C.N. & Nguyen, T.L, (2021), “A Control Approach to Web Speed and Tension Regulation of Web Transport Systems Based on Dynamic Surface
Control”. J Control Autom Electr Syst 32, pp 573–58.
https://doi.org/10.1007/s40313-021-00694-0.
● Tạp chí trong nước
[4] Nguyễn Tùng Lâm, Nguyễn Văn Tài, Tống Thị Lý, Đỗ Trọng Hiếu, Nguyễn
Đức Hiếu, (2021), “Điều khiển lực căng hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng” Tạp chí khoa học công nghệcác trường đại học kỹ thuật, số 149, trang 22-28.
[5] Tong Thi Ly, Nguyen Thanh Tung, Dương Minh Duc, Nguyen Danh Huy,
Nguyen Tung Lam, (2021), “Điều khiển lực căng kết hợp bù thành phần mô men quán tính bất định sử dụng neural RBF cho WTS nhiều phân đoạn”, Chuyên san Đo
lường, Điều khiển và Tựđộng hóa, tập 2, số 1, trang 1-9.
● Hội nghị Quốc tế (Thuộc danh mục Scopus)
[6] Ly Tong Thi, Lam Nguyen Tung, Cao Duc Thanh, Dich Nguyen Quang, Quyen Nguyen Van, (2019), “Tension regulation of Roll to Roll Systems with Flexible Couplings”, International Conference on System Science and Engineering, ICSSE, Quang Binh, Viet Nam.
[7] Cuong Nguyen Manh, Dinh Nguyen Duc, Dung Pham Tien, Manh Tran Van, Lam Nguyen Tung, Ly Tong Thi, (2019), “Neural network based adaptive control of web transport systems”, International Conference on System Science and Engineering, ICSSE, Quang Binh, Viet Nam.
[8] Ly Tong Thi, Duc Duong Minh, Huy Nguyen Danh, Lam Nguyen Tung, (2020), “Web tension observer base control for single span roll to roll system”, International Conference on Engineering Research and Applications, ICERA, Thai Nguyen, Viet Nam.
● Hội nghịtrong nước
[9] Dang Van Trong, Tong Thi Ly, Nguyen Ngoc Thuy, Nguyen Thanh Tung, Duong Minh Duc, Nguyen Danh Huy, Nguyen Tung Lam, (2021), “Tension observer and neural network combination for rewinding systems”, Hội thảo quốc gia “Ứng dụng Công nghệ cao vào thực tiễn”, Thai Nguyen, Viet Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] D. E. Hiromu Hashimoto (2014) Theory and Application of Web Handling. Converting Technical Institute.
[2] B. Lee, Y. Kim, J. Kim, et al. (2020) Preview control of web position in roll- to-roll printing using alignment patterns. Microsystem Technologies, vol. 5, Springer Berlin Heidelberg.
[3] T. J. Walker. https://www.webhandling.com/resources
[4] IWEB – The International Conference on Web Handling. . https://iweb.okstate.edu
[5] B. B. Maskey (2019) Photonic Curing for Enhancing the Performance of Roll- To-Roll Printed Electronic Devices. pp. 1–13, 2019.
[6] D. R. Roisum, G. Guzman, and S. Shams Es-haghi (2018) Web Handling and Winding. Roll-to-Roll Manufacturing: Process Elements and Recent Advances, pp. 147–170.
[7] CTCP-Giay-AnHoaNo Title. p. http://anhoapaper.vn/vi.
[8] B. Q. Khánh and P. Q. Đ. N. Q. Đ. Đoàn Quang Vinh (2020) Điều khiển truyền động điện trong công nghiệp. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
[9] U.S. Department of Energy (2015) Innovating Clean Energy Technologies in Advanced Manufacturing. Quadrennial Technology Review: An Assessment of Energy Technologies and Research Opportunities, no. September, pp. 1–36. [10] G. Leopold (2020) New Materials, Manufacturing Steps Propel Printed
Electronics By George Leopold 11.19.2020 0. EEtimes, 2020.
[11] R. D. and D. R. C. Dr Matthew DysonMaterials for Printed/Flexible Electronics 2021-2031: Technologies, Applications, Market Forecasts.
Idtechex.
[12] R. T. L.-O. C.KrebsRoll-to-roll fabrication of polymer solar cells. Department of Energy Conversion and Storage, pp. 36–49.
[13] Predicting the web length and layers in a wound roll.. https://hdl.handle.net/11244/320252
[14] F. C. Krebs, T. Tromholt, and M. Jørgensen (2010) Upscaling of polymer solar cell fabrication using full roll-to-roll processing. Nanoscale, vol. 2, no. 6, pp. 873–886.
[15] A. Seshadri, P. R. Pagilla, and J. E. Lynch (2013) Modeling print registration in roll-to-roll printing presses. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME, vol. 135, no. 3, pp. 1–11.
[16] A. Seshadri and P. R. Pagilla (2015) Modeling and control of a rotating turret winder used in roll-to-roll manufacturing. Control Engineering Practice, vol. 41, pp. 164–175, Elsevier.
[17] H. Koç, D. Knittel, M. De Mathelin, et al. (2002) Modeling and robust control of winding systems for elastic webs. IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 10, no. 2, pp. 197–208.
single-span roll-to-roll web system using the back-stepping controller. IEEE International Symposium on Industrial Electronics, no. ISlE, pp. 1709–1714. [19] K. H. Choi, T. T. Tran, and D. S. Kim (2011) Back-stepping controller based
web tension control for roll-to-roll web printed electronics system. Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing, vol. 5, no. 1, pp. 7–21.
[20] T. T. TRAN, K.-H. CHOI, D.-E. CHANG, et al. (2011) Web Tension and Velocity Control of Two-Span Roll-to-Roll System for Printed Electronics. Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, vol. 5, no. 4, pp. 329–346.
[21] T. T. Tran and K. H. Choi (2014) A backstepping-based control algorithm for multi-span roll-to-roll web system. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 70, no. 1–4, pp. 45–61.
[22] C. Branca, P. R. Pagilla, and K. N. Reid (2013) Governing equations for web tension and web velocity in the presence of nonideal rollers. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME, vol. 135, no. 1.
[23] H. K. Shin (1991) Distributed Control of Tension in Multi-Span Web Transport Systems. Ph.D. thesis, Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma. [24] N. Nevaranta, M. Niemela, J. Pyrhonen, et al. (2012) Indirect tension control
method for an intermittent web transport system. 15th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition, EPE-PEMC 2012 ECCE Europe, pp. 1–6.
[25] P. R. Raul and P. R. Pagilla (2015) Design and implementation of adaptive PI control schemes for web tension control in roll-to-roll (R2R) manufacturing. ISA Transactions, vol. 56, pp. 276–287, Elsevier.
[26] F. Med-Karim, H. Glaoui, P. Sicard, et al. (2012) Decentralized PI controller for multimotors web winding system. Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems, vol. 6, no. 2, pp. 32–36.
[27] M. Mahdavian, N. Wattanapongsakorn, G. Shahgholian, et al. (2016)
Controller design for torque control to torsional vibration in two-mass resonant system. 2016 13th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, ECTI-CON 2016.
[28] G. Zhang and J. Furusho (2000) Speed control of two-inertia system by PI/PID control. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 47, no. 3, pp. 603– 609.
[29] H. Shin, T. Ho, and S. Lee (2010) Steering guide-based lateral control for roll- to-roll printed electronics. Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 24, no. 1, pp. 319–322.
[30] S. Liu, X. Mei, F. Kong, et al. (2013) A decoupling control algorithm for unwinding tension system based on active disturbance rejection control. Mathematical Problems in Engineering, vol. 2013.
[31] Y. Mei and L. Huang (2009) A second-order auto disturbance rejection controller for matrix converter fed induction motor drive. 2009 IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference, IPEMC ’09, pp. 1964–1967.
[32] I. K. Ibraheem and W. R. Bdul-Adheem (2018) A novel second-order nonlinear differentiator with application to active disturbance rejection control. arXiv, pp. 68–73.
[33] S. Liu, X. Mei, F. Kong, et al. (2012) Tension controller design for unwinding tension system based on active disturbance rejection control. 2012 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2012, pp. 1798–1803.
[34] Y. Hou, Z. Gao, F. Jiang, et al. (2001) Active disturbance rejection control for web tension regulation. Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control, vol. 5, no. December, pp. 4974–4979.
[35] A. Polyakov, D. Efimov, and W. Perruquetti (2015) Robust Stabilization of MIMO Systems in Finite/Fixed Time. International Journal of Robust and Nonlinear Control, no. July 2013, p. 23.
[36] B. Allaoua, A. Laoufi, and B. Gasbaoui (2010) Multi-Drive Paper System Control Based on Multi-Input Multi-Output PID Controller. no. 16, pp. 59–70. [37] M. Farza, M. M’Saad, M. Triki, et al. (2011) High gain observer for a class of non-triangular systems. Systems and Control Letters, vol. 60, no. 1, pp. 27–35, Elsevier B.V.
[38] C. G. Kang and B. J. Lee (2008) MIMO tension modelling and control for roll- to-roll converting machines. IFAC Proceedings Volumes (IFAC- PapersOnline), vol. 17, no. 1 PART 1, pp. 11877–11882.
[39] C. Ben Regaya, F. Farhani, A. Zaafouri, et al. (2017) An adaptive sliding-mode speed observer for induction motor under backstepping control. ICIC Express Letters, vol. 11, no. 4, pp. 763–772.
[40] M. M. Zirkohi and T. Kumbasar (2020) Adaptive backstepping controller design for MIMO cancer immunotherapy using Laguerre polynomials. Journal of the Franklin Institute, vol. 357, no. 8, pp. 4664–4679, Elsevier Ltd.
[41] S. Lee and N. Hoang (2011) Lateral control of roll-to-roll system using fuzzy control logic and vision sensor. Advanced Materials Research, vol. 317–319, pp. 1541–1544.
[42] K. M. Chang and Y. Y. Lin (2013) Robust sliding mode control for a roll-to- roll machine. ICINCO 2013 - Proceedings of the 10th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, vol. 1, pp. 405–409. [43] M. Zubair, G. Ponniah, Y. J. Yang, et al. (2014) Web tension regulation of
multispan roll-to-roll system using integrated active dancer and load cells for printed electronics applications. Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition), vol. 27, no. 2, pp. 229–239.
[44] K. Choi, M. Zubair, and G. Ponniah (2013) Web tension control of multispan roll-to-roll system by artificial neural networks for printed electronics.
Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 227, no. 10, pp. 2361–2376.
[45] M. Farza, M. M’Saad, and M. Sekher (2005) A set of observers for a class of nonlinear systems. vol. 38, no. 1, IFAC.
[46] J. Vittek and S. Ryvkin (2013) Decomposed sliding mode control of the drive with interior permanent magnet synchronous motor and flexible coupling. Mathematical Problems in Engineering, vol. 2013.
[47] N. Orleans (1995) Sliding mode observers. tutorial. no. December, pp. 3376– 3378.
[48] N. R. Abjadi, J. Soltani, J. Askari, et al. (2009) Nonlinear sliding-mode control of a multi-motor web-winding system without tension sensor. IET Control Theory and Applications, vol. 3, no. 4, pp. 419–427.
[49] N. R. Abjadi, J. Soltani, and J. Askari (2008) Nonlinear sliding-mode control of a multi-motors web winding system without tension sensor. Proceedings of the IEEE International Conference on Industrial Technology.
[50] X. Shi, Y. Cheng, C. Yin, et al. (2019) Design of adaptive backstepping dynamic surface control method with RBF neural network for uncertain nonlinear system. Neurocomputing, vol. 330, pp. 490–503, Elsevier B.V. [51] X. M. Xu, W. X. Zhang, X. L. Ding, et al. (2018) Design and Analysis of a
Novel Tension Control Method for Winding MachineDesign and Analysis of a Novel Tension Control Method for Winding Machine. Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition), vol. 31, no. 1, Springer Singapore. [52] P. Antsaklis (1994) Defining intelligent control. IEEE Control Systems
Magazine, vol. 4, no. 5, pp. 58–66.
[53] C. Benachaiba, S. Dib, and O. Abdelkhlek (2006) Genetic Algorithm-Based Self-Learning Fuzzy PI Controller for Shunt Active Filter. International Journal of Applied Engineering Research, vol. 1, no. 2, pp. 203–216.
[54] F. Mokhtari and P. Sicard (2013) Decentralized control design using Integrator Backstepping for controlling web winding systems. IECON Proceedings (Industrial Electronics Conference), pp. 3451–3456.
[55] B. Bouchiba, A. Hazzab, H. Glaoui, et al. (2011) Backstepping control for multi-machine web winding system. Journal of Electrical Engineering and Technology, vol. 6, no. 1, pp. 59–66.
[56] K. H. Choi, T. T. Tran, and D. S. Kim (2011) Back-stepping controller based web tension control for roll-to-roll web printed electronics system. Journal of Advanced Mechanical Design, Systems and Manufacturing, vol. 5, no. 1, pp. 7–21.
[57] F. Wang, Q. Zou, and Q. Zong (2017) Robust adaptive backstepping control for an uncertain nonlinear system with input constraint based on Lyapunov redesign. International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 15, no. 1, pp. 212–225.
[58] A. Stagnaro and D. Hardt (2008) Design and development of a roll-to-roll machine for continuous high-speed microcontact printing. Mechanical
Engineering.
[59] P. R. Pagilla, N. B. Siraskar, and R. V. Dwivedula (2007) Decentralized control of web processing lines. IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 15, no. 1, pp. 106–117.
[60] P. R. Pagilla, N. B. Siraskar, and R. V. Dwivedula (2007) Decentralized control of web processing lines. IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 15, no. 1, pp. 106–117.
[61] Y. Kang, Y. Jeon, H. Ji, et al. (2020) Optimizing roller design to improve web strain uniformity in roll-to-roll process. Applied Sciences (Switzerland), vol. 10, no. 21, pp. 1–16.
[62] C. Lee, H. Kang, and K. Shin (2010) A study on tension behavior considering thermal effects in roll-to-roll e-printing. Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 24, no. 5, pp. 1097–1103.
[63] C. G. Kang and B. J. Lee (2007) Stability analysis for design parameters of a roll-to-roll printing machine. ICCAS 2007 - International Conference on Control, Automation and Systems, pp. 1460–1465.
[64] C. G. Kang and B. J. Lee (2008) MIMO tension modelling and control for roll- to-roll converting machines. vol. 17, no. 1 PART 1, IFAC.
[65] G. E. Young and K. N. Reid (1993) Lateral and longitudinal dynamic behavior and control of moving webs. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME, vol. 115, no. 2B, pp. 309–317.
[66] J. Lee and C. Lee (2018) Model-Based Winding Tension Profile to Minimize Radial Stress in a Flexible Substrate in a Roll-to-Roll Web Transporting System. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 23, no. 6, pp. 2928– 2939, IEEE.
[67] K. H. Shin, J. I. Jang, H. K. Kang, et al. (2003) Compensation method for tension disturbance due to an unknown roll shape in a web transport system. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 39, no. 5, pp. 1422–1428. [68] H. Li (2008) University of Wollongong Thesis Collection A study on wear and
surface roughness of work roll in cold rolling. Engineering.
[69] R. Van Tijum, W. P. Vellinga, and J. T. M. De Hosson (2007) Adhesion along metal-polymer interfaces during plastic deformation. Journal of Materials Science, vol. 42, no. 10, pp. 3529–3536.
[70] P. V. K. Miroslav Krstic, Ioannis Kanellakopoulos (1995) Nonlinear and Adaptive Control Design. John Wiley and Sons, 563 pages.
[71] N. D. Phướcynamic Surface Backstepping Control for Voltage Source Converter-High Voltage Direct Current. Nhà xuất bản Bách khoa Hà nội.