7. Bố cục và nội dung của luận án
1.2.1 Tổng quan về mô hình hóa WTS
Đểđiều khiển được hệ thống này thì một trong những công việc quan trọng đầu tiên là phải xây dựng mô hình toán học chi tiết cho hệ. Đã có rất nhiều nghiên cứu về xây dựng mô hình toán học và đã đạt được rất nhiều thành tựu như [6], [14], [15], [16]. Để tổng hợp mô hình toán học cho WTS không chỉ sử dụng một định luật để xây dựng và tổng hợp, vì đây là cơ hệ phức tạp. Trong thực tế các nghiên cứu hiện nay chỉ ra cần phải sử dụng kết hợp nhiều cơ sở lý thuyết cho cơ hệ phức tạp như WTS.
Bảng 1.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hóa WTS
Động lực học cho đoạn vật liệu Động lực học cho lô
Sử dụng các định luật như bảo toàn khối lượng kết hợp với các định luật như định luật Hooke, định luật Coulumb [17], [18], [19], [20], [21]
Sử dụng định luật bảo toàn động lượng[17], [18]
Các công trình nghiên cứu đều đã áp dụng cơ sở các định luật trên để thiết lập xây dựng mô hình toán học, tuy nhiên mỗi cách tiếp cận và mục tiêu điều khiển khác nhau dẫn đến các dạng mô hình sẽ xem xét ở khía cạnh cụ thểnhư sau:
+ Với nghiên cứu [17] sử dụng cơ sở thiết lập mô hình toán học cho đoạn vật liệu và các lô như Bảng 1.1. Tuy nhiên mô hình chưa thiết lập cho tất cảcác đoạn vật liệu, đây là một WTS có nhiều đoạn vật liệu, được chia làm 4 đoạn vật liệu (Hình 1.13) có các giá trị lực căng tương ứng T T T T2, 3, 4, 5. Ví dụ với lực căng T T2, 3 được đo về qua loadcell để làm cơ sở tính Tu, tương tự lực căng T T4, 5 được đo về qua loadcell để làm cơ sở tính Tw. Trong nghiên cứu này có hai bộđiều khiển cần phản hồi lực căng, lực căng cho bộđiều khiển truyền động lô tở Tu cuộn và lực căng điều khiển cho truyền động lô cuộn Tw. Lực căng T Tu, wnày được tính bằng trung
bình cộng của lực căng các đoạn. Về động lực học cho các lô, nghiên cứu đã xem xét biến thiên của bán kính lô vận liệu chậm, và bỏ qua biến thiên này trong mô hình.
Hình 1.13 Mô hình WTS nhiều phân đoạn lực căng (nguồn: [17])
+ Nghiên cứu [22], [23] đã đưa mô hình động lực học cho hệ nhiều phân đoạn, phương trình lực căng đã được tổng quát hóa cho các đoạn vật liệu, đặc biệt mô hình đông lực học cho đoạn vật liệu đã xét cảđến ảnh hưởng có tham số chiều dài vật liệu L(t) là thông số biến thiên theo thời gian. Tuy nhiên xét đến động học trên, các nghiên cứu bỏ quả thành phần ảnh hưởng bởi biến thiên bán kính các lô vật liệu. Mặc dù nghiên cứu đã đưa ra mô hình đoạn vật liệu tương đối chi tiết, kết hợp với động lực các lô để xây dựng mô hình toán học cho WTS, nhưng kết quả nghiên cứu mới dừng lại ở phần kiểm nghiệm mô hình toán học.
+ Các nghiên cứu: [18], [19], [20], [21] đã đưa ra mô hình phù hợp cho thiết kế điều khiển hiện đại. Một cách tổng quát trong các công bố gần đây về mô hình hóa cho hệ một phân đoạn, nghiên cứu [18] đã xét mô hình cuộn lại dạng một đoạn vật liệu như Hình 1.14, lực căng được xác định bằng cách sử dụng cảm biến lực (load cell).
Phương trình lực căng cho Hình 1.14 được xác định là phương trình động lực học cho đoạn vật liệu. Sau đó xác định các phương trình động lực học cho hai lô vật liệu như Hình 1.15, trong đó đầu vào là mô men τu, τr, đầu ra là lực căng T và vận tốc góc ωu,ωr của lô tở và lô cuộn.
Hình 1.15Mô hình toán học WTS một đoạn (nguồn:[18])
Mô hình như trong Hình 1.15 đã mô tả được quá trình động lực học của WTS. Mô hình toán học có dạng phi tuyến với các hệ sốđặc tảđược thông số mô hình, cho phép nhóm tác giả thiết kếđược bộđiều khiển phi tuyến cho hệtrong đó các hệ sốk1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9 là các tham sốđược tính toán theo thông số của hệ thống. Tuy nhiên xét vềđặc điểm công nghệ của WTS, thì mô hình trên chưa tổng quát hóa các bước thực hiện, chưa kiểm chứng vận tốc dài của vật liệu và chưa xét đến tham số biến thiên của mô hình như mô men quán tính trên lô vật liệu.
Như vậy các nghiên cứu ở trên đã xem xét đến động lực học của một đoạn vật liệu, một số nghiên cứu cũng đã đưa ra mô hình động lực học cho nhiều đoạn vật liệu và động lực học của lô vật liệu. Tuy nhiên để nghiên cứu thiết kế điều khiển chung cho WTS thì vẫn cần tổng quát hóa mô hình cho cả hệ gồm động lực học các phân đoạn, động lực học của các lô vật liệu và lô dẫn. Mô hình xây dựng cần mô tả được đặc tính của đối tượng như tính phi tuyến trong cấu trúc, sự biến thiên của thông số mô hình theo thời gian. Việc mô hình hóa chính xác sẽ giúp cho việc thiết kế điều khiển được chính xác, nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống.
Hướng nghiên cứu của luận án lựa chọn thực hiện mô hình hóa WTS dựa trên nghiên cứu [18]tuy nhiên đóng góp của luận án là về mô hình có xét đến:
+ Tổng quát hóa các bước xây dựng mô hình cho WTS với sốlượng lô và sốđoạn vật liệu bất kỳ.
+ Xét đến tham số biến thiên mô men quán tính của lô vật liệu.
+ Chuyển mô hình về dạng phù hợp với yêu cầu công nghệ có biến đầu ra là lực căng và vận tốc dài. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 u u u u r r r r r k k T k T k k T k k T k k ω ω τ ω ω ω ω ω τ = + + = + + = + + u τ r τ T u ω r ω