Đề tài: Ứng dụng phương pháp điều khiển Logic mờ, nâng cao chất lượng truyền động trong hệ tùy động

Chia sẻ: Dung Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

76
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay hệ thống điều khiển tự động đã đảm đương một vai trò quan trọng trong sư phát triển và tiễn bộ của công nghệ mới. Hệ thống điều khiển tự động được thấy một cách phong phú trong tất cả các phân xưởng xí nghiệp sản xuất: Kiểm tra chất lượng sản phẩm dây chuyền tự động kiểm soát máy công cụ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Ứng dụng phương pháp điều khiển Logic mờ, nâng cao chất lượng truyền động trong hệ tùy động

B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG VÕ CÔNG VINH NG D NG PHƯƠNG PHÁP ĐI U KHI N LOGIC M , NÂNG CAO CH T LƯ NG TRUY N Đ NG TRONG H TÙY Đ NG Chuyên ngành : T ñ ng hóa Mã s : 60.52.60 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - 2011
1 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Lê T n Duy Ph n bi n 1 : PGS.-TS. Nguy n Văn Li n Ph n bi n 2 : TS. Nguy n Qu c Đ nh Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 15 tháng 01 năm 2011. * Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng. - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
1 M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài. Hi n nay, h th ng ñi u khi n t ñ ng ñã ñ m ñương m t vai trò quan tr ng trong s phát tri n và ti n b c a công ngh m i. H th ng ñi u khi n t ñ ng ñư c th y m t cách phong phú trong t t c các phân xư ng, xí nghi p s n xu t : Ki m tra ch t lư ng s n ph m, dây chuy n t ñ ng, ki m soát máy công c . Đi u khi n t ñ ng không th thi u trong các ngành ñòi h i tính chính xác cao như : k thu t không gian và vũ khí, ngư i máy, h th ng thang máy, máy nâng, h th ng ñi u khi n raña, máy chép hình… Khác v i k thu t ñi u khi n truy n th ng PID là hoàn toàn d a vào ñ chính xác tuy t ñ i c a thông tin mà trong nhi u ng d ng không c n thi t ho c không th có ñư c, h ñi u khi n lôgic m ñư c áp d ng hi u qu nh t trong các quá trình chưa xác ñ nh rõ hay không th ño ñ c chính xác ñư c, trong các quá trình ñi u khi n ñi u ki n thi u thông tin. Chính kh năng này c a ñi u khi n m ñã giúp gi i quy t thành công các bài toán ph c t p, các bài toán mà trư c ñây không gi i ñư c. Chính b i v y, lu n văn này s ñi tìm hi u, nghiên c u và ng d ng phương pháp ñi u khi n lôgic m k t h p v i ñi u khi n PID nh m nâng cao ch t lư ng c a h th ng. Đó là lý do ch n ñ tài “ ng d ng phương pháp ñi u khi n logic m , nâng cao ch t lư ng truy n ñ ng trong h tùy ñ ng” 2. M c ñích nghiên c u. - Nâng cao ch t lư ng truy n ñ ng ñi n trong h tùy ñ ng.
2 - ng d ng ñi u khi n m trong truy n ñ ng ñi n t ñ ng. 3. Đ i tư ng và ph m vi nguyên c u. - Đ i tư ng nghiên c u là h tùy ñ ng v trí. - Ph m vi nghiên c u c a ñ tài là ñánh giá ch t lư ng ñi u khi n c a h tùy ñ ng v trí. T ng h p h d n ñ ng dùng ñ ng cơ m t chi u kích t ñ c l p. 4. Phương pháp nghiên c u. Đ tài th c hi n trong ph m vi mô hình hóa mô ph ng trên công c Matlab- Simulink. 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài. - Ý nghĩa khoa h c: Đ tài là m t hư ng nghiên c u m i ñ nâng cao ch t lư ng ñi u khi n trong h tùy ñ ng. - Ý nghĩa th c ti n: Đ tài th c hi n làm cơ s ng d ng trong th c t nh m c i ti n, s a ch a trang thi t b ñ nâng cao ch t lư ng. 6. C u trúc lu n văn: Ngoài ph n m ñ u, k t lu n và ki n ngh trong lu n văn g m có các chương như sau : Chương 1: T ng quan v h tùy ñ ng Chương 2: ng d ng h tùy ñ ng trong truy n ñ ng c n c u tháp Chương 3: T ng h p h th ng truy n ñ ng ñi n c n c u tháp Chương 4: ng d ng phương pháp ñi u khi n logic m trong h tùy ñ ng c n c u tháp
3 CHƯƠNG 1 - T NG QUAN V H TÙY Đ NG 1.1. Khái ni m v h th ng tùy ñ ng v trí. H th ng tùy ñ ng th c ch t là h th ng ñi u ch nh t ñ ng truy n ñ ng ñi n th c hi n ñi u khi n v trí v i lư ng ñ t trư c bi n thiên tùy ý. H th ng tùy ñ ng v trí ñư c ng d ng r t r ng rãi trong th c t . Nhi m v cơ b n c a nó là th c hi n s bám sát chính xác c a cơ c u ch p hành ñ i v i các ch l nh v trí (lư ng cho trư c); ñ i lư ng ñi u khi n (lư ng ñ u ra) thư ng là v trí không gian c a ph t i, t c là lư ng cho trư c thay ñ i theo máy; h th ng có th làm cho ñ i lư ng ñi u khi n bám sát và khôi ph c ñ i tư ng ñi u khi n m t cách chính xác không có nh m l n. Ví d ñi u khi n cơ c u ép tr c cán trong quá trình cán kim lo i, làm cho khe h gi a hai tr c cán có th ti n hành t ñi u ch nh; ñi u khi n qu tích gia công c a máy c t ñi u khi n s và ñi u khi n bám c a máy c t mô ph ng hình, cơ c u nâng h có th làm d ng chính xác nh ng v trí mong mu n, cơ c u lái t ñ ng tàu thuy n có th làm cho góc l ch c a lá chân v t ñ t ñuôi tàu thuy n ph ng ñúng góc quay c a bánh lái (vô lăng) ñ t bu ng lái ñi u khi n tàu thuy n ñi ñúng tuy n ñư ng ñã v ch ra, cơ c u ñi u khi n anten rada c a c m súng pháo hay kính vi n v ng ñi n t nh m ñúng m c tiêu, ñi u khi n ñ ng tác c a ngư i máy. Nh ng ví d trên ñây ñ u là ng d ng c th v h th ng ñi u khi n tùy ñ ng v trí 1.2. C u t o chung, nguyên lý làm vi c c a h th ng tùy ñ ng v trí. 1.2.1. C u t o chung c a h tùy ñ ng.
4 1.2.2. Nguyên lý làm vi c. 1.3. So sánh h th ng tùy ñ ng v trí v i h th ng ñi u t c. 1.4. Phân lo i h th ng tùy ñ ng v trí. 1.4.1. H th ng tùy ñ ng ki u mô ph ng. 1.4.2. H th ng tùy ñ ng ki u s . 1.4.2.1. H th ng tùy ñ ng ki u pha s . 1.4.2.2. H th ng tùy ñ ng ñi u khi n xung s . 1.4.3. H th ng tùy ñ ng ñi u khi n ki u mã s . 1.5. Thi t b ño ki m tín hi u v trí. 1.5.1. Sensin (SS). 1.5.2. B bi n áp quay (BR). 1.5.3. B c m ng ñ ng b (BIS). 1.5.4. Đĩa mã quang ñi n. 1.5.4.1. Đĩa mã ki u gia s . 1.5.4.2. Đĩa mã ki u tr tuy t ñ i . 1.6. K t lu n chương 1. H th ng tuỳ ñ ng v trí có nhi m v cơ b n là th c hi n ñi u khi n cơ c u ch p hành bám sát chính xác ñ i v i lư ng ñ t v trí, ñ i lư ng ñi u khi n (lư ng ñ u ra) thư ng là v trí không gian c a cơ c u s n xu t, lúc lư ng ñ t thay ñ i trong quá trình làm vi c thì h th ng có th làm cho ñ i lư ng ñi u khi n bám sát và duy trì m t m t cách chính xác v trí c a cơ c u s n xu t theo yêu c u. Trong h tùy ñ ng, yêu c u lư ng ra bám ñu i chính xác theo s bi n hóa c a lư ng cho trư c, do v y : tính nhanh nh y, tính linh ho t, tính chính xác thích nghi ñ u ra là ñ c trưng ch y u c a h .
5 Hay nói cách khác ch t lư ng bám ñu i là ch tiêu ch y u c a h th ng này. H th ng tùy ñ ng có th xây d ng trên cơ s h th ng ñi u t c cài thêm m ch vòng v trí, m ch vòng v trí là ñ c trưng c u trúc ch y u c a h th ng tùy ñ ng. Vì v y h th ng tùy ñ ng thư ng ph c t p hơn h th ng ñi u t c. Thi t b ño ki m v trí trong h tùy ñ ng có ý nghĩa r t quan tr ng, nó quy t ñ nh ñ n ch t lư ng ñi u khi n c a toàn h th ng. Chính vì v y vi c thi t k l a ch n thi t b ño ki m v trí cho phù h p v i yêu c u c a t ng h th ng là r t quan tr ng. CHƯƠNG 2 - NG D NG H TÙY Đ NG TRONG TRUY N Đ NG C N C U THÁP Như ñã gi i thi u trong chương 1, h th ng tùy ñ ng ñư c ng d ng r t nhi u trong th c t , và m t trong nh ng ng d ng c a h tùy ñ ng, là h truy n ñ ng c n c u tháp. V i yêu c u v ñ chính xác cao và hi u qu khi v n hành, nên h th ng c n c u tháp ñư c ñi u khi n theo ñúng nguyên t t ñi u khi n c a h tùy ñ ng v trí. Và v i vi c ng d ng h tùy ñ ng trong truy n ñ ng c n c u tháp là m t bư c ñ t phá c a khoa h c k thu t, giúp cho h th ng v n hành chính xác, hi u qu , gi m b t th i gian làm vi c và nâng cao ñư c năng su t lao ñ ng. 2.1. Phân lo i c n c u. 2.2. Đ c ñi m c u t o. 2.3. Các chuy n ñ ng cơ b n trên c u c u tháp.
6 2.4. Tính ch n công su t ñ ng cơ truy n ñ ng c a các cơ c u chính trong c n c u tháp. 2.4.1. Cơ c u di chuy n xe c u và xe con. 2.4.2. Cơ c u nâng -h hàng. 2.4.3. Cơ c u quay c a c n tr c. 2.5. Sơ ñ ñ ng c a cơ c u nâng h trong c n c u tháp. 2.5.1. Trư ng h p khi cho trư c ph t i tĩnh G, l c c n FC chuy n ñ ng t nh ti n v i v n t c v. 2.5.2. Trư ng h p khi bi t tang tr ng quay có mômen MT, v n t c góc ωT, h p t c ñ có hi u su t η, t s truy n i, ñ ng cơ có t c ñ ωĐ. 2.6. Ch ñ làm vi c c a các ñ ng cơ truy n ñ ng c a c n c u tháp. 2.7. Các yêu c u trang b ñi n cho truy n ñ ng nâng h c a c n c u tháp. 2.8. K t lu n chương 2. ng d ng h tùy ñ ng v trí trong truy n ñ ng c n c u tháp là m t bư c ñ t phá c a khoa h c k thu t, giúp cho h th ng v n hành chính xác, hi u qu , gi m b t th i gian làm vi c và nâng cao ñư c năng su t lao ñ ng. Vì v y c n c u và c u tr c có m t h u như trên kh p các công trình xây d ng, nhà máy xí nghi p, các b n bãi, h i c ng…v i yêu c u cao v ñ chính xác và b n v ng c a h th ng. C n c u tháp làm vi c trong nh ng ñi u ki n môi trư ng kh c nghi t, s c t i l n, không gian làm vi c ch t h p và yêu c u v n hành chính xác, n ñ nh… Chính vì v y, các yêu c u ñ thi t k nên
7 m t h th ng c n c u tháp ph i ñư c tính toán và tính ch n h t s c chính xác, k lư ng: các trang thi t b , ñ ng cơ truy n ñ ng, h th ng ñi u khi n t ñ ng truy n ñ ng,… CHƯƠNG 3 – T NG H P H TH NG TRUY N Đ NG ĐI N C N C U THÁP H th ng truy n ñ ng c n c u tháp s d ng trong lu n văn là h th ng Thyristo- Đ ng cơ m t chi u là h th ng t ñ ng ñi u ch nh truy n ñ ng ñi n v i ba m ch vòng ph n h i ñó là ph n h i dòng ñi n, ph n h i t c ñ , ph n h i v trí. K t qu c a v n ñ thi t k h th ng là ñ n ñ nh và ñ m b o các ch tiêu v ch t lư ng ñ ng như: ñ quá ñi u ch nh, t c ñ , th i gian ñi u ch nh, s l n dao ñ ng. Hình 3.1 H th ng truy n ñ ng Thyristor - Đ ng cơ 3.1. Xây d ng hàm truy n c a các khâu trong h th ng ñi u khi n. 3.1.1. Hàm truy n c a ñ ng cơ ñi n. 3.1.2. B ch nh lưu bán d n THYRISTOR. 3.1.3. Hàm truy n c a máy phát t c.
8 3.1.4. Hàm truy n c a thi t b ño ñi n. 3.1.5. Hàm truy n c a thi t b ño ki m v trí.. 3.1.6. T ng h p h ñi u khi n RI, Rω, Rφ. Sau khi t ng h p các b ñi u khi n, ta có sơ ñ c u trúc ñi u khi n v trí: Hình 3.12 Sơ ñ c u trúc h ñi u ch nh v trí 3.2. Nguyên t c xây d ng h ñi u ch nh v trí. 3.3. Tính phi tuy n c a b ñi u khi n v trí. Hình 3.15. Quan h gi a ∆ φ và ω Qua phân tích ta th y quan h ω = f(∆φ) là phi tuy n và vi c ch n Rφ ch ch a h s khu ch ñ i Kφ= const là không h p lý. Đ
9 gi i quy t v n ñ này nghĩa là ph i th c hi n b ñi u khi n phi tuy n. Trong b n lu n văn này tôi ñ xu t phương pháp dùng b ñi u khi n m k t h p v i b ñi u khi n PID. 3.4. Mô ph ng h th ng truy n ñ ng c n c u tháp v i các b ñi u khi n PID. 3.4.1. Tính toán các thông s h ñi u ch nh v trí ñ i v i ñ ng cơ ñi n m t chi u kích t ñ c l p. 3.4.2. Xây d ng sơ ñ mô ph ng h ñi u khi n s d ng b ñi u khi n PID. Hình 3.16 Sơ ñ mô ph ng b ng b ñi u khi n PID 3.4.3. K t qu mô ph ng. Tín hi u hàm n c φñ t = 10 V, I = Iñm= 17 A, ( ng v i Mc = Mñm ,ch ñ làm vi c toàn t i).
10 a,V trí b,T c ñ c, Dòng ñi n Hình 3.17 Các tín hi u ñ u ra, ng v i φñ t = 10 V, I=Iñm=17A Tín hi u hàm n c φñ t = 15 V, I = Iñm= 17 A a,V trí b,T c ñ
11 c, Dòng ñi n Hình 3.18 Các tín hi u ñ u ra, ng v i φñ t = 15 V, I=Iñm=17A Tín hi u hàm n c φñ t = 10 V, I = 0A, (ch ñ không t i). a,V trí b,T c ñ c, Dòng ñi n Hình 3.19 Các tín hi u ñ u ra, ng v i φñ t = 10 V, I=0A
12 Tín hi u hàm n c φñ t = 15 V, φñ t = 10 V, I = 0 , ( ng v i ch ñ làm vi c không t i, di chuy n 2 v trí). a, V trí b, T c ñ c, Dòng ñi n Hình 3.20 Các tín hi u ñ u ra, ng v i φñ t = 15 V, φñ t =10 V 3.5. K t lu n chương 3. H th ng tùy ñ ng s d ng h truy n ñ ng T- Đ ñang ngày càng ñư c ng d ng r ng rãi, b i nó ñ m b o t t các ch tiêu tĩnh và ñ ng c a h th ng, d th c hi n các truy n ñ ng có công su t l n và mang tính b n v ng cao. Trên ñây là k t qu mô ph ng v i v trí ñ t
13 khi không t i và có t i, s d ng b ñi u khi n PID ñã cho k t qu tương ñ i t t. Qua phân tích và k t qu mô ph ng h ñi u khi n v trí s d ng b ñi u khi n PID, ta th y quan h ω = f(∆φ) là phi tuy n. Và vi c ch n b ñi u khi n PID có h s khuy ch ñ i h ng s là không h p lý. Đ gi i quy t v n ñ này ta ph i th c hi n b ñi u khi n phi tuy n. Trong ph m vi lu n văn này tôi ñ xu t phương án s d ng b ñi u khi n m k t h p v i b PID trong m ch vòng ñi u ch nh v trí ñ nâng cao ch t lư ng t t hơn cho h th ng. CHƯƠNG 4- NG D NG PHƯƠNG PHÁP ĐI U KHI N LOGIC M TRONG H TÙY Đ NG C N C U THÁP 4.1. Gi i thi u chung v phương pháp ñi u khi n m Trong nh ng th p niên g n ñây vi c nghiên c u các thu t toán ñi u khi n ti p c n v i tư duy con ngư i ñư c g i là ñi u khi n trí tu nhân t o, là lĩnh v c phát tri n khá m nh m . Ưu ñi m c a ñi u khi n m so v i các phương pháp ñi u khi n kinh ñi n là có th t ng h p ñư c b ñi u khi n mà không c n bi t trư c c u trúc và tham s c a h th ng m t cách chính xác. Nh ng ng d ng g n ñây v h ñi u khi n m ñã mang l i nhi u hi u qu ñáng k trong các h ñi u khi n hi n ñ i, nó ñã gi i quy t ñư c nhi u bài toán ñi u khi n ph c t p mà trư c ñây chưa th gi i quy t tr n v n. Đi u khi n m thư ng ñư c s d ng trong các h th ng sau ñây: - H th ng ñi u khi n phi tuy n.
14 - H th ng ñi u khi n mà các thông tin ñ u vào ho c ñ u ra là không ñ y ñ , không xác ñ nh ñư c chính xác. -H th ng ñi u khi n không xác ñ nh ñư c tham s ho c mô hình ñ i tư ng. V nguyên lý, h th ng ñi u khi n m cũng g m các kh i ch c năng tương t như các h ñi u khi n truy n th ng. 4.1.1. Đ nh nghĩa t p m . 4.1.2. M t vài d ng hàm liên thu c thư ng ñư c s d ng. 4.2. Xây d ng mô hình m cho ñ i tư ng. 4.2.1. Mô hình m Mamdani. Đ u vào Đ u ra X Kh i h p y Gi i m Kh i m hóa thành (fuzzifiers) Kh i lu t m Hình 4.1 Sơ ñ kh i ch c năng c a b ñi u khi n m . 4.2.1.1. Khâu m hóa. 4.2.1.2. Khâu th c hi n lu t h p thành. 4.2.1.3. Khâu gi i m . 4.2.1.4. T i ưu hoá h th ng. 4.2.2. Mô hình m Sugeno. 4.2.3. So sánh hai lo i mô hình. 4.3. T ng h p b ñi u khi n m . 4.3.1. C u trúc c a b ñi u khi n m .
15 Lu t ñi u khi n e Giao di n µ Thi t b B' Giao di n u ñ u vào h p thành ñ u ra x e B ñi u u Đ i tư ng y khi n ñi u khi n - Thi t bi ño lư ng Hình 4.8 C u trúc c a b ñi u khi n m cơ b n 4.3.2. Nguyên t c t ng h p b ñi u khi n m . 4.3.3. Các bư c th c hi n khi xây d ng b ñi u khi n m . Đ i v i b ñi u khi n m theo mô hình Mamdani: - Đ nh nghĩa t t c các bi n ngôn ng vào ra. - Đ nh nghĩa t p m (giá tr ngôn ng ) cho các bi n vào/ra. - Xây d ng các lu t ñi u khi n (các m nh ñ h p thành). - Ch n thi t b h p thành m (max-Min hay sum-Min,...). - Ch n phương pháp gi i m . - T i ưu h th ng. Đ i v i b ñi u khi n m theo mô hình Sugeno: - Đ nh nghĩa t t c các bi n ngôn ng vào ra. - Đ nh nghĩa t p m (giá tr ngôn ng ) cho các bi n vào/ra.
16 - Xây d ng các lu t ñi u khi n , có nghĩa là ch n các h s ci (i = 1,2,3,...,n) cho t ng lu t N u ..... thì c a b ñi u khi n. 4.4. T ng h p h th ng v i b ñi u khi n PID k t h p v i b ñi u khi n m cho m ch vòng v trí. 4.4.1. T ng h p khâu bù m . Như ñã gi i thích, quan h xác l p c a ωh = f(∆φ) là phi tuy n. Đ ñáp ng ñư c quan h phi tuy n này, ta tách b ñi u khi n Rω thành hai khâu, m t khâu PD và m t khâu bù phi tuy n theo ki u bù m như hình 4.9. Hình 4.9 Sơ ñ c u trúc khâu bù m k t h p v i b PD Vi c t ng h p khâu bù m ñư c ti n hành theo các bư c sau: Bư c 1: M hóa. Ta ch n 3 t p giá tr ngôn ng cho bi n ñ u vào: sai l ch âm (mf1), sai l ch Zero (mf2), sai l ch dương (mf3). Hình 4.10 Phân b các giá tr m bi n ñ u vào
17 Ta ch n 3 giá tr m cho bi n ñ u ra: kh_ñ i âm (mf1), zero (mf2), kh_ñ i dương (mf3). Hình 4.11 Phân b các giá tr m bi n ñ u ra Hình 4.12 Các lu t ñi u khi n m Hình 4.13 Quan h vào ra c a b m
18 Bư c 2: Lu t ñi u khi n và h p thành. Lu t h p thành ñư c xây d ng trên cơ s nguyên lý h p thành MAX – MIN. Bư c 3: Gi i m . Gi i m có th ñư c th c hi n theo các phương pháp ñi m tr ng tâm, phương pháp trung bình hay phương pháp c c ñ i. . Giá tr rõ x ñư c xác ñ nh theo phương pháp ñi m tr ng tâm như công th c: ∫ x.µ B ( xo )dx xo = s (4-16) ∫ µ B ( x)dx s 4.4.2. Mô ph ng h ñi u khi n v trí khi có khâu bù m . Hình 4.14 Sơ ñ kh i h ñi u khi n v trí có khâu bù m 4.4.3. K t qu mô ph ng. Tín hi u ñ t d ng hàm n c φñ t = 10 V, I = Iñm= 17 A