Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển FTSM thích nghi và bộ quan sát HGO tổng hợp hệ điều khiển truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:153

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển FTSM thích nghi và bộ quan sát HGO tổng hợp hệ điều khiển truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan hệ truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ và các vấn đề điều khiển; Mô hình toán học và bộ quan sát lực căng cho hệ truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ; Xây dựng bộ điều khiển FTSM thích nghi kết hợp bộ quan sát HGO cho hệ truyền động điện băng vật liệu; Mô phỏng và đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động điện băng vật liệu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển FTSM thích nghi và bộ quan sát HGO tổng hợp hệ điều khiển truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN XUÂN TÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI VÀ BỘ QUAN SÁT HGO TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN XUÂN TÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI VÀ BỘ QUAN SÁT HGO TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Mã số: 9 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS PHẠM TUẤN THÀNH 2. PGS. TS ĐÀO PHƯƠNG NAM HÀ NỘI – NĂM 2023
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Tuấn Thành, PGS.TS Đào Phương Nam cùng với các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Trần Xuân Tình
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất tới Ban Giám Đốc, Khoa Kỹ thuật Điều khiển, Bộ môn Kỹ thuật Điện - Học viện Kỹ thuật Quân sự, cùng với Ban Giám Đốc, Khoa Kỹ thuật Cơ sở - Học viện Phòng không - Không quân, đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể hướng dẫn PGS.TS Phạm Tuấn Thành, người hướng dẫn khoa học thứ nhất và PGS.TS Đào Phương Nam, người hướng dẫn thứ hai, những người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn về kiến thức chuyên môn, đưa ra những nội dung chính cần phải giải quyết để tôi hoàn thành bản luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Doãn Phước, PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn, PGS.TS. Nguyễn Tùng Lâm, TS. Nguyễn Danh Huy, TS. Phạm Quang Đăng đã góp ý về phương pháp điều khiển, công nghệ thực tế, chỉ bảo tôi khi xây dựng mô hình, làm thực nghiệm và mô phỏng tại Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa - Đại học Bách Khoa Hà Nội. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã luôn động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tác giả luận án Trần Xuân Tình
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ...................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................... ix MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1 TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN ............................................................. 7 1.1. Cấu trúc tổng quát hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ ............ 7 1.2. Yêu cầu công nghệ hệ truyền động băng vật liệu ................................. 12 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................... 17 1.3.1. Trong nước ...................................................................................... 17 1.3.2. Nước ngoài ...................................................................................... 18 1.4. Sử dụng bộ quan sát lực căng trong hệ truyền động khâu xử lý băng vật liệu đàn hồi ................................................................................................... 27 1.5. Đặt bài toán nghiên cứu......................................................................... 30 1.6. Kết luận chương 1 ................................................................................. 32 Chương 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ BỘ QUAN SÁT LỰC CĂNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ .................................. 33 2.1. Xây dựng mô hình toán học .................................................................. 33 2.1.1. Mô hình hệ lô cuộn lại..................................................................... 33 2.1.2. Mô hình hệ lô tháo cuộn .................................................................. 43 2.2. Xây dựng bộ quan sát lực căng trên băng vật liệu.................................. 49 2.2.1. Các bước xây dựng bộ quan sát HGO ............................................. 49
iv 2.2.2. Bộ quan sát lực căng HGO cho lô dẫn động ................................... 52 2.3. Kết luận chương 2 ................................................................................. 54 Chương 3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI KẾT HỢP BỘ QUAN SÁT HGO CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU .................. 55 3.1. Bộ điều khiển PID cho hệ truyền động băng vật liệu ........................... 55 3.2. Mô hình tổng quát các bộ điều khiển cho hệ vận chuyển băng vật liệu 56 3.3. Xây dựng bộ điều khiển FTSM cho hệ lô dẫn động ............................. 58 3.3.1. Điều khiển trượt đầu cuối nhanh ..................................................... 58 3.3.2. Bộ điều khiển cho hệ dẫn động ....................................................... 62 3.4. Xây dựng bộ điều khiển FTSM thích nghi cho lô tháo cuộn ................ 70 3.4.1. Bộ điều khiển lực căng lô tháo cuộn ............................................... 70 3.4.2. Bộ điều khiển tốc độ dài lô tháo cuộn ............................................. 78 3.5. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ cho lô đặt tốc độ dài ............................ 82 3.6. Kết luận chương 3 ................................................................................. 83 Chương 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU ................................................................... 84 4.1. Tham số mô phỏng ................................................................................ 84 4.2. Trình tự thực hiện mô phỏng ................................................................. 85 4.2.1. Xây dựng mô hình mô phỏng .......................................................... 85 4.2.2. Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển PID ..................................... 87 4.2.3. Huấn luyện mạng nơ ron ................................................................. 92 4.3. Kết quả mô phỏng ................................................................................. 94 4.3.1. Đánh giá chất lượng bộ quan sát lực căng HGO ............................ 94 4.3.2. Đánh giá chất lượng bộ điều khiển ............................................... 96 4.3.3. Mô phỏng theo thời gian thực ..................................................... 102
v 4.4. Đánh giá mức độ hoàn thành mục tiêu luận án ................................... 106 4.5. Kết luận chương 4 ............................................................................... 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 108 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................. 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 111
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Kí hiệu Đơn vị Ý nghĩa L m Độ dài đoạn băng vật liệu đã quấn được W m Độ rộng của đoạn băng vật liệu h m Độ dày của băng vật liệu S m2 Diện tích mặt cắt ngang băng vật liệu V m3 Thể tích băng vật liệu ε Độ biến dạng dài tương đối k - Hệ số cuốn chặt R0r , R0u m Bán kính ban đầu của lô cuộn lại, lô tháo cuộn Rr , Ru , m Bán kính lô cuộn lại, lô tháo cuộn, lô dẫn Rk  m/s Tốc độ dài của băng vật liệu m kg Khối lượng băng vật liệu quấn được ρ kg/m3 Khối lượng riêng của vật liệu JW kgm2 Mô men quán tính của băng vật liệu trên trục lô J 0r , J 0u kgm2 Mô men quán tính ban đầu của lô cuộn lại, lô tháo cuộn J 0m kgm2 Mô men quán tính của tất cả các bộ phận quay phía động cơ i - Tỉ số truyền E N/m2 Hệ số đàn hồi của băng vật liệu
vii F N Lực căng trên băng vật liệu M Nm Mô men động cơ p đôi số cặp cực của động cơ Mf Nm Mô men ma sát B Nms Hệ số cản Lm H Hỗ cảm giữa stato và rotor Ls, Lr H Điện cảm stato và rotor isd, isq A Các thành phần dòng stator trên hệ tọa độ dq  rad/s Tốc độ góc của trục lô  - Hệ số ma sát trượt giữa lô và băng vật liệu  rad Góc ôm của băng vật liệu với lô  kg/m Khối lượng của băng vật liệu trên đơn vị chiều dài b m Chiều dài cung có ma sát trượt giữa băng vật liệu và mặt lô
viii Chữ viết tắt Ý nghĩa PD (Proportional Derivative) BĐK tỉ lệ vi phân PI (Proportional Integral) BĐK tỉ lệ tích phân PID (Proportional Integral Derivative) BĐK tỉ lệ vi tích phân HGO (High-Gain Observers) Bộ quan sát High-Gain SMC (Sliding Mode Control) BĐK trượt SISO (Single-Input and Single-Output) Hệ một đầu vào, một đầu ra MISO (Multiple-Input and Single-Output) Hệ nhiều đầu vào một đầu ra MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) Hệ nhiều đầu vào, nhiều đầu ra TSMC (Terminal Sliding-Mode Control) BĐK trượt đầu cuối FTSM (Fast Terminal Sliding-Mode) BĐK trượt đầu cuối nhanh FLC Fuzzy Logic Controler NADRC (Nonlinear Active Disturbance Rejection Control) điều khiển bù nhiễu phi tuyến LQG (Linear Quadratic Gaussian) tối ưu toàn phương tuyến tính NN (Neural Networks) mạng nơ ron ISS (input-to-state stability) đầu vào ở trạng thái ổn định HTĐ Hệ truyền động BĐK Bộ điều khiển DTC ( Direct Torque Control) Điều khiển mô-men xoắn trực tiếp
ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Tên hình Số trang Hình 1. 1. Các hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng 7 Hình 1. 2. Cấu trúc tổng quát của một hệ truyền động băng vật liệu 8 Hình 1. 3. Cấu trúc khâu tháo cuộn (Unwind) 9 Hình 1. 4. Khâu xử lý dải băng vật liệu 10 Hình 1. 5. Cấu trúc khâu cuộn lại băng vật liệu (Rewind) 11 Hình 1. 6. Mô hình điều khiển vòng hở dùng cảm biến vị trí 15 Hình 1. 7. Mô hình điều khiển vòng hở dùng cảm biến đo đường 15 kính Hình 1. 8. Mô hình điều khiển vòng kín dùng cảm biến lực căng 16 (loadcell) Hình 1. 9. Mô hình điều khiển vòng kín dùng cảm biến vị trí và con 16 lăn nhảy Hình 1. 10. Mô hình điều khiển tập trung 22 Hình 1. 11. Mô hình điều khiển phân tán 23 Hình 1. 12. Mô hình điều khiển lực căng bù lượng đặt tốc độ 24 Hình 1. 13. Mô hình điều khiển tốc độ dài trục Master 24 Hình 1. 14. Mô hình điều khiển tốc độ dài ở một trục, các trục khác 25 điều khiển lực căng Hình 1. 15. Mô hình truyền động băng vật liệu nhiều động cơ 31
x Hình 2. 1. Mô hình truyền động băng vật liệu lô cuộn lại 33 Hình 2. 2. Mô hình tính diện tích băng vật liệu trên lô quấn 34 Hình 2. 3. Hệ truyền động lô cuộn lại 36 Hình 2. 4. Mô hình tính toán lực căng lô cuộn lại 38 Hình 2. 5. Mô hình tính lực căng theo định luật Coulomb 40 Hình 2. 6. Mô hình hệ truyền động lô tháo cuộn 44 Hình 2. 7. Mô hình hệ truyền động lô dẫn động 47 Hình 2. 8. Mô hình hệ truyền động lô đặt tốc độ dài 48 Hình 2. 9. Sơ đồ cấu trúc bộ quan sát HGO 50 Hình 3. 1. Cấu trúc bộ điều khiển PID 55 Hình 3. 2. Hệ truyền động băng vật liệu dùng bộ điều khiển PID 56 Hình 3. 3. Mô hình tổng quát các bộ điều khiển đề xuất 57 Hình 3. 4. Mặt phẳng pha trong hai trường hợp sử dụng bộ điều 61 khiển TSM (a) và FTSM (b) Hình 3. 5. Mô hình điều khiển lực căng lô dẫn động 70 Hình 3. 6. Sơ đồ cấu trúc mạng nơ ron nhận dạng hàm g F  x   1 74 Hình 3. 7. Sơ đồ cấu trúc mạng nơ ron nhận dạng hàm hF  x  1 74 Hình 3. 8. Mô hình BĐK lực căng sử dụng nhận dạng bằng mạng 77 nơ ron Hình 3. 9. Sơ đồ cấu trúc mạng nơ ron nhận dạng hàm g v  x   1 79 Hình 3. 10. Sơ đồ cấu trúc mạng nơ ron nhận dạng hàm hv  x  1 80
xi Hình 3. 11. Mô hình BĐK tốc độ dài lô tháo cuộn 81 Hình 4. 1. Mô hình mô phỏng hệ truyền động băng vật liệu 86 Hình 4. 2. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ với bộ điều khiển 88 PID Hình 4. 3. Đáp ứng lực căng dài của hệ với bộ điều khiển PID 88 Hình 4. 4. Vẽ tách đáp ứng lực căng của hệ với bộ điều khiển PID 89 Hình 4. 5. Đáp ứng tốc độ dài của hệ với bộ điều khiển PID 89 Hình 4. 6. Đáp ứng tốc độ góc của hệ với bộ điều khiển PID 89 Hình 4. 7. Đáp ứng tốc độ góc của hệ với bộ điều khiển PID khi 90 R0u = 0,16 m Hình 4. 8. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ với bộ điều khiển 90 PID khi có thành phần bất định tác động Hình 4. 9. Đáp ứng lực căng của hệ với bộ điều khiển PID khi có 91 thành phần bất định tác động Hình 4. 10. Đáp ứng tốc độ dài của hệ với bộ điều khiển PID khi có 91 thành phần bất định tác động Hình 4. 11. Đáp ứng tốc độ góc của hệ với bộ điều khiển PID khi có 92 thành phần bất định tác động Hình 4. 12. Quá trình luyện mạng 92 Hình 4. 13. Cấu trúc lớp ẩn có 10 nơ ron 93 Hình 4. 14. Kết quả luyện mạng sau 1000 lần 93 Hình 4. 15. Kết quả luyện mạng sau 2000 lần 94
xii Hình 4. 16 Giá trị ước lượng lực căng của bộ quan sát HGO khi 95 không có nhiễu Hình 4. 17. Giá trị ước lượng lực căng của bộ quan sát HGO khi có 95 nhiễu Hình 4. 18. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ 96 Hình 4. 19. Lực căng của băng vật liệu 97 Hình 4. 20. Vẽ tách đáp ứng lực căng của băng vật liệu 97 Hình 4. 21. Đáp ứng tốc độ dài của băng vật liệu 97 Hình 4. 22. Đáp ứng tốc độ góc của hệ 98 Hình 4.23. Tốc độ góc khi bán kính ban đầu của lô tháo cuộn R0u = 98 0,16 m Hình 4.24. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ khi có nhiễu tác 100 động Hình 4.25. Đáp ứng lực căng hệ khi có nhiễu tác động 100 Hình 4.26. Đáp ứng tốc độ dài của hệ khi có nhiễu tác động 100 Hình 4.27. Đáp ứng tốc độ góc của hệ khi có nhiễu tác động 101 Hình 4.28. Kết nối mô phỏng hệ thống theo thời gian thực 103 Hình 4.29. Hình ảnh card DS1104 104 Hình 4.30. Hình ảnh bộ kết nối CP1104 104 Hình 4.31. Thiết bị mô phỏng theo thời gian thực tại phòng thí 105 nghiệm
xiii Hình 4.32. Đồ thị đáp ứng của lô tháo cuốn và lô dẫn theo thời gian 105 thực Hình 4.33. Đồ thị đáp ứng của lô cuộn lại theo thời gian thực 106
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Hệ truyền động (HTĐ) nhiều động cơ điện, vận chuyển băng vật liệu có vai trò đặc biệt quan trọng trong rất nhiều tổ hợp thiết bị kĩ thuật thuộc các lĩnh vực công nghiệp và quốc phòng. Đặc biệt như: Các hệ quấn nhả trong các nhà máy quốc phòng sản xuất giấy, màng mỏng phục vụ bao gói, bảo quản vũ khí; hệ cán kéo sản xuất tôn thép, pin năng lượng mặt trời, cáp điện, cáp viễn thông quân đội. Thời gian gần đây, với sự ra đời và phát triển của nhiều ngành kĩ thuật mới như kĩ thuật điện tử công suất, kĩ thuật vi điều khiển, đã làm cho chất lượng của các HTĐ này có những tiến bộ vượt bậc. Tuy nhiên, với những đòi hỏi ngày càng cao của ngành công nghiệp và nền quốc phòng hiện đại, thì rất cần tiếp tục nghiên cứu các phương pháp điều khiển mới nhằm nâng cao năng suất, chất lượng, giảm giá thành sản phẩm. HTĐ truyền động băng vật liệu đàn hồi nhiều động cơ là các hệ động lực học phi tuyến, chứa các liên hệ chéo, tham số mô hình biến đổi, chịu tác động của các yếu tố bất định như mômen, ma sát, đàn hồi; làm cho mô hình của đối tượng điều khiển trở nên phi tuyến; vì thế hệ truyền động này đòi hỏi các phương pháp điều khiển phải có tính bền vững cao. Với những yêu cầu ngày càng cao về chất lượng của những dây chuyền vận chuyển băng vật liệu hiện đại, việc phát triển các bộ điều khiển đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước tập trung nghiên cứu. Các thuật toán điều khiển hệ truyền động này liên tục được nghiên cứu phát triển từ đơn giản như BĐK PD, PID [8, 9, 10] đến phức tạp như logic mờ [9, 10, 11, 12, 13, 14, 15], mạng nơ ron [16, 17, 18, 19], điều khiển tối ưu [20], và điều khiển bền vững [21, 22], điều khiển phản hồi đầu ra dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov [23, 24]. Từ những lý do trên cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu phát triển các thuật toán điều khiển cho hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ nhằm
2 nâng cao hơn nữa chất lượng của dây chuyền sản xuất, giảm thấp nhất sự ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu loạn, bất định tác động lên hệ thống. Chính vì vậy đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển FTSM thích nghi và bộ quan sát HGO tổng hợp hệ điều khiển truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ” có tính cấp thiết và mang tính thời sự. 2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án Hệ truyền động vận chuyển băng vật liệu là hệ đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều dây chuyền công nghiệp, góp phần to lớn vào phát triển kinh tế của nước ta, vì vậy việc nghiên cứu của luận án mang lại nhiều ý nghĩa cả khoa học và thực tiễn. Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất sử dụng bộ quan sát high-gain (HGO) để quan sát lực căng của băng vật liệu mà không cần cảm biến, ứng dụng mạng nơron RBF để nhận dạng tham số bất định của mô hình, phát triển bộ điều khiển trượt FTSM thích nghi điều khiển lực căng, đảm bảo tính ổn định và bền vững với nhiễu. Ý nghĩa thực tiễn : Thuật toán điều khiển mà luận án đề xuất khi áp dụng vào thực tế có thể giảm chi phí xây dựng hệ thống do giảm lượng cảm biến lực căng, cảm biến đo sự thay đổi thông số mô hình. 3. Mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án Mục tiêu: Nghiên cứu phương pháp ước lượng lực căng; nhận dạng mô hình và phương pháp điều khiển cho hệ truyền động nhiều động cơ vận chuyển băng vật liệu có tham số biến đổi, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển; giảm giá thành sản phẩm.
3 Nhiệm vụ: - Xây dựng mô hình động học của hệ truyền động nhiều động cơ truyền động băng vật liệu đàn hồi có tính đến sự thay đổi của mô men quán tính và bán kính của lô cuộn lại và lô tháo cuộn - Xây dựng bộ quan sát lực căng. - Nhận dạng hệ thống với mô hình có tham số biến đổi. - Xây dựng BĐK FTSM thích nghi cho hệ truyền động. - Chứng minh tính ổn định và hội tụ cho thuật toán điều khiển đã đề xuất trên cơ sở lý thuyết ổn định Lyapunov, nguyên lý tách. - Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink để kiểm chứng các thuật toán đã đề xuất. Đối tượng nghiên cứu: Là hệ truyền động vận chuyển băng vật liệu nhiều động cơ. Phạm vi nghiên cứu: - Luận án nghiên cứu về ước lượng lực căng, điều khiển lực căng và tốc độ dài của hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ. - Hệ di chuyển theo một chiều, không có hiện tượng trượt băng trên lô. - Biến dạng vật liệu tuân theo định luật Hooke. - Cơ cấu chấp hành được coi là lý tưởng. Phương pháp nghiên cứu: - Tổng kết các công trình nghiên cứu trước, xây dựng mô hình đối tượng, đề xuất bộ điều khiển và bộ quan sát phù hợp cho đối tượng nghiên cứu. - Chứng minh tính ổn định và hội tụ của phương pháp điều khiển. Dùng
4 mô phỏng trên máy tính để kiểm chứng, đánh giá chất lượng của thuật toán điều khiển đã đề xuất. 4. Nội dung và bố cục của luận án Luận án bao gồm: phần mở đầu, bốn chương chính, mỗi chương giải quyết một nội dung khoa học cụ thể; kết luận chung; phụ lục và tài liệu tham khảo. Ngoài phần mở đầu, nội dung chính của các chương như sau: Chương I – Tổng quan hệ truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ và các vấn đề điều khiển Trong chương 1 luận án trình bày tổng quan về hệ truyền động băng vật liệu, trên cơ sở phân tích đặc điểm, yêu cầu về công nghệ và chất lượng điều khiển của hệ truyền động; các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ truyền động. Phân tích kết quả nghiên cứu của các công trình đã được công bố trong và ngoài nước, chỉ ra ưu nhược điểm của từng phương pháp. Từ đó đề xuất phương pháp điều khiển mới phù hợp với yêu cầu điều khiển của hệ thống. Chương II – Mô hình toán học và bộ quan sát lực căng cho hệ truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ Chương 2 luận án đã xây dựng mô hình toán học tổng quát cho hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ. Trên cơ sở mô hình toán học, bài toán điều khiển đã đặt ra ở chương 1, luận án đã tổng hợp bộ quan sát lực căng nhằm thay thế cảm biến lực căng cho hệ thống. Bộ quan sát lực căng HGO phù hợp cho hệ thống động lực học có bất định. Hơn nữa, bộ quan sát HGO có thể được kết hợp với khâu phản hồi trạng thái để có được bộ phản hồi đầu ra thỏa mãn nguyên lý tách tức là vẫn đảm bảo chất lượng hệ thống khi tín hiệu lấy về là giá trị ước lượng. Kết quả nghiên cứu của chương này được tác giả công bố trên các tạp chí
5 và hội nghị khoa học tại các công trình số 1, 2, 3, 4. Chương III – Xây dựng bộ điều khiển FTSM thích nghi kết hợp bộ quan sát HGO cho hệ truyền động điện băng vật liệu Để nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ truyền động vận chuyển băng vật liệu, trong chương 3 luận án đã đi xây dựng BĐK FTSM kết hợp bộ quan sát HGO cho hệ truyền động lô dẫn; với hệ truyền động lô tháo cuộn và lô cuộn lại có mô men quán tính và bán kính lô thay đổi, luận án đã xây dựng bộ điều khiển FTSM kết hợp nhận dạng mô hình hệ bằng mạng nơ ron. BĐK này đã đảm bảo hệ thống hội tụ với thời gian hữu hạn, ổn định toàn cục, giảm sai lệch trong chế độ xác lập, đáp ứng động học nhanh, nâng cao chất lượng của hệ. Ngoài ra nội dung chương còn chứng minh tính ổn định của BĐK trên cơ sở lý thuyết ổn định Lyapunov, nguyên lý tách. Kết quả nghiên cứu của chương III được tác giả công bố trên các công trình số: 3, 4, 5. Chương IV – Mô phỏng và đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động điện băng vật liệu Trên cơ sở các thuật toán điều khiển đã tổng hợp ở chương II và chương III luận án tiến hành mô phỏng điều khiển hệ truyền động băng vật liệu trong các trường hợp sau: - Mô phỏng đánh giá chất lượng BĐK trượt FTSM kết hợp bộ quan sát lực căng cho hệ truyền động lô dẫn. - Mô phỏng đánh giá chất lượng BĐK trượt FTSM kết hợp nhận dạng hệ thống bằng mạng nơ ron cho hệ truyền động lô tháo cuộn và lô cuộn lại. Từ đó đánh giá những ưu điểm, nhược điểm của phương pháp điều khiển và rút ra những kết luận định hướng ứng dụng.