Luận văn: NGHI ÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG TRONG HỆ TUỲ ĐỘNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

***

-----------o0o-----------

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:

NGHI ÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG TRONG HỆ TUỲ ĐỘNG

Học viên: Trần Thị Nam Lớp: CHK9 Chuyên ngành: Tự động hoá Người HD khoa học: TS.Nguyễn Thanh Hà Ngày giao đề tài: 01/05/2008 Ngày hoàn thành: 20/02/2009

KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

HỌC VIÊN

TS. Nguyễn Văn Hùng

TS.Nguyễn Thanh Hà

Trần Thị Nam

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 1 -

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU

I.1.Khái niệm

Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết bị điện

từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ. Khi đặt một dây dẫn vào trong từ trường

và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dây dẫn

làm dây dẫn chuyển động. Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng.

 Ưu điểm của động cơ một chiều:

- Động cơ điện một chiều có thể dùng làm động cơ hay máy phát trong các điều

kiện làm việc khác nhau.

- Động cơ điện một chiều có ưu điểm lớn nhất là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá

tải vì vậy được ứng dụng trong những nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều

chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…

- Động cơ điện một chiều có cấu tạo không quá phức tạp và khó khăn cho việc chế

tạo và sửa chữa.Động cơ điện một chiều có dải điều chỉnh rộng và cấu trúc mạch

lực, mạch điều khiển đơn giản.

- Hiệu suất làm việc của động cơ điện một chiều tương đối cao. Với động cơ công

suất nhỏ khoảng 75% -85%, động cơ công suất trung bình và lớn khoảng 85% -

94%.

I. 2.Sơ đồ khối tổng quát của hệ truyền động điện

B§

(-)

Năng lượng

§ L

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 1-1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ truyền động điện

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 2 -

Trong đó:

Msx: máy sản xuất

M: động cơ truyền động

BĐ: bộ biến đổi

R: Các bộ điều chỉnh

ĐL: Thiết bị đo lường

Động cơ thường được dùng là động cơ điện một chiều, động cơ không đồng

bộ xoay chiều, động cơ bước. Các động cơ điện được cấp nguồn điện từ bộ biến đổi.

Các bộ biến đổi thường được dùng là các bộ chỉnh lưu có điều khiển tiristor, các bộ

biến tần tranzitor….Các bộ điều khiển ở đây có hai chức năng:

Thứ nhất là biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác, thứ hai là mang thông

tin để điều khiển các thông số đầu ra bộ biến đổi.

*Hệ truyền động điện một chiều thường được phân loại:

+ Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện điều chỉnh duy trì lượng đặt trước

không đổi.Ví dụ: Duy trì tốc độ không đổi, duy trì mômen không đổi.

+ Hệ điều chỉnh tự động truyền động tùy động( hệ bám) là hệ điều chỉnh vị

trí, trong đó cần điều khiển tự động theo lượng đặt trước biến thiên tùy ý, chúng ta

thường gặp ở truyền động quay ăng ten, quay rada, các cơ cấu ăn dao máy cắt gọt

kim loại…

+ Hệ điều chỉnh tự động truyền động theo chương trình, thực chất là hệ điều

khiển vị trí nhưng đại lượng điều khiển phải tuân theo một chương trình định trước,

thông thường đại lượng điều khiển ở đây là các quỹ đạo chuyển động trong không

gian phức tạp nên cấu trúc của nó thường gồm nhiều trục, chương trình điều khiển

được ghi lại bằ ng bìa, băng, đĩa từ… thường gặp các hệ điều khiển theo chương

trình trong trung tâm gia công cắt gọt kim loại, hoạt động của robot trong sản xuất.

I.3.Một số phương pháp đánh giá độ ổn định và chất lượng của hệ thống

I.3.1.Các thông số đánh giá độ ổn định

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

a.Tiêu chuẩn đại số

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 3 -

 Tiêu chuẩn Routh : Giả sử hệ thống có phương trình đặc tính hệ kín như

sau: ao.pn +a1.pn-1 +a2.pn-2 +…..+an-1.p +a = 0

Tiêu chuẩn Routh phát biể u: Điều kiện cần và đủ để hệ thống tự động điện

ổn định theo tiêu chuẩn Routh là:

- ∀ai phải dương

 Tiêu chuẩn Huwithz: Cũng với giả thiết như trên hệ thống có phương trình

- Các số hạng trong cột thứ nhất của bảng Routh cũng phải dương.

đặc tính kín như sau: a0pn + a1pn-1 + a2pn-2 + …+ an-1p + an = 0

Tiêu chuẩn Huwithz phát biểu như sau:

Điều kiện cần và đủ để hệ thống điều khiển tự động ổn định là:

- ∀ai phải dương

- Các định thức Huwithz phải dương

b.Tiêu chuẩn ổn định theo đặc tính tần số

Một trong các tiêu chuẩn thường dùng là tiêu chuẩn ổn định Nyquit đối với

đặc tính tần Logarit.

Tiêu chuẩn ổn định Nyquit đối với đặc tính tần Logarit được phát biểu như sau:

Điều kiện cần và đủ để hệ thống tự động điều khiển kín ổn định khi hệ hở ổn

định là số chuyển đổi dương bằng số chuyển đổi âm của đường đặc tính Ψ(ω) với

đường thẳng (-π) trong khoảng L(ω) dương. Theo hình vẽ (1-2) thì hệ thống đạt tiêu

chuẩn ổn định.

I.3.2 Các chỉ tiêu chất lượng

a. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng thông qua đặc tính quá độ

Áp dụng cho phương pháp tổng hợp theo modul tối ưu:

ct n tqđ ε%

yêu cầu ≤ 3 ≤ 4,3 < 8,4Tδ

Áp dụng cho phương pháp tổng hợp theo modul đối xứng:

ct n tqđ ε%

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

yêu cầu ≤ 3 ≤ 43,4 < 16,5Tδ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 4 -

b. Các tiêu chuẩn tích phân

+ Tiêu chuẩn tích phân bình phương (ISE) theo tiêu chuẩn này đánh giá nặng

∞

( ) 2 te

∫

sai lệch lớn và đánh giá nhẹ sai lệch nhỏ và tiêu chuẩn đánh giá bởi tích phân sau:

+ Tiêu chuẩn ITAE: Theo tiêu chuẩn này đánh giá nhẹ sai lệch ban đầu,

nhưng đánh giá rất nặng sai lệch trong quá trình quá độ và được đánh giá theo tích

∞

( ) tet .

∫

phân sau:

∞

( ) 2. tet

∫

+ Ngoài ra còn hay dùng tiêu chuẩn kết hợp ITSE như sau:

Trong đó: e(t) là hàm sai lệch

Các tiêu chuẩn ổn định đại số và các chỉ tiêu chất lượng được đánh giá qua

đặc tính quá độ hay dùng nhất vì nó dễ áp dụng và có tính tường minh, trực quan ,

thuyết phục.

I.4. Mô hình toán học của động cơ một chiều

Động cơ điện một chiều có nhiều loại, nhưng động cơ điện một chiều kích

từ độc lập hay được sử dụng nhiều vì nó có nhiều ưu điểm, sơ đồ thay thế động cơ

U kt

+ I kt

M C

C F

φ kt

§ C

M ® t

U -

một chiều kích từ độc lập như sau: U +

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 1-2. Hệ thống truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 5 -

ĐC: Động cơ một chiều

Uư: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Iư: Dòng điện phần ứng

Ikt: Dòng điện kích từ

φkt: Từ thông kích từ

CF: Cuộn dây cực từ phụ

CB: Cuộn dây bù

MĐT: Mô men điện từ

MC : Mô men cản

ω : Tốc độ góc của động cơ

I.4.1 Mô hình toán học ở chế độ xác lập của động cơ một chiều kích từ độc lập

+ Phương trình cân bằng điện áp phần ứng:

Uư = E + Iư.Rư

+ Phương trình sức điện động động cơ:

E = K.φ.ω

+ Phương trình mô men điện từ:

Mđt = K.φ.ω.Iư

u −

RI . u u φ .

+ Phương trình đặc tính cơ:

I.4.2 Mô hình toán học ở chế độ quá độ động cơ một chiều kích từ độc lập

Hệ phương trình được viết cho động cơ như sau:

+ Với mạch kích từ:

UKT(p) = RKT.IKT (p) + NKT.p. φKT (p) + p.LKT.IKT (p)

+ Đối với mạch phần ứng:

Uư(p) = Rư.Iư (p) + p.Lư.Iư (p)+ p.NKT.φKT (p) + E(p)

Trong biểu thức trên dấu (-) khi khử từ, dấu (+) khi tham gia từ hóa.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Phương trình cân bằng mô men:

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 6 -

dω dt

MĐT = NC +J.

MĐT : Mô men điện từ của động cơ

MC : Mô men cản của phụ tải

J: Mô men quán tính của hệ đã quy đổi về trục động cơ

+ Phương trình sức từ động tổng:

F = IKT.NKT + Fư(Iư)

Fư(Iư) : Sức từ động phản ứng phần ứng

+ Sức điện động cơ được tính như sau:

E = Cφω

Mô men điện từ được tính như sau:

MĐT = CφI

C: Hằng số phụ thuộc vào cấu tạo của động cơ

φ: Từ thông máy điện một chiều

ω: Vận tốc góc(rad/s)

Từ các phương trình trên có thể xây dựng sơ đồ cấu trúc tổng quát của động cơ một

- M C

(-)

U u (p)

I u

M Đ T

1/R u 1 + T u p

1 Jp

n (p)

N M N K

N KT φ

U KT

1 P.N KT

(1)

P KT N KT

chiều kích từ độc lập:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 1-3. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của động cơ một chiều kích từ độc lập

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 7 -

Khối (1) biểu diễn cho phản ứng phần ứng, từ đó thấy tính phi tuyến của sơ

đồ là rất cao. Như vậy có thể tuyến tính hóa lân cận điểm làm việc và các phương

trình tuyến tính hóa được viết như sau:

+ Mạch phần ứng:

U0 + ∆U(p) = Rư [.I0+∆I(p) ] +pL[I0 + ∆I(p)] + K[φ0 + ∆φ(p)][ωB +∆ω(p)]

+ Mạch kích từ:

Uk0 + ∆Uk(p) = Rk.[Ik0+∆Ik(p)] +pLk[Ik0 + ∆Ik(p)]

Một cách gần đúng ta có phương trình gia số:

∆U(p)- [k. ωB . ∆φ(p) +k.φ0. ∆ω(p)] = Rư. ∆I(p)(1+ Tư .p)

∆U(k) = Rk. ∆Ik(p)(1+ Tkp)

k.I. ∆φ(p) + k.φ0. ∆ω(p) - ∆MC = Jp.∆ω(p)

M C

(-)

K φ o

1 π

1/R ư 1 + T ư p

U K

K φ o

K Ι o

K ω o

K T

1/R kT 1 + T k p

Từ hệ phương trình trên ta xác định được sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa như sau:

Hình 1-4 Sơ đồ cấu trúc khi tuyến tính hóa

Khi động cơ có từ thông không đổi, các phương trình được viết như sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

kφ = const = Cu

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 8 -

U(p) = Rư.I(p)(1+ Tư p) + Cu.ω(p)

Cu.I(p) – MC(p) = J.p.ω(p)

Từ hệ phương trình trên có thể xây dựng được sơ đồ cấu trúc của hệ thống trong

C o

U(p)

1/R ư

ω (p)

C o

1 + T ư p

- U C

trường hợp từ thông không đổi như sau:

Hình 1-5 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi

Khi động cơ có điện áp không đổi, từ các hệ phương trình tổng quát được

thành lập ở trên và khi sử dụng sơ đồ tuyế n tính hóa lân cận điểm làm việc, thay

−

)

∆U(p) vào, tính toán tương tự ta có hàm truyền của động cơ như sau:

( 1

( + 1. )( . pTTpT

pT 3

W(p) =

k1, k2 là các hệ số, T1, T2, T3 là các hằng số thời gian.

I.5.Mô hình toán học của bộ biến đổi

Mô hình tổng quát của bộ biến đổi ba pha mắc theo sơ đồ cầu:

T 1,3,5

T 2,4,6

L C

§ C

Mạch chỉnh lưu cầu ba pha gồm các thành phần chủ yếu:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 1-6 Mạch động lực bộ biến đổi

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 9 -

Sơ đồ mạch điện gồm 6 tiristor công suất. Các điện áp U 2 xoay chiều cung cấp cho

bộ chỉnh lưu.Các tiristor T1,2,3 và T2,4,6 có nhiệm vụ điều chỉnh dòng điện để cung

cấp nguồn điện một chiều cho tải.Chiều điện áp như hình vẽ. Các tiristor thay nhau

dẫn dòng nhưng lệch pha nhau một góc =120 0 .

−

Các biểu thức tính toán được viết như sau:

id(t ) = Với id(t ) là liên tục: ( ) tU 2 R

cos

ωω t td

Điện áp trung bình chỉnh lưu:

∫

6 π2

π −

}. Ud0 = {

63 π

Ud0 = { } = 2,34 U2 cosα với tải thuần trở

.6 U = 2,45U2

Ungmax =

Phương trình cân bằng điện áp của bộ biến đổi:

γ1.Ud0cosαmin = γ2.Eưdm+ Σ (∆Uv) + Iưmax.Rư Σ + ∆U µ max

Với :

Ud0 : Điện áp không tải của chỉnh lưu

γ1 : hệ số tính đến sự giảm của điện áp lưới

γ2 : hệ số tính đến dự trữ của máy biến áp

Σ (∆Uv): Tổng sụt áp trên các van

αmin: góc điều khiển cực tiểu

Rư Σ : Điện trở tổng cộng của phần ứng

Rư Σ = Rư + Rba ≈ 2 Rư

Iưmax : Dòng điện phần ứng cực đại

∆U µ max: Sụt áp cực đại do hiện tượng trùng dẫn

Eưdm: Sức điện động định mức của động cơ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Eưdm = Uđm - Iưdm,Rư

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 10 -

0Ud 34,2

U2 =

Tỷ số máy biến áp: kba =

Tính chọn tiristor theo điều kiện phát nóng:

.6 U 2

Ungmax =

với hệ số dự trữ chọn là 1,5 Itb =

U dk (p)

U(p)

K cl

(T đ k p + 1)(T V o + 1 )

I.6.Hàm truyền của bộ biến đổi:

Hình 1-7 Sơ đồ tổng quát của bộ biến đổi

Tv0: kể tới sự không đồng thời của tín hiệu điều khiển với góc mở của tiristor

Tđk: Hằng số thời gian của mạch chỉnh lưu.

kcl :hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu

*) Kết luận: Động cơ một chiều với những ưu điểm như điều chỉnh tốc độ dễ

dàng và khả năng quá tải lớn nên được ứng dụng nhiều trong những ngành công

nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ. Cùng với những ưu điểm khác về cấu

tạo, dải điều chỉnh, cấu trúc mạch lực và ứng dụng của các phương pháp điều khiển

thông minh, hệ truyền động điện một chiều ngày càng được ứng dụng nhiều trong

thực tế đem lại những hiệu quả cao trong sản xuất và góp phần giảm nhẹ sức lao

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

động.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 11 -

CHƯƠNG 2

GiíI THIÖU C¸C Bé §IÒU KHIÓN

II.1.Giới thiệu bộ điều khiển kinh điển PID

II.1.1.Các luật điều khiển

a.Luật điều khiển tỷ lệ (P)

Tín hiệu điều khiển trong luật tỉ lệ xác định theo biểu thức:

U(t) = kp.e(t)

kp : Hệ số tỉ lệ, hay còn gọi là hệ số khuếch đại

Luật điều khiển tỉ lệ theo tiêu chuẩn của khâu khuếch đại: Tín hiệu ra luôn trùng

pha và tỉ lệ với tín hiệu vào. Đi ều khiển tỉ lệ có ưu điểm là tác động nhanh và làm

việc tốt với một số đối tượng công nghiệp. Quy luật này khi làm việc với các đối

tượng tĩnh thì hệ thống điều khiển luôn tồn tại sai lệch tĩnh. Để giảm sai lệch tĩnh

phải tăng kp , nhưng khi đó dẫn tới hệ thốn g sẽ mất ổn định do dao động của hệ

thống tăng và độ quá điều chỉnh lớn.

b.Luật điều khiển tích phân(I)

( ) te

+ Udt

Tín hiệu điều khiển được xác định theo biểu thức:

∫

1 Ti

U(t) =

Ti : Hằng số thời gian tích phân

U0 : Giá trị đầu ra của bộ biến đổi tại đầu thời điểm làm việc

Trong quy luật tích phân giá trị điều khiển U(t) chỉ đạt giá trị xác lập(quá

trình điều khiển đã kết thúc)khi e(t) = 0, hay cũng có thể nói tín hiệu ra được xác

định bằng tích phân tín hiệu vào. Quy luật này có ưu điểm triệt tiêu được sai lệch

tĩnh, nhưng tín hiệu ra luôn chậm pha so với tín hiệu vào do đó hệ thống luôn tác

động chậm. Đây là nhược điểm của quy luật này, vì vậy không sử dụng quy luật này

một mình mà phải phối hợp với các quy luật khác để việc điều khiển đối tượng đạt

kết quả .

c.Luật điều khiển vi phân(D)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tín hiệu điều khiển được xác định:

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 12 -

( ) tde dt

U(t) = Td.

Td : Hằng số thời gian vi phân

Tín hiệu ra được xác định bằng vi phân của tín hiệu ra. Ưu điểm của quy luật

là độ tác động nhanh, rút ngắn thời gian quá độ nhưng có nhược điểm là: lượng quá

điều chỉnh thường vượt quá trị số cho phép và phản ứng với các nhiễu cao tần. Luật

điều khiển vi phân cũng không được sử dụng một mình và phải phối hợp với các

quy luật điều khiển khác.

e.Luật điều khiển tỉ lệ- tích phân (PI)

Kết hợp luật điều khiển tỉ lệ (P) với luật điều khiển tích phân (I) để hình

thành luật điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI).

te )(

Tín hiệu điều khiển được xác định:

+ 0 Udt

∫

1 Ti

U(t) = kp[ e(t) +

Luật này vừa tác động nhanh(nhanh hơn quy luật tích phân nhưng chậm hơn

quy luật tỉ lệ) vừa triệt tiêu sai lệch tĩnh. Do có những ưu điểm trên nên luật điều

khiển PI được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, đáp ứng được yêu cầu chất lượng

của hầu hết quá trình công nghệ. Tuy nhiên do ảnh hưởng củ a thành phần tích phân

nên tốc độ tác động của quy luật PI bị chậm, do đó nếu đối tượng có nhiễu liên tục

mà đòi hỏi độ chính xác điều chỉnh cao thì quy luật PI không đáp ứng được.

f.Luật điều khiển tỉ lệ - vi phân (PD)

Kết hợp luật điều khiển tỉ lệ với luật điều khiển vi phân để hình thành luật

điều khiển tỉ lệ - vi phân (PD):

Tín hiệu điều khiển được xác định theo biểu thức:

tde )( dt

] U(t)= kp [e(t) + Td.

Nhờ có thêm thành phần vi phân làm cho tốc độ tăng nhanh(nhanh hơn quy

luật tỉ lệ). Tuy nhiên chính thành phần vi phân sẽ phản ứng với các nhiễu cao tần

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bậc nhỏ do vậy mà quy luật PD không làm giảm được sai lệch tĩnh. Vì vậy trong

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 13 -

công nghiệp quy luật này chỉ sử dụng ở những nơi đòi hỏi độ tác động nhanh như

điều khiển tay máy.

g.Luật điều khiển tỉ lệ- tích phân – vi phân (PID)

( ) te

Tín hiệu điều khiển được xác định theo công thức:

T d

∫

( ) tde dt

1 T i

U(t) = kp[e(t)+ ]+ U0

Đây là luật điều khiển đáp ứng được yêu cầu về chất lượng của hầu hết các

quá trình công nghệ. Có thể nói quy luật PID tương đối hoàn hảo, tuy nhiên việc

hiệu chỉnh tham số của nó khá phức tạp đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ nhất

định.

−

[ ke (

])1

Với bộ điều khiển PID số, tín hiệu điều khiển cũng được xác định theo biểu thức:

( ) +∑ ke

T T

T d T

= 1

} U(k) = kp{e(k) +

e(k), u(k) là những đại lượng rời rạc hoặc số

T: Thời gian lấy mẫu

II.1.2.Các bộ điều khiển

a. Bộ điều khiển P (Bộ điều khiển khuếch đại tỉ lệ)

Là dạng đơn giản nhất thuộc họ PID. Thuật toán khuếch đại tỉ lệ đưa ra tín

hiệu điều khiển u(t) tỉ lệ với giá trị tức thời của tín hiệu sai lệch điều khiển e(t): u(t)

= kp.e(t).

Khi xuất hiện tín hiệu sai lệch e(t), thông qua bộ điều khiển tín hiệu này

được khuếch đại lên kp lần. Mục đích của việc khuếch đại tín hiệu đầu vào của bộ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

điều khiển chính là tạo khả năng bù trừ sai lệch cho tín hiệu ra

fu(t)

e(t)

u(c)

y(t)

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 14 -

x(t) (+)

(-)

G(s)

R(s)=kp

- U C

z(t)

Bộ điều khiển p Đối tượng điều khiển

Thiết bị đo lường

Hình 2-1.Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động sử dụng bộ điều khiển P

Nguyên tắc làm việc: Khi tín hiệu sai lệch e(t) lớn, đáp ứng đầu ra y(t) sẽ rất

nhỏ so với tín hiệu đặt x(t). Để cho giá trị y(t) tiến gần giá trị xác lập x(t) bộ điều

khiển phải tạo ra khả năng bù trừ sai lệch bằng cách khuếch đại tín hiệu điều khiển

có giá trị lớn để duy trì sự ổn định của hệ thống hoặc ngược lại khi tín hiệu sai lệch

e(t) nhỏ, đại lượng đầu ra y(t) tiến gần giá trị xác lập thì sự tác động của điều khiển

lên đối tượng u(t) sẽ nhỏ bớt đi để đảm bảo sự ổn định của hệ thống.

Bộ điều khiển (P) có cấu trúc đơn giản song nó luôn tồn tại sai số ở chế độ

xác lập. Nếu cấu trúc hàm truyền hệ hở của hệ thống không chứa khâu tích phân thì

sai số xác lập sẽ làm 1 hằng số.

)( te ∞→

lim t

X k

e =

X0: Biên độ tín hiệu đầu vào

k: Hệ số khuếch đại của hàm truyền hệ hở khâu tích phân có mặt trong hệ

thống sẽ dẫn đến triệt tiêu sai lệch tĩnh

Từ công thức rút ra kết luận:

Khi hệ điều khiển có hệ số khuếch đại kp nhỏ dẫn tới k nhỏ lúc này sai lệch

tĩnh e(t) sẽ giảm, kích thích của hệ thống vẫn không dao động nhưng để đảm bảo sai

số nhỏ thì kp phải có giá trị lớn. Yêu cầu này mâu thuẫn với điều khiển để đạt được

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

chất lượng như mong muốn trong chế độ quá độ. Vì khi tăng hệ số khuếch đại k p

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 15 -

đến một giá trị xác định nào đó thì hệ thống bắt đầu dao động và làm cho nó mất ổn

định trước khi đạt được giá trị khuếch đại mong muốn.

b.Bộ điều khiển tích phân – tỉ lệ (PI)

Là dạng điều khiển sử dụng phổ biến trong họ PID. So với bộ điều khiển p,

bộ điều khiển PI mở rộng thêm thành phần tích phân (còn gọi là tác động tích phân)

với mục đích triệt tiêu sai lệch tĩnh, tác động tích phân đưa ra tín hiệu điều khiển tỉ

fu(t)

e(t)

u(t)

y(t)

lệ với tích lũy của sai lệch điều khiển quan sát được e(t).

x(t) (+)

(-)

G(s)

- U C

1 R(s)=kp(1 + ) Ti.S

z(t)

Đối tượng điều khiển Bộ điều khiển I

Thiết bị đo lường

Hình 2-2.Sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển PI

Hàm truyền của bộ điều khiển PI là:

ki s

( ) sU ( )sE

p . sT i

R(s) = = kp + = kp +

( ) sE s

U(s) = kp.E(s) + ki.

Trong thực tế việc chọn thông số điều chỉnh kp, Ti để phù hợp với đối tượng,

đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng của quá trình quá độ là vấn đề hết sức quan

π 2

trọng vì tín hiệu ra của bộ biến đổi chậm pha so với tín hiệu vào một góc( - ÷0)

chính là phụ thuộc vào tham số này. Về tốc độ tác động thì quy luật PI chậm hơn so

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

với qui luật tỉ lệ và nhanh hơn quy luật tích phân.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 16 -

Về tính chất của luật điều khiển tỉ lệ thì nó có đáp ứng tốt xong tồn tại sai số

tĩnh lớn khi tăng hệ số kp lên cao thì sai số giảm nhỏ, dao động trong quá trình quá

độ lại lớn dẫn đến chất lượng của quá trình quá độ xấu đi và khi kp quá lớn thì hệ

thống mất tác động.

Khi kp đạt giá trị tối ưu thì chất lượng đáp ứng của hệ thống chỉ phụ thuộc vào thời

gian tích phân. Khi Ti lớn có nghĩa là tín hiệu U(t) có giá trị nhỏ, ảnh hưởng của

khâu tích phân đến đáp ứng quá độ ít vì vậy mà bộ điều khiển PI hoạt động như bộ

điều khiển tỉ lệ. Tức là đáp ứng đầu ra ổn định nhưng sai số vẫn còn lớn so với yêu

cầu.

Khi Ti giảm nhỏ(Ti≤1) thì thành phần tích phân có tác động tích cực, đáp ứng

quá độ chưa có dao động nhưng sai số xác lập lúc này = 0. Khi giảm nhỏ Ti đến một

trị số nào đó thì quá trình quá độ không còn đơn điệu mà nó trở thành quá trình dao

động. Như vậy có thể thấy rằng thông số Ti ảnh hưởng lớn đến chất lượng của quá

trình quá độ. Việc lựa đặt Ti làm cho chất lượng quá trình quá độ tốt lên hoặc ngược

lại và có thể làm cho hệ thống mất ổn định.

Thiết bị PI được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Tuy nhiên do ảnh

hưởng của thành phần tích phân nên tốc độ tác động của bộ điều khiển bị chậm đi.

Nếu đối tượng có nhiễu tác động liên tục mà đòi hỏi độ chính xác cao thì ở bộ điều

khiển này không đáp ứng được.

c.Bộ điều khiển tỉ lệ- tích phân –vi phân (PID)

Các bộ điều khiển tỉ lệ -tích phân (PI) hoặc tỉ lệ - vi phân(PD) đã đáp ứng

được các yêu cầu về chất lượng trong quá trình điều khiển. Tuy nhiên chúng còn

tồn tại một số nhược điểm cơ bản, ví dụ như ở bộ điều khiển PD rất nhạy với tín

hiệu nhiễu vì bản thân PD là bộ lọc thông cao, với độ lọc lớn hơn sẽ làm tăng ảnh

hưởng của nhiễu. Với bộ điều khiển PI lại là nguyên nhân kéo dài thời gian tăng tốc

và thời gian xác lập. Để thỏa mãn yêu cầu về chất lượng người ta sử dụng tổ hợp

điều khiển tỉ lệ- tích phân – vi phân (PID). Bộ điều khiển PID kết hợp đư ợc những

điểm mạnh của các bộ điều khiển P,PI,PD, nhằm cải thiện quá trình quá độ, đồng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thời tăng độ chính xác cho hệ thống.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 17 -

Hàm truyền đạt của hệ điều khiển PID có dạng:

ki +kds s

( ) sU ( )sG

1 sTi

R(s) = = kp{ 1+ + Tds } = kp +

fu(t)

e(t)

u(t)

y(t)

Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID:

x(t) (+)

(-)

G(s)

R(s)=kp { 1 + + Td.S }

1 Ti.S

- U C

z(t)

Đối tượng điều khiển Điều khiển PID

Thiết bị đo lường

Hình 2-3. Sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển PID

Trong quá trình hoạt động của bộ điề u khiển PID, hiệu quả của điều khiển

tích phân là loại trừ sự truyền tín hiệu tăng theo tỉ lệ, đặc biệt sự truyền tăng theo tỉ

lệ nhiễu lớn bằng các hiệu chỉnh liên tục, hoặc lặp lại đầu ra thiết bị điều khiển. Tốc

độ mà tác động đó lặp lại nhân đôi hoặc lặp lại tác động tỉ lệ một lần nữa xác định

y(t)

bằng tốc độ lặp lại Ti.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 2-4.Đặc tính quá độ của bộ điều khiển PID

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 18 -

Đối với thành phần vi phân trong bộ điều khiển PID, thì tác động điều khiển

có khuynh hướng dự phòng trước các thay đổi trong tín hiệu sai số do đó làm giảm

khuynh hướng dao động. Tác động điều khiển là tác động tốc độ. Khoảng thời gian

Td gọi là tốc độ suất hoặc còn gọi là thời gian sớm lên tính bằng phút.Hệ số khuếch

đại kd là khoảng thời gian T d mà trong đó tác động vi phân làm cho tác động hình

thành bởi điều khiển tỉ lệ sớm hơn.

Trong thực tế bộ điều khiển PID có thể được hình thành từ việc mắc nối tiếp

hai bộ điều khiển PI và PD. Lúc này hàm truyền bộ điều khiển có dạng:

1 sTi

R(s) = kp(1+ ).(1+ Tds)

Cũng có thể sử dụng rộng rãi bộ điều khiển PID thực mà hàm truyền có dạng:

T d 1+sT i

1 sTi

+ ) R(s) = kp(1+

Bộ PID số có hàm truyền gián đoạn:

Z −

T d T

− Z

T T i

) R(Z) = kp .(1+

∆

−

( ke

) 1 T

Và phương trình sai phân có dạng:

( )∑ kTe

T d T

T T

} U(kT) = kp { e(kT) +

Để tăng cường khả năng chống nhiễu người ta có thể sử dụng bộ điều khiển PID có

bộ lọc, với hàm truyền:

1 sT i

sT d sT d N

) R(s) = kp .(1+

Với N là giá trị cho trước ( N = 500 ÷ 1000).

II.1.3.Chọn bộ điều khiển và đặt thông số cho bộ điều khiển

Các bước tính chọn thông số cho bộ điều khiển PID theo tiêu chuẩn:

1).Cho bộ điều khiển hoạt động ở chế độ P. Các tác động vi phân và tích phân đóng

kín hoàn toàn, nghĩa là đặt Ti = ∝ , Td = 0. Lúc này bộ điều khiển là bộ điều khiển tỉ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

lệ.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 19 -

2). Tăng hệ số khuếch đại kp đến một giá trị nào đó đáp ứng đầu ra xuất hiện có dao

động với biên độ không đổi(ở biên giới ổn định).

3).Đo chu kỳ dao động TOSC, lúc này đọc giá trị k p , đây là giá trị khuếch đại tới hạn

kpth.

4).Từ đó tùy thuộc vào việc sử dụng bộ điều khiển mà đặt thông số cho nó theo

bảng. Chú ý rằng sự hội tụ của tiêu chuẩn này chỉ đảm bảo với độ dự trữ ổn định

biên độ là 6dB[ ∆L(ω) = 6dB].

Trong trường hợp hệ số khuếch đại k0, thời gian trễ L, hằng số thời gian τ của đối

tượng đã biết trước thì việc chọn các thông số của bộ điều khiển có thể dựa vào

bảng sau để xác định theo phương pháp môdul tối ưu, với x = e1/e2 .100% là độ quá

điều chỉnh tính theo %.

Bảng2-1

Thông số Kp Ti Td

- 0.5 kpth Bộ điều khiển R(s) ≈ kp

1 sTi

0,45 kpth 0,85 TOSC ] R(s) = kp[1+

sT d

1 sT i

0,6 kpth 0,5 TOSC 0,12 TOSC ] R(s) = kp[ 1+

Ngoài ra việc chọn đặt các thông số PID còn có một số phương pháp như của

Chien, Hrones, Reswieka, cũng có thể chọn các thông số của bộ điều khiển theo tiêu

ek 0 τ + p

chuẩn modul tối ưu cho các đối tượng có hàm truyền G(s) =

Ti , k = k0.kp L

τ L

Td , l = L

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

T = , D =

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 20 -

Bảng2-2

Bộ điều khiển Thông số tối ưu

T +T 2

P K =

)( 121 2 +

− +

T 4 ( 64 T

+ 1 )1 +

T 30

( T 6 ( T 482

) 1 )5

PD K = D =

K l

1 ( + T 2

T 6 2 +

1 l

T 3 + T

T 6 3 + T 6

T 6 + T 6

3 + T 3

T 6 ( 484 T

+ 1 )5

PI K =

( ) 2 −+T 1

2 l

( 215 4 +

)( 61 3 +

T 6 2 +

1 l

180

T 240

T T 135

) 1 T 42

PID K =

+ +

1 +

T 60 4 T 180

T 60 240 T

T 27 135 T

+ T 7 2 + 42

D =

*Các kết luận:

- Khi hệ thống làm việc với bộ điều khiển có cấu trúc tỉ lệ thì hệ thống luôn tồn tại

sai số ở chế độ xác lập . Để giảm sai số ta tăng hệ số khuếch đại lên, nhưng nếu

(k0.kp ≥ kgh) thì đáp ứng của hệ thống bắt đầu dao động và hệ thống mất ổn định.

- Bộ điều khiển P: hầu hết không sử dụng trong thực tế vì bộ điều khiển này trừ

được sai lệch tĩnh nhưng lại ảnh hưởng tới quá trình quá độ và dễ gây mất ổn định

hệ thống.

- Bộ điều khiển PI: Có ưu điểm tác động nhanh, triệt tiêu được sai lệch nhưng nếu

đối tượng có nhiễu tác động liên tục mà đòi hỏi chính xác cao thì bộ điều khiển PI

không đáp ứng được.

- Bộ điều khiển PD: Chỉ sử dụng ở những nơi đòi hỏi tốc độ tác động nhanh.

- Bộ điều khiển PID: Đây là bộ điều khiển hoàn hảo nhất(độ tác động nhanh hơn cả

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bộ điều khiển tỉ lệ), đáp ứng được yêu cầu về chất lượng của hầu hết các quy trình

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 21 -

công nghệ. Nhưng việc hiệu chỉnh tham số của nó rất khó khăn, phức tạp đòi hỏi

người sử dụng phải có trình độ nhất định vì vậy bộ điều khiển này chỉ được sử dụng

ở những nơi cần thiết khi bộ điều khiển PI không đáp ứng được yêu cầu về chất

lượng điều chỉnh.

II.2. Bộ điều khiển mờ

II.2.1Cấu trúc của bộ điều khiển mờ

a.Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ

Hoạt động của một bộ điều khiển mờ phụ thuộc vào khả năng và phương

pháp rút ra kết luận theo tư duy của con người sau đó được cài đặt vào máy tính trên

cơ sở logic mờ.

Một bộ điều khiển mờ bao gồm ba khối cơ bản: Khối mờ hóa, thiết bị hợp thành, và

Mã hoá

Giải mờ

Giao diện vào

Giao diện ra

Thiết bị hợp thành

khối giải mờ. Ngoài ra còn có khối giao diện vào và giao diện ra.

Hình 2-5 Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ

+ Khối mờ hóa : Có chức năng chuyển mỗi giá trị rõ của biến ngôn ngữ đầu vào

thành vecto µ có số phần tử bằng số tập mờ đầu vào.

+ Thiết bị hợp thành : bản chất của nó là sự triển khai luật hợp thành R được xây

dựng trên cơ sở luật điều khiển.

+ Khối giải mờ: Có nhiệm vụ chuyển tập mờ đầu ra thành giá trị rõ y0(ứng với mỗi

giá trị rõ x0 để điều khiển đối tượng)

+ Giao diện đầu ra: Thực hiện chuyển đổi tín hiệu ra( từ số sang tương tự) để đ iểu

khiển đối tượng.

Nguyên tắc tổng hợp một bộ điều khiển mờ hoàn toàn dựa vào những phương pháp

toán học trên cơ sở định nghĩa các biến ngôn ngữ vào/ra và sự lựa chọn những luật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

điều khiển. Do các bộ điều khiển mờ có khả năng xử lý các giá trị vào/ra biểu diễn

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 22 -

dưới dạng dấu phẩy động với độ chính xác cao nên chúng hoàn toàn đáp ứng được

các yêu cầu của một bài toán điều khiển “rõ ràng” và “chính xác”.

b.Phân loại bộ điều khiển mờ

Bộ điều khiển mờ được phân loại theo những quan điểm khác nhau:

Theo số lượng đầu vào và đầu ra ta phân ra các bộ điều khiển mờ:

+ một vào – một ra (SISO)

+ Nhiều vào – một ra (MISO)

+ Nhiều vào - nhiều ra (MIMO)

Bộ điều khiển mờ MIMO rất khó cài đặt thiết bị hợp thành. Mặt khác một bộ

điều khiển n đầu ra dễ dàng cài đặt thành m bộ điều khiển mờ chỉ có một đầu ra vì

vậy bộ điều khiển mờ MIMO chỉ có ý nghĩa lý thuyết,thực tế không dùng.

Theo bản chất của tín hiệu đưa vào bộ điều khiển ta phân ra bộ điều khiển

mờ tĩnh và bộ điều khiển mờ động. Bộ điều khiển mờ tĩnh chỉ có khả năng xử lý các

tín hiệu hiện thời, bộ điều khiển mờ động có sự tham gia của các giá trị đạo hàm

hay tích phân của tín hiệu, chúng được ứng dụng cho các bài toán điều khiển động.

Bộ điều khiển mờ tĩnh chỉ có khả năng xử lý các tín hiệu hiện thời.Để mở

rộng miền ứng dụng của chúng vào các bài toán điều khiển động, các khâu động

học cần thiết sẽ được nối thêm vào bộ điều khiển mờ tĩnh nhằm cung cấp cho bộ

điều khiển các giá trị đạo hàm hay tích phân của tín hiệu . Cùng với những khâu

động học bổ sung này, bộ điều khiển tĩnh sẽ trở thành bộ điều khiển mờ động.

II.2.2.Các bước tổng hợp một bộ điều khiển mờ

Vào

Cấu trúc tổng quát của một hệ điều khiển mờ được chỉ ra trên hình vẽ:

Khối mờ hóa Khối giải mờ Khối hợp thành

Khối luật mờ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 2-6 Cấu trúc tổng quát của một hệ mờ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 23 -

Với một miền compact X ∈ Rn ( n là số đầu vào) các giá trị vật lý của biến ngôn

ngữ đầu vào và một đường phi tuyến g(x) tùy ý nhưng liên tục cùng các đạo hàm

−

( ) xy

( )xg

của nó trên X thì bao giờ cũng tồn tại một bộ điều khiển mờ cơ bản có quan hệ:

Sup

Xx∈

< ε với ε là một số thực dương bất kỳ cho trước.

Điều đó cho thấy kỹ thuật điều khiển mờ có thể giải quyết được một bài toán tổng

hợp điều khiển (tĩnh) phi tuyến bất kỳ.

Để tổng hợp các bộ điều khiển mờ và cho nó hoạt động một cách hoàn thiện ta cần

thực hiện thông qua các bước sau:

1) Khảo sát đối tượng, từ đó định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào, ra và miền

xác định của chúng. Trong bước này cần chú ý một số đặc điểm cơ bản của đối

tượng như: Đối tượng biến đổi nhanh hay chậm? Có trễ hay không? Tính phi tuyến

nhiều hay ít…Đây là những thôn g tin rất quan trọng để quyết định miền xác định

của biến ngôn ngữ đầu vào, nhất là các biến động học ( gia tốc, vận tốc…) đối với

tín hiệu biến thiên nhanh cần chọn miền xác định của vận tốc và gia tốc và ngược

lại.

2) Mờ hóa các biến ngôn ngữ vào/ra: Trong bước này cần xác định số lượng tập mờ

và hình dạng các hàm liên thuộc cho mỗi biến ngôn ngữ. Số lượng các tập mờ cho

mỗi biến ngôn ngữ được chọn tùy ý. Tuy nhiên nếu chọn ít quá thì việc điều chỉnh

không mịn, chọn nhiều quá thì khó khăn khi cài đặt luật hợp thành, quá trình tính

toán lâu, hệ thống dễ mất ổn định. Hình dạng các hàm liên thuộc có thể chọn hình

tam giác, hình thang…

3) Xây dựng các luật điều khiển (mệnh đề hợp thành) : Đây là bước quan trọng và

khó khăn nhất trong quá trình thiết kế bộ điều khiển mờ. Việc xây dựng luật điều

khiển phụ thuộc nhiều vào tri thức và kinh nghiệm vận hành hệ thống của các

chuyên gia. Hiện nay thường sử dụng một vài nguyên tắc xây dựng luật hợp thành

đủ để hệ thống làm việc, sau đó mô phỏng và chỉnh định dần các luật hoặc áp dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

một số thuật toán tối ưu.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 24 -

4) Chọn thiết bị hợp thành (MAX – MIN) hoặc MAX – PROD hoặc SUM – MIN

hoặc SUM – PROD và chọn nguyên tắc giải mờ ( trung bình, cận trái, cận phải,

điểm trọng tâm, độ cao)

5) Tối ưu hệ thống: Sau khi thiết kế xong bộ điều khiển mờ, ta cần mô hình hóa và

mô phỏng hệ thống để kiểm tra kết quả, đồng thời chỉnh định lại một số tham số để

có chế độ làm việc tối ưu. Các tham số có thể điều chỉnh trong bước này là: Thêm,

bớt luật điều khiển, thay đổi trọng số các luật, thay đổi hình dạng và miền xác định

của các hàm liên thuộc.

II.3. Nguyên lý điều khiển mờ

Hệ thống điều khiển mờ được thiết kế trên cơ sở:

- Giao diện đầu vào bao gồm khâu mờ hoá và các khâu phụ trợ thêm để thực

hiện các bài toán động như tích phân, vi phân...

- Thiết bị hợp thành mà bản chất của nó là sự triển khai luật hợp thành R

được xây dựng trên cơ sở luật điều khiển (luật mờ)

- Khâu giao diện đầu ra (chấp hành) gồm khâu giải mờ và các khâu giao diện

Luật điều khiển

Giao diện đầu vào

Thiết bị hợp thành

Giao diện đầu ra

Đối tượng

(-)

Bộ điều khiển mờ

Thiết bị đo

trực tiếp với đối tượng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 2-7. Hình vẽ minh hoạ ví dụ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 25 -

Trong sơ đồ mạch điện trên, đối tượng được điều khiển bằng đại lượng U là

tín hiệu ra của bộ điều khiển mờ. Vì các tín hiệu điều khiển đối tượng là “tín hiệu

rõ” nên tín hiệu của bộ điều khiển mờ trước khi đưa vào đối tượng điều khiển phải

qua khâu giải mờ nằm trong các bộ điều khiển đầu ra. Các tín hiệu ra y của đối

tượng được đo bằng các bộ cảm biển và được xử lý sơ bộ trước khi đưa vào bộ điều

khiển. Các tín hiệu này cũng là các “tín hiệu rõ” do vậy để bộ điều khiển mờ hiểu

được chúng, tín hiệu y và cả tín hiệu chủ đạo x cũng phải được mờ hóa.

Trọng tâm của bộ điều khiển mờ chính là luật điều khiển mờ cơ bản có dạng là tập

hợp các mệnh đề hợp thành cấu trúc Nếu …thì và nguyên tắc triển khai các mệnh đề

hợp thành đó có tên là nguyên tắc Max - min hay Sum – min. Mô hình R của luật

điều khiển được xây dựng theo một nguyên tắc triển khai đã chọn trước và có tên

gọi là luật hợp thành. Thiết bị thực hiện luật hợp thành trong bộ điều khiển mờ là

thiết bị hợp thành.

Để thiết bị thực hiện luật điều khiển làm việc đúng chế độ phải chọn cho nó các

biến ngôn ngữ hợp lý có khả năng biểu diễn các đại lượng vào/ra chuẩn và phù hợp

với các luật điều khiển. Dạng đúng của các luật điều khiển mờ cơ bản được hình

thành nhờ quá trình luyện tập và kinh nghiệm thiết kế.

Ngoài ra với các bài toán điều khiển động, bộ điều khiển mờ đòi hỏi phải có

các thông tin về đạo hàm của sai lệch hay tích phân của sai lệch để cung cấp thêm

các đại lượng đầu vào cho thiết bị hợp thành.

Đối với các hệ thống điều khiển gián đoạn có bộ điều khiển mờ, khi nó còn

làm việc dựa trên cơ sở các tín hiệu số , có thể thiết kế các bộ điều khiển theo

luật P, luật điều khiển D như sau:

- Luật điều khiển P: yk = k.xk k: hệ số khuếch đại

T a x . T i

−

(

- Luật điều khiển I: yk+1 = yk + Ti : Hằng số tích phân

T D Ta

- Luật điều khiển D: yk+1 = TD : Hằng số vi phân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trong đó Ta là chu kỳ gián đoạn (chu kỳ lấy mẫu tín hiệu)

Luật điều khiển

Đối tượng

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 26 -

I

Thiết bị hợp thành và giải mờ

(-)

Thiết bị đo

Hình 2-8.Bộ điều khiển mờ có khâu P, khâu D trong giao diện đầu vào và khâu I

trong giao diện đầu ra.

Hình (2-8) trên là một ví dụ điều khiển một đối tượng đơn giản có một tín

hiệu vào và một tín hiệu ra (hệ SISO) bằng bộ điều khiển mờ. Sai lệch e giữa tín

hiệu ra và tín hiệu chủ đạo được đưa vào bộ điều khiển mờ, bộ điều khiển I được

dùng như một thiết bị chấp hành, đầu vào lấy sau bộ giải mờ và đầu ra được dẫn tới

đối tượng.

Với hệ mờ có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra(hệ MIMO) thì nguyên tắc điều

k và ….

khiển được biểu diễn rất chi tiết. Nếu chỉ dùng một thiết bị hợp thành thể hiện luật

k và ….x9 = A9

k và ….

điều khiển thì luật điều khiển phải có dạng chung: k và x2 = A2 Nếu x1 = A1

k và y2 = B2

thì y1 = B1

Khi gặp những bài toán này, cách tốt nhất nên chia bài toán điều khiển thành nhiều

bài toán, khả thi đơn giản như chuyển luật điều khiển trên thành các luật chỉ có một

đầu ra. Ngoài ra số lượng mệnh đề hợp thành tăng theo hàm số mũ so với số lượng

tín hiệu đầu vào của một hệ thống điều khiển mờ, chính vì thế số lượng luật điều

khiển tăng lên rất nhiều cho một bộ điều khiển mờ có n đầu vào.

*.Những nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ

- Khi xây dựng bộ điều khiển mờ, với các hiểu biết rõ thì ta dùng luậ t “Nếu...Thì”

và diễn đạt điều đó vào hệ thống mờ. Với các hiểu biết chưa rõ lúc điều khiển ta

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

phải đo lường trực tiếp trên đối tượng, các số liệu vào ra lúc đó, sau đó tập hợp lại

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 27 -

thành tập các dữ liệu vào – ra và ta sử dụng để xây dựng bằng cách chuyển đổi hiểu

HiÓu biÕt vÒ ®èi tîng

HiÓu biÕt râ

HiÓu biÕt cha râ

Sö dông chuyªn gia m« pháng ho¹t ®éng cña ®èi tîng

C¸c luËt NÕu......Th×

§o lêng cÆp d÷ liÖu vµo ra

HÖ mê

biết của con người thành bộ điều khiển mờ với bộ số liệu vào - ra như hình vẽ.

Hình 2-9. Mô hình chuyển đổi hiểu biết của con người và hệ mờ

II.4. Các bộ điều khiển mờ

II.4.1. Phương pháp tổng hợp kinh điển

Trước khi đi vào việc phân tích và tổng hợp các bộ điều khiển mờ, cũng cần

lược qua một cách ngắn gọn các phương pháp tổng hợp kinh điển, vì đứng trên một

phương diện nào đó điều này cũng thật là thú vị. Phương pháp kinh điển bao gồm

các bước :

1) Xây dựng mô hình đối tượng đủ chính xác.

2) Đơn giản hoá mô hình.

3) Tuyến tính hoá mô hình tại điểm làm việc.

4) Chọn bộ điều khiển thích hợp và xác định các tính chất mà bộ điều khiển

phải có .

5) Tính toán các thông số của bộ điều khiển .

6) Kiểm tra bộ điều khiển vừa thiết kế bằng cách ghép mô hình đối tượng

điều khiển , nếu kết quả không được như mong muốn quay lại bước 2 cho

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

đến khi đạt được kết quả mong muốn.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 28 -

7) Đưa bộ điều khiển vừa thiết kế vào điều khiển đối tượng thực và kiểm tra

quá trình làm việc của hệ thống. Nếu chưa đạt yêu cầu thiết kế lại bộ điều

khiển theo các bước từ 1 đến 7 cho đến khi đạt được các chỉ t iêu chất

lượng mong muốn.

Nhìn chung phương pháp tổng hợp kinh điển thường gặp những khó khăn do

việc phải xây dựng được mô hình đối tượng trước khi thiết kế các bộ điều khiển .

Mặt khác các bộ điều khiển phải đựoc thiết kế dựa trên cơ sở kỹ thuật và đảm bảo

tính chất phù hợp đối tượng của các bộ điều khiển này.

Song trong thực tế khi thiết kế hệ điều khiển mờ không nhất thiết phải biết

trước mô hình mà chỉ cần thể hiện những hiểu biết về đối tượng qua các biến ngôn

ngữ về động học của đối tượng, những biến này lại được phản chiếu qua các biến

ngôn ngữ và các nguyên tắc điều khiển cơ sở của bộ điều khiển mờ. Trong nhiều

trường hợp khả nang nhận dạng đối tượng qua mô hình cực kỳ khó khăn và nhiều

trường hợp không thể thực hiện được, nên việc tổng hợp hệ thống điều khiển bằng

thiết kế bộ điều khiển mờ cho phép tiết kiệm rất nhiều công sức giá thành lại rẻ. Đó

là điểm mạnh của điều khiển mờ trong việc thiết kế các hệ thống điều khiển các đối

tượng phức tạp, các đối tượng mà trong việc xây dựng mô hình cực kỳ khó khăn.

Ngay cả đối với các đối tượng điều khiển đơn giản quy trình thiết kế hệ thống mờ

cũng ngắn hơn so với quy trình thiết kế hệ thống điều khiển kinh điển.

II.4.2. Bộ điều khiển mờ tĩnh

Bộ điều khiển mờ tĩnh là bộ điều khiển mờ có quan hệ vào/ra y(x) liên hệ

nhau theo một phương trình đại số (tuyến tính hoặc phi tuyến). Các bộ điều khiển

tĩnh điển hình là bộ khuyếch đại P, bộ điều khiển relay hai vị trí, ba vị trí v.v…Một

trong các dạng hay dùng của bộ điều khiển mờ tĩnh là bộ điều khiển mờ tuyến tính

từng đoạn, nó cho phép ta thay đổi mức độ điều khiển trong các phạm vi khác nhau

của quá trình, do đó nâng cao được chất lượng điều khiển.

Bộ điều khiển mờ tĩnh có ưu điểm là đơn giản, dễ thiết kế, song nó có nhược

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

điểm là chất lượng điều khiển không cao vì chưa đề cập đến các trạng thái động

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 29 -

(vận tốc, gia tốc…) của quá trình, do đó nó chỉ được sử dụng trong các trường hợp

đơn giản.

II.4.3. Bộ điều khiển mờ động

Một trong các dạng hay dùng của bộ điều khiển mờ mà đầu vào có xét tới các

trạng thái động của đối tượng. Ví dụ đối với hệ điều khiển theo sai lệch thì đầu vào

của bộ điều khiển mờ ngoài tín hiệu sai lệch e theo thời gian còn có các đạo hàm

của sai lệch giúp cho bộ điều khiển phản ứng kịp thời các biến động đột xuất của

đối tượng. Các bộ điều khiển mờ động hay được dùng hiện nay là bộ điều khiển mờ

theo luật tỉ lệ tích phân, tỉ lệ vi phân và tỉ lệ vi tích phân (I, PI, PD và PID ).

II.4.3.1. Bộ điều khiển theo luật I

Một bộ điều khiển mờ theo luật I có thể thiết kế từ một bộ điều khiển mờ

theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tính) bằng cách mắc nối tiếp một khâu tích

phân kinh điển vào trước hoặc sau khối mờ đó. Do tính phi tuyến của hệ mờ, nên

việc mắc khâu tích phân trước hay sau hệ mờ hoàn toàn khác nhau. Cụ thể ở đây ta

lấy ví dụ khâu tích phân được mắc ở đầu ra hệ mờ. Hình vẽ 2.6

Luật hợp thành

Nhiễu

ET P Đối tượng I Thiết bị hợp giải mờ Fuzzy hoá

Hình 2-10 Hệ điều khiển mờ theo luật I

II.4.3.2. Bộ điều khiển theo luật PD

Khi mắc nối tiếp ở đầu vào một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ một

khâu vi phân sẽ có được một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ vi phân PD (Hình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2-11).

DET

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 30 -

E d dt Đối tượng Bộ điều khiển mờ

Hình 2-11. Hệ điều khiển mờ theo luật PD

Thành phần của bộ điều khiển này cũng giống như bộ điều khiển theo luật

PD thông thường bao gồm sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra của hệ thống

e và đạo hàm của sai lệch e’. Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng chính

xác hơn với những biến đổi lớn của sai lệch theo thời gian. Phát triển tiếp từ ví dụ

về bộ điều khiển mờ theo luật P thành bộ điều khiển mờ theo luật PD hoàn toàn đơn

giản.

II.4.3.3. Bộ điều khiển theo luật PI

Bộ điều khiển mờ theo luật PI thông thường được sử dụng để triệt tiêu

sai lệch tĩnh của hệ thống. Bộ điều khiển mờ PI được thiết kế trên cơ sở của bộ

điều khiển mờ PD, bằng cách mắc nối tiếp ở đầu ra của bộ điều khiển PD mờ

một khâu tích phân như hình Hình 2-11.

II.4.3.4. Bộ điều khiển theo luật PID

Trong kỹ thuật điều khiển kinh điển, bộ điều khiển PID được biết đến như là

một giải pháp đa năng và có miền ứng dụng rộng lớn. Định nghĩa về bộ điều khiển

theo luật PID kinh điển trước đây vẫn có thể sử dụng cho một bộ điều khiển mờ

theo luật PID. Bộ điều khiển mờ theo luật PID được thiết kế theo hai thuật toán:

- Thuật toán chỉnh định PID mờ

- Thuật toán PID tốc độ.

Bộ điều khiển mờ được thiết kế theo thuật toán chỉnh định PID có 3 đầu vào

gồm sai lệch e giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra, đạo hàm và tích phân của sai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

lệch. Đầu ra của bộ điều khiển mờ chính là tín hiệu điều khiển u(t).

e.dt

T D

t ∫ 0

d dt

1 T I

 ( ) = eKtu  

  

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 31 -

Với thuật toán PID tốc độ, bộ điều khiển PID có 3 đầu vào: sai lệch e giữa tín

du sai lệch. Đầu ra của hệ mờ là đạo hàm dt

hiệu đầu vào và tín hiệu chủ đạo, đạo hàm bậc nhất e’ và đạo hàm bậc hai e’’ của

du dt

d dt

) 2

d ( dt

1 T I

  

  

của tín hiệu điều khiển u(t).

Do trong thực tế thường có mộ t hoặc hai thành phần trong (4-1), (4-2) được

bỏ qua nên thay vì thiết kế một bộ điều khiển PID hoàn chỉnh người ta lại thường

tổng hợp các bộ điều khiển PI hoặc PD.

Bộ điều khiển PID mờ được thiết kế trên cơ sở của bộ điều khiển PD mờ

bằng cách mắc nối tiếp ở đầu ra của bộ điều khiển PD mờ một khâu tích phân (Hình

EDT

2-8)

E d dt Đối tượng I Bộ điều khiển mờ

Hình 2-12.Hệ điều khiển mờ PID

Cho đến nay, nhiều dạng cấu trúc của PID mờ hay còn được gọi là bộ điều

khiển mờ ba thành phần đã được nghiên cứu. Các dạng cấu trúc này thường được

thiết lập trên cơ sở tách bộ điều chỉnh PID thành hai bộ điều chỉnh PD và PI (hoặc

I). Việc phân chia này chỉ nhằm mục đích thiết lập các hệ luật cho PD và PI ( hoặc

I) gồm hai (hoặc 1) biến vào, một biến ra, thay vì phải thiết lập ba biến vào. Hệ luật

cho bộ điều chỉnh PID mờ kiểu này thường dựa trên ma trận do MacVicar-whelan

đề xuất. Cấu trúc này không làm giảm số luật mà chỉ đơn giản cho việc tính toán.

Với các nghiên cứu trên có thể rút ra các nhận xét sau:

Bộ điều khiển PI mờ cho đặc tính động học lý tưởng. Ở chế độ tĩnh, bộ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

điều khiển PI mờ có khẳ năng triệt tiêu sai lệch tĩnh.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 32 -

Bộ điều khiển P mờ cho đặc tính động học tương đối tốt , nhưng ở chế độ xác

lập hệ thống lại tồn tại sai lệch tĩnh, hay nói một cách khác là độ chính xác của hệ

thống kém hơn so với việc sử dụng bộ điều khiển PI mờ.

Sự ghép nối giữa các khâu tuyến tính với hệ mờ ( khâu phi tuyến )đã cho ra

đời các bộ điều khiển với những tính chất rất hoàn hảo và đã tạo ra một khả năng

mới trong kỹ thuật điều khiển tự động, đó là điều khiển các đối tượng phức tạp, các

đối tượng mà cho đến nay việc khống chế nó hoàn toàn khó khăn và hầu như không

điều khiển được theo phương pháp kinh điển. Ở đây cũng khẳng định được một bộ

điều khiển mờ đơn giản cũng có thể điều khiển tốt một đối tượng phi tuyến phức

tạp.

Các bộ điều khiển mờ cho phép lập lại các tính chất của các bộ điều khiển kinh

điển. Việc lặp lại các tính chất của bộ điều khiển kinh điển trong kỹ thuật mờ do

nhiều yếu tố cũng rất được quan tâm. Các bộ điều khiển P, PI hoặc PID đã điều

khiển được các đối tượng kỹ thuật rất hoàn thiện và cho đặc tính động học của toàn

bộ hệ thống rất tốt. Nhưng để xử lý thêm các tín hiệu đo và tăng thêm khả năng

chuẩn đoán cho hệ thống, cần thay thế ở bước đầu tiên bộ điều khiển kinh điển

bằng bộ điều khiển mờ và phát triển thêm hệ điều khiển dựa trên cơ sở của bộ điều

khiển mờ này để có được các tính chất điều khiển mong muốn.

Cùng với kỹ thuật mờ, các bộ điều khiển chung cho phép tạo ra một khả năng

điều khiển đối tượng phong phú và đa dạng.

Các bộ điều khiển mờ cho phép thiết kế rất đa dạng , vì qua việc tổ chức các

nguyên tắc điều khiển và chọn tập mờ cho các biến ngôn ngữ cho phép thiết kế các

bộ điều khiển mờ khác nhau. Một điểm quan trọng nữa là khối lượng công việc cần

thực hiện khi thiết kế cần một bộ điều khiển mờ hoàn toàn không phụ thuộc vào đặc

tính của đối tượng có tuyến tính hay không tuyến tính. Điều đó có nghĩa là quá trình

xử lý của một bộ điều khiển mờ với những nguyên tắc điều khiển cho các đối tượng

có đặc tính động học khác nhau hoàn toàn như nhau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

II.5.Bộ điều khiển mờ lai

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 33 -

 Khái niệm chung

Hệ mờ lai (Furry - hybid) là một hệ thống điều khiển tự động trong đó thiết bị

điều khiển gồm hai thành phần:

• Phần thiết bị điều khiển rõ(thường là bộ điều khiển kinh điển PID )

• Phần hệ mờ

Bộ điều khiển mà trong quá trình làm việc có khả năng tự chỉnh định thông số của

nó cho phù hợp với sự thay đổi của đối tượng được gọi là bộ điều khiển thích nghi.

Một hệ thống điều khiển thích nghi, cho dù có hay không sự tham gia của hệ mờ, là

hệ thống phát triển cao và có tiềm năng đặc biệt, song gắn liền mới những ưu điểm

đó là khối lượng tính toán thiết kế lớn.

Phần lớn các hệ thống điều khiển mờ lai là hệ thích nghi. Khái niệm “thích

nghi” định nghĩa ở đây không bao gồm các giải pháp thay đổi cấu trúc hệ thống cho

dù sự thay đổi đó có thể phần nào phục vụ mục đích thích nghi. Chẳng hạn hệ thống

mà tính “tự thích nghi” của thiết bị được điều khiển thực hiện bằng cách dựa vào

thay đổi của đối tượng mà chọn khâu điều khiển có tham số thích hợp trong số các

khâu có cùng cấu trúc nhưng với những tham số khác nhau đã được cài đặt từ trước,

cũng không được gọi là hệ điều khiển thích nghi. Tính “thích nghi” của các loại hệ

thống này được thực hiện bằng cách chuyển công tắc đến bộ điều khiển có tham số

phù hợp chứ không phải tự chỉnh định lại tham số của bộ điều khiển đó theo đúng

nghĩa của một bộ điều khiển thích nghi đã định nghĩa.

Thực tế ứng dụng của bộ điều khiển mờ cho thấy không phải cứ thay thế một bộ

điều khiển kinh điển bằng một bộ điều khiển mờ thì sẽ có một hệ thống tốt

hơn.Trong nhiều trường hợp đặc biệt, để hệ thống có đặc tính động học tốt hơn và

bền vững cần phải thiết kế thiết bị điều khiển lai giữa bộ điều khiển mờ và bộ điều

khiển kinh điển.Từ đó dẫn đến khái niệm “hệ mờ lai” và lĩnh vực thiết kế, ứng dụng

bộ điều khiển mờ lai để nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống.

• Kết luận:

- Các bộ điều khiển P, PI hoặc PID đã điều khiển được các đối tượng kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

rất hoàn thiện và cho đặc tính động học của toàn bộ hệ thống rất tốt. Nhưng để xử lý

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 34 -

thêm các tín hiệu đo và tăng thêm khả năng chuẩn đoán cho hệ thống, cần thay thế

ở bước đầu tiên bộ điều khiển kinh điển bằng bộ điều khiển mờ và phát triển thêm

hệ điều khiển dựa trên cơ sở của bộ điều khiển mờ này để có được các tính chất

điều khiển mong muốn.

Cùng với kỹ thuật mờ, các bộ điều khiển chung cho phép tạo ra một khả năng

điều khiển đối tượng phong phú và đa dạng.

- Chính vì lý do trên nên bản đồ án đã chọn bộ điều khiển mờ để điều khiển

hệ truyền động điện một chiều nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng của hệ truyền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

động và tăng phạm vi ứng dụng trong thực tế.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 35 -

CHƯƠNG 3

TæNG QUAN VÒ HÖ TïY §éNG

III.1.Ứng dụng của hệ thống tùy động vị trí

Hệ thống tùy động vị trí được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế. Nhiệm vụ

cơ bản của nó là thực hiện sự bám sát chính xác cơ cấu chấp hành đối với các chỉ

lệnh vị trí (lượng cho trước), đại lượng điều khiển (lượng đầu ra) thường là vị trí

không gian của phụ tải, tức là lượng cho trước thay đổi theo máy, hệ thống có thể

làm cho đại lượng điều khiển bám sát và khôi phục đối tượng điều khiển một cách

chính xác không có nhầm lẫn. Ví dụ điều khiển cơ cấu ép trục cán trong quá trình

cán kim loại, phải làm cho khe hở giữa hai trục cán có thể tiến hành tự điều chỉnh,

điều khiển quỹ tích gia công của máy cắt điều khiển số và điều khiển bám của máy

cắt mô phỏng hình, cơ cấu nâng hạ có thể làm dừng chính xác ở những vị trí mong

muốn, cơ cấu lái tự động tàu thuyền có thể làm cho góc lệch của lá chân vịt đặt ở

đuôi tàu thuyền phỏng đúng góc quay của bánh lái (vô lăng) đặt ở buồng lái điều

khiển tàu thuyền đi đúng tuyến đường đã vạch ra, cơ cấu điều khiển anten rada của

cụm súng pháo hay kính viễn vọng điện tử nhằm đúng mục tiêu, điều khiển động

tác của người máy. Những ví dụ trên đây đều là ứng dụng cụ thể về hệ thống điều

khiển tùy động vị trí.

Chỉ lệnh vị trí (cơ cấu cho trước) trong hệ tùy động vị trí cũng như đại lượng

điều khiển là vị trí (hay đại lượng điện đại diện cho vị trí), đương nhiên có thể là

chuyển vị góc, chuyển vị dài.Vì thế hệ thống tùy động buộc phải là hệ thống phản

hồi vị trí. Hệ thống tùy động vị trí là một hệ thống tùy động về nghĩa hẹp, về nghĩa

rộng mà nói, lượng đầu ra của hệ thống tùy động không nhất thiết phải là vị trí mà

có thể là các đại lượng khác, chẳng hạn như hệ thống điều tốc hai mạch vòng kín

tốc độ quay và dòng điện là một hệ thống tùy động, máy làm giấy, máy dệt nhiều

trục sử dụng nhiều động cơ có thể coi là hệ thống tùy động đồng tốc…Hệ thống tùy

động nói chung còn gọi là hệ thống bám.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

III.2.Cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống tùy động vị trí

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 36 -

III.2.1.Cấu tạo

Thông qua một ví dụ đơn giản sau để nói về cấu tạo và nguyên lý làm việc

của hệ thống tùy động vị trí. Đây là một hệ thống vị trí kiểu chiết áp dùng để bám

đuổi anten, rađa.

Hệ thống này gồm những bộ phận chính sau:

+ Bộ đo kiểm vị trí: Do chiết áp RP1 và RP2 tạo thành bộ đo kiểm vị trí (góc),

trong đó trục quay của RP1 nối thông với bánh điều khiển làm góc cho trước, trục

quay của chiết áp RP2 thông qua cơ cấu nối thông với bộ phận phụ tải làm phản hồi

góc quay, 2 bộ chiết áp đều được cấp điện nhờ nguồn điện một chiều U S, như vậy

R 2

R 1

R 0

RP1

RP2

R 0

R 1

U ct

OA1

U *

OA2

U d

Bé K§CS ®iÒu khiÓn ®îc

ϕ ®

Bé gi¶m

V« l¨ng

Anten ra®a

có thể chuyển tham số vị trí trực tiếp thành đại lượng điện ở đầu ra.

Hình 3 – 1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động vị trí kiểu chiết áp

+ Bộ khuếch đại so sánh điện áp: Do bộ khuếch đại điện áp OA1, OA2 tạo

thành, trong đó bộ khuếch đại OA1 chỉ làm nhiệm vụ đảo pha, còn bộ khuếch đại

OA2 có tác dụng so sánh và khuếch đại điện áp. Tín hiệu đầu ra làm tín hiệu điều

khiển bộ khuếch đại công suất kế tiếp, đồng thời có khả năng nhận biết cực tính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

điện áp.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 37 -

+ Bộ khuếch đại công suất đảo chiều: Để dẫn động động cơ chấp hành của hệ

thống tùy động chỉ có khuếch đại điện áp là chưa đủ, còn phải khuếch đại công suất,

công suất khuếch đại do Thyristor hoặc bóng bán dẫn công suất lớn tạo thành mạch

điện chỉnh lưu, điện áp do nó đưa ra mới đủ khởi động động cơ SM.

+ Cơ cấu chấp hành: Động cơ bám SM để dẫn động cơ cấu chấp hành mang

phụ tải (dàn anten rađa), giữa động cơ và phụ tải còn phải phối hợp ăn ý với bộ

giảm tốc.

Bốn bộ phận trên đây không thể thiếu để tạo nên hệ thống điều khiển tùy

động vị trí. Song chỉ có linh kiện hoặc thiết bị cụ thể là có thể khác nhau, ví dụ có

thể dùng các bộ đo kiểm vị trí khác nhau, dùng động cơ bám khác nhau (một chiều

hay xoay chiều)…

III.2.2. Nguyên lý làm việc

Từ hình 3 -1 ta có thể thấy, lúc vị trí trục quay hai chiết áp RP1 và RP2 là

như nhau, góc cho trước ϕđ và góc phản hồi ϕ bằng nhau, vì vậy độ lệch góc ∆ϕ =

ϕđ - ϕ = 0, điện áp ra của chiết áp U* = U, điện áp đầu ra bộ khuếch đại điện áp Uct

= 0, điện áp đầu ra của bộ khuếch đại công suất đảo chiều U d = 0, tốc độ quay của

động cơ điện n = 0, hệ thống ở trạng thái tĩnh. Khi quay bánh điều khiển, làm cho

góc cho trước tăng lên, ∆ϕ > 0, thì U* > U, Uct >0, Ud > 0, tốc độ quay của động cơ

n > 0, qua bộ giảm tốc làm anten ra đa quay, anten thông qua cơ cấu quay trục chiết

áp RP2 khiến cho ϕ cũng tăng lên. Chỉ cần ϕ < ϕđ thì động cơ luôn luôn quay theo

chiều để ra đa thu hẹp độ lệch, chỉ có lúc ϕ = ϕđ, độ lệch ∆ϕ = 0, Uct = 0, Ud = 0 hệ

thống mới ngừng quay rồi ở vào trạng thái ổn định mới (trạng thái xác lập).

Nếu góc cho trước ϕđ giảm xuống thì chiều quay chuyển động của hệ thống

sẽ ngược lại với trường hợp trên. Rõ ràng hệ thống này có thể thực hiện được yêu

cầu đại lượng điều khiển ϕ bám đuổi chính xác đại lượng cho trước ϕđ.

III.3. So sánh hệ thống tùy động vị trí với hệ thống điều tốc

Thông qua phân tích ở trên dễ dàng nhận ra những chỗ khác nhau và giống

nhau giữa hệ tùy động vị trí (hệ thống tùy động) và hệ điều tốc. Cả hai đều là hệ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thống phản hồi, tức là thông qua việc so sánh lượng đầu ra của hệ thống với lượng

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 38 -

cho trước tạo dựng mạch vòng kín điều khiển, vì vậy nguyên lý của hai hệ thống

này là giống nhau.

Đại lượng cho trước của hệ thống điều tốc là hằng số, dù cho tình trạng nhiễu

động như thế nào, đều mong muốn đại lượng đầu ra không thay đổi, vì vậy chất

lượng chống nhiễu của hệ thống luôn tỏ ra quan trọng nhất. Còn hệ thống tùy động

thì chỉ lệch vị trí là thường xuyên thay đổi, là đại lượng “thay đổi tùy cơ”, yêu cầu

lượng ra bám đuổi chính xác theo sự biến hóa của lượng cho trước, tính nhanh

nhạy, tính linh hoạt, tính chính xác thích nghi đầu ra trở thành đặc trưng chủ yếu

của hệ thống tùy động. Hay nói cách khác chất lượng bám đuổi là chỉ tiêu chủ yếu

của hệ thống này. Từ hình 3-1 ta có thể thấy, hệ thống tùy động có thể xây dựng

trên cơ sở hệ thống điều tốc cài thêm mạch vòng vị trí, mạch vòng vị trí là đặc trưng

cấu trúc chủ yếu của hệ thống tùy động. Vì vậy hệ thống tùy động thường phức tạp

hơn hệ thống điều tốc.

III.4. Phân loại hệ thống tùy động vị trí

Theo xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật đã xuất hiện rất nhiều loại

hình hệ thống tùy động. Bởi vì đặc trưng cơ bản của hệ thống tùy động vị trí thể

hiện ở tín hiệu phản hồi vị trí cùng với các mặt so sánh tổng hợp của hai hệ thống

này. Vì vậy có thể căn cứ vào đặc trưng đó để phân ra thành hai loại chính đó là hệ

thống tùy động mô phỏng và hệ thống tùy động kiểu số.

III.4.1.Hệ thống tùy động kiểu mô phỏng

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tùy động vị trí kiểu mô phỏng điển hình được

thể hiện trên hình 3 - 2, thông thường trên cơ sở của hệ điều tốc còn bổ sung thêm

ϕ ®

CKT

KhuÕch ®¹i c«ng suÊt

Bé ®iÒu khiÓn tèc ®é

VÞ trÝ bé ®iÒu tiÕt

VÞ trÝ cho tríc

−

Phô t¶i

VÞ trÝ ®o kiÓm

Bé gi¶m tèc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

một mạch vòng vị trí, nguyên lý làm việc thể hiện trên hình vẽ:

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 39 -

Hình 3 – 2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động kiểu mô phỏng:

Máy cắt theo khuôn dùng cách áp tựa khuôn mẫu đưa ra chỉ lệnh vị trí là một ví dụ

thực tiễn ứng dụng hệ thống tùy động vị trí kiểu mô phỏng.

III.4.2.Hệ thống tùy động kiểu số

III.4.2.1.Hệ thống tùy động kiểu pha số

Hệ thống điều khiển góc pha số như hình 3-3, đây là một loại hệ thống tùy

động dùng rộng rãi trong máy công cụ điều khiển số, về thực chất nó là một hệ

thống điều khiển phản hồi của mạch vòng kín góc pha (hay còn gọi là mạch vòng

kín khóa pha). Mạch vòng vị trí của nó gồm có ba bộ phận là mã số v ị trí góc pha

cho trước, mã số vị trí góc pha phản hồi và mã số so sánh góc pha, tức là ba bộ phận

gồm các chữ số cho trước, bộ đo kiểm vị trí và bộ nhận dạng góc pha như trong

hình 3-3.

Nhiệm vụ của bộ mã số cho trước biến thành xung số, sau đó lại qua mã số

góc pha biến đổi (D/A) , nếu xuất hiện một lệch phát xung thì nó sẽ đưa ra một

đương lượng xung vượt trước hoặc chậm sau một góc pha cho trước ϕđ của điện áp

sóng chữ nhật, đại lượng xung tương đương này có thể băm ra rất nhỏ để giữ cho hệ

thống có độ chính xác rất cao. Một loạt xung xuất hiện sẽ làm góc pha trước của

điện áp dịch chuyển theo một tốc độ nào đó trước hoặc chậm, tốc độ của nó phụ

Bàn m¸y

ϕ ®

Bé phËn ®iÖn pha

Sè liÖu cho tríc

Bé ®iÒu khiÓn tèc ®é

§éng c¬ chÊp hµnh

VÞ trÝ ®o kiÓm (Bé ®ång bé c¶m øng)

thuộc vào tần số xung.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3-3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động điều khiển góc pha kiểu số

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 40 -

Bộ phận đo kiểm vị trí sinh ra phản hồi góc pha, chức năng của nó là biến

đổi chuyển vị của bàn máy thành chuyển vị góc pha ϕ của điện áp có xung chữ nhật

cùng với tần số xung chữ nhật cho trước, có thể dùng bộ đồng bộ cảm ứng để thực

hiện sự chuyển đổi chuyển vị - góc pha, độ chính xác của nó có thể đạt tới

±0.001µm, vì thế góc pha của nó có thể phản ánh chính xác vị trí thực tế của máy.

Chức năng chủ yếu của bộ diện pha là so sánh góc pha cho trước ϕđ với góc

pha phản hồi ϕ, đổi độ lệch của chúng ∆ϕ = ϕđ -ϕ thành điện áp mô phỏng, cực tính

của điện áp mô phỏng này phải phù hợp với cực tính của sai số góc pha. Lượng đầu

ra của bộ nhận diện pha sau khi biến đổi sẽ trở thành đại lượng cho trước của bộ

điều tốc, sau khi phóng đại công suất động cơ điều khiển và bàn thao tác của máy sẽ

dịch chuyển theo hướng loại bỏ sai số, vì vậy làm cho ϕ luôn bám sát ϕđ, tức là làm

cho bàn máy thao tác tuân theo chỉ lệch của yêu cầu chuyển động.

Bộ nhận diện có thể làm thành dạng số, như vậy độ chính xác của hệ thống

có thể đạt tới mức cao hơn. Lúc mạch vòng kín góc pha làm việc, vị trí của cơ cấu

chấp hành chịu sự điều khiển của tín hiệu cho trước, góc pha của tín hiệu phản hồi

bị khoanh lại trong một phạm vi góc pha nhất định của tín hiệu cho trước, vì thế hệ

thống này còn được đặt tên là hệ thống tùy động điều khiển mạch vòng khóa pha.

Dù cho hệ thống tùy động kiểu số góc pha này trên thực tế làm việc theo cách so

sánh, nhưng vì sử dụng tần số cao (tần số được sử dụng của bộ nhận dạng đều lớn

hơn 1000Hz, chu kỳ nhỏ hơn 1ms) tính nhanh nhậy của nó không thua kém hệ

thống mô phỏng nói chung.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

III.4.2.2.Hệ thống tùy động điều khiển xung số

Bàn m¸y

* D

Sè liÖu cho tríc

Bé thuËt to¸n ®¶o chiÒu

§éng c¬ chÊp hµnh

Bé ®iÒu khiÓn tèc ®é

VÞ trÝ ®o kiÓm (C¶m biÕn quang trë)

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 41 -

Hình 3-4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động điều khiển xung số

Trong hệ thống tùy động điều khiển tham số, tín hiệu cho trước là chỉ lệnh xung D*, với chức năng cực lưới phát ra xung số D, chúng có thể lần lượt đi vào

đầu phép cộng hoặc phép trừ của thuật toán đảo chiều.Sau khi tính toán sẽ tính được độ lệch của xung ∆D = D* -D + D0, trong đó D0 là hằng số nhằm khắc phục ảnh

hưởng của độ lệch kim chỉ 0 trong bộ khuếch đại tới bộ thuật toán. Tín hiệu sai lệch

này khi qua chuyển đổi mô phỏng trở thành tín hiệu cho trước của bộ điều tốc, lại

qua bộ khuếch đại công suất, làm cho động cơ và bàn thao tác của máy chuyển động

theo hướng loại bỏ sai số. Nhờ độ chính xác của cảm biến quang trở rất cao nên hệ

thống này có thể đạt được độ chính xác điều khiển rất cao.

Bàn m¸y

* D

Sè liÖu cho tríc

Bé thuËt to¸n ®¶o chiÒu

§éng c¬ chÊp hµnh

Bé ®iÒu khiÓn tèc ®é

VÞ trÝ ®o kiÓm (§Üa m· quang ®iÖn)

III.4.3.Hệ thống tùy động điều khiển kiểu mã số:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3-5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tùy động điều khiển mã số

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 42 -

Trong hệ thống này, lượng cho trước thường là tín hiệu mã số nhị phân. Linh

kiện đo kiểm là đĩa mã số quang điện hay bộ phát xung phản hồi kiểu số khác, dựa

vào mạch điện chuyển đổi nhận được tín hiệu mã số nhị phân, gắn kết lại tạo thành

bộ chuyển đổi “góc – số” hoặc bộ chuyển đổi “ chuyển vị - số”. Tín hiệu đầu ra và

tín hiệu mã số của nó đồng thời nhập vào máy tính tiến hành so sánh và xác định sai

số, theo một quy luật chuyển đổi nhất định( như chuyển đổi PID), tạo nên tín hiệu

hiệu chỉnh kiểu số, sau đó lại chuyển đổi thành tín hiệu điện áp, lấy đó làm giá trị

cho trước của bộ điều tốc. Lúc sử dụng máy tính điều khiển, quy luật điều khiển của

hệ thống có thể thay đổi dễ dàng thông qua thay đổi phần mềm, nhờ vậy độ linh

hoạt của phương pháp điều khiển được tăng lên rất nhiều.

Dù cho hệ thống tùy động kiểu mô phỏng hay kiểu số thì cấu trúc mạch vòng

kín của chúng cũng có thể có nhiều dạng khác nhau. Ngoài những dạng hay dùng

của hệ thống như: ba mạch vòng vị trí, tốc độ, dòng điện còn có thể dùng những

phương pháp khác như : hoặc chỉ có mạch vòng vị trí, mạch vòng tốc độ mà không

có mạch vòng dòng điện, hoặc là chỉ có mạch vòng vị trí, mạch vòng dòng điện mà

không có mạch vòng tốc độ, hoặc là chỉ có một mạch vòng vị trí. Các phương án

khác nhau có ứng dụng riêng của nó.

Như đã giới thiệu, hệ tùy động được ứng dụng nhiều trong thực tế, để minh họa

điều này ta đi thiết kế bộ điều khiển thông thường cho thiết bị trong hệ tùy động là

cần cẩu tháp.

III.5.Tổng quan về cần cẩu tháp

III.5.1. Công dụng của cần cẩu tháp

Cần cẩu, cầu trục nói chung và cần cẩu tháp nói riêng đều có đặc điểm chung

là dùng để nâng hạ, di chuyển các tải trọng theo một phương nào đó một cách dễ

dàng thuận lợi, với cơ cấu nâng hạ có thể nâng hạ mọi hàng hóa nặng nhẹ một cách

dễ dàng với mọi địa hình mà con người không thể trực tiếp làm được. Việc ra đời

cần cẩu và cầu trục là một bước đột phá của khoa học kỹ thuật nó giúp làm giảm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thời gian làm việc, giảm bớt số lượng công nhân và nâng cao được năng suất lao

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 43 -

động. Vì vậy cần cẩu và cầu trục có mặt hầu như trên khắp các công trình xây dựng,

nhà máy xí nghiệp các bến bãi, hải cảng…

Cần cẩu tháp ngoài những đặc điểm chung đã nêu ở trên mà còn làm việc

trong những điều kiện khắc nghiệt, không gian làm việc chật hẹp như sử dụng trong

việc xây dựng các nhà cao tầng, bốc dỡ hàng hóa ở bến cảng. Cần cẩu tháp thường

được đặt ở ngoài trời vì vậy phải chịu ảnh hưởng trực tiếp của môi trường như nắng

mưa, gió bão nên hệ thống trang bị điện phải được xây dựng thiết kế cho phù hợp

với điều kiện làm việc.

III.5.2. Phân loại cần cẩu tháp

a.Phân loại theo chức năng di chuyển

- Cần cầu di chuyển bằng bánh lốp

- Cần cẩu sử dụng bánh xích

- Cần cẩu sử dụng bánh goòng chạy trên đường ray

b. Phân loại theo cách bốc dỡ hàng

- Cần cẩu bốc dỡ hàng thông thường: Dùng móc cẩu hoặc gầu ngoạm để

móc, nâng, quay và hạ hàng.

- Cần cẩu bốc dỡ hàng chuyên dùng (côngtennơ): Dùng dàn cầu móc cốt vào

côngtenơ nâng, quay và hạ hàng.

- Cầu cẩu bốc dỡ hàng sắt thép: Dùng mâm điện từ có các hình dạng khác

nhau như hình tròn, hình lõm mặt cầu và hình chữ nhật, khi đóng mâm

điện từ sẽ hút, nâng, quay và hạ hàng.

c. Phân loại theo sức nâng của cần cẩu

- Cần cẩu có sức nâng nhỏ từ 5T ÷10T

- Cần cẩu có sức nâng trung bình từ 10T÷25T

- Cần cẩu có sức nâng lớn từ 25T÷100T

d. Phân loại theo cơ cấu truyền lực

- Cần cẩu dùng động cơ điện xoay chiều 3 pha (Động cơ KĐB 3 pha)

+ Động cơ KĐB rôto dây quấn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Động cơ KĐB rôto lồng sóc kết hợp với bộ biến tần

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 44 -

- Cần cẩu dùng động cơ điện một chiều

III.5.3. Đặc điểm và chế độ làm việc của cần cẩu tháp

- Cần cẩu tháp làm việc trong môi trường nặng nề khắc nghiệt vì cần cẩu

tháp đặt ở ngoài trời nên chịu nhiệt độ cao, độ ẩm, bụi công nghiệp…

- Cần cẩu tháp thường khởi động nặng nề vì vậy nó được chế tạo với kết

cấu chắc chắn và độ bền cơ học cao, khả năng chịu quá tải lớn.

- Cần cẩu tháp có tần số đóng cắt lớn, quá trình quá độ xảy ra nhanh khi

mở máy, hãm và đảo chiều vì vậy các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống phải

làm việc chắc chắn, tin cậy trong mọi điều kiện, đảm bảo an toàn cho người và hàng

hóa.

- Cần cẩu tháp với cơ cấu nâng hạ phụ tải mang tính thế năng, còn đối với

cơ cấu quay thì phụ tải mang tính phản kháng.

III.5.4. Các chuyển động cơ bản trên cầu cẩu tháp

a. Chuyển động của cơ cấu nâng hạ

Chuyển động nâng, hạ của cần cẩu được thực hiện theo phương thẳng

đứng nhằm nâng hạ tải trọng, đầu tiên l à chuyển động hạ móc cẩu xuống lấy tải,

sau đó hãm dừng để lấy tải rồi nâng tải lên theo chiều ngược lại, khi hạ tải động cơ

phải vừa hạ vừa hãm cho đến khi tải được đưa đến vị trí đã định trước, nhả tải xong

móc cẩu lại kéo lên chuẩn bị cho một chu kỳ bốc dỡ tiếp theo, đây là cơ cấu đóng

vai trò quan trọng nhất trong quá trình công nghệ của cần cẩu tháp, vì vậy việc tính

chọn công suất động cơ cho truyền động cho cơ cấu nâng hạ phải dựa vào phụ tải

b. Chuyển động của xe con trên cần

Chuyển động của xe con trên cần cẩu tháp là chuyển động theo phương

của cần có thể tiến hoặc lùi, nó có cơ cấu giống như xe con trên các cầu trục trong

các phân xưởng, nhà máy, xe con có nh iệm vụ thực hiện một tọa độ di chuyển tải

trọng với quãng đường từ đầu cần đến cuối cần.

c. Chuyển động quay của cần

Chuyển động quay của cần cẩu tháp là chuyển động quay cần đi một góc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nào đó để đáp ứng yêu cầu là đưa phụ tải đến vị trí đã được xác định trước, chuyển

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 45 -

động quay của cần thường di chuyển tải trọng trong phạm vi rộng, vì vậy khi di

chuyển tải trọng trong phạm vi không rộng thì chỉ cần di chuyển xe con để thực

hiện việc di chuyển tải trọng.

d. Quá trình làm việc của cần cẩu tháp trong một chu kỳ bốc xếp

Đầu tiên quay cần của cần cẩu tháp đi một góc nào đó phù hợp với tọa độ

mà ta định sẵn, sau đó chuyển xe con về vị trí để hàng hóa rồi bắt đầu hạ móc với

tốc độ không đổi, sau khi đã móc xong hàng thì bắt đầu nâng hàng lên với tốc độ

chậm, di chuyển xe con kết hợp với việc quay cần về phía dỡ hàng, hạ hàng xuống

với tốc độ chậm và lúc này động cơ đang làm việc ở trạng thái hãm ngược. Khi hạ

tải xong thì cần cẩu tháp lại thực hiện chuyển động nâng móc, di chuyển xe con kết

hợp với quay cần về vị trí lấy hàng thực hiện xong một chu kỳ lấy hàng và trả hàng.

Các chu kỳ tiếp theo diễn ra tương tự.

t

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14 t15 t16 t1 t2 t3

Hình 3.6. Biểu đồ phụ tải các cơ cấu chuyển động chính của cần cẩu tháp

 Thời gian thực hiện các quá trình công nghệ :

- t : Thời gian cần cẩu tháp làm việc.

- t1 : Thời gian cần quay đi một góc nào đó để chuẩn bị lấy tải.

- t2 : Thời gian hãm cần và khởi động xe con.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- t3 : Thời gian xe con di chuyển đến tọa độ xác định.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 46 -

- t4 : Thời gian cơ cấu nâng hạ khởi động.

- t5 : Thời gian hạ móc cẩu và móc hàng.

- t6 : Thời gian chuẩn bị nâng móc

- t7 : Thời gian nâng móc cẩu lên để dây không chùng sau đó nâng lên với tốc

độ chậm.

- t8 : Thời gian nâng hàng lên một vị trí nào đó và hãm lại, động cơ quay cần

chuẩn bị khởi động theo chiều ngược lại

- t9 : Thời gian cần chuyển động quay theo chiều ngược lại

- t10 : Thời gian xe con chuẩn bị khởi động theo chiều ngược lại

- t11 : Thời gian xe con di chuyển tải trọng đến vị trí nhất định

- t12 : Thời gian chuẩn bị hạ tải trọng (hạ hãm)

- t13 : Thời gian tải trọng được hạ xuống , chiều của động cơ quay theo chiều

hạ của tải trọng nhưng mômen của động cơ vẫn quay theo chiều cũ để chống

lại mômen cản do tải trọng sinh ra vì MC > MĐ nên tải trọng sẽ rơi xuống

một cách từ từ

- t14 : Thời gian công nhân tháo dỡ móc ra khỏi tải trọng

- t15 : Thời gian móc cẩu được nâng lên với tốc độ không đổi

- t16 : Thời gian cần cẩu tháp chuẩn bị thực hiện cho một chu kỳ tiếp theo.

 Mômen của các động cơ khi thực hiện các quá trình công nghệ

- M : Mômen của động cơ

- M1 : Mômen động cơ của cơ cấu quay cần khi không tải.

- M2 : Mômen động cơ của cơ cấu chạy xe con khi không tải.

- M3 : Mômen động cơ của cơ cấu nâng hạ khi không tải (hạ móc cẩu)

- M4 : Mômen động cơ của cơ cấu nâng hạ khi đã có tải, mômen động cơ rất

lớn để thắng lại mômen cản của tải trọng tốc độ nâng chậm.

- M5 : Mômen động cơ của cơ cấu quay cần khi đã có tải, mômen của động cơ

lúc này lớn hơn nhiều khi chưa có tải.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- M6 : Mômen động cơ của cơ cấu chạy xe con khi đã có tải

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 47 -

- M7 : Mômen động cơ của cơ cấu nâng hạ khi hạ tải, lúc này mômen quay của

động cơ vẫn có chiều trùng với chiều quay của mômen động cơ khi nâng tải,

nhưng tải trọng vẫn được hạ xuống với tốc độ thấp và mômen của động cơ

lúc này đóng vai trò là mômen hãm.

- M8 : Mômen của động cơ khi nâng móc cẩu thực hiện xong một chu trình

làm việc.

Mômen của các động cơ của cơ cấu chuyển động có các thông số tương tự

nhau ở trong các chu kỳ làm việc tiếp theo.

III.5.5. Sơ đồ động của cơ cấu nâng hạ cho cần cẩu tháp

Việc thiết kế cơ cấu truyền động của cần cẩu tháp cần phải dựa vào các thông

số yêu cầu cho trước như phụ tải tĩnh, mômen quay của tang trống, vận tốc góc, vận

tốc chuyển động tịnh tiến… từ đó mới có thể chọn được động cơ và các trang thiết

J§, ω§, M§

i, η (II)

bị điện có công suất phù hợp với phụ tải yêu cầu.

(I)

JT, ωT, MT

(III) v (IV) G = FC

Hình 3.7. Sơ đồ động của cơ cấu nâng hạ cần cẩu tháp

Trong đó : (I) : Động cơ điện

(II) : Hộp số.

(III) : Tang trống

(IV) : Tải trọng

Với các thông số bất kỳ ta có thể quy đổi về mômen cản MC → PC → chọn

công suất động cơ PĐ.

a.Trường hợp khi cho trước phụ tải tĩnh G, lức cản FC chuyển động tịnh tiến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

với vận tốc v

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 48 -

Từ những thông số ở trên ta có thể quy đổi về trục động cơ. Nguyên

tắc quy đổi là đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau khi quy đổi không thay đổi.

vFC . η

Ta có : = MC.ωĐ

Với η : Hiệu suất của động cơ truyền lực từ động cơ đến tang trống.

1 v . ωη Đ

→ MC = FC.

v ω Đ

Đặt ρ = (m) là bán kính quy đổi của chuyển động tịnh tiến về trục động cơ.

⇒Mômen cản do tải trọng sinh ra quy đổi về trục động cơ là:

1 . η

[Nm]. MC = FC. ρ

b.Trường hợp khi biết tang trống quay có mômen MT, vận tốc góc ωT, hộp tốc

→

độ có hiệu suất η, tỉ số truyền i, động cơ có tốc độ ωĐ

ω . Đ

ω . T T η

1 . . η

ω T ω Đ

Ta có :

ω T ω Đ

Đặt i = : Tỉ số truyền từ trục động cơ tới tang trống.

⇒ Mômen cản tĩnh của tay quay quy về trục động cơ là:

1 . η

1 i

MC = Mr.

Kết luận:

Từ những thông số cho trước ta quy đổi về mômen trên trục động cơ MC từ

đó ta chọn mômen động cơ MĐ > MC quy đổi [MĐ = (1,2 ÷ 1,5)MC] ⇒ ta có thể

chọn được công suất động cơ PĐ phù hợp với yêu cầu công nghệ ứng với những tải

có các thông số bất kỳ.

III.5.6. Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động nâng hạ của cần cẩu tháp

1.Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển tự động phải đơn giản.

2.Các phần tử khống chế phải có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, có thể

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bảo dưỡng và thay thế dễ dàng.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 49 -

3.Hệ thống truyền động phải có đặc tính phù hợp với yêu cầu công nghệ:

- Các quá trình khởi động, hãm, tăng tốc phải êm (a < 0) để tránh rung dật,

đảm bảo an toàn cho tải trọng.

- Mômen mở máy phải lớn.

- Phải đảm bảo an toàn trong giới hạn di chuyển, có các công tắc hạn chế hành

trình cho cơ cấu quay của cần, cơ cấu tiến, lùi của xe con, hạn chế hành trình lên

của cơ cấu nâng hạ.

4.Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp điểm “ không ”, bảo vệ

quá tải, bảo vệ ngắn mạch.

5. Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ riêng biệt, độc lập.

6. Phải đảm bảo an toàn khi xảy ra mất điện, bố trí các phanh hãm điện từ.

CHƯƠNG 4

TæNG HîP Vµ M¤ PHáNG HÖ THèNG

Hệ thống truyền động cần cẩu tháp sử dụng động cơ một chiều như đã giới

thiệu là hệ thống tự động điều chỉnh điện áp với ba mạch vòng phản hồi đó là phản

hồi dòng điện, phản hồi tốc độ, phản hồi vị trí. Kết quả của vấn đề thiết kế hệ thống

là độ ổn định và đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng động như: độ quá điều chỉnh,

GVF

Uci

ϕ*

U*i

Rϕ

Rω

Lc1

Lc3

-Ui

-Un

tốc độ, thời gian điều chỉnh, số lần dao động.

GVR

Lc2

Lc4

-1

-ϕn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4.1. Hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 50 -

Ở hệ điều chỉnh tự động, cấu trúc mạch điều khiển và thông số của bộ điều

khiển có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hệ. Vì vậy khi thiết ta phải thực hiện các

thuật toán nhằm đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Một số tiêu chuẩn thiết kế hay được sử

dụng là tiêu chuẩn môdul tối ưu, tiêu chuẩn tối ưu đối xứng. Tuỳ theo các yếu tố cụ

thể của hệ điều khiển vị trí tương đối thường đòi hỏi các chỉ tiêu chất lượng cao như

thời gian quá độ ngắn, độ chính xác cao,độ bền vững tốt ... với mô men và tốc độ

nằm trong giá trị cho phép.

* Tiêu chuẩn modul tối ưu

- Đối với một hệ kín, khi tần số tiến đến vô hạn thì mô đun của đặc tính tần số-

biên độ phải tiến đến không. Vì thế đối với tần số thấp, hàm truyền phải đạt được

điều kiện | F(jω)| ≈ 1.

F(P)

P2τ σ

2 P2τ σ

- Hàm chuẩn theo mô đul tối ưu có dạng:

- Tiêu chuẩn mô đun tối ưu hiệu chỉnh lại đặc tính tần số chỉ ở vùng tần số thấp

và trung bình.

*Tiêu chuẩn mô đun tối ưu đối xứng

- Tiêu chuẩn này thường đựơc áp dụng để tổng hợp các bộ điều khiển trong

mạch vòng có yêu cầu vô sai cấp cao, nó cũng được áp dụng có hiệu quả để tổng

hợp các bộ điều khiển theo quan điểm nhiễu loạn.

P4τ σ

(P)

F DX

P4τ σ

2 P8τ σ

3 P8τ σ

- Hàm chuẩn tối của đối xứng:

IV.1. Xây dựng hàm truyền của các khâu trong hệ thống điều khiển

IV.1.1.Hàm truyền của động cơ điện

Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn được dùng phổ biến trong các

hệ truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều từ vài W đến

Lư hàng MW. Mạch điện thay thế của động cơ một chiều như hình 4-2. Rư Id

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ω M U E

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 51 -

Hình 4-2. Mạch điện thay thế của động cơ một chiều

Hệ thống mô tả động cơ Đ thường là phi tuyến, trong đó các đại lượng đầu

vào (tín hiệu điều khiển) thường là điện áp phần ứng U, điện áp kích từ Uk, tín hiệu

ra thường là tốc độ góc của động cơ ω, mômen quay M, dòng điện phần ứng I hoặc

vị trí của Rotor ϕ. Mômen tải M C là mômen do cơ cấu làm việc truyền về trục động

cơ, mômen tải MC là nhiễu loạn quan trọng nhất của hệ truyền động điện tự động.

Nếu các thông số của động cơ là không đổi thì có thể viết được các phương

trình mô tả sơ đồ thay thế hình 4-1. như sau:

Mạch kích từ có hai biến là dòng điện kích từ Ik và từ thông Φ phụ thuộc phi

tuyến bởi đường cong từ hoá của lõi sắt:

(4-1) Uk(p) = RkIk(p) + Nk.P. Φ(p)

Trong đó: Nk – số vòng dây cuộn kích từ.

Mạch phần ứng:

−

(4-2) U(p) = Rư.I(p) + LưpI(p) + E(p)

[ U(p)

]E(p)

1/R + 1

u pT u

Hay

Trong đó: Lư - điện cảm mạch phần ứng.

Tư = Lư/Rư – Hằng số thời gian mạch phần ứng.

Phương trình truyền động của hệ:

(4-3) M(p) – MC(p) = jpω

Trong đó j là mômen quán tính của các phần chuyển động quy đổi về trục

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

động cơ.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 52 -

Từ các phương trình trên ta thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ điện

một chiều:

1 jp

ω M U I 1 1 + pTư

Rư

UK Φ k 1 pNK kΦ

RK NK

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4-3. Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 53 -

Ta thấy rằng sơ đồ này là phi tuyến mạch, trong tính toán ứng dụng thường

dùng mô hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc. Trước hết chọn điểm làm việc

ổn định và tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đoạn đặc tính mômen tải như hình

4-4. Độ sốc của đặc tính từ hoá và đặc tính mômen tải khi bỏ qua hiện tượng từ trễ

I,Φ o

ΔΦ ΔI

k ΔM

ω,M cb

c Δω

tương ứng là:

Φ MC

KK Φ0

MCB B

IK ωC 0 ωCB 0 IK0

Hình 4-4. Tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính tải

Tại điểm làm việc xác lập có: điện áp phần ứng U0, dòng điện phần ứng I0, tốc

độ quay ωB, điện áp kích từ U k0, từ thông Φ0, dòng điện kích từ I k0 và mômen tải

MCB. Biến thiên nhỏ các đại lượng trên tương ứng là: ∆U(p), ∆I(p), ∆ω(p), ∆Uk(p),

∆Ik(p), ∆Φ(p) và ∆Mc(p).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Phương trình mô tả động cơ có thể viết dưới dạng sau:

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 54 -

Mạch phần ứng:

(4-4) U0+∆U(p) = Rư[I0 +∆I(p)] + pLư[I0 +∆I(p) +K[Φ0 +∆Φ(p)].[ωB +∆ω(p)

Mạch kích từ:

(4-5) Uk0 + ∆Uk(p) = Rk[Ik0 + ∆Ik(p)] + pLk[Ik0 + ∆Ik(p)]

Phương trình truyền động cơ học:

(4-6) K[Φ0 + ∆Φ(p)].[I0 + ∆I(p)] – [MB - ∆Mc(p)] = Jp.[ωB + ∆ω(p)]

Nếu bỏ qua các vô cùng bé bậc cao thì từ các phương trình trên có thể viết

được các phương trình của gia số:

(4-7) ∆U(p) – [K. ωB. ∆Φ(p) + K. Φ0. ∆ω(p)] = Rư∆I(p).(1+ pTư)

(4-8) ∆Uk(p) = Rk. ∆Ik(p).(1+ pTk)

( 4-9) K.I0. ∆Φ(p) + K.Φ0. ∆I(p)] - ∆Mc(p) = Jp.∆ω(p)

Từ phương trình (4-7), (4-8), (4-9) ta có sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ điện

một chiều kích từ độc lập như hình 4-5.

1 jp

∆MC ∆ω ∆M ∆I ∆U KΦ0 1/Rư 1 + pTư

KΦ0

KI0 KωB

∆Φ ∆UK ∆Ik KK 1/Rk 1 + pTk

Hình 4-5. Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá

Khi giữ nguyên từ thông kích từ không đổi:

KΦ = const

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

(4-10) U(p) = RưI(p).(1+PTư) + KΦω(p)

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 55 -

(4-11) KΦ.I(p) – MC(p) = Jpω(p)

Sơ đồ cấu trúc động cơ khi từ thông không đổi được thể hiện trên hình 4-6

1 jp

- E

ω MC - U M KΦ 1/Rư 1 + pTư

KΦ

Hình 4-6. Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi

Bằng phương pháp đại số sơ đồ cấu trúc ta có sơ đồ thu gọn:

K d 2 +

+ 1pT

pTT

d 2

P)T + 1pT

.KR pTT

U ω

a) MC

+ 1pT

P/RT c pTT

- Ic

K d 2 +

+ 1pT

pTT

I Iđg

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

b) MC

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 56 -

Hình 4-7. Các sơ đồ cấu trúc thu gọn:

a) Theo tốc độ; b) Theo dòng điện.

Trong đó:

(4-12) Hệ số khuếch đại của động cơ: Kđ = 1/KΦ. Hằng số thời gian cơ học: Tc = Rư.J/(KΦ)2.

I(p)

(p)M c KΦ + 1pT

U(p)p.T c R - pTT - c

(4-13)

Các hàm truyền của động cơ có dạng:

K d 2 +

ω(p) U(p)

1pT

pTT - c

(4-14)

PT c 2 +

I(p) U(p)

1pT

pTT - c

P)T -

(4-15)

d 2

1pT

.KR - pTT - c

ω(p) (p)M c

(4-16)

K d 2 +

1pT

pTT - c

I(p) (p)M c

(4-17)

IV.1.2.Bộ chỉnh lưu bán dẫn Thyristor

Ud Ud0

Bộ phận chỉnh lưu bán dẫn

Ud01

Ud02

thyristo cần điều khiển không bao

giờ tách khỏi mạch điện phát xung,

vì vậy khi phân tích hệ thống thường

Uct

α1

α2

Uct1

Uct2

xem chúng như một kh âu, Lượng

đầu vào của khâu này là điện áp điều

khiển Uct của mạch phát xung, lượng

t1 t2 t3 t4

đầu ra là điện áp chỉnh lưu không tải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 4-8. Thời gian phát xung và thời gian mất điều khiển của bộ chỉnh lưu lý tưởng Ud0. Nếu coi hệ số khuyếch

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 57 -

đại Ks giữa chúng bằng hằng số, thì bộ phát xung và chỉnh lưu bán dẫn được coi là

khâu khuyếch đại thuần tuý chậm sau (trễ), mà tác dụng chậm sau là do thời gian

mất điều khiển của bộ bán dẫn gây ra. Thời gian mất điều khiển Ts có độ lớn thay

đổi theo thời điểm phát sinh sự biến động của điện áp điều khiển Uci. Thời gian mất

điều khiển lớn nhất có thể xẩy ra là thời gian giữa hai lần thay đổi pha tự nhiên nó

liên quan tới tần số nguồn điện xoay chiều, hình thức mạch chỉnh lưu và được xác

định theo biểu thức:

Tsmax =

1 mf

(4-18)

Trong đó: f – tần số dòng điện xoay chiều.

m – số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ.

Tương ứng với thời gian thích nghi của hệ thống mà nói, Ts có giá trị không

lớn nên thực tế có thể lấy giá trị thời gian mất điều khiển trung bình Ts = Tsmax/2, và

thường coi là hằng số.

Dùng hàm bậc thang đơn vị để biểu thị sự chậm sau thì quan hệ giữa đầu vào

và đầu ra của thiết chỉnh lưu và phát xung bán dẫn thyristor sẽ là:

(4-19) Ud0 = Ks.Uct.1(t – Ts)

−

psT

Theo định lý chuyến dời phép biến đổi Laplace, thì hàm truyền là:

eK s

U U

(p) (P)

pTs

(4-20)

e−

, nó làm cho hệ thống Trong biểu thức ( 4-20) có chứa hàm số mũ

pTs

không phải là hệ thống pha cực tiểu, việc phân tích và thiết kế kha phức tạp. Để đơn

e−

giản hoá, trước tiên ta phải khai triển thành cấp số Taylo, và biểu thức (4-20)

−

pT s

trở thành:

eK s

s p

U U

(p) (P)

+ pT1

...

T s

2 pT s

33 pT s

1 2!

1 3!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

(4-21)

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 58 -

Vì Ts có giá trị rất nhỏ nên ta có thể bỏ qu a các giá trị bậc cao của nó. Hàm

số truyền của bộ chỉnh lưu và phát xung bán dẫn thyristor có thể coi một cách gần

đúng là khâu quán tính bậc nhất.

U U

(p) (P)

s + pT1

(4-22)

Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor:

s + pT1

Uct(p) Ud0(p) Uct(p) Ud0(p) KseTsP

a) b)

Hình 4-9. Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyristor

a) khi chuẩn xác; b) khi gần đúng

IV.1.3.Hàm truyền của máy phát tốc

Trong mạch vòng tốc độ, người ta phải tạo ra một tín hiệu điện áp tỷ lệ với

tốc độ động cơ. Để làm được điều đó thông thường người ta dùng máy phát tốc, nó

được nối cứng trục với động cơ.

Hàm truyền của máy phát tốc:

(p)

ω pT1

(4-23)

Trong đó: Tω - hằng số thời gian của máy phát tốc.

Kω - hệ số phản hồi máy phát tốc.

IV.1.4.Hàm truyền của thiết bị đo điện

Cũng như mạch vòng tốc độ để lấy tín hiệu dòng điện quay trở lại đầu vào

khống chế hệ thống người ta tạo một tín hiệu điện áp tỷ lệ với tín hiệu dòng điện.

Có nhiều cách để lấy tín hiệu dòng điện nhưng đơn giản nhất có thể có thể dùng

máy biến dòng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hàm truyền của khâu lấy tín hiệu dòng điện:

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 59 -

(p)

K I + pT1

(4-24)

Trong đó: τβI - hằng số thời gian của máy máy biến dòng.

KI - hệ số phản hồi dòng điện.

IV.1.5.Tổng hợp hệ điều khiển RI, Rω, Rϕ

Việc tổng hợp các bộ điều khiển RI, Rω đều được tiến hành theo phương

pháp tiêu chuẩn mô dun tối ưu hoặc tiêu chuẩn mô dun đối xứng.

Nguyên tắc chung để thiết kế hệ thống điều khiển ba mạch vòng kín là: bắt

đầu từ vòng trong, từng vòng từng vòng một mở rộng ra ngoài. Có nghĩa, trước tiên

ta phải thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện, tiếp đến coi cả mạch vòng dòng điện là một

khâu trong hệ thống điều chỉnh tốc độ quay để thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quay,

tiếp tục coi cả mạch vòng tốc độ là một khâu trong hệ thống điều chỉnh vị trí để

thiết kế bộ điều chỉnh vị trí.

a. Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện RI

Trong các hệ thống truyền động đ iện tự động cũng như trong hệ chấp hành

thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản chức năng cơ bản của các

mạch vòng dòng điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ,

ngoài ra còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc...

KΦ

(-)

Ui(p)

Uiđ

KΦ

Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện như sau :

K )p.T1p.T1 ( )( +

R u T.p1 u

1 Jp

K +

i pT i

(-)

Hình 4-10. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trong đó:

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 60 -

Tu =

L R

: Hằng số thời gian điện từ của động cơ

R = RB + RK +Rưd + Rs

L = Lb + Lk + Lưd

Ti =R.C : Hằng số thời gian của cảm biến (sensor) dòng điện

I(p)

Bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động, ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn như sau :

Udk(p)

UIđ

(-)

UI(p) Ri(p) S0i(p)

Hình 4-11. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện

Từ sơ đồ hình (2.10) và (2.11) ta có hàm truyền của đối tượng điều khiển

mạch vòng điều chỉnh dòng điện:

(p)

.KK cl R

( 1

p.T

)( 1

p.T

1 )( 1

pT v

I(p) ( ) pU dk

p.T i

(4-25)

Trong đó:

.KK cl

Tsi = Ti + Tv +Tđk<< Tư , bỏ qua các hệ số bậc cao ta có:

(p)

( 1

)( 1

R + p.T

p.T si

(4-26)

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có hàm truyền của hệ thống kín:

(p)

F OMi

1 +

2τ

(p)

⇒

(p)

F OMi

(p)R i

(3-27)

(p) (p).S

(p)

F OMi − F OMi

(p) 1

(p)R i

.KK CL

.2τ

)pτ1p ( +

)(1

)

R + p.T u

p.T si

Mặt khác, theo hình 4-11. ta có : ( ) .SpR i oi + R1 (p).S

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Chọn τσ = min (Tsi, Tư) = Tsi

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 61 -

Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện :

(p)R i

1 T.p u

T.R u T.K.K2. CL si

  

  1 

+ T.p1 u T.K.K.p2

(4-28)

Ri(p) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI)

≈

Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:

(p)

F OMi

(p)U i U (p)

1 2T si

2.T si

(4-29)

b. Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ Rω

ω(p)

Uω(p)

Rω(p)

S0ω(p)

Uωd

(-)

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ như sau :

Hình 4-12. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ

(p)

ωo

1 K

R p.T.Φ.K

KΦ + )T.p ω

1 p).T2 si

Trong đó:

sωT⇒ rất nhỏ. Ta có:

R.K

(p)

oω

ω .p(1

p.T

)

sω

.K.ΦK. c

Đặt Tsω = 2.Tsi + Tω

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul:

(p)

OMω

2.τ

1 .p

2 p2τ σ

(4-30)

(p)

(p) S(p).

(p)

oω

F OMω − F OMω

(p)

.2τ

.p(1

)τ σ

)

R.K ω ( 1.p

p.T

.KΦKΦ c

sω

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

(4-31)

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 62 -

Chọn τσ = Tsω

Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu modul:

(p)

T.KΦ.K c T.2.K.R ω

sω

(4-32)

R ω(p) là khâu tỷ lệ (P)

Tiêu chuẩn này được sử dụng khi hệ thống khởi động đã mang tải, lúc đó ta

không coi IC là nhiễu nữa.

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng:

(p)

F OMω

+ 1 +

.p σ 2 p .

8τ

4.τ

4.τ 2 8.τ σ

(p)

oω

F OMω − F ωOM

4τ

(p)

(12p

.p)

.8τ

p.T

)

ωR.K + .p(1 .T c

sω

.KK i

(4-33)

Chọn τσ = Tsω

p.T41

sω

(p)

Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng:

2 p.T.8 sω

+ K.R T.KΦ.K c

(4-34)

Rω(p) là khâu tích phân- tỷ lệ (PI)

≈

Kết quả khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:

ω(p) ω (p)

1 K

1 2T

1 K

1 + .p

sω

2 sω

(4-35)

≈

1 4T

ω(p) (p) ω

1 K

sω

3 sω

1 2 8T sω

Kết quả khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta có:

c. Tổng hợp mạch vòng vị trí

1 p.T21

1 K

Td(p)

sω

 Sơ đồ cấu trúc của trúc hệ thống điều chỉnh vị trí

K r ϕ(p) P

Rϕ(p)

(-)

ω(p) (p) ω Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn d ω(p) ω (p)

1 pT41

1 K

sω

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 63 -

Hình 4-13. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí

Tổng hợp mạch vòng lực căng cũng tương tự như tổng hợp mạch vòng tốc

độ, ta dùng tiêu chuẩn tối ưu modul và tiêu chuẩn tối ưu đối xứng.

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí như hình 4-13.

K r = : Hệ số khuếch đại của bộ truyền lực

1 i

Trong đó: (4-36)

(4-37) Tsω =Tω +2.Tsi =Tω +2(Tđk + Tv + Ti)

Tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu modul

(p)

OMT

2.τ

1 .p

2 p2τ σ

(4-38)

.K r

Từ sơ đồ cấu trúc hình 3.13. ta có:

(p)

K ω p(1

)T ϕ

p).T2. sω

(4-39)

(P)

(P) S(p).

(p)

F MT0 − F MT0

1 +

+ τ21

2 δ

( ) pR ϕ

.K r

−

p(1

)

ϕ K Kω + p)(1

)

pT ϕ

1 + pτ2pτ21 δ

2 δ

K.K r Kω p).T2 sω

sω

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có :

(p)

.pτ.2 δ

+ +

KK r + p(1.K

ϕ pT2

)

(1 (1

p).τ δ p)T ϕ

sω

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 64 -

Chọn: τδ = Tϕ

Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh vị trí theo tiêu chuẩn tối ưu modul :

(p)

p).T2 sω

K T.2.K.K ϕ ϕ

(4-40)

(4-41) Với: Rϕ = Kp + KD.p

p =

K ϕ T.2K.K ϕ

sω

(4-42)

D =

T.K ω ϕϕ T.K.K

(4-43)

RT(p) là khâu tỷ lệ - đạo hàm (PD).

Tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng

(p)

F OMT

+ +

1 p.τ4. σ

p.τ4. σ 2 τ8p.τ8. σ

(4-44)

Khi tổng hợp mạch vòng vị trí theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng thì ta có hàm

.K r

truyền đối tượng :

(p)

K ω p(1

)T ϕ

p).T.4 sω

(4-45)

(P)

(P) S(p).

(p)

F MT0 − F MT0

.pτ.2 δ

+ +

(1 (1

KK r + p(1.K

ϕ pT2

)

p).τ δ p)T ϕ

sω

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta có :

Chọn: τδ = Tϕ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh vị trí theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng:

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 65 -

(p)

p).T4 sω

K T.2.K.K ϕ ϕ

(4-46)

RT(p) cũng là khâu tỷ lệ- đạo hàm (PD)

Sau khi tổng hợp các bộ điều khiển, ta có sơ đồ cấu trúc điều khiển vị trí

1 JP

động cơ điện một chiều như hình vẽ 4-14. MC

1 JP

R PTC u

1 P2T si

1 iK

Ui(p) ω(p) I (-) ϕd(p) ω ϕ ωd ϕ(p) Rϕ Rω

K ω + PT1

K +

ϕ PT1

(-) (-)

Hình 4-14. Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí

 Tính phi tuyến của bộ điều khiển vị trí

Bộ điều khiển vị trí nhằm đảm bảo thời gian quá độ ngắn, đồng thời độ chính

xác tĩnh nằm trong giới hạn cho phép. Ta xét quá trình bắt đầu hãm,lúc đó tín hiệu

đặt và tín hiệu phản hồi xấp xỉ nhau nghĩa là:

(4-47) (ϕ1 - ϕ1).Rϕ ≈ ωh

∆ϕh = ϕ1 - ϕ1 : Quãng đường hãm

ωh: Vận tốc thời điểm bắt đầu quá trình hãm quãng đường hãm lớn nhất được

tính theo công thức:

1= 2

2 ω Max ε

hMax

(4-48) ∆ϕhmax

hMax

: Gia tốc hãm cực đại cho trước. Trong đó:

≈ϕ

hMax

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Từ 4-47 và 4-48 ta có:

.K.K r

=⇒ ω h

1 2

2 Max ε

hMax

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 66 -

hMax

Chọn Rϕ = Kϕ

K =⇒ ϕ

2.ε .Kω 1

(4-49)

Quãng đường đi được lúc hãm là :

2 .Kω h ε

(4-50) ∆ϕ = 2∆ϕhmax =

Khi tổng hợp bộ điều khiển vị trí Rϕ, ta đã chọn được hàm truyền đạt kiểu

PD với hệ số khuếch đại Kϕ= const . Quan hệ tĩnh ω = f(∆ϕ) Trong quá trình hãm

(công thức 4-48) được vẽ trên hình (4-15) ta thấy:

Khi cho quãng đường là ∆ϕ1 thì tốc độ là ω1 tương ứng với hệ số khuếch đại

là Kϕ1 khi cho quãng đường là ∆ϕ2 mà vẫn giữ nguyên hệ số K ϕ1 thì tốc độ là ω2

nhưng thực chất theo quan hệ phi tuyến thì tốc độ là ω2’.Nghĩa là cần hệ số khuếch

đại Kϕ2.Tương tự khi cho quãng đường là ∆ϕ3 thì cầu phải có Kϕ3. Như vậy khi ∆ϕ

càng nhỏ thì hệ số khuếch đại R ϕ càng lớn để đạt được tốc độ lớn tăng lên thích

Κϕ3 Κϕ2

Κϕ1

∆ω

ω1 ω2' ω3 ω2

∆ϕ3

∆ϕ2

∆ϕ1

∆ϕ

ứng với quá trình hãm nhanh theo yêu cầu.

Hình 4-15. Quan hệ giữa ϕ∆ vàω

Qua phân tích ta thấy quan hệ ω = f(∆ϕ) là phi tuyến và việc chọn Rϕ chỉ chứa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hệ số khuếch đại Kϕ= const là không hợp lý. Để giải quyết vấn đề này nghĩa là phải

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 67 -

thực hiện bộ điều khiển phi tuyến. Trong bản luận văn này tôi đề xuất phương pháp

dùng bộ điều khiển mờ kết hợp với bộ điều khiển PID.

Qua phân tích trên đã cho ta thấy một cách nhìn tổng quan về hệ điều khiển vị

trí sử dụng phổ biến và rộng rãi của hệ điều khiển vị trí trong công nghi ệp.

Các khâu trong hệ điều khiển vị trí đều được phân tích và mô hình hoá,tuyến tính

hoá khi cần thiết, phục vụ cho quá trình mô phỏng hệ thống.

Hệ điều khiển vị trí tuyến tính được thiết kế theo phương pháp kinh điển đó đã được

tổng hợp dựa vào các tiêu chuẩn tối ưu môdul và tối ưu đối xứng nhằm đạt được

chất lượng điều khiển tốt nhất.

Tuy vậy ta đã chứng minh được đặc tính điều khiển của bộ điều khiển vị trí

là phi tuyến nên để nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống thì thực hiện một

bộ điều khiển vị trí phi tuyến là cần thiết và vô cùng cấp bách. Đặc biệt khi cần

thiết kế các hệ điều khiển vị trí đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng cao và rất cao

về thời gian quá độ ngắn,độ chính xác cao…

IV.2. Mô phỏng hệ thống truyền động cần cẩu tháp với các bộ điều khiển PID

IV.2.1. Tính toán các thông số hệ điều chỉnh vị trí đối với động cơ một chiều

kích từ độc lập

* Các thông số cho trước:

: Công suất định mức của động cơ 4,5 kW Pđm

: Điện áp định mức của động cơ 110 V Uđm

: Tốc độ quay định mức của động cơ 1500 v/p nđm

: Dòng điện định mức của động cơ 51A Iđm

: Điện cảm phần ứng 0,0082Ω Lư

: Điện trở phần ứng 0,162Ω Rư

: Hằng số thời gian của máy biến dòng 0,0025 s Ti

: Hằng số thời gian của bộ chỉnh lưu 0,0033s TCL

: Hằng số thời gian của mạch điều khiển bộ chỉnh lưu 0,00015s Tđk

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

: Hằng số thời gian của máy phát tốc 0,0015s Tω

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 68 -

Tϕ : Hằng số thời gian của bộ cảm biến vị trí 0,3s

: Hiệu suất định mức của động cơ 80% ηđm

* Tính toán các thông số hệ điều chỉnh vị trí:

Tốc độ góc định mức:

π2. = = = 157,1 rad/s ω n.π2. 60 .1500 60

Mômen định mức:

110

51.0.162

.RI dm

Mđm = KΦđm.Iđm = 0,64768.51 = 33,03Nm

0,64768

=Φ dm

− ω

− 157,1

Trong đó

0,0506s

L R

0,0082 0,162

Hằng số thời gian phần ứng:

(p)W D

6,1728 0,0506.p

1/R + .pT1 u

Hàm truyền động cơ:

BBD

K cl + .pT1

0,0033.p

Hàm truyền của bộ biến đổi:

U U

110 10

Trong đó:

(p)R i

TR u u .K

2.K

1 pT u

.T si

  

  1 

Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện theo tiêu chuẩn tối ưu modul:

− 3

2,5ms

3,3ms

0,15ms

5,95.10

+ TT v

T si

Trong đó:

0,196

10 51

U I

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Ki: Hệ số khuếch đại của cảm biến dòng điện

0,162.0,05

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 69 -

(p)R i

− 3

1 0,0506.p

06 .5,95.10

2.11.0,196

  1 

  

(p)R i

1 0,0506.p

  

  0,3195. 1 

⇒

(p)

Φ .T c .2.T

K .K i .KR u

sω

Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu modul:

Ta có: Uωđ = ω.Kω

Chọn: Uωđ = 5 V

0,0318

K ω

5 157

Hệ số khuếch đại của cảm biến tốc độ:

1,5

Tω =

1,5

2.5,95

13,4ms

sω

T ω

2.T si

0,694s

T c

J.R u 2 kφ

1,798.0,16 2 0,64768

638,11

(p)

.TKK c .2.T

0,196.0,64 0,162.0,03

768.0,694 18.2.0,013 4

i .KR u

sω

Ta có:

(p)

2.T

sω

K .KK r

ω .2.T T

= =

m03l m1,0 r

= r.Tl

n.r.π2

Hàm truyền của bộ điều chỉnh vị trí Rϕ theo tiêu chuẩn tối ưu modul:

l r.π2

30 1.0,π2

Ta có: ⇒

n.π2

100

π(rad)

l == r

T.K =ϕ

TdU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

⇒

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 70 -

0,032

=⇒ ϕ K

10 100.π

Hệ số khuếch đại của cảm biến vị trí:

= t.ω.Kdt.ω.K

1 ∫ 0

=⇒ K r

100.π 157,1.2

T ωt

(p)

2.T

0,0268.p)

sω

0,0318 .0,032.2.0

ω .2.T ϕ

K .KK r

Kr: Hệ số khuyếch đại của bộ truyền lực

Rϕ(p) = 1,656.(1+0,0268)

IV.2.2.Xây dựng sơ đồ mô phỏng bằng MATLAB SIMULINK

Thay các thông số đã tính đựơc vào sơ đồ trên hình ( 4-14) và dùng simulink

ta có sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển như trên hình vẽ (4-16).

Hình 4-16. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí bằng bộ điều khiển PID

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

* Kết quả mô phỏng

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 71 -

Cho chạy chương trình mô phỏng với nhiều giá trị vị trí đặt ta có kết quả như

các đồ thị được vẽ ở các Hình (4-17); (4-18); (4-19); (4-20).

Hình 4-17. Các tín hịệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của

vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 10V, I = 51 A

a) Vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

b) Tốc độ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 72 -

c) Dòng điện

Hình 4-18. Các tín hịệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của

vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 15V, I = 51 A

a) Vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

b) Tốc độ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 73 -

c) Dòng điện

Hình 4-19. Các tín hịệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của

vị trí đặt đầu vào ϕđặt = 10V

a) Vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

b) Tốc độ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 74 -

c) Dòng điện

* Nhận xét:

Trên đây là kết quả mô phỏng với các vị trí khác nhau và cho kết q uả của hệ

thống tương đối tốt. Song do tính chất phi tuyến của hệ thống trong mạch vòng vị

trí, cho nên để nâng cao chất lượng hơn nữa ta sẽ nghiên cứu và ứng dụng bộ điểu

khiển mờ vào mạch vòng vị trí để nâng cao chất lượng tốt hơn cho hệ thống.

IV.3. Tổng hợp hệ thống với bộ điều khiển PID kết hợp với bộ điều khiển mờ

Như đã biết do quan hệ ω = f( ∆ϕ ) là phi tuyến và để thực hiện bộ điều

khiển phi tuyến,trong bản luận văn này tôi đề xuất phương pháp dùng bộ điều

jđ

khiển PID kết hợp với bộ điều khiển mờ.

PID

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Vị trí đặt + + SS2 + - SS1

Vị trí Fuzzy Logic Controller

Phản hồi vị trí 0,032

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 75 -

( ϕ )

ω ∆ = f

Hình 4-20 Vị trí đặt bộ điều khiển mờ trong hệ điều khiển vị trí

Do quan hệ xác lập của là phi tuyến. Để đạt được quan hệ phi

tuyến này ta tách bộ điều khiển Rϕ thành hai khâu điều khiển làm việc song song.

Một khâu PD với hệ số khuyếch đại là hằng số và một khâu là phi tuyến như Hình

(4-21).

Việc tổng hợp khâu PD được tíên hành theo phương pháp truyền thống như

Chương IV, ở đây ta xét phương pháp tổng hợp bộ điều khiển mờ.

Để thấy rõ hơn tác dụng của bộ điều khiển mờ trong mạch vòng điều khiển vị

trí ta trở lại xét mộ hệ T-Đ có tham số như trên (Hệ đã mô phỏng ở chương IV).

IV.3.1.Mờ hoá

Bộ điều khiển mờ ta sẽ thiết kế bao gồm một biến trạng thái mờ đầu vào và

một biến mờ đầu ra. Mỗi biến này lại được chia thành nhiều giá trị tập mờ (Tập mờ

con). Số giá trị mờ trên mỗi biến được chọn để phủ hết các khả năng cần thiết sao

cho khả năng điều khiển là lớn nhất trong khi chỉ cần một số tối thiểu các luật điều

khiển mờ.

Ta chọn 5 tập giá trị ngôn ngữ cho biến đầu vào: góc âm lớn (mf1), góc âm

(mf2), góc Zezo (mf3), góc dương (mf4), góc dương lớn (mf5). Sự phân bố của các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hàm liên thuộc đưa ra trên Hình 4-22.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 76 -

Hình 4-21. Sự phân bố các giá trị mờ của biến đầu vào: vị trí đặt

Bộ điều khiển mờ đầu ra là tín hiệu mờ ‘Hệ số khuếch đại’. Ta chọn 5 giá trị

mờ cho biến đầu ra: âm lớn (mf1), âm (mf2), Zezo (mf3), dương (mf4), dương lớn

(mf5). Sự phân bố của các giá trị mờ được chọn như trên Hình vẽ 4-22.

Hình 4-22. Sự phân bố các giá trị mờ của biến đầu ra: Hệ số khuếch đại

Bảng 4.2. Các luật điều khiển mờ

STT Vị trí đặt Hệ số khuếch đại

1 mf1 mf1

2 mf2 mf2

3 mf3 mf3

4 mf4 mf4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5 mf5 mf5

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 77 -

Hình 4-23.Các luật điều khiển mờ

IV.3.2.Luật điều khiển và hợp thành

Mỗi luật điều khiển là một hàm của các giá trị ngôn ngữ, được miêu tả thông

qua một biến trạng thái đầu vào “Vị trí đặt” và một biến điều khiển mờ đầu ra “hệ

số khuếch đại ”. Luật điều khiển thứ i là Ri được viết như sau:

Ri: Nếu vị trí đặt Ai thì hệ số khuếch đại là Bi.

Trong đó Ai và Bi là các giá trị mờ của các biến mờ “Vị trí đặt” và “Hệ số

khuếch đại”. Các luật điều khiển thiết kế như trên bảng 3.2.

Luật hợp thành được xây dựng trên cơ sở nguyên lý hợp thành MAX – MIN.

Hình 4-24. Sơ đồ khối của khối luật bù mờ

IV.3.3.Giải mờ

Giải mờ có thể được thực hiện theo các phương pháp điểm trọng tâm, phương

pháp trung bình hay phương pháp cực đại. Do miền xác định của các giá trị mờ đầu

ra là miền liên thông nên ta sẽ giải mờ theo phương pháp trọng tâm. Giá trị rõ x

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

được xác định theo phương pháp điểm trọng tâm như ở công thức:

x.μ

(x)

∫ S

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 78 -

(x)

∫ S

(4-3)

Trong đó: S là miền xác định của tập mờ B.

IV.4. Mô phỏng hệ điều khiển vị trí khi có bộ điều khiển mờ

Bổ xung thêm bộ điều khiển mờ đã thiết kế trên vào sơ đồ hình 3.22 ta được

hệ điều chỉnh vị trí có đặc tính điều chỉnh phi tuyến nhờ có bộ điều khiển mờ như

hình 4.25

Hình 4-25. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí có bộ điều khiển mờ

Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hệ điều khiển mờ, ở đây ta tiến hành

theo hai bước:

Mô phỏng bộ điều khiển mờ: Việc xây dựng bộ điều khiển mờ dựa trên

công cụ Fuzzy của phần mềm Matlab. Các hàm liên thuộc của các giá trị mờ trong

các biến vào và ra được chọn như trên hình: 4-22 và 4-23. Các luật điều khiển như

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bảng 4-2. Hình 4-27 là quan hệ vào – ra của bộ điều khiển mờ.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 79 -

Hình 4-26. Quan hệ vào – ra của bộ điều khiển mờ

Mô phỏng toàn hệ: trên hình 4-26 là sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí có

sử dụng bộ điều khiển mờ. Tiến hành chạy chương trình mô phỏng với nhiều giá trị

vị trí đặt khác nhau, hệ thống khảo sát với dòng điện tải I = 51A (tải định mức).

Cho chạy chương trình mô phỏng với nhiều giá trị của vị trí đặt ta có kết quả trên

các hình :

(4-27), (4-28), (4-29), (4-30).

Hình 4-28. Kết quả mô phỏng với ϕđặt = 10V, I = 51A

Bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID kết hợp BĐK mờ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

a) Vị trí

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 80 -

a) Tốc độ

b) Dòng điện

Hình 4-29. Kết quả mô phỏng với ϕđặt = 15V, I = 51A

a) Vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

b) Tốc độ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 81 -

c) Dòng điện

Hình 4-30. Kết quả mô phỏng với ϕđặt = 10V

Bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID kết hợp BĐK mờ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

a) Vị trí

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 82 -

b) Tốc độ

c) Dòng điện

Hình 4-31. Kết quả mô phỏng với ϕđặt = 15V

a) Vị trí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

b) Tốc độ

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 83 -

c) Dòng điện

NHẬN XÉT :

* Khi không tải:

+ Thời gian quá độ trong quá trình khởi động và quá trình hãm:

- Khi khởi động và hãm đặt với vị trí đặt: ϕđ = 15V, ϕđ = 10V thời gian quá độ

khi khởi động hệ thống có sử dụng bộ điều khiển mờ giảm được từ (1 ÷ 3)s tức là

chiếm từ (7 ÷ 20)% so với khi không có bộ điều khiển mờ.

+ Tốc độ trong quá trình khởi động nhanh chóng đạt trạng thái ổn định và ít dao

động. Gia tốc của hệ thống khi có bộ điều khiển mờ ít biến thiên và giữ ổn định.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

* Khi có tải: Itải = 51A.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 84 -

Với ϕđ = 15V, ϕđ = 10V thì thời gian quá độ của hệ thống thay đổi rất ít

nhưng lượng quá điều chỉnh của hệ thì rất nhỏ, tốc độ và dòng điện ổn định hơn.

Như vậy hệ thống làm việc ở chế độ không tải hoặc có tải đảm bảo được chất

lượng tĩnh và động tốt hơn khi dùng hệ PID kinh điển.

* Độ chính xác:

Khi chọn các tập giá trị mờ và luật điều khiển thích hợp thi luật điều khiển mờ

giúp cho hệ đạt được độ chính xác cao, ngay cả với giá trị đặt rất nhỏ. Khi vị trí đặt

lớn hơn định mức ngoài việc giảm thời gian quá độ, bộ điều khiển mờ còn giảm độ

quá điều chỉnh đặc biệt trong quá trình hãm.

Hệ thống mô phỏng đã được xét phụ tải định mức, điều đó càng chứng tỏ tính

bền vững cao của hệ điều khiển.

Thuật toán và chương trình đã được chuẩn hoá nên việc thức hiện khâu bộ

điều khiển mờ tương đối đơn giản. Số lượng giá trị mờ và số luật mờ có thể chọn

tuỳ ý nên ta có thể thực hiện bộ điều khiển mờ theo một đặc tuyến phi tuyến mong

muốn bất kỳ.

KẾT LUẬN

1.Kết luận

- Trong bản luận văn đã nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện

một chiều cho một số kết quả như sau:

+ Khảo sát tổng quan về hệ thống tuỳ động vị trí, quá trình tính toán đề cập

đến các thông số: Điện cơ, điện từ, mômen quán tính, mômen cản. Từ đó mô phỏng

cho kết quả: Tốc độ, vị trí, dòng điện. Với kết quả này giúp cho việc đánh giá, khảo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

sát và nâng cao chất lượng.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 85 -

+ Các hệ truyền động điện của hệ điều khiển vị trí dùng động cơ không đồng

bộ, điều khiển các chế độ làm việc thì dải điều chỉnh tốc độ hẹp, độ êm dịu thấp,

gây tổn thất năng lượng đáng kể, hiệu suất thấp đối với những hệ yêu cầu công suất

cao.Giải pháp thay thế hệ truyền động điện hiện nay bằng hệ truyền động điện T-Đ

sẽ khắc phục được các nhược điểm trên.Khi khảo sát tính toán cho thấy chất l ượng

hệ thống tốt hơn hẳn hệ có sẵn. Đồng thời hệ T- Đ mang lại nhiều ưu điểm. Chất

lượng đặc tính khởi động và hãm tốt, hiệu suất cao, việc điều chỉnh và thay đổi tốc

độ dễ ràng, tạo ra chế độ tự động điều chỉnh thích hợp với tải. Ở hệ thống này ta đưa

thêm mạch vòng vị trí làm cho độ chính xác của hệ cao hơn.

+ Luận văn đã nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện sử dụng

động cơ một chiều nhờ luật điều khiển mờ với đối tượng ứng dụng cụ thể là

hệ thống truyền động cho cần cẩu tháp.

+ Kết quả ban đầu thu được là hệ truyền động cần cẩu tháp đã được nâng lên,

điều đó được thể hiện ở các đường đặc tính thể hiện các giá trị dòng điện, tốc

độ, vị trí khi dùng luật điều khiển mờ và khi dùng luật điều khiển kinh điển

PID.

+ Với kết quả ban đầu thu được luận văn được sử dụng làm tài liệu trong

công tác giảng dạy của bản thân tôi và tôi mong muốn nếu nh ư có điều kiện

hơn nữa về thời gian và kiến thức, kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ được

ứng dụng trong hệ truyền động thực tế và đem lại hiệu quả cao.

2.Kiến nghị

- Để giảm thiểu năng lượng điện tiêu thụ, tăng thời gian sử dụng cần cải tạo

hệ TĐĐ động cơ rotor dây quấn của thiết bị nâng hiện nay bằng giải pháp sử dụng

hệ T-Đ kết hợp với bộ điều khiển mờ, mờ trượt, mờ thích nghi, nơron…

- Với mục tiêu hiện đại hoá hệ thống thiết bị nâng, hệ thống cần cẩu tháp, hệ

thống thang máy, các máy gia công CNC…khi xây dựng mới cần trang bị hệ truyền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

động điện T-Đ có kết nối với máy tính.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 86 -

1- TS.Trần Thọ, PGS.TS.Võ Quang Lạp (2004), Cơ sở điều khiển tự động truyền

động điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

2- Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2006)

Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

3- Hoàng Minh Sơn (2006), Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, Nhà xuất bản

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bách khoa, Hà Nội.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - 87 -

4- Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2006), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội.

5- Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự

động, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

6- Nguyễn Công Hiền (2006), Mô hình hoá hệ thống và mô phỏng, Đại học Bách

khoa, Hà nội.

7- Bùi Quốc Khánh (2004), Điều khiển mờ lai PI cho truyền động T-Đ có tham số J

biến đổi,

8- Nguyễn Trọng Thuần (2002), Điều khiển Logic và ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

học và Kỹ thuật, Hà Nội.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC

TÊN ĐỂ MỤC TRANG MỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT 1

CHIỀU

I.1. Khái niệm 1

I.2. Sơ đồ khối tổng quát của hệ truyền động 1

I.3. Một số phương pháp đánh giá độ ổn định và chất 2

lượng của hệ thống

I.3.1. Các thông số đánh giá độ ổn định 2

I.3.2. Các chỉ tiêu chất lượng 3

I.4. Mô hình toán học của động cơ một chiều 4

I.4.1. Mô hình toán học ở chế độ xác lập của động cơ một 5

chiều kích từ độc lập

I.4.2. Mô hình toán học ở chế độ quá độ động cơ một 5

chiều kích từ độc lập

I.5. Mô hình toán học của bộ biến đổi 8

I.6. Hàm truyền của bộ biến đổi 10

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 11

II.1. Giới thiệu bộ điều khiển kinh điển PID 11

II.1.1. Các luật điều khiển

a.Luật điều khiển tỉ lệ (P) 11

b.Luật điều khiển tích phân (I)

c.Luật điều khiển vi phân (D)

d.Luật điều khiển tỉ lệ - tích phân (PI) 12 e. Luật điều khiển tỉ lệ - vi phân (PD)

f. Luật điều khiển tỉ lệ - vi phân – tích phân (PID) 13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

II.1.2. Các bộ điều khiển 13 a.Bộ điều khiển tỉ lệ (P)

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

b. Bộ điều khiển tích phân - tỉ lệ (PI) 15

c. Bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân – vi phân (PID) 16

II.1.3. Chọn bộ điều khiển và đặt thông số cho bộ điều 18

khiển

Bộ điều khiển mờ II.2. 21

II.2.1 Cấu trúc của bộ điều khiển mờ 21 a. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ

b. Phân loại bộ điều khiển mờ 22

II.2.2. Các bước tổng hợp một bộ điều khiển mờ 22

II.3. Nguyên lý điều khiển mờ 24

II.4. Các bộ điều khiển mờ 27

II.4.1. Phương pháp tổng hợp kinh điển 27

II.4.2 Bộ điều khiển mờ tĩnh 28

II.4.3. Bộ điều khiển mờ động 29

II.4.3.1 Bộ điều khiển theo luật I 29

II.4.3.2. Bộ điều khiển theo luật PD 29

II.4.3.3. Bộ điều khiển theo luật PI 30

II.4.3.4. Bộ điều khiển theo luật PID 30

II.5. Bộ điều khiển mờ lai 32

CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ HỆ TUỲ ĐỘNG 35

Ứng dụng của hệ tuỳ động vị trí III.1. 35

Cấu tạo nguyên lý làm việc của hệ thống tuỳ động III.2. 35

vị trí

III.2.1. Cấu tạo 35

III.2.2. Nguyên lý làm việc 37

III.3. So sánh hệ thống tuỳ động vị trí với hệ thống điều 37

tốc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

III.4. Phân loại hệ thống tuỳ động vị trí 38

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

III.4.1. Hệ thống tuỳ động vị trí kiểu mô phỏng 38

III.4.2 Hệ thống tuỳ động vị trí kiểu số 39

III.4.2.1. Hệ thống tuỳ động vị trí kiểu pha số 39

III.4.2.2 Hệ thống tuỳ động điều khiển xung số 40

III.4.3. Hệ thống tuỳ động điều khiển kiểu mã số 41

III.5. Tổng quan về cần cẩu tháp 42

III.5.1. Công dụng của cần cẩu tháp 42

III.5.2. Phân loại cần cẩu tháp 42 a. Phân loại theo chức năng di chuyển

b. Phân loại theo cách bốc dỡ hàng

43 c. Phân loại theo sức nâng của cần cẩu

d. Phân loại theo cơ cấu truyền lực

III.5.3. Đặc điểm và chế độ làm việc của cần cẩu tháp 43

III.5.4. Các chuyển động cơ bản của cần cẩu tháp

a. Chuyển động của cơ cấu nâng hạ

44 b. Chuyển động của xe con trên cần

c. Chuyển động quay của cần

d. Quá trình làm việc của cần cẩu tháp trong

một chu kỳ bốc dỡ hàng

III.5.5. Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ cần cẩu tháp 46

a.Trường hợp khi cho trước phụ tải tĩnh G, lực cản 47

FC, chuyển động tịnh tiến với vận tốc v

b.Trường hợp khi biết tang trống quay có mômen

MT, vận tốc góc ωT, hộp tốc độ có hiệu suất η, tỉ 48

số truyền i, động cơ có tốc độ ωĐ

III.5.6. Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động nâng hạ 48

của cần cẩu tháp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

CHƯƠNG IV TỔNG HỢP VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 49

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

IV.1. Xây dựng hàm truyền của các khâu trong hệ thống 50

điều khiển

IV.1.1. Hàm truyền của động cơ điện 50

IV.1.2. Bộ chỉnh lưu bán dẫn Thyristor 56

IV.1.3. Hàm truyền của máy phát tốc 58

IV.1.4. Hàm truyền của thiết bị đo điện 58

IV.1.5. Tổng hợp hệ điều khiển Ri, Rω, Rφ 58 a. Tổng hợp bộ điều khiển dòng địên Ri

60 b. Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ Rω

c. Tổng hợp mạch vòng vị trí 62

IV.2. Mô phỏng hệ thống truyền động cần cẩu tháp với 67 bộ điều khiển kinh điển PID

IV.2.1. Tính toán các thông số hệ điều khiển vị trí đối với 67 động cơ một chiều kích từ độc lập

IV.2.2. Xây dựng sơ đồ mô phỏng bằng MATLAB 69 SIMULINK

IV.3. Tổng hợp hệ thống với bộ điều khiển PID kết hợp 74 với bộ điều khiển mờ

IV.3.1. Mờ hoá 74

IV.3.2. Luật điều khiển và hợp thành 76

IV.3.3. Giải mờ 77

IV.4. Mô phỏng hệ thống điều khiển vị trí khi có bộ điều 77 khiển mờ

Kết luận và kiến nghị 83

Kết luận 1. 84

Kiến nghị 2. 85

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tài liệu tham khảo 86

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

HÌNH TÊN HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TRANG

1-1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ truyền động điện 1

1-2 Hệ thống truyền động động cơ một chiều kích từ 4

độc lập

1-3 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của động cơ một chiều 6

kích từ độc lập

1-4 Sơ đồ cấu trúc khi tuyến tính hoá 7

1 -5 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 8

1-6 Mạch động lực bộ biến đổi 8

1-7 Sơ đồ tổng quát của bộ biến đổi 10

2-1 Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động sử dụng bộ điều 14

khiển P

2-2 Sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển PI 15

2-3 Sơ đồ hệ thống với bộ điều khiển PID 17

2-4 Đặc tính quá độ của bộ điều khiển PID 17

2-5 Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ 21

2-6 Cấu trúc tổng quát của một hệ mờ 22

2-7 Hình vẽ minh hoạ ví dụ 24

2-8 Bộ điều khiển mờ có khâu P, khâu D trong giao 26

diện đầu vào và khâu I trong giao diện đầu ra

2-9 Mô hình chuyển đổi hiểu biết của con người và hệ 27

mờ

2-10 Hệ điều khiển mờ theo luật I 29

2-11 Hệ điều khiển mờ theo luật PD 30

2-12 Hệ điều khiển mờ PID 31

3-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động vị trí kiểu chiết 36

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

áp

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

3-2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động kiểu mô phỏng 38

3-3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển góc 39

pha kiểu số

3-4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển xung 40

số

3-5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuỳ động điều khiển mã 41

số

3-6 Biểu đồ phụ tải các cơ cấu chuyển động chính cần 45

cẩu tháp

3- 7 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng han cần cẩu tháp 47

4-1 Hệ truyền động Thyristor – Động cơ 49

4-2 Mạch điện thay thế của động cơ một chiều 50

4-3 Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều 52

4-4 Tuyến tính hoá đoạn đặc tính từ hoá và đặc tính tải 53

4-5 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá 54

4-6 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 54

4-7 Các sơ đồ cấu trúc thu gọn

55 a.Theo tốc độ

b.Theo dòng điện

4-8 Thời gian phát xung và thời gian mất điều khiển 56

của bộ chỉnh lưu

4-9 Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu bán dẫn Thyristor

57 a. Khi chuẩn xác

b. Khi gần đúng

4-10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 59

4-11 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 59

4-12 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4-13 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí 62

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

4-14 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 64

4-15 Quan hệ giữa Δφ và ω 66

4-16 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí bằng bộ điều 70

khiển PID

4-17 Các tín hiệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị 71

khác nhau của vị trí đặt đầu vào φđặt = 10V, I = 51A

4-18 Các tín hiệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị 72

khác nhau của vị trí đặt đầu vào φđặt = 15V, I = 51A

4-19 Các tín hiệu vị trí đầu ra tương ứng với các giá trị 73

khác nhau của vị trí đặt đầu vào φđặt = 10V

4-20 Vị trí đặt bộ điều khiển mờ động hệ điều khiển vị 74

trí

4-21 Sự phân bố các giá trị mờ của biến đầu vào:vị trí 75

đặt

4-22 Sự phân bố các giá trị mờ của biến đầu vào: hệ số 75

khuếch đại

Các luật điều khiển mờ 4-23 76

Sơ đồ khối của khối luật bù mờ 4-24 77

Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí có bộ điều 4-25 77

khiển mờ

Quan hệ vào – ra của bộ điều khiển mờ 4-26 78

Kết quả mô phỏng với φđặt = 10 V, I =51 A 4-27 79

Kết quả mô phỏng với φđặt = 15 V, I =51 A 4-28 80

Kết quả mô phỏng với φđặt = 10 V 4-29 81

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Kết quả mô phỏng với φđặt = 15 V 4-30 82

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Më §ÇU

Ngày nay, tự động hóa đang được các nhà máy quan tâm đặc biệt và được

ứng dụng trong nhiều máy công cụ, trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đã đem lại

những hiệu quả nhất định. Để sản xuất được nhiều sản phẩm, thì việc nâng cao chất

lượng và tăng khả năng tự động hóa ngày càng được lưu tâm của các doanh nghiệp,

trong đó nếu hệ truyền động điện được nâng cao chất lượng cùng với công nghệ sản

xuất mới sẽ tạo được nhiều sản phẩm có chất lượng.

Hệ truyền động điện được nâng cao chất lượng sẽ làm giảm tiêu hao điện

năng và giảm giá thành sản phẩm, ngoài ra còn góp phần làm gọn nhẹ và giảm sức

lao động.Do đó một yêu cầu cấp thiết được đặt ra là làm thế nào để nâng cao được

chất lượng của hệ thống.Với mục tiêu trên luận văn này sẽ đi nghiên cứu, tìm hiểu

và ứng dụng điều khiển mờ kết hợp với bộ điều khiển kinh điển PID để nâng cao

chất lượng của hệ thống sử dụng cho hệ tùy động.

Bản luận văn có cấu trúc gồm các phần như sau:

Chương I: Tổng quan về hệ truyền động điện một chiều

Chương II: Giới thiệu các bộ điều khiển.

Chương III: Tổng quan về hệ tùy động

Chương IV: Tổng hợp và mô phỏng hệ thống điều khiển.

Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Nguyễn Thanh Hà –

người đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầ y cô giáo ở Khoa điện – Trường Đại Học Kỹ

Thuật Công Nghiệp đã đóng góp ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn

thành bản luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học Công Nghiệp

Thái Nguyên, Khoa Sau Đại Học đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thành khóa học.

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Do thời gian và trình độ có hạn nên bản luận văn này không tránh khỏi

những thiếu sót, tôi rất mong nhận được những ý kiến chỉ bảo của thầy cô, ý kiến

đóng góp của bạn bè, đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 02 năm 2009

Học viên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trần Thị Nam

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.

Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu

tham khảo.

Tác giả luận văn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Trần Thị Nam

Luận văn: NGHI ÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG TRONG HỆ TUỲ ĐỘNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

***

-----------o0o-----------

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:

NGHI ÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU SỬ DỤNG TRONG HỆ TUỲ ĐỘNG

KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

HỌC VIÊN

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU

§ L

CHƯƠNG 2

I

CHƯƠNG 3

t

CHƯƠNG 4

(-)

KẾT LUẬN

MỤC LỤC

Më §ÇU

LỜI CAM ĐOAN

Có thể bạn quan tâm

Nghiên cứu ứng dụng của bộ biến đổi MERS tái sử dụng năng lượng từ trường

Nghiên cứu ứng dụng của bộ biến đổi mers tái sử dụng năng lượng từ trường

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bộ biến đổi xoay chiều – một chiều bốn góc phần tư

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế bộ điều chỉnh PID để điều khiển và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi, đề xuất cải thiện chất lượng bằng bộ điều khiển mờ lai

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế điều khiển hệ quá trình đa biến và nâng cao chất lượng bằng bộ điều khiển mờ lai

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu điều khiển lưu lượng bằng bộ biến đổi tần số cho hệ thống điều khiển quá trình

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nâng cao chất lượng điều khiển lò hơi nhà máy nhiệt điện đốt than bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế nguồn điện năng lượng mặt trời có bộ tự động chọn điểm làm việc cực đại áp dụng thuật toán P&O

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế bộ điều khiển mờ Nâng cao chất lượng hệ thống cân băng định lượng

Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế bộ điều chỉnh PID để điều chỉnh và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi đề xuất cải thiện chất lượng bằng bộ điều khiển mờ lai

Giáo trình Điện tử công suất - Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm

Bài giảng Điện tử công suất: Chương 1 - ThS. Phạm Hữu Thái

Bài giảng Điện tử công suất: Chương 6 - ThS. Phạm Hữu Thái

Bài giảng Điện tử công suất: Chương 7 - ThS. Phạm Hữu Thái

Nghiên cứu phương pháp biểu diễn vĩ mô cho bộ biến đổi Boost trong hệ thống năng lượng tái tạo

Bài giảng Điện tử công suất - PGS.TS Lê Minh Phương

Bài giảng Điện tử công suất: Chương 5 - ThS. Lê Minh Thanh

Điều khiển điện áp bus DC dựa trên quản lý năng lượng trong hệ thống điện mặt trời độc lập

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điện tử: Nghiên cứu nâng cao hiệu suất cho các bộ biến đổi DC-DC một chiều và hai chiều ứng dụng trong lưới điện siêu nhỏ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao hiệu suất cho các bộ biến đổi DC-DC một chiều và hai chiều ứng dụng trong lưới điện siêu nhỏ

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Phát triển năng lực đánh giá công nghệ cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ 11 ở trường trung học phổ thông

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phân loại chi cầu diệp – Bulbophyllum Thouars (Orchidaceae) ở vùng Tây Nguyên bằng phương pháp hình thái và phân tử

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc điểm phân bố và dinh dưỡng của các loài lưỡng cư ở Vườn Quốc gia Bến En và Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông, tỉnh Thanh Hóa

Luận án Tiến sĩ: Tổng hợp luật dẫn và điều khiển cho một lớp tên lửa đối hải trên cơ sở ứng dụng mạng nơ ron và hệ mờ

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hệ điều khiển góc Pitch tua bin gió trong điều kiện có nhiễu tác động

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hóa học lipid của hai loài san hô thủy tức Millepora dichotoma và Millepora platyphylla ở Việt Nam

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu kiểm soát phân phối công suất kéo trên cầu chủ động của ô tô con bằng ABS

Luận án Tiến sĩ: Ứng dụng phản ứng Domino vào tổng hợp các dẫn xuất Podophyllotoxin, Pyrimidine và đánh giá hoạt tính sinh học của các chất tổng hợp được

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và một số hoạt tính sinh học của cây chùm ngây (Moringa oleifera)

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và ứng dụng ức chế ăn mòn cho thép của cao chiết xuất từ cây Lộc vừng thuộc họ Lecythidaceae

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ