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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển FTSM thích nghi và bộ quan sát HGO tổng hợp hệ điều khiển truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ" được nghiên cứu với mục tiêu: Nghiên cứu phương pháp ước lượng lực căng và phương pháp điều khiển cho hệ truyền động nhiều động cơ vận chuyển băng vật liệu có tham số biến đổi, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển.

Chủ đề:

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

Lưu

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN XUÂN TÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI VÀ BỘ QUAN SÁT HGO TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9 52 02 16 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2023
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS Phạm Tuấn Thành 2. PGS. TS Đào Phương Nam Phản biện 1: PGS. TS Nguyễn Văn Liễn Phản biện 2: PGS. TS Đào Tuấn Phản biện 3: PGS. TS Thái Quang Vinh Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo quyết định số 6871/QĐ-HV ngày 08 tháng 12 năm 2023 của Giám đốc Học viện Kỹ thuật Quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật Quân sự vào hồi….giờ…. ngày….tháng….năm…. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân sự - Thư viện Quốc gia
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Hệ truyền động (HTĐ) nhiều động cơ điện, vận chuyển băng vật liệu có vai trò đặc biệt quan trọng trong rất nhiều tổ hợp thiết bị kĩ thuật thuộc các lĩnh vực công nghiệp và quốc phòng. Với những yêu cầu ngày càng cao về chất lượng của những dây chuyền vận chuyển băng vật liệu hiện đại, việc phát triển các bộ điều khiển đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước tập trung nghiên cứu. Chính vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển các hệ truyền động này luôn có tính cấp thiết. 2. Mục tiêu của luận án Nghiên cứu phương pháp ước lượng lực căng và phương pháp điều khiển cho hệ truyền động nhiều động cơ vận chuyển băng vật liệu có tham số biến đổi, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển. 3. Đối tượng nghiên cứu Là hệ truyền động vận chuyển băng vật liệu nhiều động cơ. 4. Phạm vi nghiên cứu - Luận án nghiên cứu về ước lượng lực căng, điều khiển lực căng và tốc độ dài của hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ. - Hệ di chuyển theo một chiều, không có hiện tượng trượt băng trên lô. - Biến dạng vật liệu tuân theo định luật Hooke. - Cơ cấu chấp hành được coi là lý tưởng. 5. Phương pháp nghiên cứu - Tổng kết các công trình nghiên cứu trước, xây dựng mô hình đối tượng, đề xuất bộ điều khiển và bộ quan sát phù hợp cho đối tượng nghiên cứu. - Chứng minh tính ổn định và hội tụ của phương pháp điều khiển. Dùng mô phỏng trên máy tính để kiểm chứng, đánh giá chất lượng của thuật toán điều khiển đã đề xuất. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất sử dụng bộ quan sát high-gain (HGO) để quan sát lực căng của băng vật liệu mà không cần cảm biến, ứng dụng mạng nơron RBF để nhận dạng tham số bất định của mô hình, phát triển bộ điều khiển trượt FTSM thích nghi điều khiển lực căng, đảm bảo tính ổn định và bền vững với nhiễu. - Ý nghĩa thực tiễn: Thuật toán điều khiển mà luận án đề xuất khi áp dụng vào thực tế có thể giảm chi phí xây dựng hệ thống do không cần cảm biến lực căng, cảm biến đo sự thay đổi thông số mô hình.
2 7. Bố cục của luận án Luận án gồm: Mở đầu, 4 chương, kết luận và phụ lục. Nội dung luận án được trình bày trong 158 trang in khổ A4. Chương 1. Tổng quan hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ và các vấn đề điều khiển Chương 2. Mô hình toán học và bộ quan sát lực căng cho hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ Chương 3. Xây dựng bộ điều khiển FTSM thích nghi kết hợp bộ quan sát HGO cho hệ truyền động băng vật liệu Chương 4. Mô phỏng và đánh giá chất lượng điều khiển hệ truyền động băng vật liệu Chương 1 TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN 1.1. Cấu trúc tổng quát hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ Hệ thống vận chuyển băng vật liệu trong sản xuất công nghiệp là tổng hợp nhiều bộ phận, thực hiện việc vận chuyển và xử lý dải băng vật liệu; cấu tạo hệ máy bao gồm sự phối hợp giữa các hệ cơ và điện gồm có các thành phần như: lô tháo cuộn (unwinder), lô cuộn lại (rewinder), con lăn dẫn hướng (guiding roller), các trục lăn kẹp điều chỉnh lực căng (nip roller), bộ dao cắt hoặc bản in..., các cảm biến đo lường (load cell), động cơ truyền động và bộ điều khiển. 1.2. Yêu cầu công nghệ hệ truyền động băng vật liệu Yêu cầu lực căng của dải băng phải được giữ ổn định ở một giá trị thích hợp theo quy định cho từng loại vật liệu. Trong quá trình làm việc các lô tháo cuộn và lô cuộn lại sẽ thay đổi đường kính lô và mô men quán tính (đối với tang lô cuộn lại sẽ tăng dần, còn tang lô tháo cuộn sẽ giảm dần). Do đó cần điều chỉnh tốc độ của động cơ truyền động trục lô tháo cuộn và lô cuộn lại để đảm bảo yêu cầu về tốc độ dài băng vật liệu trong quá trình làm việc. 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.3.1. Trong nước Năm 2015 có công trình của Nguyễn Quốc Chí, Nguyễn Hùng, “Điều khiển thích nghi cho cụm quấn liệu trong hệ thống vận chuyển vật liệu mềm”, tài liệu [5]. Năm 2021, công trình của Tống Thị Lý “Điều khiển lực căng kết hợp bù thích nghi thành phần mô men quán tính lô vật liệu sử dụng neural RBF cho hệ cuộn lại nhiều phân đoạn” [6]. Năm 2022, công trình của Đào Sỹ Luật “Nghiên cứu tổng hợp hệ điều khiển cho hệ
3 thống truyền động điện nhiều động cơ liên kết đàn hồi bằng phương pháp nội suy thực” [7]. 1.3.2. Nước ngoài Điều khiển lực căng rất quan trọng đối với toàn bộ hệ thống vận chuyển dải băng vật liệu, đã có nhiều phương pháp điều khiển tiên tiến đã được áp dụng để giải quyết vấn đề này. BĐK PID [8,9,10]; BĐK logic mờ [11, 12, 13, 14, 15]; Neural Network [16, 17, 18, 19, 25]; Điều khiển tối ưu [20]; Điều khiển thích nghi [22, 24]; Điều khiển bù nhiễu phi tuyến [26, 27, 28, 29, 30, 31]; Điều khiển trượt [32, 33]. Bộ điều khiển trượt được chú ý trong những năm gần đây bởi nó là phù hợp với khả năng xử lý với nhiễu và bất định. Có thể thấy điều khiển trượt có tính bền vững với khả năng giảm ảnh hưởng của nhiễu thông qua việc lựa chọn mặt trượt cũng như BĐK tương ứng. Những thuận lợi có được của BĐK trượt đầu cuối (Terminal sliding mode control- TSMC) đã được xem xét trong [56] đảm bảo ổn định với thời gian hữu hạn, giảm sai lệch trong chế độ xác lập, đáp ứng động học nhanh. 1.4. Sử dụng bộ quan sát lực căng trong hệ truyền động khâu xử lý băng vật liệu đàn hồi Trường hợp để giám sát được các biến trạng thái mà không cần phải sử dụng nhiều cảm biến, nghiên cứu sinh đề xuất sử dụng bộ quan sát HGO để quan sát lực căng trên băng vật liệu. 1.5. Đặt bài toán nghiên cứu Từ những phân tích ở trên luận án đặt ra bài toán nghiên cứu: 1. Xây dựng bộ quan sát lực căng phục vụ điều khiển, nhằm thay thế cho các cảm biến lực căng trong hệ truyền động. 2. Xây dựng BĐK lực căng cho hệ truyền động vận chuyển băng vật liệu nhiều động cơ, ứng dụng cho hệ xeo giấy, màng mỏng, có tính đến sự thay đổi tham số mô hình của lô tháo quấn và lô quấn lại. 3. Chứng minh tính ổn định và hội tụ cho thuật toán điều khiển đã đề xuất trên cơ sở lý thuyết ổn định Lyapunov. Kiểm chứng thông qua mô phỏng. Mô hình tổng quát hệ Hình 1.15 1.6. Kết luận chương 1 Trong chương 1 luận án đã thực hiện những nội dung sau: - Lựa chọn đối tượng nghiên cứu là hệ truyền động băng vật liệu đàn hồi. - Đặt bài toán nghiên cứu và lựa chọn BĐK và bộ quan sát sẽ sử dụng cho đối tượng nghiên cứu.
4 Lô tháo cuộn Lô Master Lô dẫn thứ k Lô cuộn lại v1 vk vN v2 FT Fk FT Ru Rr 2 k Load cell Load cell F FN 1 1 Bộ quan N    Fref _ N ĐC2 FT sát HGO ĐCk FT Fref _1 ˆ Fk   Fref _ k ĐCN ĐC1 Biến tần 2 Biến tần k Bộ ĐK Bộ ĐK Bộ ĐK Biến tần 1 Lực căng 1 Lực căng k Lực căng N Biến tần N M ref 1 M ref 2 M refk M refN R2 i2 Rk ik Bộ ĐK Bộ ĐK Bộ ĐK Bộ ĐK Tốc độ 1 Tốc độ 2 Tốc độ k Tốc độ N v1  vN  v1 vN  v2 vk    vref Hình 1. 15. Mô hình truyền động băng vật liệu nhiều động cơ
5 Chương 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ BỘ QUAN SÁT LỰC CĂNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ 2.1. Xây dựng mô hình toán học 2.1.1. Mô hình hệ lô quấn lại Lô dẫn thứ N-1 Lô cuộn lại vN 1 vN FN 1 FT Rr N 1 Load cell FN Bộ quan  Fref _ N N  sát HGO ĐCN-1 FT ˆ FN 1 F   ref _ N 1 ĐCN Biến tần N-1 Bộ ĐK Bộ ĐK Lực căng Lực căng N Biến tần N-1 N M refN 1 RN 1 M refN iN 1 Bộ ĐK Bộ ĐK Tốc độ N-1 Tốc độ N vN 1  vN 1 vN  vN  vref Hình 2. 3. Mô hình hệ truyền động lô cuộn lại Khi tính đến sự thay đổi của bán kính và mô men quán tính, mô hình toán học của hệ lô cuộn lại là hệ phương trình sau:  ES ES 1 1  FN  vN  vN 1  FN 1vN 1  FN vN  bN 1 bN 1 bN 1 bN 1  (2.31) v  Rr .i .M  F Rr  BN .v  hvN  1  2  W kRr  2 2 2  N J N N dN   2 Rr  Rr N N  JN JN JN  2.1.2. Mô hình hệ lô tháo cuộn Tương tự hệ lô cuộn lại có hệ phương trình trạng thái hệ lô tháo cuộn sau:  ES ES  1h  1 1h  F1  v2  1   v1  F1v2  F1v1  b1 b1  360 Ru  b1 b1 360 Ru  (2.43) v  Ru .i .M  F Ru  B1 .v  hv1  1  2  W Ru  2 2 2  1 J 1 d1 1 J   2 Ru  Ru 1  1 1 J1 J1 
6 2.1.3. Mô hình lô dẫn động  ES ES 1 1  Fk  b vk  b vk 1  b Fk 1vk 1  b Fk vk  k 1 k 1 k 1 k 1  2 (2.44) v   Bk v  Rk i .M  Rk  F  F   k  Jk k Jk k dk Jk k 1 k 2.1.4. Mô hình lô đặt tốc độ dài (trục Master) 2 B2 R2 R2 v2   v2  i2 .M d 2   F2  F1  (2.46) J2 J2 J2 2.2. Xây dựng bộ quan sát lực căng trên băng vật liệu 2.2.1. Các bước xây dựng bộ quan sát HGO Sơ đồ cấu trúc của bộ quan sát HGO được thể hiện trên Hình 2.9. u y ud Bộ điều Đối tượng khiển - y y ˆ + ˆ y Bộ quan sát HGO Hình 2. 9. Sơ đồ cấu trúc bộ quan sát HGO. Xét lớp hệ thống phi tuyến có thể quan sát theo mô hình như dưới đây:  z  Az  (u, z )   (2.47)  y  Dz  Đưa hệ thống phi tuyến (2.47) về dạng (2.48):  z  f  u, z      (2.48)  y  Dz  z1  Với  là một hàm bị chặn, phụ thuộc vào các tham số bất định.  f1 (u, z1 , z 2 )     f 2 (u, z1 , z 2 , z 3 )  f  u, z     (2.49)    f q 1 (u, z )  0    Theo [76] bộ quan sát HGO cho hệ (2.40) được xác định như sau: z  f (u, z )    ( z )  1 1DT D( z  z ) ˆ ˆ ˆ  ˆ (2.50)
7 Với   Cq I pk 1      2 2  f     Cq  1 (u, z )    ( z ) S D   ˆ 1 1 T   z2     (2.53)     q 1 f k      q Cq  q (u, z )    i 1  z k 1      Từ đó rút ra các bước xây dựng bộ quan sát HGO cho hệ nhiều đầu vào, nhiều đầu ra như sau: Bước 1. Xác định các ma trận A, D theo (2.47) Bước 2. Tính   ( z ) 1 1DT theo công thức (2.53) ˆ  Bước 3. Thành lập bộ quan sát theo công thức (2.50) Bước 4. Lựa chọn tham số thiết kế θ theo yêu cầu của hệ thống cần quan sát và BĐK. 2.2.2. Bộ quan sát lực căng lô dẫn động Xét hệ truyền động lô dẫn động thứ k Từ (2.44) đặt: x   x1 x2    Fk vk  ; uk  M k và đưa về dạng ma trận có: T T   1 ES ES 1     b x1 x2  x2  vk 1  Fk 1vk 1    x1    k 1 bk 1 bk 1 bk 1    ε  x2  Rk2 Bk Rk Rk2  (2.54)    x1  x2  uk  Fk 1    Jk Jk Jk Jk    y  1 0 x Theo các bước tổng hợp bộ quan sát trên có:  1 ES ES 1  x1   ˆ x1 x2  ˆˆ x2  ˆ vk 1  Fk 1vk 1  2x1  bk 1 bk 1 bk 1 bk 1  2 2 (2.56)  x   Rk x  Bk x  Rk u  Rk F  2 Bk x ˆ2 ˆ1 ˆ2   Jk Jk Jk k Jk k 1 Jk 1 Từ (2.56) có bộ quan sát lực căng: ˆ J  B R R2 B  Fk  k2  vk  k vk  k uk  k Fk 1  2 k Fk  ˆ ˆ Rk  Jk Jk Jk Jk  (2.58) J B 1 B =  k2 vk  k vk  uk  Fk 1  2 k Fk ˆ 2 ˆ Rk Rk Rk Rk2 Bộ quan sát lực căng HGO cho các lô dẫn khác trong hệ truyền động cũng được tổng hợp tương tự, với lô tháo cuộn và lô cuộn lại việc đo lực căng được thực hiện bằng cảm biến.
8 2.3. Kết luận chương 2 - Chương 2 luận án đã tổng hợp được mô hình hệ truyền động băng vật liệu đàn hồi nhiều động cơ trên cơ sở 4 mô hình của lô tháo cuốn, lô cuốn lại, lô dẫn động, lô đặt tốc độ dài. - Tổng hợp được bộ quan sát lực căng HGO cho hệ nhằm ước lượng biến lực căng trên băng vật liệu, giảm được số lượng cảm biến lực căng, làm cho cấu trúc điều khiển đơn giản, giảm giá thành sản xuất.
9 Chương 3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI KẾT HỢP BỘ QUAN SÁT HGO CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU 3.1. Bộ điều khiển PID cho hệ truyền động băng vật liệu Không thể phủ nhận vai trò của bộ điều khiển PID trong các hệ truyền động điện. Nó được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điều khiển do tính đơn giản, dễ thực thi, cơ bản đáp ứng được các yêu cầu điều khiển. Hệ truyền động sử dụng bộ điều khiển PID sẽ được dùng lấy bộ số liệu huấn luyện mạng trong BĐK mà luận án đề xuất ở mục tiếp theo. 3.2. Mô hình tổng quát các bộ điều khiển cho hệ truyền động Mô hình tổng quát các BĐK được xây dựng cho hệ truyền động băng vật liệu được trình bày trong Hình 3.3. Lô tháo cuộn Lô Master Lô dẫn thứ k Lô cuộn lại v1 vk vN v2 FT Fk FT Ru Rr 2 k Load cell Load cell F FN 1 1 Bộ quan N    Fref _ N ĐC2 FT sát HGO ĐCk FT Fref _1 ˆ Fk   Fref _ k ĐCN ĐC1 Bộ biến Bộ biến đổi 2 đổi k Bộ ĐK Bộ ĐK Bộ ĐK Bộ biến FTSM FTSM FTSM Bộ biến Bộ ĐK đổi 1 Bộ ĐK đổi N mô men k mô men 2 Bộ ĐK Rk ik Bộ ĐK R2 i2 mô men 1 mô men N 1 i2 1 ik 1 i1 1 iN Bộ ĐK Bộ ĐK FTSM FTSM Bộ ĐK Bộ ĐK FTSM FTSM thích nghi thích nghi  v2 vk  v1  v1 vN  vN   vref Hình 3. 3. Mô hình tổng quát các bộ điều khiển đề xuất 3.3. Xây dựng bộ điều khiển lực căng FTSM cho hệ lô dẫn động * Bộ điều khiển lực căng: Từ mô hình lô dẫn động có: ˆ 1 ˆ ES 1 ˆ Fk   Fk vk  uFk  Fk 1vk 1 (3.13) bk 1 bk 1 bk 1 Từ (3.13), đưa hệ về dạng sau: x  Ax  BuFk  d k  t  (3.15) Chọn mặt trượt:
10 s  e   e2  k e1qk / pk (3.17) ˆ Với qk , pk  N * ; qk , pk là số lẻ; qk  pk ; k  R* ; e2  Frefk  Fk Tiến hành tổng hợp luật điều khiển như sau: 1  q qk pkk 1 u Fk  t     A2  e2   k e1 .e2  d k sgn  s   (3.23) B   pk   * Bộ điều khiển tốc độ dài: Theo (3.12) có hệ phương trình trạng thái:  x3  x4   Bk ik .Rk (3.30)  x4   J x4  J uvk  d vk  t   k k Đưa mô hình của hệ về dạng: x  Ax  Buvk  d vk  t  (3.31) Chọn mặt trượt cho sai lệch như sau: qk s  e   e4    k  g k  e4   e   k 4  pk (3.33) Tiến hành tổng hợp luật điều khiển như sau: u vk  t   u n  t   u s  t  (3.42) un  t   B 1  e - Ae - s  e     (3.43) us  t   B 1  s  e   d sgn  s  e      (3.44) Hình 3. 5. Mô hình điều khiển lô dẫn động 3.4. Bộ điều khiển FTSM thích nghi cho lô tháo cuộn 3.4.1. Bộ điều khiển lực căng lô tháo cuộn * Nhận dạng mô hình bằng mạng nơ ron RBF Theo (2.43) có hệ phương trình trạng thái sau:
11  x1  x2    1h 1  ES 1h ES (2.51)  x2   v1  v2  x2  v1  uF   b1 360 Ru b1  b1 360 Ru b1 1 Đưa hệ về dạng: x  g F1 (x)  hF1 (x)u F1  d F1 (x) (3.52) Trong đó cần ước lượng hàm g F (x); hF (x) , sử dụng mạng nơ ron RBF ước lượng: 1 1 g 1  x   W  . ( x ) ˆF và hF1  x   V . ( x ) ˆ (3.55) Trong đó: W  R2N và V  R2N là ma trận trọng số lý tưởng, ( x ) là vectơ hàm cơ sở.  x C 2  ij ( x )  exp   ij (3.56)  2ij2    Với tâm hàm cơ sở Cij  R 2m và độ trải rộng hàm cơ sở  2ij  R 2m được biết trước. * Tổng hợp bộ điều khiển Tiến hành tổng hợp BĐK lực căng cho hệ lô tháo cuộn : e  Ae  hF1  e , t  u  g F1  e , t  ˆ ˆ (3.68) Chọn mặt trượt có dạng: a s  e   e  F1 e  0b (3.69) Tiến hành tổng hợp luật điều khiển như sau: u  t   hF11  e   e - Ae - g F1  e   s  e    F1 s  e   d F1 sgn  s  e    ˆ  ˆ  (3.70) Mô hình BĐK trên cơ sở nhận dạng mô hình bằng mạng nơ ron được thể hiện trên Hình 3.8. Hình 3. 8. Mô hình BĐK lực căng sử dụng nhận dạng bằng mạng nơ ron 3.4.2. Bộ điều khiển tốc độ dài lô tháo cuộn
12 * Nhận dạng mô hình bằng mạng nơ ron RBF Tiến hành tương tự như khi tổng hợp bộ điều khiển lực căng * Tổng hợp bộ điều khiển Tiến hành tổng hợp BĐK tốc độ dài cho hệ lô tháo cuộn: e  Ae  hv1  e , t  u  g v1  e , t  ˆ ˆ (3.77) Chọn mặt trượt có dạng: a   s  e   e   v1  g v1 e  v1 e  0 b (3.78) Tiến hành tổng hợp luật điều khiển như sau: u  t   hv1  e  e - Ae - g v1  e   s  e   ˆ 1  ˆ  (3.79)  h 1  v1 s  e   d v1 sgn  s  e   ˆ   3.5. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ cho lô đặt tốc độ dài Theo công thức (2.46) có hệ phương trình: B2 i .R R2 v2   v2  2 2 M d 2  2  F2  F1  (2.83) J2 J2 J2 Từ (3.83) về dạng hệ phương trình trạng thái:  x1  x2   B2 i2 .R2 (3.84)  x2   J x2  J u2  d 2  t   2 2 Tiến hành tổng hợp bộ điều khiển như đối với vòng điều khiển tốc độ của lô dẫn động, với luật điều khiển có dạng:  e - Ae - s  e    2 s  e   d 2 sgn  s  e    1 u 2 t   (3.86) B  3.6. Kết luận chương 3 Chương 3 luận án đã tổng hợp được BĐK phản hồi đầu ra theo nguyên lý tách trên cơ sở bộ điều khiển FTSM và bộ quan sát HGO cho hệ truyền động lô dẫn; bộ điều khiển FTSM thích nghi trên cơ sở nhận dạng mô hình cho hệ truyền động lô tháo cuộn và lô cuộn lại; tổng hợp BĐK trượt cho lô đặt tốc độ dài. Qua chứng minh cho thấy hệ ổn định, sai lệch bám tiến đến 0 trong thời gian hữu hạn.
13 Chương 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU 4.1. Tham số mô phỏng Tham số mô phỏng gồm: Tham số của băng vật liệu; tham số của từng lô tháo cuộn, đặt tốc độ dài, lô dẫn, lô cuộn lại được tham khảo theo số liệu của Catalog hệ thống gia công giấy và tráng màng hãng Wichita Clutch [89]. Động cơ chấp hành cho các lô dùng động cơ không đồng bộ 3 pha, sử dụng phương pháp điều khiển trực tiếp mô men của động cơ DTC. 4.2. Xây dựng mô phỏng Xây dựng mô hình mô phỏng lô tháo cuốn Xây dựng mô hình mô phỏng lô Master đặt tốc độ
14 Xây dựng mô hình mô phỏng lô dẫn động Xây dựng mô hình mô phỏng lô cuộn lại 4.3. Kết quả mô phỏng 4.3.1. Đánh giá chất lượng bộ quán sát lực căng HGO Trường hợp 1: Khi không có nhiễu tác động Hình 4. 16. Giá trị ước lượng lực căng của bộ quan sát HGO khi không có nhiễu
15 Trường hợp 2: Khi có nhiễu tải bất định tác động. Hình 4. 17. Giá trị ước lượng lực căng của bộ quan sát HGO khi có nhiễu Từ các kết quả mô phỏng trong 2 trường hợp trên cho thấy bộ quan sát HGO cho chất lượng tốt khi sử dụng để quan sát trạng thái của các đối tượng phi tuyến. So sánh giữa tín hiệu quan sát và tín hiệu thực cho thấy sai lệch không đáng kể, giá trị ước lượng có thể loại bỏ nhiễu. 4.3.2. Đánh giá chất lượng bộ điều khiển Trường hợp 1: Đặt lực căng cho mỗi hệ lô quấn và lô dẫn là 30N; tốc độ dài đặt bằng 3m/s, thay đổi tại các thời điểm 0 giây, 3 giây, 27 giây và 30 giây; không có nhiễu tác động. Hình 4. 18. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ
16 Hình 4. 19. Lực căng của băng vật liệu Hình 4. 21. Đáp ứng tốc độ dài của băng vật liệu Hình 4.22. Đáp ứng tốc độ góc của hệ
17 Bảng 4.2. Chất lượng đáp ứng của hệ khi không có nhiễu tác động Tham số đáp ứng TT Tên phân đoạn Sai số điều Giá trị đáp Tqđ Sai số khiển lớn nhất ứng lớn nhất (s) xác lập Lô tháo cuộn 1 Đáp ứng lực căng -0,35 30,02 0,07 0 Đáp ứng tốc độ dài 0,025 3,025 0,045 0 Lô Master 2 Đáp ứng tốc độ dài -0,02 3,0 0,04 0 Lô dẫn 3 Đáp ứng lực căng 0,28 30,28 0,68 0 Đáp ứng tốc độ dài -0,038 3,005 0,043 0 Lô cuộn lại 4 Đáp ứng lực căng 0,27 30,27 0,67 0 Đáp ứng tốc độ dài -0,035 3,004 0,044 0 Khi không có nhiễu tác động, bộ điều khiển FTSM cho kết quả đáp ứng tốt. Khi tốc độ dài thay đổi tại các thời điểm 0 giây, 3 giây, 27 giây và 30 giây, dẫn tới đáp ứng lực căng xuất hiện sai lệch, bộ điều khiển sẽ điều chỉnh tốc độ dài của lô tháo cuộn, lô dẫn, lô cuộn lại để ổn định lại lực căng. Qua Bảng 4.2 cho thấy lượng sai lệch rất nhỏ so với giá trị đặt và nhỏ hơn giá trị giới hạn; thời gian quá độ nhỏ; thời gian đáp ứng của vòng tốc độ nhanh hơn vòng lực căng; sai lệch tĩnh bằng không; hệ hoạt động ổn định và đảm bảo chất lượng yêu cầu công nghệ đặt ra. Trường hợp 2: Đặt lực căng cho mỗi hệ lô quấn và lô dẫn là 30N, tốc độ dài 3m/s, có nhiễu tải bất định 10% tác động. Hình 4. 24. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ khi có nhiễu tác động
18 Hình 4. 25. Đáp ứng lực căng hệ khi có nhiễu tác động Hình 4. 26. Đáp ứng tốc độ dài của hệ khi có nhiễu tác động Hình 4. 27. Đáp ứng tốc độ góc của hệ khi có nhiễu tác động