Một số hệ truyền động băng vật liệu có hoạt động theo chu trình “mẻ”, tốc
độ truyền động sẽ trải qua các giai đoạn tăng tốc, chạy với tốc độ không đổi rồi
giảm tốc kết thúc chu trình, như hệ truyền động máy cắt, cuộn lại trong dây chuyền
xeo giấy. Một số hệ lại có tính chất hoạt động liên tục như hệ truyền động xeo
giấy, hệ truyền động máy tráng phủ,.Các hệ truyền động kiểu này có tốc độ
không đổi theo yêu cầu công nghệ và dây chuyền có cơ cấu tự động thay cuộn
thành phẩm trong khi tốc độ dài của băng vật liệu vẫn không đổi. Ví dụ như máy
tráng phủ PE lên giấy bao gói bằng phương pháp gia nhiệt, trong dây chuyền này
không thể thay đổi tốc độ tạo màng một cách linh hoạt được nên đòi hỏi tốc độ
dài phải ổn định nếu không sản phẩm sẽ bị hỏng không sử dụng được. Vì vậy dây
chuyền có cơ cấu thay cuộn giấy đầu vào và cuộn giấy thành phẩm tự động trong
khi tốc độ máy vẫn không đổi.
Trong nghiên cứu tiếp theo luận án lựa chọn hệ truyền động băng vật liệu
kiểu có tốc độ không đổi trong cả quá trình làm việc làm đối tường nghiên cứu.
Một số phương pháp điều khiển lô tháo cuộn và lô cuộn lại:
- Điều khiển vòng hở: Là điều khiển sức căng theo sự thay đổi của đường
kính cuộn băng vật liệu. Hệ thống không có tín hiệu phản hồi về lực căng của
dải băng vật liệu.
+ Phương pháp đo đường kính lô cuộn sử dụng cảm biến vị trí con lăn dẫn
động (Follower arm position sensor) trên Hình 1.6. Hệ thống gồm một con lăn
tỳ lên bên ngoài cuộn dẫn động thông qua một cần trục, cần trục này dẫn động
để cấp tín hiệu cho một cảm biến vị trí. Khi đường kính cuộn thay đổi thì cảm
biến sẽ thay đổi giá trị đầu ra, tín hiệu này cấp vào bộ điều khiển hoạt động của
động cơ điện, ứng với tín hiệu đo được của đường kính thì bộ điều khiển sẽ
thay đổi tốc độ và momen động cơ để giữ cho lực căng dải băng được ổn định
ở giá trị quy định.
153 trang |
Chia sẻ: Tuệ An 21 | Ngày: 08/11/2024 | Lượt xem: 35 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án 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, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
TRẦN XUÂN TÌNH
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI
VÀ BỘ QUAN SÁT HGO TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – NĂM 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
TRẦN XUÂN TÌNH
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI
VÀ BỘ QUAN SÁT HGO TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 9 52 02 16
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS PHẠM TUẤN THÀNH
2. PGS. TS ĐÀO PHƯƠNG NAM
HÀ NỘI – NĂM 2023
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Tuấn Thành, PGS.TS Đào Phương Nam cùng
với các tài liệu tham khảo đã trích dẫn.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Tác giả
Trần Xuân Tình
ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất tới Ban Giám Đốc,
Khoa Kỹ thuật Điều khiển, Bộ môn Kỹ thuật Điện - Học viện Kỹ thuật Quân sự,
cùng với Ban Giám Đốc, Khoa Kỹ thuật Cơ sở - Học viện Phòng không - Không
quân, đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể hướng dẫn PGS.TS Phạm Tuấn Thành,
người hướng dẫn khoa học thứ nhất và PGS.TS Đào Phương Nam, người hướng
dẫn thứ hai, những người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn về kiến thức chuyên
môn, đưa ra những nội dung chính cần phải giải quyết để tôi hoàn thành bản luận
án này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn GS.TS. Nguyễn Doãn Phước, PGS.TS.
Nguyễn Văn Liễn, PGS.TS. Nguyễn Tùng Lâm, TS. Nguyễn Danh Huy, TS.
Phạm Quang Đăng đã góp ý về phương pháp điều khiển, công nghệ thực tế,
chỉ bảo tôi khi xây dựng mô hình, làm thực nghiệm và mô phỏng tại Viện Kỹ
thuật Điều khiển và Tự động hóa - Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp
đã luôn động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tác giả luận án
Trần Xuân Tình
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ...................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................... ix
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chương 1
TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG
CƠ VÀ CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN ............................................................. 7
1.1. Cấu trúc tổng quát hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ ............ 7
1.2. Yêu cầu công nghệ hệ truyền động băng vật liệu ................................. 12
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................... 17
1.3.1. Trong nước ...................................................................................... 17
1.3.2. Nước ngoài ...................................................................................... 18
1.4. Sử dụng bộ quan sát lực căng trong hệ truyền động khâu xử lý băng vật
liệu đàn hồi ................................................................................................... 27
1.5. Đặt bài toán nghiên cứu......................................................................... 30
1.6. Kết luận chương 1 ................................................................................. 32
Chương 2
MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ BỘ QUAN SÁT LỰC CĂNG CHO HỆ TRUYỀN
ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU NHIỀU ĐỘNG CƠ .................................. 33
2.1. Xây dựng mô hình toán học .................................................................. 33
2.1.1. Mô hình hệ lô cuộn lại ..................................................................... 33
2.1.2. Mô hình hệ lô tháo cuộn .................................................................. 43
2.2. Xây dựng bộ quan sát lực căng trên băng vật liệu .................................. 49
2.2.1. Các bước xây dựng bộ quan sát HGO ............................................. 49
iv
2.2.2. Bộ quan sát lực căng HGO cho lô dẫn động ................................... 52
2.3. Kết luận chương 2 ................................................................................. 54
Chương 3
XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FTSM THÍCH NGHI KẾT HỢP BỘ QUAN
SÁT HGO CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU .................. 55
3.1. Bộ điều khiển PID cho hệ truyền động băng vật liệu ........................... 55
3.2. Mô hình tổng quát các bộ điều khiển cho hệ vận chuyển băng vật liệu 56
3.3. Xây dựng bộ điều khiển FTSM cho hệ lô dẫn động ............................. 58
3.3.1. Điều khiển trượt đầu cuối nhanh ..................................................... 58
3.3.2. Bộ điều khiển cho hệ dẫn động ....................................................... 62
3.4. Xây dựng bộ điều khiển FTSM thích nghi cho lô tháo cuộn ................ 70
3.4.1. Bộ điều khiển lực căng lô tháo cuộn ............................................... 70
3.4.2. Bộ điều khiển tốc độ dài lô tháo cuộn ............................................. 78
3.5. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ cho lô đặt tốc độ dài ............................ 82
3.6. Kết luận chương 3 ................................................................................. 83
Chương 4
MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN
ĐỘNG ĐIỆN BĂNG VẬT LIỆU ................................................................... 84
4.1. Tham số mô phỏng ................................................................................ 84
4.2. Trình tự thực hiện mô phỏng ................................................................. 85
4.2.1. Xây dựng mô hình mô phỏng .......................................................... 85
4.2.2. Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển PID ..................................... 87
4.2.3. Huấn luyện mạng nơ ron ................................................................. 92
4.3. Kết quả mô phỏng ................................................................................. 94
4.3.1. Đánh giá chất lượng bộ quan sát lực căng HGO ............................ 94
4.3.2. Đánh giá chất lượng bộ điều khiển ............................................... 96
4.3.3. Mô phỏng theo thời gian thực ..................................................... 102
v
4.4. Đánh giá mức độ hoàn thành mục tiêu luận án ................................... 106
4.5. Kết luận chương 4 ............................................................................... 107
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................... 108
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................. 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 111
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Kí hiệu Đơn vị Ý nghĩa
L m Độ dài đoạn băng vật liệu đã quấn được
W m Độ rộng của đoạn băng vật liệu
h m Độ dày của băng vật liệu
S 2m Diện tích mặt cắt ngang băng vật liệu
V 3m Thể tích băng vật liệu
ε Độ biến dạng dài tương đối
k - Hệ số cuốn chặt
0rR , 0uR m Bán kính ban đầu của lô cuộn lại, lô tháo cuộn
rR , uR ,
kR
m Bán kính lô cuộn lại, lô tháo cuộn, lô dẫn
m/s Tốc độ dài của băng vật liệu
m kg Khối lượng băng vật liệu quấn được
ρ kg/m3 Khối lượng riêng của vật liệu
WJ kgm
2 Mô men quán tính của băng vật liệu trên trục lô
0rJ , 0uJ kgm
2 Mô men quán tính ban đầu của lô cuộn lại, lô tháo cuộn
0mJ kgm
2 Mô men quán tính của tất cả các bộ phận quay phía động cơ
i - Tỉ số truyền
E N/m2 Hệ số đàn hồi của băng vật liệu
vii
F N Lực căng trên băng vật liệu
M Nm Mô men động cơ
p đôi số cặp cực của động cơ
fM Nm Mô men ma sát
B Nms Hệ số cản
Lm H Hỗ cảm giữa stato và rotor
Ls, Lr H Điện cảm stato và rotor
isd, isq A Các thành phần dòng stator trên hệ tọa độ dq
rad/s Tốc độ góc của trục lô
- Hệ số ma sát trượt giữa lô và băng vật liệu
rad Góc ôm của băng vật liệu với lô
kg/m Khối lượng của băng vật liệu trên đơn vị chiều dài
b m Chiều dài cung có ma sát trượt giữa băng vật liệu và mặt lô
viii
Chữ viết tắt Ý nghĩa
PD (Proportional Derivative) BĐK tỉ lệ vi phân
PI (Proportional Integral) BĐK tỉ lệ tích phân
PID (Proportional Integral Derivative) BĐK tỉ lệ vi tích phân
HGO (High-Gain Observers) Bộ quan sát High-Gain
SMC (Sliding Mode Control) BĐK trượt
SISO (Single-Input and Single-Output) Hệ một đầu vào, một đầu ra
MISO (Multiple-Input and Single-Output) Hệ nhiều đầu vào một đầu ra
MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) Hệ nhiều đầu vào, nhiều đầu ra
TSMC (Terminal Sliding-Mode Control) BĐK trượt đầu cuối
FTSM (Fast Terminal Sliding-Mode) BĐK trượt đầu cuối nhanh
FLC Fuzzy Logic Controler
NADRC (Nonlinear Active Disturbance Rejection Control) điều khiển bù
nhiễu phi tuyến
LQG (Linear Quadratic Gaussian) tối ưu toàn phương tuyến tính
NN (Neural Networks) mạng nơ ron
ISS (input-to-state stability) đầu vào ở trạng thái ổn định
HTĐ Hệ truyền động
BĐK Bộ điều khiển
DTC ( Direct Torque Control) Điều khiển mô-men xoắn trực tiếp
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình Số trang
Hình 1. 1. Các hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng 7
Hình 1. 2. Cấu trúc tổng quát của một hệ truyền động băng vật liệu 8
Hình 1. 3. Cấu trúc khâu tháo cuộn (Unwind) 9
Hình 1. 4. Khâu xử lý dải băng vật liệu 10
Hình 1. 5. Cấu trúc khâu cuộn lại băng vật liệu (Rewind) 11
Hình 1. 6. Mô hình điều khiển vòng hở dùng cảm biến vị trí 15
Hình 1. 7. Mô hình điều khiển vòng hở dùng cảm biến đo đường
kính
15
Hình 1. 8. Mô hình điều khiển vòng kín dùng cảm biến lực căng
(loadcell)
16
Hình 1. 9. Mô hình điều khiển vòng kín dùng cảm biến vị trí và con
lăn nhảy
16
Hình 1. 10. Mô hình điều khiển tập trung 22
Hình 1. 11. Mô hình điều khiển phân tán 23
Hình 1. 12. Mô hình điều khiển lực căng bù lượng đặt tốc độ 24
Hình 1. 13. Mô hình điều khiển tốc độ dài trục Master 24
Hình 1. 14. Mô hình điều khiển tốc độ dài ở một trục, các trục khác
điều khiển lực căng
25
Hình 1. 15. Mô hình truyền động băng vật liệu nhiều động cơ 31
x
Hình 2. 1. Mô hình truyền động băng vật liệu lô cuộn lại 33
Hình 2. 2. Mô hình tính diện tích băng vật liệu trên lô quấn 34
Hình 2. 3. Hệ truyền động lô cuộn lại 36
Hình 2. 4. Mô hình tính toán lực căng lô cuộn lại 38
Hình 2. 5. Mô hình tính lực căng theo định luật Coulomb 40
Hình 2. 6. Mô hình hệ truyền động lô tháo cuộn 44
Hình 2. 7. Mô hình hệ truyền động lô dẫn động 47
Hình 2. 8. Mô hình hệ truyền động lô đặt tốc độ dài 48
Hình 2. 9. Sơ đồ cấu trúc bộ quan sát HGO 50
Hình 3. 1. Cấu trúc bộ điều khiển PID 55
Hình 3. 2. Hệ truyền động băng vật liệu dùng bộ điều khiển PID 56
Hình 3. 3. Mô hình tổng quát các bộ điều khiển đề xuất 57
Hình 3. 4. Mặt phẳng pha trong hai trường hợp sử dụng bộ điều
khiển TSM (a) và FTSM (b)
61
Hình 3. 5. Mô hình điều khiển lực căng lô dẫn động 70
Hình 3. 6. Sơ đồ cấu trúc mạng nơ ron nhận dạng hàm
1F
g x 74
Hình 3. 7. Sơ đồ cấu trúc mạng nơ ron nhận dạng hàm
1F
h x 74
Hình 3. 8. Mô hình BĐK lực căng sử dụng nhận dạng bằng mạng
nơ ron
77
Hình 3. 9. Sơ đồ cấu trúc mạng nơ ron nhận dạng hàm
1v
g x 79
Hình 3. 10. Sơ đồ cấu trúc mạng nơ ron nhận dạng hàm
1v
h x 80
xi
Hình 3. 11. Mô hình BĐK tốc độ dài lô tháo cuộn 81
Hình 4. 1. Mô hình mô phỏng hệ truyền động băng vật liệu 86
Hình 4. 2. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ với bộ điều khiển
PID
88
Hình 4. 3. Đáp ứng lực căng dài của hệ với bộ điều khiển PID 88
Hình 4. 4. Vẽ tách đáp ứng lực căng của hệ với bộ điều khiển PID 89
Hình 4. 5. Đáp ứng tốc độ dài của hệ với bộ điều khiển PID 89
Hình 4. 6. Đáp ứng tốc độ góc của hệ với bộ điều khiển PID 89
Hình 4. 7. Đáp ứng tốc độ góc của hệ với bộ điều khiển PID khi
0uR = 0,16 m
90
Hình 4. 8. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ với bộ điều khiển
PID khi có thành phần bất định tác động
90
Hình 4. 9. Đáp ứng lực căng của hệ với bộ điều khiển PID khi có
thành phần bất định tác động
91
Hình 4. 10. Đáp ứng tốc độ dài của hệ với bộ điều khiển PID khi có
thành phần bất định tác động
91
Hình 4. 11. Đáp ứng tốc độ góc của hệ với bộ điều khiển PID khi có
thành phần bất định tác động
92
Hình 4. 12. Quá trình luyện mạng 92
Hình 4. 13. Cấu trúc lớp ẩn có 10 nơ ron 93
Hình 4. 14. Kết quả luyện mạng sau 1000 lần 93
Hình 4. 15. Kết quả luyện mạng sau 2000 lần 94
xii
Hình 4. 16 Giá trị ước lượng lực căng của bộ quan sát HGO khi
không có nhiễu
95
Hình 4. 17. Giá trị ước lượng lực căng của bộ quan sát HGO khi có
nhiễu
95
Hình 4. 18. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ 96
Hình 4. 19. Lực căng của băng vật liệu 97
Hình 4. 20. Vẽ tách đáp ứng lực căng của băng vật liệu 97
Hình 4. 21. Đáp ứng tốc độ dài của băng vật liệu 97
Hình 4. 22. Đáp ứng tốc độ góc của hệ 98
Hình 4.23. Tốc độ góc khi bán kính ban đầu của lô tháo cuộn 0uR =
0,16 m
98
Hình 4.24. Đáp ứng lực căng và tốc độ dài của hệ khi có nhiễu tác
động
100
Hình 4.25. Đáp ứng lực căng hệ khi có nhiễu tác động 100
Hình 4.26. Đáp ứng tốc độ dài của hệ khi có nhiễu tác động 100
Hình 4.27. Đáp ứng tốc độ góc của hệ khi có nhiễu tác động 101
Hình 4.28. Kết nối mô phỏng hệ thống theo thời gian thực 103
Hình 4.29. Hình ảnh card DS1104 104
Hình 4.30. Hình ảnh bộ kết nối CP1104 104
Hình 4.31. Thiết bị mô phỏng theo thời gian thực tại phòng thí
nghiệm
105
xiii
Hình 4.32. Đồ thị đáp ứng của lô tháo cuốn và lô dẫn theo thời gian
thực
105
Hình 4.33. Đồ thị đáp ứng của lô cuộn lại theo thời gian thực 106
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Hệ truyền động (HTĐ) nhiều động cơ điện, vận chuyển băng vật liệu có
vai trò đặc biệt quan trọng trong rất nhiều tổ hợp thiết bị kĩ thuật thuộc các lĩnh
vực công nghiệp và quốc phòng. Đặc biệt như: Các hệ quấn nhả trong các nhà
máy quốc phòng sản xuất giấy, màng mỏng phục vụ bao gói, bảo quản vũ khí;
hệ cán kéo sản xuất tôn thép, pin năng lượng mặt trời, cáp điện, cáp viễn thông
quân đội. Thời gian gần đây, với sự ra đời và phát triển của nhiều ngành kĩ thuật
mới như kĩ thuật điện tử công suất, kĩ thuật vi điều khiển, đã làm cho chất lượng
của các HTĐ này có những tiến bộ vượt bậc. Tuy nhiên, với những đòi hỏi ngày
càng cao của ngành công nghiệp và nền quốc phòng hiện đại, thì rất cần tiếp
tục nghiên cứu các phương pháp điều khiển mới nhằm nâng cao năng suất, chất
lượng, giảm giá thành sản phẩm.
HTĐ truyền động băng vật liệu đàn hồi nhiều động cơ là các hệ động lực
học phi tuyến, chứa các liên hệ chéo, tham số mô hình biến đổi, chịu tác động
của các yếu tố bất định như mômen, ma sát, đàn hồi; làm cho mô hình của đối
tượng điều khiển trở nên phi tuyến; vì thế hệ truyền động này đòi hỏi các phương
pháp điều khiển phải có tính bền vững cao. Với những yêu cầu ngày càng cao về
chất lượng của những dây chuyền vận chuyển băng vật liệu hiện đại, việc phát
triển các bộ điều khiển đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước tập
trung nghiên cứu. Các thuật toán điều khiển hệ truyền động này liên tục được
nghiên cứu phát triển từ đơn giản như BĐK PD, PID [8, 9, 10] đến phức tạp như
logic mờ [9, 10, 11, 12, 13, 14, 15], mạng nơ ron [16, 17, 18, 19], điều khiển tối
ưu [20], và điều khiển bền vững [21, 22], điều khiển phản hồi đầu ra dựa trên tiêu
chuẩn ổn định Lyapunov [23, 24].
Từ những lý do trên cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu phát triển các
thuật toán điều khiển cho hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ nhằm
2
nâng cao hơn nữa chất lượng của dây chuyền sản xuất, giảm thấp nhất sự ảnh
hưởng của các yếu tố nhiễu loạn, bất định tác động lên hệ thống. Chính vì vậy
đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển FTSM thích nghi và bộ quan sát
HGO tổng hợp hệ điều khiển truyền động điện băng vật liệu nhiều động cơ” có
tính cấp thiết và mang tính thời sự.
2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án
Hệ truyền động vận chuyển băng vật liệu là hệ đang được ứng dụng rộng
rãi trong nhiều dây chuyền công nghiệp, góp phần to lớn vào phát triển kinh tế
của nước ta, vì vậy việc nghiên cứu của luận án mang lại nhiều ý nghĩa cả khoa
học và thực tiễn.
Ý nghĩa khoa học:
Luận án đề xuất sử dụng bộ quan sát high-gain (HGO) để quan sát lực
căng của băng vật liệu mà không cần cảm biến, ứng dụng mạng nơron RBF để
nhận dạng tham số bất định của mô hình, phát triển bộ điều khiển trượt FTSM
thích nghi điều khiển lực căng, đảm bảo tính ổn định và bền vững với nhiễu.
Ý nghĩa thực tiễn :
Thuật toán điều khiển mà luận án đề xuất khi áp dụng vào thực tế có thể
giảm chi phí xây dựng hệ thống do giảm lượng cảm biến lực căng, cảm biến đo
sự thay đổi thông số mô hình.
3. Mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Mục tiêu:
Nghiên cứu phương pháp ước lượng lực căng; nhận dạng mô hình và
phương pháp điều khiển cho hệ truyền động nhiều động cơ vận chuyển băng
vật liệu có tham số biến đổi, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển; giảm giá
thành sản phẩm.
3
Nhiệm vụ:
- Xây dựng mô hình động học của hệ truyền động nhiều động cơ truyền
động băng vật liệu đàn hồi có tính đến sự thay đổi của mô men quán tính và
bán kính của lô cuộn lại và lô tháo cuộn
- Xây dựng bộ quan sát lực căng.
- Nhận dạng hệ thống với mô hình có tham số biến đổi.
- Xây dựng BĐK FTSM thích nghi cho hệ truyền động.
- Chứng minh tính ổn định và hội tụ cho thuật toán điều khiển đã đề xuất
trên cơ sở lý thuyết ổn định Lyapunov, nguyên lý tách.
- Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink để kiểm
chứng các thuật toán đã đề xuất.
Đối tượng nghiên cứu:
Là hệ truyền động vận chuyển băng vật liệu nhiều động cơ.
Phạm vi nghiên cứu:
- Luận án nghiên cứu về ước lượng lực căng, điều khiển lực căng và tốc
độ dài của hệ truyền động băng vật liệu nhiều động cơ.
- Hệ di chuyển theo một chiều, không có hiện tượng trượt băng trên lô.
- Biến dạng vật liệu tuân theo định luật Hooke.
- Cơ cấu chấp hành được coi là lý tưởng.
Phương pháp nghiên cứu:
- Tổng kết các công trình nghiên cứu trước, xây dựng mô hình đối tượng,
đề xuất bộ điều khiển và bộ quan sát phù hợp cho đối tượng nghiên cứu.
- Chứng minh tính ổn định và hội tụ của phương pháp điều khiển. Dùng
4
mô phỏng trên máy tính để kiểm chứng, đánh giá chất lượng của thuật toán điều
khiển đã đề xuất.
4. Nội dung và bố cục của luận án
Luận án bao gồm: phần mở đầu, bốn chương chính, mỗi chương giải quyết
một nội dung khoa học cụ thể; kết luận chung; phụ lục và tài liệu tham khảo.
Ngoài phần mở đầu, nội dung chính của các chương như sau:
Chương I – Tổng quan hệ truyền động điện băng vật liệu nhiều động
cơ và các vấn đề điều khiển
Trong chương 1 luận án trình bày tổng quan về hệ truyền động băng vật
liệu, trên cơ sở phân tích đặc điểm, yêu cầu về công nghệ và chất lượng điều
khiển của hệ truyền động; các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của hệ truyền
động. Phân tích kết quả nghiên cứu của các công trình đã được công bố trong
và ngoài nước, chỉ ra ưu nhược điểm của từng phương pháp. Từ đó đề xuất
phương pháp điều khiển mới phù hợp với yêu cầu điều khiển của hệ thống.
Chương II – Mô hình toán học và bộ quan sát lực căng cho hệ truyền
động điện băng vật liệu nhiều động cơ