BÁO cáo PROJECT BASE LEARNING 2 THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN NÂNG CAO đề tài thiết kế hệ thống điều khiển cầu trục

 

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN

BÁO CÁO PROJECT BASE LEARNING 2:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO
Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cầu trục
Nhóm:
Sinh viên thực hiện:
1.
2.
3.
4.
5.

Trần Bảo Tú
Lê Công Vinh
Lê Thế Vỹ
Lê Minh Khoa
Trần Văn Mạnh Tài

Lớp: 19TDHCLC3
Lớp: 19TDHCLC3
Lớp: 19TDHCLC3
Lớp: 19TDHCLC4
Lớp: 19TDHCLC4

Nhóm học phần: 19.34
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Mai

 Đà Nẵng, tháng 8/2022


 

LỜI NĨI ĐẦU
Trong suốt q trình thực hiện Đồ án, mặc dù gặp phải nhiều
khó khăn nhưng được sự giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời từ quý Thầy Cô và
các bạn nên Đồ án đã hoàn thành đúng tiến độ. Em xin chân thành cảm
ơn thầy Nguyễn Hoàng Mai đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo kinh
nghiệm q báu.
 Nhóm chúng em cũng xin cảm ơn các thành viên trong nhóm lớp
học phần 19.34 đã có những ý kiến đóng góp, bổ sung, cũng như động
viên khích lệ giúp em hồn thành tốt đề tài.
Mặc dù nhóm thực hiện đã cố gắng hồn thiện được đồ án, nhưng
trong q trình soạn thảo cũng như kiến thức cịn hạn chế nên có thể
cịn nhiều thiếu sót. Nhóm thực hiện mong nhận được sự đóng góp ý
kiến của q thầy cơ cùng các bạn sinh viên.
Sau cùng nhóm thực hiện xin chúc Thầy cô sức khoẻ, thành công và
tiếp tục đào tạo những sinh viên giỏi đóng góp cho đất nước. Chúc các
 bạn sức khỏe, học tập thật tốt để không phụ công lao các Thầy Cơ đã
giảng dạy. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn.

Trân trọng!

MỤC LỤC


 

 LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................... 2
 MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ ĐK CẦU TRỤC...........................6 

I. Sơ lược đề tài.......................................................................................................6
1.

Khái niệm cầu trục........................................................................................6

2.

Các đặc điểm của cầu trục.............................................................................6

3.

Bản vẽ chi tiết...............................................................................................6

4.

Các thành phần chính....................................................................................7

CHƯƠNG 2:

MƠ HÌNH TỐN HỌC.....................................................................13

1.

Định nghĩa các tọa độ tổng qt..................................................................13

2.

Mơ hình động của một cần trục ba chiều.....................................................14

CHƯƠNG 3:

CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN.....................................................................16 

1.

PID:.............................................................................................................16

2.

Fuzzy:.........................................................................................................16

3.

ANN:...........................................................................................................16

CHƯƠNG 4:

XỬ LÝ ẢNH......................................................................................17 

I. Python code:......................................................................................................17
II.

Arduino:.........................................................................................................17

III. Kết hợp Arduino và xử lý ảnh điều khiển động cơ tránh vật cản theo màu:...17

HÌNH ẢNH


 

 Hình 1: Bản vẽ 3D cẩu trục...........................................................................................7 
 Hình 2: Bản vẽ 3D cẩu trục...........................................................................................8
 Hình 3: Động cơ bước................................................................................................... 8
 Hình 4: Cảm biến vật cản hồng ngoại...........................................................................9
 Hình 5: Bánh xe cho cẩu trục........................................................................................ 9
 Hình 6: Kích thước nhơm định hình............................................................................10
 Hình 7: Nhơm định hình.............................................................................................10
 Hình 8: Dây Curoa...................................................................................................... 10
 Hình 9: Buly thép........................................................................................................ 11
 Hình 10: Động cơ ecoder............................................................................................11
 Hình 11: Hệ tọa độ của cần trục ba chiều...................................................................14


 

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy
tính đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như CNC, PLC... các thiết bị này cho phép
khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống điều khiển trước đó và đáp ứng
được yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất. Với sự phát triển của khoa học
công nghệ như hiện nay thì việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự động hố

q trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao
chất lượng sản phẩm đang là một vấn đề cấp thiết và có tính thời sự cao.
Thế kỉ 21 đã mở ra một kỉ nguyên mới cho đất nước ta. Kỉ ngun cơng nghiệp
hóa hiện đại hóa. Hàng loạt những nhà máy, công xưởng được xây dựng và lắp ráp
cùng với các dây chuyền cơng nghệ máy móc hiện đại được lắp đặt với khối lượng rất
lớn. Mặt khác cơng tác sửa chữa khắc phục những máy móc cũ sau một thời gian dài
sử dụng cũng được đẩy nhanh. Tất cả các cộng việc xây dựng, lắp ráp và sửa chữa đó
khơng thể vắng các máy nâng chuyển. Cầu trục là một thiết bị quan trọng trong các
thiết bị nâng đó. Đặc biệt trong các nhà kho, nhà máy cầu trục trở thành thiết bị quan
trọng và rất cần thiết. Cầu trục được sử dụng rộng rãi để xếp dỡ hàng hoá trong các
nhà kho trong các nhà máy xí nghiệp sữa chữa lắp ráp và chế tạo.
Với nhu cầu thực tế đó, các thầy ở bộ mơn Tự Động hóa của trường Đại Học
Bách Khoa Đà Nẵng đã đề ra mơ hình tìm hiểu Thiết kế hệ thống điều khiển cầu trục.
2. Mục tiêu nghiên cứu
 Nghiên cứu các tính chất động lực học và điều khiển của hệ cầu trục, đề xuất
các giải pháp điều khiển chống lắc và di chuyển hàng hố chính xác nhằm nâng cao
chất lượng làm việc của cầu trục, có khả năng áp dụng trong thiết kế, chế tạo hoặc cải
tiến, nâng cấp họ cầu trục sử dụng trong công nghiệp.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Họ cầu trục trong các nhà máy cơ khí dẫn động bằng động cơ điện yêu cầu
làm việc ở chế độ tự động với quy trình nâng hạ hàng hóa được định sẵn.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Trên cơ sở đối tượng nghiên cứu, xây dựng mơ hình động lực học chuyển động
của tháp cầu trục trong các trường hợp làm việc dưới dạng các hệ phương trình
vi phân chuyển động.
- Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID cho cầu trục
và thiết kế bộ điều khiển PID bằng các phương pháp chỉnh định trên cơ sở giải
thuật tối ưu Nelder-Mead, giải thuật di truyền và giải 2 thuật tối ưu bầy đàn.
- Mơ phỏng các kết quả tính tốn trên phần mềm MATLABSIMULINK.
- Tiến hành thử nghiệm và so sánh kết quả tính tốn, mơ phỏng giữa các trường

hợp có và khơng có hệ thống điều khiển để kiểm chứng các kết quả lý thuyết.
5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu


 

- Khảo sát tính chất động lực học của cầu trục.
- Xây dựng cấu trục hệ thống điều khiển cầu trục dựa trên bộ điều khiển PID.
- Tối ưu hóa các thông số bộ điều khiển PID bằng các giải thuật tối ưu NelderMead (NM), giải thuật di truyền (GA) và giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO).
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Xây dựng được hệ phương trình vi phân chuyển động của cầu trục mơ tả quan
hệ cơ- điện.
- Tìm được bộ thơng số tối ưu cho bộ điều khiển PD và PID dựa trên các giải
thuật GA và PSO.
- Mô phỏng số được các trường hợp chuyển động của cầu trục trên phần mềm.
- Xây dựng được cầu trục mẫu để kiểm chứng kết quả khi khơng có điều khiển và
khi có bộ điều khiển được đề xuất.
- Kết quả của Luận án là tiền đề quan trọng để áp dụng vào thực tiễn.
7. Những đóng góp mới của luận án
- Đã mơ hình hóa hệ động lực học cầu trục, bao gồm cả mơ hình cơ học và mơ
hình cơ điện ở tất cả các chế độ làm việc khác nhau của cầu trục.
- Đề xuất được cấu trúc hệ thống điều khiển cầu trục tự động sử dụng bộ điều
khiển PID nhằm điều khiển chính xác vị trị làm việc và chống lắc.
- Bằng các giải thuật tối ưu Nelder-Mead, giải thuật di truyền và giải thuật tối ưu
 bầy đàn, đã xây dựng thuật tốn và tính tốn tối ưu tham số của các bộ điều
khiển PID nhằm nâng cao chất lượng làm việc của cầu trục.
- Thiết kế chế tạo mơ hình cầu trục mẫu và tiến hành thử nghiệm, kết quả thử
nghiệm sơ bộ có thể đánh giá được tính hiệu quả, khả thi của cấu trúc hệ thống
điều khiển cầu trục đề xuất.

 

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ ĐK CẦU TRỤC

I. Sơ lược đề tài
1. Khái niệm cầu trục
 Cầu trục là tên gọi chung của máy trục kiểu cầu, di chuyển trên hai đường ray cố
định trên kết cấu kim loại hoặc tường cao để vận chuyển các vật trong khoảng khơng
(khẩu độ) giữa hai đường ray đó.
2. Các đặc điểm của cầu trục
a) Các yêu cầu kỹ thuật cầu trục
Với đặc điểm là máy nâng chuyển đa dụng, cầu trục cần đáp ứng được các yêu cầu
chính sau: Bảo đảm tốc độ nâng chuyển với tải trọng định mức; Có khả năng thay đổi
tốc độ trong phạm vi rộng; Có khả năng rút ngắn thời gian quá độ; Có trị số hiệu suất
cos cao; Đảm bảo an tồn hàng hố; Điều khiển tiện lợi và đơn giản; Ổn định nhiệt
cơ và điện; Tính kinh tế và kỹ thuật cao.
b) Phạm vi ứng dụng
Cầu trục có phạm vi hoạt động rộng, lại được bố trí trên cao khơng chiếm
nhiều mặt bằng cơng nghệ nên được sử dụng rất rộng rãi trong các nhà máy, phân
xưởng, nhà kho để nâng hạ hàng hóa với lưu lượng lớn.
3. Bản vẽ chi tiết

 Hình 1: Bản vẽ 3D cẩu trục


 

 Hình 2: Bản vẽ 3D cẩu trục

4. Các thành phần chính
a) Các thành phần
+ Dùng 4 động cơ bước:

 Hình 3: Động cơ bước

Thông số Step motor NEMA 17 (Động cơ bước):

- Chiều dài: 48MM
- Mới 100%


 

- Đường kính trục 5mm. Đầu trục vát phẳng, giúp puli/khớp nối không
đỡ bị lỏng khi hoạt động
- Cường độ định mức 1.5A, mơ men giữ 0.55 Nm, góc quay mỗi bước
1.8
- Dây nối dài 1m, đầu dây chuẩn XH2.54. Tương thích với đầu ra động
cơ bước trên mạch RAMPS 1.5 hoặc CNC shield V3
- Công suất phù hợp cho máy in 3D và CNC mini
- Ít tỏa nhiệt, chuyển động êm
- Khối lượng: 400g
+Driver A4988 điều khiển động cơ bước:

 Driver A4988
Tính năng:
- Dễ dàng điều khiển hướng quay và số bước quay

- 5 chế độ điều khiển: full step, haft step, 1/4, 1/8, 1/16
- Có thể điều chỉnh dịng tối đa thông qua một biến trở cho phép động cơ
 bước hoạt động với công suất tối đa
- Ngắt bảo vệ khi quá nhiệt, quá áp và quá dòng
- Bảo vệ ngắn mạch
Thơng số:
- Điện áp hoạt động: 8V~35V
- Dịng liên tục trên mỗi pha: 1A~2A
- Điện áp logic: 3V-5.5V


 

- Kích thước: 15,24 x 20,32cm
Sơ đồ mạch:

Sơ đồ mạch Driver A4988
+ Cảm biến tiệm cận:

 Hình 4: Cảm biến vật cản hồng ngoại

- Điện áp cung cấp cho mạch: 3.3V-5V.
- Bộ so sánh dùng Op Amp LM358 hoặc LM393.
- Đầu ra kỹ thuật số mức ( 1 và 0 ).
- Khoảng cách: 2 – 5 cm


 

+ Bánh xe

 Hình 5: Bánh xe cho cẩu trục

- Đường kính lỗ 4.9mm
- Đường kính ngồi 23.9mm
- Độ dày 10.2mm

+ Nhơm định hình

 Hình 6: Kích thước

nhơm định hình

 Hình 7: Nhơm định hình

+ Dây Curoa


 

 Hình 8: Dây Curoa

+ Buly thép

 Hình 9: Buly thép

+ Ecoder

 Hình 10: Động cơ ecoder 

- Dòng điện: 20mA
- Chuẩn Jack 2.0
- Số xung: 334, với 2 kênh A, B lệch pha nhau góc 90 độ


 

- Độ phân giải: 334x4=1336 
- 5VDC: 1000rpm
- 12VDC: 4300rpm
- Điện áp: 5 - 12 VDC
+ Vi điều khiển Arduino Uno R3

 Hình 10: KIT ARDUINO UNO R3

Một số thơng tin về Kit ARDUINO:
- Chip điều khiển chính: ATmega328P
- Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2
- Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngồi cắm từ giắc trịn DC
- Số chân Digital I/O: 14 (trong đó 6 chân có khả năng xuất xung PWM).
- Số chân PWM Digital I/O: 6
- Số chân Analog Input: 6
- Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20 mA
- Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA
- Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dùng cho bootloader.
- SRAM: 2 KB (ATmega328P)
- EEPROM: 1 KB (ATmega328P)
- Clock Speed: 16 MHz
b) Phần cứng


Các thành phần di chuyển theo trục X:


 

 + 2 thanh nhôm: 0,25x2 = 0,5 (kg)
+ Khối lượng 4 động cơ bước: 4 x m đc = 4 × 0,4 = 1,6 (kg)
+ Dây điện: 0,5 (kg)
Mr  = 2,6 (kg)
Các thành phần di chuyển theo trục Y:
+ 2 động cơ bước: 0,4 x 2 = 0,8 (kg)
+ 1 tải: 0,5 (kg)
+ Các dây, thành phần khác: 0,5 (kg)
  M c = 1,8 (kg)


Công suất động cơ: P đc = U x I = 12 x 1.5 = 18 (W)
+ Lực ma mát F ms =  μ x N  (N) với N = Pđc = mđc ×g = 0,4 × 9,8 = 3,92 (N)
Hệ số ma sát trượt
giữa Nhôm và
nhựa:  μ= 0,25
Fms =  μ x N  =
0,25 × 3,92 =
0,98 (N)

Áp dụng DL II Newton, F = ma


 

 

Fk - Fms = mđc ×a



  P đc
v

  − F ms=mđc × a 

   Pđc − F ms × v = mdc × a × v
   v=

  P đc
mđc × a + F ms

 (m/s)

Các thành phần di chuyển theo trục Z:

 Khối lượng tải: mtai  = 0,5 (kg)
Áp dụng DL II Newton, F = ma
 


Fk - P = mđc ×a
  P đc
v

  − P =m đc ×a  

   Pđc − Pxv =m dc × a × v
   v=

  Pđc
mđc × a + P

 (m/s)

c) Cách gia cơng, chế tạo
+ Khoan, cắt
+ Mài
+ Nối, hàn
+ Bắt vít


 

CHƯƠNG 2:

MƠ HÌNH TỐN HỌC

 Hình 11: Hệ tọa độ của cần trục ba chiều

1. Định nghĩa các tọa độ tổng quát.
XYZ là hệ tọa độ cố định và  X T  Y T  Z T là hệ tọa độ xe đẩy chuyển động cùng xe đẩy.
Gốc của hệ tọa độ xe đẩy là (x, y , 0) trong hệ tọa độ cố định. Mỗi trục của hệ tọa độ
xe đẩy song song với trục đối của hệ tọa độ cố định. Y T được xác định dọc theo dầm

khơng được thể hiện trong hình. Xe đẩy di chuyển trên dầm theo hướng Y T (đi ngang)
và dầm và trục Y T  chuyển động theo hướng  X T  (di chuyển). θ là góc xoay của tải theo
một hướng bất kỳ trong không gian và có hai thành phần: θ xvà θ y, trong đó θ xlà góc
xoay chiều trên mặt phẳng  X T  Y T  Z T  và θ y là góc xoay đo từ mặt phẳng  X T  Z T .
Vị trí của tải ( x m ,  y m ,  z m) trong hệ tọa độ cố định được cho bởi
 x m= x + l sin θ x cos θ y ,
 y m= y + l sin θ y ,
 z m=− l cos θ x cos θ y ,

Trong đó l là độ dài dây
Mục đích của nghiên cứu này là kiểm sốt chuyển động của cả cần trục và tải trọng
của nó. Do đó x, y, l, θ x , v à   θ y  được định nghĩa là các tọa độ tổng quát để mô tả
chuyển động.


 

2. Mơ hình động của một cần trục ba chiều.
Trong phần này, các phương trình chuyển động của một hệ thống cần trục được suy
ra bằng phương trình Lagrange (Meirovitch, 1970). Trong nghiên cứu này, tải trọng
được coi là một khối lượng điểm. Khối lượng và độ cứng của sợi dây cũng bị bỏ qua.

 Mơ hình cầu trục dạng tổng quát 
K, động năng của cần trục và tải của nó, và P, thế năng của tải, được cho là
 K =

m
 M   x
 ˙ + M   ˙ y + M   z )+ ν
 (

2
2
1

2

2

 x

2

 y

 z

2

m

,

 P=mgl ( 1− cos θ x cos θγ  ) ,

Trong đó  M  x   ,  M  y   và  M l lần lượt là các thành phần x (di chuyển), y (di chuyển
ngang) và l (nâng hạ) của khối lượng cần trục và khối lượng tương đương của các bộ
 phận quay như động cơ và bộ truyền động của chúng; m, g và v m lần lượt biểu thị khối
lượng tải, gia tốc trọng trường và tốc độ tải;
v m ( ≡ x
 ˙ m + y˙ m + z m )thu được là

2

2

2

2

2
2
2
2
2
2 2
2 2
v m= x˙ +  y˙ + l˙ + l cos ( θ y ) θ˙ x + l θ˙  y + 2 ¿

Lagrangian L và Rayleigh F được coi là
 L=

m
 M   x
 ˙ + M   ˙ y + M   ˙l ) + v
 (
2
2
1

2

 x

2

2

 y

 F =

l

1

2

m

 ( D  x ˙ + D  ˙ y

2

2

 x

 y

2

+ mgl ( cos θ x cos θ y −1 )
+ D l ˙l ) ,
2

Trong đó  D x ,  D y  và  Dl biểu thị các hệ số tắt dần nhớt liên quan đến các chuyển
động x, y và I tương ứng.
Phương trình chuyển động của hệ cần trục thu được bằng cách đưa L và F vào
 phương trình Lagrange gắn với các tọa độ tổng quát x, θ x, y, θ y và l, tương ứng:




(M x + m)xă + ml cos x cos yăx ml sin x sin yăy + m sin x cos yăl +Dx x + 2 m cos x cos y l x 2 m si
ml

2

cos

2

yăx + ml cos x cos yx
ă + 2 ml cos y lx 2 m l
2

2

 ˙ + mgl sin θ x cos θ y =0 ,

sin θ y cos y x y

(My + m ) ăy + ml cos yăy+ m sin y ăl +Dy y +2 m cos y ly ml sin yy= fy
2

ml ă y + ml cos yăy ml sin x sin yx
ă + 2 ml ˙l ˙θ x arctan s θ y sin θ y ˙θ x + mgl cos x sin y =0 ,
2

2

(Ml + m ăl + m sin x cos yxă +m sin yăy +D l ˙l− ml cos

2

θ y  ˙θ x − ml ˙θ y − mgcosθ x cos θ y =fl ,
2

2

2

mlx
ă lsin sin + mly
ă cos+ ml l aă +2 m l ≪ a˙ + ml glcosα sinβ =0
2
2
˙ 2 + m glsin cos = 0
mlx
ă lcos cos 2 ml l α 
˙  β sinα cosα   + 2 ml l ă cos

l

ă ux =0
( m c + mr + ml +m l)x
ă + ml
( m c + m r + ml )y
ă + ml l ăuy =0
ă ml g uz=0

2 ml l

yă + l ă+ g= 0

ă + g =0
xă + l
x =[x
0

0

x

0

y

0

y

0



xă =



0



0

0

1

mc + mr + ml
yă =

0






1

m c + ml

ux +

uy +



ă =



1

l ( mc + ml )

0

l

0 T

] =[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]T 

  ml g
m c + mr + ml
  ml g
mc + ml

 β

α 

1

l ( m ¿ ¿ c + mr + ml) ux + g


ă=

l

uy + g
lă =

( m c + m r + m l + m l)
  β ¿¿
l ( mc + mr + ml )
( m ¿ ¿ c + mr + ml )
 ¿
l ( m ¿ ¿ c + ml ) α ¿

 1
2 ml

u z


 

3. Mô phỏng trên Matlab:


 

 Mơ hình tốn cẩu trục 3 chiều


 
 

CHƯƠNG 3:

CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN

1. PID:
1.1.

Lý thuyết tổng quan

Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) là
một cơ chế phản hồi vòng điều khiển tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ
thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng
nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi. Bộ điều khiển PID sẽ tính tốn giá trị
"sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ
điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển
đầu vào.

 Mơ hình tốn bộ điều khiển PID
Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân được cộng lại với nhau để tính tốn đầu ra của bộ

điều khiển PID. Định nghĩa rằng là đầu ra của bộ điều khiển, biểu thức cuối cùng
của giải thuật PID là:
0

u ( t )= K  p e ( t )+ K i

d
 e ( t )
∫ e ( t ) dt + K  dt 
d

0

trong đó các thơng số điều chỉnh là:
Độ lợi tỉ lệ, giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn, bù khâu
tỉ lệ càng lớn. Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dẫn đến quá trình mất ổn định và
dao động.
Độ lợi tích phân, giá trị càng lớn kéo theo sai số ổn định bị khử càng nhanh. Đổi
lại là độ vọt lố càng lớn: bất kỳ sai số âm nào được tích phân trong suốt đáp ứng


 

quá độ phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới trạng thái
ổn định.
Độ lợi vi phân, giá trị càng lớn càng giảm độ vọt lố, nhưng lại làm chậm đáp ứng
quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi
 phân sai số.

1.2.

Thiết kế bộ điều khiển PID cho cầu trục

Hệ thống cầu trục cần điều khiển chính xác vị trí của hàng khi cẩu trục di chuyển
và thời gian thực hiện công việc là tối ưu nhất. Vì vậy áp dụng bộ điều khiển pid để
hiệu chỉnh tham số tốc độ và nhận biết vị trí và cài đặt thời gian đáp ứng một cách
hợp lí.
Với thông số đầu vào là tốc độ đặt, đầu ra là vị trí và thời gian chạy, tốc độ động cơ 
sẽ được phải hồi qua encoder và hồn thành vịng kín điều khiển.
Mơ hình tốn bộ điều khiển pid như sau:

Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển cầu trục bằng PID
Với thông số  K  p , K i , K d , được lựu chọn dựa vào mô phỏng và thực nghiệm trên
Matlab Simukink


 

Mô phỏng bộ điều khiển PID trên Matlab Simulink:

Kết quả mô phỏng:
Các thông số Kp, Ki, Kd ta sử dụng trong chương trình mơ phỏng được xác định
 bằng PID Tuner của Matlab Simulink 
Trục X:
K  p = 0.0801
K i = 0.0174
K d = -1.952
Trục Y:
K  p = 0.2951
K i = 0.0044

K d = -1.0435
Trục Z:
K  p = 1.0369
K i = 0.0810
K d = 0.4654


 

 Kết quả mô phỏng các trục X Y Z 

 Kết quả mơ phỏng góc lắc alpha, beta

Nhận xét:


 

2. Fuzzy:
2.1.

Lý thuyết tổng quan

Logic mờ (tiếng Anh: Fuzzy logic) được phát triển từ lý thuyết tập mờ  để thực hiện
lập luận một cách xấp xỉ thay vì lập luận chính xác theo logic vị từ cổ điển. Logic
mờ có thể được coi là mặt ứng dụng của lý thuyết tập mờ để xử lý các giá trị trong
thế giới thực cho các bài tốn phức tạp. Lơgic mờ chính xác khơng kém bất kỳ dạng
lôgic nào khác. Đây là một phương pháp tốn học có tổ chức để làm việc với các
khái niệm 'có bản chất khơng chính xác.
Logic mờ và xác suất nói đến các loại khơng chắc chắn khác nhau. Logic mờ được

thiết kế để làm việc với các sự kiện khơng chính xác (các mệnh đề logic mờ), trong
khi xác suất làm việc với các khả năng sự kiện đó xảy ra (nhưng vẫn coi kết quả là
chính xác).

Một bộ điều khiển mờ bao gồm 3 khối cơ bản: Khối mờ hóa, thiết bị hợp
thành và khối giải mờ. Ngồi ra cịn có khối giao diện vào và giao diện ra.

 Hình: Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ 
Khối mờ hóa: có chức năng chuyển mỗi giá trị rõ của biến ngơn ngữ đầu
vào thành vecto có số phần tử bằng số tập mờ đầu vào.
Thiết bị hợp thành mà bản chất của nó 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.