Nghiên cứu các phương pháp điều khiển thông minh và đề xất cấu trúc điều khiển vị trí ổ đỡ từ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (378.27 KB, 27 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU
KHIỂN THÔNG MINH VÀ ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC
ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Ổ ĐỠ TỪ
Học viên
: Nguyễn Thị Tuyết
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển
Thái Nguyên 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự Do - Hạnh phúc
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CƢÚ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG
MINH VÀ ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Ổ ĐỠ TỪ
Học viên
: Nguyễn Thị Tuyết
Lớp
: CHK11
Chuyên nghành
: Tự động hoá
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển
Ngày giao đề tài
: 01/02/2010
Ngày hoàn thành
: 29/08/2010
Khoa ĐT sau ĐH
Cán bộ HDKH
Học viên
PGS.TS Nguyễn Như Hiển
Nguyễn Thị Tuyết
Ban giám hiệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung trong
đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Đây là công trình do tôi tổng hợp và
nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần
tài liệu tham khảo.
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Tuyết
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỤC LỤC
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các bảng, hình vẽ, đồ thị và chữ viết tắt
Lời nói đầu
Nội dung
Trang
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ Ổ ĐỠ TỪ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU
1
KHIỂN HIỆN ĐẠI
1.1Tổng quan về ổ đỡ từ
1
1.1.1 Ổ đỡ từ tính và truyền động động cơ
1
1.1.2 Hệ truyền động không tiếp xúc sử dụng bộ treo từ tính
3
1.1.3 Cấu trúc đặc trƣng của một hệ thống truyền động động cơ đƣợc
4
trang bị các ổ đỡ từ tính.
1.1.4 Hệ truyền động ổ đỡ không tiếp xúc
6
1.1.5 Cấu trúc ổ đỡ không tiếp xúc
7
1.1.6 Cấu trúc của cuộn dây
13
1.1.7 Phân loại ổ đỡ từ
14
1.1.8 Một số ứng dụng phù hợp của động cơ và máy phát kiểu treo từ tính
15
1.2.Đánh giá các phƣơng pháp điều khiển hiện đại
15
1.2.1 Phƣơng pháp điều khiển tối ƣu
15
1.2.2 Phƣơng pháp điều khiển thích nghi
17
1.2.3 Phƣơng pháp điều khiển bền vững
21
1.2.4 Phƣơng pháp điều khiển mờ
22
CHƢƠNG 2
ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Ổ ĐỠ TỪ
23
2.1 Mô hình toán học của bộ treo từ tính
23
2.1.1 Cấu trúc cơ điện và nguyên lý hoạt động của ổ từ
23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2.1.2 Các mối quan hệ cơ bản
25
2.1.3 Cơ cấu chấp hành vi sai
28
2.1.4 Động cơ nam châm vĩnh cửu lắp ghép bề mặt
29
2.1.5 Ổ từ chịu tải hƣớng tâm (ổ đỡ từ)
30
2.1.6 Mô tả toán học ổ đỡ tƣ̀
32
2.2 Các tính chất điều khiển đƣợc của bộ treo từ tính
38
2.2.1 Lực kéo không cân bằng
38
2.2.2 Các nguyên tắc cơ bản
38
2.2.3 Phép phân tích trong lõi từ hình chữ C và lõi từ hình chữ I
39
2.2.4 Giảm chấn trong hệ thống treo từ tính
40
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN
43
THÔNG MINH
3.1 Hệ lôgic mờ
43
3.1.1 Khái niệm về tập mờ
43
3.1.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
43
3.2 Bộ điều khiển mờ
50
3.2.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh
50
3.2.2 Bộ điều khiển mờ động
53
3.2.3 Bộ điều khiển mờ trƣợt
56
3.2.4 Điều khiển mờ thích nghi
57
3.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
57
CHƢƠNG 4:
MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG
61
4.1 Mô phỏng với bộ điều khiển PID
61
4.2. Mô phỏng với bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
62
4.3. So sánh chất lƣợng các bộ điều khiển:
67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4.2 Đánh giá chất lƣợng hệ thống.
68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NHGỊ
68
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
TT
Tên hình vẽ
Hình 1.1
Sự tạo ra lực từ hƣớng tâm bởi mật độ từ thông khe hở
Trang
1
không cân bằng:
Hình 1.2
Sơ đồ tƣợng trƣng của một hệ truyền động không tiếp
4
xúc
Hình 1.3
Động cơ với các ổ đỡ từ
5
Hình 1.4
Truyền động ổ đỡ không tiếp xúc
7
Hình 1.5
Hình dạng cơ bản của ổ đỡ từ
7
Hình 1.6
Bộ treo chủ động theo 2 trục:
7
Hình 1.7
Những biến đổi hệ treo tác dụng theo 5 phƣơng
8
Hình 1.8
Sự kết hợp với ổ đỡ từ và ổ đỡ cơ khí thông thƣờng
9
Hình 1.9
Một số hình ảnh ổ đỡ từ truyền thống
10
Hình 1.10 Cấu trúc chung của hệ ĐKTN
18
Hình 1.11 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN điều chỉnh hệ số khuếch đại
20
Hình 1.12 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN theo mô hình mẫu
20
Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc hệ ĐKTN tự điều chỉnh
21
Hình 2.1
Hệ thống từ treo
24
Hình 2.2
Lõi từ C và lõi từ hình chữ I với một cuộn cảm
25
Hình 2.3
Mạch từ hoá tƣơng đƣơng
27
Hình 2.4
Cơ cấu điều chỉnh vi sai
29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 2.5
Động cơ nam châm vĩnh cửu lắp ghép bề mặt
30
Hình 2.6
Ổ đỡ từ chịu tải hƣớng tâm
31
Hình 2.7
Mối quan hệ giữa lực hƣớng tâm và dòng điện
34
Hình 2.8
Mối quan hệ tuyến tính của lực hƣớng tâm với dòng điện
phân cực
Sơ đồ cách thức điều khiển dòng điện
35
Hình 2.9
Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống từ treo
lƣợng từ theo một phƣơng
Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc rút gọn
sử dụng năng
36
36
37
Hình 2.12 Lực từ kéo (hấp dẫn) và kích thƣớc khe hở: (a) kích thƣớc
39
khe hở rộng, (b) kích thƣớc khe hở đƣợc giảm xuống
Hình 2.13 Hệ thống treo từ tƣơng đƣơng với hệ thống giảm chấn -
40
khối lƣợng – lò xo
Hình 2.14 Sơ đồ cấu trúc điều khiển ổ đỡ từ
42
Hình 3.1
Hàm liên thuộc biến ngôn ngữ
43
Hình 3.2
Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ
44
Hình 3.3
Luật hợp thành
45
Hình 3.4
Mờ hoá
46
Hình 3.5
Thực hiện phép suy diễn mờ
46
Hình 3.6
Thực hiện phép hợp mờ
47
Hình 3.7
Những nguyên lý giải mờ.
48
Hình 3.8
Cấu trúc một hệ logic mờ
49
Hình 3.9
Quan hệ truyền đạt bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ
50
Hình 3.10 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ PD
52
Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(1)
52
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 3.12 Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(2)
52
Hình 3.13 Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(3)
53
Hình 3.14 Các hàm h(s(e))
54
Hình 3.15 Bộ điều khiển mờ trƣợt 2 đầu vào
55
Hình 3.16 Bộ điều khiển mờ trƣợt 3 đầu vào
55
Hình 3.17 Đƣờng chuyển đổi
56
Hình 3.18 Tập mờ 2 đầu vào
56
Hình 3.19 Tập mờ đầu ra
56
Hình 3.20 Điều khiển mờ chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID
56
Hình 3.21 Phƣơng pháp điều khiển thích nghi trực tiếp
57
Hình 3.22 Phƣơng pháp điều khiển thích nghi gián tiếp
57
Hình 3.23 Phƣơng pháp chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID
58
Hình 3.24 Bên trong bộ chỉnh định mờ
58
Hình 3.25 Tập mờ e và e‟
59
Hình 3.26 Tập mờ
59
Hình 3.27 Tập mờ Kp và KD
59
Hình 4.1
Sơ đồ mô phỏng khi dùng bộ điều khiển PID kinh điển
61
Hình 4.2
Kết quả mô phỏng khi dùng bộ điều khiển PID kinh điển
62
Hình 4.3
Sơ đồ mô phỏng khi dùng bộ điều khiển mờ chỉnh định
tham số PID
62
Hình 4.4
FIS Editor bộ chỉnh định
64
Hình 4.5
Đầu vào thứ nhất ET
64
Hình 4.6
Đầu vào thứ hai DET
65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 4.7
Đầu ra
65
Hình 4.8
Luật hợp thành
66
Hình 4.9
Luật hợp thành xây dựng trên Matlab
66
Hình 4.10 Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển mờ chỉnh định tham
số PID
Hình 4.11 Sơ đồ mô phỏng của bộ điều khiển PID kết hợp với bộ
điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
Hình 4.12 Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển PID kết hợp với bộ
điều khiển mờ chỉnh định tham số PID
67
67
68
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT
Chữ viết tắt
Diễn giải
1
I
Bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ
2
PI
Bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ tích phân
3
PD
Bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ vi phân
4
PID
Bộ điều khiển mờ theo luật tỷ lệ vi tích phân
5
ĐKTN
Điều khiển thích nghi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công nghệ truyền động tự động sử dụng động cơ không đồng bộ đã đƣợc phát
triển và có phạm vi ứng dụng rất rộng bởi những ƣu thế vƣợt trội của nó so với động cơ
một chiều nhƣ: Hiệu suất cao, gọn nhẹ, có yêu cầu bảo dƣỡng thấp và giá thành rẻ. Do
sự phát triển của công nghệ truyền động tự động yêu cầu các động cơ có công suất lớn,
tốc độ cao. Khi đó chế độ bảo dƣỡng động cơ gặp phải một số các hạn chế trong việc
bôi trơn và thay thế ổ đỡ, nhất là trong môi trƣờng chứa các chất độc hại, bị nhiễm xạ
hoặc trong các dây truyền thực phẩm và dƣợc phẩm. Do đó các ổ đỡ cơ khí không còn
phù hợp trong các thiết bị máy quay đòi hỏi tốc độ cao, độ chính xác lớn mà thay thế
vào đó là các ổ đỡ không tiếp xúc (còn gọi là ổ đỡ từ). Đây là một bƣớc tiến rất quan
trọng nó cho phép giảm tổn hao và tăng độ chính xác (nhờ loại trừ đƣợc mài mòn do ma
sát). Với sự phát triển của khoa học công nghệ nhƣ hiện nay thì việc đƣa các phƣơng
pháp điều khiển thông minh để điều khiển ổ đỡ từ nhằm nâng cao chất lƣợng của hệ
thống là vấn đề đƣợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
Luận văn với đề tài "Nghiên cứu các hƣơng pháp điều khiển thông minh và đề xuất
cấu trúc điều khiển vị trí ổ đỡ từ"nhằm mục đích đề xuất một phƣơng pháp điều
khiển cho ổ đỡ từ. Đó là phƣơng pháp điều khiển mờ chỉnh định mờ tham số bộ điều
khiển PID.
Luận văn gồm các chƣơng sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về ổ đỡ từ và các phƣơng pháp điều khiển hiện đại
Chƣơng 2: Đề xuất cấu trúc điều khiển ổ đỡ từ
Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống điều khiển bằng bộ điều khiển thông minh.
Chƣơng 4: Mô phỏng và đánh giá chất lƣợng hệ thống
Trong quá trình làm luận văn,dƣới sự hƣớng dẫn nhiệt tình của cán bộ hƣớng dẫn
PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển, sự giúp đỡ của ThS.NCS Đặng Danh Hoằng cùng sự nỗ
lực của bản thân tác giả trong việc tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu và tìm hiểu thực tế nhƣng
do thời gian và kimh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
