Đề cương chi tiết luận văn nghiên cứu hệ điều KHIỂN THÍCH NGHI MỜ VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MỜ VÀ
ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ

Giáo viên hướng dẫn:

GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

Học viên

:

TRẦN QUỐC BẢO

Lớp Cao học

:

TỰ ĐỘNG HÓA – K25

Đà Nẵng, 10/2012


Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

2

PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1.1.

Lý do chọn đề tài :

Ngày nay cùng v ới sự phát triển của công nghệ vật liệu thì các lý thuyết mới về điều khiển hệ
thống cũng đã xâm nhập nhanh chóng vào thực tế và mang lại tính hiệu quả cao khi dùng các
lý thuyết điều khiển mới này. Một trong những lý thuyết mà các nhà khoa học trên thế giới
đang quan tâm nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế đó là lý thuyết điều khiển mờ và mạng
nơron. Đây là vấn đề khoa học đã có từ vài thập niên, nhưng việc ứng dụng nó vào sản xuất,
cũng như sự kết hợp chúng để tạo ra một luật mới có đủ những ưu điểm của các lý thuyết
thành phần vẫn đang là lĩnh vực khoa học cần quan tâm và nghiên cứu. Bên cạnh đó, các thiết
bị truyền động có khe hở được sử dụng trong thực tế như các truyền động bánh răng; truy ền
động đai nhóm khâu khu ếch đại có trễ. Do có độ dơ trễ giữa các chuyển tuyến rất mạnh.
Trước đây, khi thi ết kế các hệ điều khiển này, không có độ dơ, trễ giữa các chuyển động. Do
có khe hở nên dễ làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của hệ thống. Để giảm ảnh đến chất
lượng hệ thống truyền động, người ta đã dùng nhiều biện pháp như: Tìm cách giảm nhỏ khe
hở (cơ khí); dùng hệ điều khiển thích nghi mờ… (điện). Việc nghiên cứu nâng cao chất lượng
cho các hệ điều động là yêu cầu quan trọng để thiết lập các hệ điều khiển chính xác, năng
suất lao động và chất lượng sản phẩm. Đề tài góp phần nâng cho các hệ điều khiển truyền
động đang được ứng dụng trong như điều khiển tay máy, các trục truyền động của máy
CNC….
1.2.

Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:

Đề tài có ý nghĩa quan trọng cả về lý thuyết và thực tế:
- Về mặt lý thuyết: Nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại để điều khiển hệ
truyền động có khe hở, là một trong những hệ có tính phi tuyến lớn. Kết quả không chỉ áp
dụng cho hệ truyền động có khe hở mà còn có thể áp dụng cho những hệ phi tuyến khác.

- Về thực tế: Hệ truyền động có khe hở gặp nhiều trong thực tế, việc áp dụng lý thuy ết điều
khiển hiện đại cho hệ này sẽ góp phần nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống, nâng cao
năng suất lao động, nâng cao chất lượng và tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị
trường.
1.3.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

Việc điều khiển hệ chuyển động bám theo quỹ đạo mong muốn là vấn đề tồn tại thực tế cần
nghiên cứu giải quyết. Hiện nay phương ti ện lý thuyết và thực nghiệm cho phép thực hiện
được các bài toán phức tạp nhằm đạt được các chỉ tiêu chất lượng yêu cầu như độ quá điều
chỉnh, thời gian quá độ cũng như khả năng bám của hệ.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu bộ điều khiển mờ, điều khiển mờ thích nghi và ứng dụng
chúng cho hệ điều khiển truyền động có khe hở nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống này.

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Hệ thống điều khiển truyền động có khe hở.
- Nghiên cứu lý thuyết để đưa ra các thuật toán điều khiển.
- Thiết kế hệ điều khiển thích nghi trên cơ sở logic mờ thích nghi cho điều khiển truyền
động có khe hở.
- Mô hình hoá và mô phỏng để kiệm nghiệm kết quả nghiên cứu.
2.2. Phương pháp nghiên cứu:

a. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Học viên: Trần Quốc Bảo

Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

3

Nghiên cứu về các ứng dụng của hệ điều khiển thích nghi mờ trong hệ truyền
động.
b. Phương pháp thực nghiệm:
Tiến hành các thực nghiệm
PHẦN 3: DỰ KIẾN KẾT QUẢ VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU
3.1.

Kết quả và sản phẩm nghiên cứu:

Đề tài gồm 3 phần: Mở đầu, Đối tượng nghiên cứu và Nội dung
Phần Nội dung gồm có 3 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN
1.1.CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN KINH ĐIỂN
1.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển tuyến tính
1.1.2 Tổng hợp bộ điều khiển phi tuyến
1.2 LOGIC MỜ VÀ ĐIỀU KHIỂN MỜ
1.2.1 Khái quát về lý thuyết điều khiển mờ
1.2.2 Định nghĩa tập mờ
1.2.3 Biến mờ, hàm biến mờ, biến ngôn ngữ
1.2.4 Suy luận mờ và luật hợp thành
1.2.5 Bộ điều khiển mờ
1.2.6. Hệ điều khiển mờ lai (F-PID)
1.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
1.3.1 Giới thiệu tổng quan
1.3.2. Tổng hợp điều khiển thích nghi trên cơ s ở lý thuyết tối ưu cục

bộ (Phương pháp Gradient)
1.3.3 Tổng hợp hệ thống điều khiển thích nghi trên cơ sở ổn định
tuyệt đối
1.3.4. T ổng hợp hệ thống điều khiển thích nghi dùng lý thuyết
Lyapunov
1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ TRUYỀN
ĐỘNG CÓ KHE HỞ
2.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
2.2 MÔ TẢ HỆ PHI TUYẾN
2.3 MÔ HÌNH HỆ PHI TUYẾN
2.3.1. Mô hình tĩnh
2.3.2 Mô hình động
2.4 HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
2.4.1 Giới thiệu
2.4.2 Các mô hình của hệ truyền động có khe hở
2.4.2.1 Mô hình vật lý của khe hở
2.4.2.2 Mô hình Deadzone (vùng chết)
2.4.2.3 Mô hình với hàm mô tả
2.4.3 Sơ đồ cấu trúc khe hở
2.4.4 Khảo sát chất lượng của hệ thống truyền động có khe hở
2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ & MỜ THÍCH
Học viên: Trần Quốc Bảo


Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

4

NGHI CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP T ỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
THÍCH NGHI
3.1.1 KHÁI NIỆM
3.1.1.1 Định nghĩa
3.1.1.2 Phân loại
3.1.1.3 Các phương pháp điều khiển thích nghi mờ
3.1.2 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ỔN ĐỊNH
3.1.2.1 Cơ sở lý thuyết
3.1.2.2 Thuật toán tổng hợp bộ điều khiển mờ thích nghi
a. Chọn cấu trúc của bộ điều khiển mờ
b. Các bước thực hiện thuật toán
3.1.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI TRÊN CƠ
SỞ LÝ THUYẾT THÍCH NGHI KINH ĐIỂN
3.1.3.1 Đặt vấn đề
3.1.3.2 Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ
a. Chọn các hàm liên thuộc
b. Chọn luật điều khiển
c. Phân tích luật cơ sở hình thành ô suy luận
d. Các thao tác mờ trong ô suy luận
e. Xây dựng biểu thức toán học của bộ điều khiển mờ
3.1.4 XÂY DỰNG CƠ CẤU THÍCH NGHI THEO MÔ HÌNH MẪU
CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
3.1.4.1 Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) dùng
lý thuyết thích nghi kinh điển
3.1.4.2 Đi ều chỉnh thích nghi hệ số khuếch đại đầu ra bộ điều
khiển mờ
3.1.4.3 Sơ đ ồ điều khiển thích nghi mờ theo mô hình mẫu
(MRAFC)
3.1.4.4 Sơ đ ồ điều khiển thích nghi mờ kiểu truyền thẳng

(FMRAFC)
3.2 ỨNG DỤNG CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
3.2.1. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
3.2.1.1 Sơ đồ khối mờ
3.2.1.2 Định nghĩa tập mờ
3.2.1.3 Xây dựng các luật điều khiển “Nếu…Thì”
3.2.1.4 Chọn luật hợp thành
3.2.1.5 Giải mờ
3.2.1.6 Chương tr ình và kết quả mô phỏng hệ truyền động có khe
hở
3.2.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI

4. Kế hoạch nghiên cứu
Kế hoạch về tiến độ:

Nội dung

Thời gian thực hiện

- Nghiên cứu việc ứng
dụng điều khiển thích nghi
mờ trong hệ truyền động.

01/2013 – 03/2013

Dự kiến kết quả
- Thực trạng ứng dụng

Học viên: Trần Quốc Bảo

Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

5

- Tiến hành các thực
nghiệm

03/2013 – 09/2013

- Quy trình kiểm toán

- Đánh giá lợi ích thu được
từ việc áp dụng các giải
pháp và báo cáo

09/2013 – 12/2013

- Báo cáo các giải pháp và
lợi ích thu được từ các giải
pháp

5. Dự kiến kinh phí thực hiện :
* Tổng kinh phí :

30.000.000 đồng

* Dự trù kinh phí theo các mục chi
- Nhân lực:

5.000.000đ

- Nguyên vật liệu, năng lượng:

5.000.000đ

- Thiết bị máy móc chuyên dụng:

5.000.000đ

- Nghiệm thu đề tài và các chi phí khác:

15.000.000đ
-----------------

Tổng cộng:

30.000.000đ
Ghi bằng chữ: ( Ba mươi triệu đồng chẵn)

6. Thông tin khác :

Đà Nẵng, ngày 8 tháng 01 năm 2013
Ý kiến của giáo viên hướng dẫn

Học viên

Trần Quốc Bảo

Học viên: Trần Quốc Bảo

Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

6

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. Tiếng Việt
[1] Nguyễn như Hiển, Lại Khắc Lãi (2007), Hệ mờ và nơron trong kỹ thuật điều
khiển, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ, Hà Nội.
[2] Lại Khắc Lãi (2007), Ứng dụng hệ mờ - nơron để nhận dạng hệ phi tuyến nhiều
chiều, Tạp chí Khoa học & Công nghệ các trường Đại học kỹ thuật (số 60).
[3] Lại Khắc Lãi, “Xây dựng hệ điều khiển thông minh để điều khiển đối tượng phi
tuyến khó mô hình hoá”, Đề tài NCKH cấp bộ năm 2002; Mã số: B2002.02.03.
[4] Lại Khắc Lãi, “Nghiên cứu ứng dụng hệ mờ + Nơ ron để điều khiển chuyển
động nhiều trục”, Đề tài NCKH cấp bộ năm 2004; Mã số: B2004.
[5] Lại Khắc Lãi; “Một thuật toán thiết kế bộ điều khiển thông minh và ứng dụng”,
Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về tự động hoá
4/2005, Tr 306-311.
[6] Đỗ Trung Hải (2006), “Nghiên cứu lý thuyết điều khiển mờ và mạng nơron ứng
dụng giải quyết bài toán phi tuyến trong hệ truyền động điện”, Đề tài nghiên cứu
khoa học và công nghệ cấp bộ, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
[7] Phan Xuân Minh & Nguy ễn Doãn Phước (2006), “Lý thuy ết điều khiển mờ”,
nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[8] Bùi Chính Minh, “Nghiên cứu điều khiển chuyển động cho hệ có xét đến ảnh
hưởng của khớp nối mềm với hệ điều khiển phản hồi trạng thái”, Báo cáo đ ề tài
NCKH cấp bộ năm 2005, mã số CB2005-07.

[9] Nguy ễn Thương Ngô (2006), “Lý thuy ết điều khiển tự động - Quyển 3”, nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[10] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh & Hán Thành Trung (2003), “Lý
thuyết
điều khiển phi tuyến”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

Học viên: Trần Quốc Bảo


Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

7

B. Tiếng Anh
[1] George Ellis, “Cures for Mechanical Resonance in Industrial Servo Systems”, A
Danaher Motion Company, USA.
[2] George Ellis, Robert D. Lorenz, “Resonant Load Control Methods for Industrial
Servo Drives”, IEEE Industry Applications Society, Annual Meeting, Rome, Italy,
2000.
[3] “Mechanical Resonance”, PT Design Magazine, 1999.
[4] Koji Sugiura and Yoichi Hori, “Vibartion Suppression in 2-and 3 Mass System
Based on the Feedback of Imperfect Derivative of the Estimated Torsional Torque”.
IEEE, Vol 43, No 1, February -1996.
[5] OdaiM.and HoriY. Speed control of 2-inertia system with gear backlash using
gear torque compensator 1998
[6] NakayamaY,FujikawaK.and KobayashiH. A torque control method of threeinertia torsional system with backlash 2000
[7] GelbA.and Vander Velde W.E. Multiple- input describing functions and
nonlinear system design 1968: NewYork
[8] MeesA. and BergenA. Describing functions revisited 1975:University of
California, Berkeley

[9] TaylorJ.and WilsonB. A frequency-domain model-order-deduction algorithm
for
nonlinear systems 1995: New Brunswick University
[10] ArmstrongB.and AminB. PID control in the presence of static friction:
Acomparison of Algebraic and describing function analysis 1996:Milwaukee
[11] RmstrongB.and AminB.PID control in the presence of static friction:Exact and
describing function analysis 1994:Milwaukee
[12] Brandenburg G.and SchäferU. Influence and partial compensation of backlash
for aposition controll edelastic two- mass system 1987:Grenoble
[13] BonehR.and YanivO. Control of anelastic two-mass system with large
backlash 1999:Tel Aviv
[14] Friedland,B. Feedback control of systems with parasitice?ects
Học viên: Trần Quốc Bảo


Giáo viên hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN THẾ HÙNG

8

1997:Albuquerque

Học viên: Trần Quốc Bảo