Luận văn thạc sĩ: Cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển thích nghi

• Tác giả: Nguyễn Thị Hiên
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Trung Hải
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở bằng bộ điều khiển thích nghi
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 0.1. HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
• 0.2. Những vấn đề cơ bản của hệ truyền động có khe hở
• 0.3. Truyền động chính xác
• 0.4. Truyền động tốc độ cao
• 0.5. Truyền động công suất lớn
• 0.6. Độ hở mặt bên
• 0.7. Những tác động đến hệ truyền động qua bánh răng
• 0.8. Ảnh hưởng của đàn hồi đến phần cơ của hệ thống truyền động
• 0.9. Ảnh hưởng của ma sát trong hệ thống truyền động
• 0.10. Ảnh hưởng của khe hở trong hệ thống truyền động
• 0.11. Những đặc trưng ăn khớp của cặp bánh răng
• 0.12. Điều kiện ăn khớp đúng
• 0.13. Điều kiện ăn khớp
• 0.14. Kết luận chương 1
• 1. CHƯƠNG 1: HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
• 1.1. Những vấn đề cơ bản của hệ truyền động có khe hở
• 1.2. Truyền động chính xác
• 1.3. Truyền động tốc độ cao
• 1.4. Truyền động công suất lớn
• 1.5. Độ hở mặt bên
• 1.6. Những tác động đến hệ truyền động qua bánh răng
• 1.7. Ảnh hưởng của đàn hồi đến phần cơ của hệ thống truyền động
• 1.8. Ảnh hưởng của ma sát trong hệ thống truyền động
• 1.9. Ảnh hưởng của khe hở trong hệ thống truyền động
• 1.10. Những đặc trưng ăn khớp của cặp bánh răng
• 1.11. Điều kiện ăn khớp đúng
• 1.12. Điều kiện ăn khớp
• 1.13. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
• 2.1. Mô hình toán hệ truyền động có khe hở
• 2.2. Cấu trúc vật lý và các định luật cân bằng
• 2.3. Mô hình toán ở chế độ ăn khớp, có tính đến hiệu ứng mài mòn vật liệu, độ đàn hồi và moment ma sát
• 2.4. Mô hình toán ở chế độ khe hở (dead zone)
• 2.5. Mô hình toán tổng quát
• 2.6. Cấu trúc điều khiển hệ truyền động có khe hở
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI
• 3.1. Tổng quan hệ logic mờ và điều khiển mờ
• 3.2. Hệ Logic mờ
• 3.3. Khái niệm về tập mờ
• 3.4. Bộ điều khiển mờ
• 3.5. Thiết kế bộ điều khiển mờ thích nghi
• 3.6. Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ
• 3.7. Xây dựng bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu truyền thẳng
• 3.8. Khảo sát chất lượng bằng bộ điều khiển mờ thích nghi và so sánh với bộ điều khiển PID
• 3.9. Khảo sát chất lượng bằng bộ điều khiển PID
• 3.10. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
• 4.1. Giới thiệu về card DS1104 sử dụng trong hệ thống thí nghiệm
• 4.2. Cấu trúc phần cứng của DS1104
• 4.3. Cấu trúc tổng quan
• 4.4. Ghép nối với máy chủ (Host Interface)
• 4.5. Phần mềm dSPACE
• 4.6. Một số các tính năng cơ bản của Card DS1104 cho điều khiển chuyển động
• 4.7. Điều khiển vị trí Encoder
• 4.8. Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation)
• 4.9. Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm
• 4.10. Kết quả thí nghiệm với bộ điều khiển PID
• 4.11. Kết quả thực nghiệm với bộ điều khiển mờ thích nghi
• 4.12. Nhận xét kết quả thí nghiệm
• 4.13. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. Tổng quan về cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống truyền động

Hệ thống truyền động có khe hở là một phần quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Việc cải thiện chất lượng điều khiển cho các hệ thống này là cần thiết để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác. Bộ điều khiển thích nghi đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả trong việc tối ưu hóa hoạt động của hệ thống truyền động. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển và cách bộ điều khiển thích nghi có thể cải thiện hiệu suất.

1.1. Đặc điểm của hệ thống truyền động có khe hở

Hệ thống truyền động có khe hở thường gặp trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là trong các máy móc sử dụng bánh răng. Đặc điểm chính của hệ thống này là sự tồn tại của khe hở giữa các bộ phận, ảnh hưởng đến độ chính xác và hiệu suất hoạt động.

1.2. Tầm quan trọng của chất lượng điều khiển

Chất lượng điều khiển ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống truyền động. Việc cải thiện chất lượng điều khiển không chỉ giúp tăng độ chính xác mà còn giảm thiểu hao phí năng lượng và tăng tuổi thọ của thiết bị.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển hệ thống truyền động

Hệ thống truyền động có khe hở đối mặt với nhiều thách thức trong việc điều khiển. Các vấn đề như độ trễ, ma sát và ảnh hưởng của khe hở có thể làm giảm hiệu suất của hệ thống. Việc nhận diện và giải quyết những vấn đề này là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định.

2.1. Ảnh hưởng của ma sát đến hiệu suất

Ma sát trong hệ thống truyền động có thể gây ra tổn thất năng lượng và làm giảm độ chính xác. Việc hiểu rõ về ma sát và cách nó ảnh hưởng đến hệ thống là cần thiết để phát triển các giải pháp điều khiển hiệu quả.

2.2. Tác động của khe hở trong hệ thống

Khe hở giữa các bộ phận trong hệ thống truyền động có thể dẫn đến độ trễ và sai lệch trong truyền động. Điều này ảnh hưởng đến khả năng điều khiển chính xác và cần được xem xét trong thiết kế bộ điều khiển.

III. Phương pháp cải thiện chất lượng điều khiển bằng bộ điều khiển thích nghi

Bộ điều khiển thích nghi là một giải pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng điều khiển cho hệ thống truyền động có khe hở. Phương pháp này cho phép điều chỉnh các tham số điều khiển theo thời gian thực, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

3.1. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển thích nghi

Bộ điều khiển thích nghi hoạt động dựa trên nguyên lý điều chỉnh tham số điều khiển theo phản hồi từ hệ thống. Điều này giúp cải thiện độ chính xác và giảm thiểu sai số trong quá trình điều khiển.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng bộ điều khiển thích nghi

Việc áp dụng bộ điều khiển thích nghi mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng tự điều chỉnh theo điều kiện làm việc thay đổi, cải thiện độ ổn định và tăng cường hiệu suất tổng thể của hệ thống truyền động.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ điều khiển thích nghi trong hệ thống truyền động

Bộ điều khiển thích nghi đã được áp dụng thành công trong nhiều hệ thống truyền động công nghiệp. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng bộ điều khiển này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.

4.1. Kết quả nghiên cứu từ các ứng dụng thực tế

Nghiên cứu cho thấy rằng bộ điều khiển thích nghi có thể cải thiện hiệu suất điều khiển lên đến 30% so với các phương pháp điều khiển truyền thống. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả của phương pháp này trong các ứng dụng thực tế.

4.2. Các lĩnh vực ứng dụng chính

Bộ điều khiển thích nghi được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sản xuất tự động, robot công nghiệp và hệ thống điều khiển động cơ. Những ứng dụng này cho thấy tính linh hoạt và hiệu quả của bộ điều khiển trong các môi trường làm việc khác nhau.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của bộ điều khiển thích nghi

Bộ điều khiển thích nghi đã chứng minh được giá trị của nó trong việc cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống truyền động có khe hở. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến hơn nữa trong lĩnh vực điều khiển tự động.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ điều khiển

Công nghệ điều khiển thích nghi sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của các nghiên cứu mới và công nghệ tiên tiến. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc cải thiện hiệu suất của các hệ thống truyền động.

5.2. Những thách thức cần vượt qua

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc áp dụng bộ điều khiển thích nghi cũng gặp phải một số thách thức, bao gồm việc tối ưu hóa thuật toán và đảm bảo tính ổn định trong các điều kiện làm việc khác nhau.