Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Giảm dao động tải trên cần trục tháp sử dụng PID

Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế một bộ điều khiển PID cho cần trục tháp. Bộ điều khiển này được thiết kế để giữ cân bằng tải và chống lại dao động tải. Việc sử dụng giải thuật di truyền để tinh chỉnh các thông số của bộ điều khiển PID trong mô phỏng Matlab sẽ giúp cải thiện hiệu suất điều khiển. Đề tài cũng sẽ trình bày các kết quả mô phỏng và thực nghiệm để chứng minh tính khả thi của giải pháp này.

Nhiệm vụ của đề tài bao gồm việc thiết kế và thi công mô hình hệ thống cần trục tháp, áp dụng giải thuật di truyền để tinh chỉnh hệ số bộ điều khiển PID. Đề tài sẽ tiến hành mô phỏng và áp dụng lên mô hình thực tế, đồng thời chạy thử và phân tích đáp ứng của hệ thống. Giới hạn của đề tài chỉ tập trung vào việc thiết kế và điều khiển tải cân bằng trên mô hình cần trục tháp, không mở rộng ra các loại cần trục khác.

Cần trục tháp là một thiết bị cơ khí điện tử phức tạp, bao gồm ba phần chính: chân đế, thân cần trục và cánh tay xoay tròn. Chân đế giữ cho cần trục đứng thẳng và chịu toàn bộ sức nặng. Thân cần trục là phần cao của cần trục, trong khi cánh tay xoay tròn được gắn trên đầu cần trục, cho phép di chuyển tải. Hệ thống này cần được điều khiển chính xác để đảm bảo an toàn và hiệu suất trong quá trình hoạt động. Việc phân tích dao động và thiết kế bộ điều khiển PID là rất quan trọng để duy trì sự ổn định của tải trong suốt quá trình di chuyển.

Mô hình hóa cần trục tháp bao gồm việc xác định các thông số động học và lực tác động lên tải. Hệ thống cần trục tháp có thể được mô tả bằng các phương trình động lực học, trong đó bao gồm các yếu tố như khối lượng tải, chiều dài dây cáp và các góc dao động. Việc áp dụng phương trình Euler-Lagrange giúp xây dựng mô hình toán học cho hệ thống, từ đó có thể phân tích và thiết kế bộ điều khiển PID. Mô hình hóa chính xác là cơ sở để thực hiện các mô phỏng và thực nghiệm, nhằm đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển trong việc giảm dao động tải.

Khảo sát đáp ứng của hệ thống cần trục tháp được thực hiện thông qua các mô phỏng trong Simulink Matlab. Các kết quả cho thấy rằng bộ điều khiển PID có khả năng duy trì sự ổn định của tải trong quá trình di chuyển. Việc điều chỉnh các thông số PID giúp cải thiện thời gian đáp ứng và giảm thiểu dao động. Các mô phỏng này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của hệ thống và hiệu quả của bộ điều khiển trong việc quản lý tải.

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng bộ điều khiển PID giúp giảm thiểu dao động tải một cách đáng kể. Các thử nghiệm được thực hiện trên mô hình thực tế của cần trục tháp, cho thấy sự ổn định của tải khi sử dụng bộ điều khiển PID. Việc tối ưu hóa thông số điều khiển thông qua giải thuật di truyền cũng cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cải thiện hiệu suất điều khiển. Những kết quả này chứng minh tính khả thi và ứng dụng thực tiễn của bộ điều khiển PID trong việc giảm dao động tải trên cần trục tháp.

Kết quả đạt được từ đề tài cho thấy rằng bộ điều khiển PID có khả năng duy trì sự ổn định của tải trong quá trình di chuyển. Các mô phỏng và thực nghiệm đã chứng minh tính khả thi của giải pháp này trong việc giảm dao động tải. Việc tối ưu hóa thông số điều khiển thông qua giải thuật di truyền cũng đã mang lại những kết quả tích cực, giúp cải thiện hiệu suất điều khiển.

Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc áp dụng bộ điều khiển PID cho các loại cần trục khác nhau, cũng như nghiên cứu thêm về các thuật toán điều khiển mới. Việc cải tiến các phương pháp mô phỏng và thực nghiệm cũng sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của hệ thống điều khiển. Nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất cần trục sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các nghiên cứu trong tương lai.