Đồ án HCMUTE: Hệ thống điều khiển cân bằng cầu trục hai chiều

Cầu trục đóng vai trò quan trọng trong các nhà máy, xí nghiệp, và kho bãi. Việc di chuyển hàng hóa nặng thường gây ra dao động, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và tuổi thọ của thiết bị. Đề tài này được chọn nhằm nghiên cứu và phát triển một hệ thống điều khiển có khả năng cân bằng cầu trục trong quá trình vận hành, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu thiệt hại do dao động gây ra.

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng mô hình điều khiển cầu trục và phân tích các giải thuật điều khiển phù hợp. Đề tài sẽ thiết kế giao diện điều khiển và viết chương trình thực nghiệm để kiểm chứng khả năng điều khiển vị trí và chống rung cho cầu trục bằng phương pháp điều khiển trượt. Việc này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn tạo ra một mô hình có thể áp dụng rộng rãi trong thực tiễn.

STM32 được thiết kế với nhiều tính năng nổi bật, bao gồm khả năng hỗ trợ tối đa 12 kênh DMA, cho phép truyền dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả. Việc sử dụng STM32 trong hệ thống điều khiển cầu trục giúp giảm thiểu độ trễ và tăng cường khả năng xử lý tín hiệu. Đặc biệt, STM32 có thể hoạt động ở điện áp thấp, giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, nơi mà hiệu suất và tiết kiệm năng lượng luôn được đặt lên hàng đầu.

Encoder là một thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển cầu trục, giúp xác định vị trí và tốc độ của cầu trục. Nguyên lý hoạt động của Encoder dựa trên việc chuyển đổi tín hiệu cơ học thành tín hiệu điện, từ đó cung cấp thông tin chính xác về vị trí của cầu trục. Việc sử dụng Encoder trong hệ thống điều khiển giúp cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển vị trí và giảm thiểu sai số trong quá trình vận hành.

Yêu cầu thiết kế cho hệ thống điều khiển cầu trục bao gồm tính chính xác, độ tin cậy và khả năng chống rung lắc. Hệ thống cần phải có khả năng điều khiển vị trí chính xác và phản hồi nhanh chóng với các thay đổi trong quá trình vận hành. Để đạt được điều này, việc lựa chọn linh kiện và thiết kế mạch điện là rất quan trọng. Các linh kiện cần phải tương thích với nhau và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đề ra.

Phần mềm điều khiển sẽ được phát triển dựa trên các thuật toán điều khiển đã được nghiên cứu. Việc lập trình sẽ bao gồm các chức năng như điều khiển vị trí, giám sát trạng thái hệ thống và xử lý tín hiệu từ các cảm biến. Giao diện người dùng cũng sẽ được thiết kế để dễ dàng theo dõi và điều khiển hệ thống điều khiển. Phần mềm sẽ được kiểm tra và tối ưu hóa để đảm bảo hoạt động hiệu quả trong các điều kiện thực tế.

Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống điều khiển hoạt động ổn định khi không tải. Các thông số như vị trí và góc lệch đều được duy trì trong giới hạn cho phép. Điều này chứng tỏ rằng mô hình thiết kế đã đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật ban đầu. Tuy nhiên, cần thực hiện thêm các thử nghiệm với tải trọng để đánh giá toàn diện hơn về hiệu suất của hệ thống.

Khi thực hiện thử nghiệm với tải trọng, hệ thống điều khiển vẫn duy trì được độ ổn định và chính xác. Các dao động được giảm thiểu đáng kể nhờ vào việc áp dụng phương pháp điều khiển trượt. Kết quả này cho thấy khả năng ứng dụng của mô hình trong thực tế, đặc biệt là trong các nhà máy và xí nghiệp nơi mà việc di chuyển hàng hóa nặng là rất phổ biến.

Trong tương lai, có thể nghiên cứu và phát triển thêm các phương pháp điều khiển mới, như điều khiển mờ hoặc mạng nơ-ron, để nâng cao hiệu suất của hệ thống điều khiển. Bên cạnh đó, việc tích hợp các công nghệ IoT vào hệ thống cũng sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc giám sát và điều khiển từ xa, giúp nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong sản xuất.