Luận văn thạc sĩ: Thiết kế bộ điều khiển mờ lai điều khiển tốc độ động cơ một chiều ứng dụng công nghệ FPGA

• Tác giả: Nguyễn Thị Thúy
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Thị Hải Linh
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Thiết kế bộ điều khiển mờ lai điều khiển tốc độ động cơ một chiều ứng dụng công nghệ FPGA
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU
• 1.1. Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều
• 1.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều
• 1.3. Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều
• 1.4. Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều
• 1.5. Đặc tính động cơ điện một chiều
• 1.6. Phương trình đặc tính cơ
• 1.7. Đường đặc tính cơ
• 1.8. Xây dựng mô hình toán học cho động cơ một chiều
• 1.9. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
• 2.1. Tổng quan về Logic Mờ
• 2.2. Quá trình phát triển của Logic Mờ
• 2.3. Khái niệm về tập Mờ
• 2.4. Tìm hiểu về hệ thống điều khiển Mờ
• 2.5. Cấu trúc hệ thống điều khiển tự động
• 2.6. Cấu trúc của bộ điều khiển Mờ
• 2.7. Bộ điều khiển mờ tĩnh
• 2.8. Bộ điều khiển mờ động
• 2.9. Hệ thống điều khiển Mờ lai và đề xuất cấu trúc điều khiển Mờ lai cho bài toán ổn định tốc độ động cơ một chiều
• 2.10. FLC được mắc song song với PID kinh điển
• 2.11. FLC làm nhiệm vụ một khóa mờ
• 2.12. Đề xuất cấu trúc điều khiển Mờ lai cho bài toán ổn định tốc độ động cơ một chiều
• 2.13. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI TRÊN PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK
• 3.1. Thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng hai mạch vòng
• 3.2. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện
• 3.3. Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ
• 3.4. Mô phỏng cấu trúc điều khiển Mờ lai ổn định tốc độ động cơ một chiều có kể đến yếu tố nhiễu tác động
• 3.5. Thuật toán điều khiển Mờ lai cho mạch vòng tốc độ
• 3.6. Mô phỏng thuật toán điều khiển mờ lai cho mạch vòng tốc độ
• 3.7. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ FPGA VÀ ỨNG DỤNG CỦA FPGA TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
• 4.1. Tổng quan về FPGA. Khái quát chung
• 4.2. Cấu trúc của FPGA
• 4.3. Ngôn ngữ VHDL
• 4.4. Giới thiệu về VHDL
• 4.5. Cấu trúc một mô hình hệ thống sử dụng VHDL
• 4.6. Mô hình kiểm tra hoạt động (Testbench)
• 4.7. Các đối tượng và các kiểu dữ liệu trong VHDL
• 4.8. Giới thiệu Broad DE2 - 115
• 4.9. Ứng dụng công nghệ FPGA để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
• 4.10. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ FPGA
• 5.1. Sơ đồ khối kết nối vật lý điều khiển tốc độ động cơ một chiều sử dụng thuật toán mờ lai trên FPGA
• 5.2. Sơ đồ khối hệ thống thí nghiệm
• 5.3. Lựa chọn thiết bị cho hệ thống thí nghiệm
• 5.4. Kết quả chạy thực nghiệm điều khiển tốc độ động cơ một chiều sử dụng thuật toán mờ lai trên FPGA
• 5.5. Kết luận chương 5
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về thiết kế bộ điều khiển mờ lai cho động cơ một chiều

Thiết kế bộ điều khiển mờ lai cho động cơ một chiều sử dụng FPGA là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong kỹ thuật điều khiển. Động cơ một chiều được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp nhờ vào khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt. Việc áp dụng công nghệ FPGA giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, nâng cao hiệu suất và độ chính xác.

1.1. Động cơ một chiều và ứng dụng của nó

Động cơ một chiều là loại động cơ điện có khả năng hoạt động với nguồn điện một chiều. Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa, robot, và các thiết bị gia dụng. Đặc điểm nổi bật của động cơ một chiều là khả năng điều chỉnh tốc độ và mô men xoắn dễ dàng.

1.2. Công nghệ FPGA trong điều khiển động cơ

FPGA (Field Programmable Gate Array) là công nghệ cho phép lập trình lại mạch tích hợp để thực hiện các chức năng điều khiển phức tạp. Việc sử dụng FPGA trong thiết kế bộ điều khiển mờ lai giúp cải thiện tốc độ xử lý và khả năng mở rộng của hệ thống.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển động cơ một chiều

Mặc dù động cơ một chiều có nhiều ưu điểm, nhưng việc điều khiển chúng vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ ổn định, độ chính xác và khả năng phản ứng nhanh với thay đổi tải là những yếu tố cần được giải quyết. Hệ thống điều khiển truyền thống thường không đáp ứng tốt trong các điều kiện thay đổi nhanh.

2.1. Độ ổn định trong điều khiển động cơ

Độ ổn định của hệ thống điều khiển động cơ một chiều là yếu tố quan trọng. Nếu không được thiết kế đúng, hệ thống có thể gặp phải hiện tượng dao động hoặc mất ổn định khi có thay đổi trong tải.

2.2. Khả năng phản ứng với thay đổi tải

Khi tải thay đổi đột ngột, hệ thống điều khiển cần có khả năng phản ứng nhanh để duy trì tốc độ ổn định. Điều này đòi hỏi các thuật toán điều khiển phải được tối ưu hóa để xử lý các tình huống này một cách hiệu quả.

III. Phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ lai cho động cơ

Thiết kế bộ điều khiển mờ lai cho động cơ một chiều bao gồm việc kết hợp giữa các thuật toán điều khiển mờ và PID. Phương pháp này giúp cải thiện độ chính xác và khả năng điều chỉnh tốc độ của động cơ. Việc áp dụng lý thuyết mờ cho phép xử lý các thông tin không chắc chắn và không chính xác.

3.1. Kết hợp giữa điều khiển mờ và PID

Bộ điều khiển mờ lai kết hợp các ưu điểm của điều khiển mờ và PID. Điều này giúp cải thiện khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ trong các điều kiện khác nhau, đồng thời giảm thiểu sai số.

3.2. Thiết kế thuật toán điều khiển mờ

Thuật toán điều khiển mờ được thiết kế dựa trên các quy tắc mờ, cho phép hệ thống xử lý các thông tin không chắc chắn. Điều này giúp tăng cường khả năng điều khiển trong các tình huống phức tạp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ điều khiển mờ lai trong công nghiệp

Bộ điều khiển mờ lai cho động cơ một chiều đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Các ứng dụng bao gồm điều khiển tốc độ trong các dây chuyền sản xuất, robot tự động và các thiết bị gia dụng. Kết quả cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất và độ chính xác.

4.1. Điều khiển tốc độ trong dây chuyền sản xuất

Trong các dây chuyền sản xuất, việc điều khiển tốc độ động cơ một chiều là rất quan trọng. Bộ điều khiển mờ lai giúp duy trì tốc độ ổn định, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất.

4.2. Ứng dụng trong robot tự động

Robot tự động sử dụng động cơ một chiều cần có khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt. Bộ điều khiển mờ lai giúp cải thiện khả năng phản ứng và độ chính xác trong các tác vụ phức tạp.

V. Kết luận và tương lai của bộ điều khiển mờ lai

Bộ điều khiển mờ lai cho động cơ một chiều sử dụng FPGA đã chứng minh được hiệu quả trong việc cải thiện độ ổn định và khả năng điều chỉnh tốc độ. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa.

5.1. Tiềm năng phát triển trong tương lai

Với sự phát triển của công nghệ FPGA và lý thuyết mờ, bộ điều khiển mờ lai có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng vào các hệ thống điều khiển phức tạp hơn.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa thuật toán điều khiển mờ lai, cũng như mở rộng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực mới như xe tự lái và hệ thống thông minh.