Nghiên Cứu Hệ Thống Điều Khiển Thang Máy Chở Người Bằng Bộ Điều Khiển Mờ

LỜI NÓI ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY

1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THANG MÁY

1.3. PHÂN LOẠI THANG MÁY

1.3.1. Theo công dụng (TCVN 5744-1993)

1.3.2. Theo hệ dẫn động cabin

1.3.3. Theo vị trí đặt bộ tời kéo

1.3.4. Theo hệ thống vận hành

1.3.5. Theo các thông số cơ bản

1.3.6. Theo kết cấu các cụm cơ bản

1.3.7. Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang

1.3.8. Theo quỹ đạo di chuyển của cabin

1.4. KÝ HIỆU THANG MÁY

1.5. CẤU TẠO THANG MÁY

1.5.1. Thiết bị cơ khí của thang máy

1.5.1.1. Cơ cấu dẫn động

1.5.1.2. Puly ma sát

1.5.1.3. Cáp nâng và dây cân bằng

1.5.1.4. Ngàm dẫn hướng

1.5.1.5. Ray dẫn hướng

1.5.1.6. Phanh bảo hiểm và bộ hạn chế tốc độ

1.5.1.7. Thiết bị giảm chấn

1.5.2. Hệ thống điều khiển thang máy

1.5.2.1. Mạch động lực

1.5.2.2. Mạch điều khiển

1.5.2.3. Hệ thống chiếu sáng

1.5.2.4. Mạch an toàn

1.5.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC THANG MÁY

2.1. THÔNG SỐ CỦA THANG MÁY

2.2. XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG CÁP LỚN NHẤT

2.3. TÍNH PULY DẪN VÀ RÒNG RỌC

2.4. TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỘP GIẢM TỐC

2.5. HỘP GIẢM TỐC

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO NHÓM THANG MÁY CHỞ NGƯỜI

3.1. TỔNG QUAN VỀ LOGIC MỜ

3.2. Biến ngôn ngữ và giá trị

3.3. Luật hợp thành mờ

3.4. Thuật toán xác định luật hợp thành có cấu trúc MISO

3.5. Thuật toán xây dựng luật hợp thành có nhiều mệnh đề hợp thành

3.6. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

3.6.1. Mờ hoá đơn vị

3.6.2. Mờ hoá Gauss

3.6.3. Mờ hoá tam giác

3.6.4. Khối luật mờ

3.7. ĐIỀU KHIỂN NHÓM THANG MÁY BẰNG ĐIỀU KHIỂN MỜ

3.7.1. Hệ thống điều khiển nhóm thang máy

3.7.2. Tiêu chuẩn và quy tắc thiết kế bộ điều khiển mờ cho nhóm thang máy

3.7.3. Thuật giải Logic mờ trong điều khiển nhóm thang máy

3.7.4. Thiết kế bộ điều khiển mờ cho nhóm thang máy

3.7.4.1. Các biến vào ra

3.7.4.2. Chọn các hàm liên thuộc và các giá trị của biến ngôn ngữ

3.7.4.3. Luật điều khiển

3.7.4.4. Cài đặt bộ điều khiển mờ mô hình thang máy

4. CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MÔ HÌNH NHÓM HAI THANG MÁY CHỞ NGƯỜI

4.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH

4.2. KHỐI GỌI TẦNG

4.3. BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

4.4. BỘ PHẬN CHẤP HÀNH

4.4.1. Điều khiển cửa

4.4.2. Điều khiển động cơ nâng hạ cabin

4.4.3. Khởi tạo hệ thống

4.5. MÔ HÌNH CHẾ TẠO

4.5.1. Chọn kết cấu và vật liệu chế tạo

4.5.2. Thông số chung của mô hình

4.5.3. Ngàm dẫn hướng

4.5.4. Cửa tầng và cửa cabin

4.5.5. Thiết bị giảm chấn

4.5.6. Cơ cấu dẫn động

4.6. Thiết kế mạch và lập trình hệ thống

4.6.1. Khối vi điều khiển

4.6.2. Khối tín hiệu đầu vào

4.6.2.1. Tín hiệu gọi tầng và tín hiệu đóng mở cửa

4.6.2.2. Tín hiệu báo đến tầng

4.6.2.3. Mạch báo quá tải

4.6.3. Khối tín hiệu đầu ra

4.6.3.1. Mạch điều khiển báo tầng

4.6.3.2. Mạch điều khiển động cơ

4.6.4. Kết quả mô phỏng mô hình thang bằng bộ điều khiển mờ

5. CHƯƠNG 5: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

5.1. CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS-485

5.1.1. Đặc tính điện học

5.1.2. Số trạm tham gia

5.1.3. Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn

5.1.4. Cấu hình mạng

5.1.5. Trở đầu cuối

5.2. SƠ ĐỒ GHÉP NỐI

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

KẾT LUẬN

I. Tổng Quan Hệ Thống Điều Khiển Mờ Thang Máy Chở Người

Thang máy đã trở thành một phần không thể thiếu trong các tòa nhà cao tầng hiện đại, phục vụ nhu cầu di chuyển người và hàng hóa. Việc điều khiển thang máy hiệu quả, an toàn và tiết kiệm năng lượng là một bài toán quan trọng. Đề tài nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng logic mờ để xây dựng hệ thống điều khiển cho thang máy chở người, một phương pháp hứa hẹn mang lại hiệu suất cao hơn so với các phương pháp điều khiển truyền thống. Nghiên cứu này cũng hướng đến việc phát triển hệ thống điều khiển cho các nhóm thang máy, tối ưu hóa việc điều phối và giảm thời gian chờ đợi cho người dùng. Theo Wang Van Thanh (2007), sự phát triển của hệ thống điều khiển thang máy còn nhiều hạn chế tại Việt Nam, đề tài này mong muốn góp phần thúc đẩy sự phát triển đó.

1.1. Khái Niệm Cơ Bản về Thang Máy Chở Người

Thang máy là thiết bị vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẳng đứng. Đặc điểm nổi bật của thang máy là chu kỳ vận chuyển ngắn và tần suất vận chuyển lớn, giúp tăng hiệu quả di chuyển trong các tòa nhà cao tầng. Ngoài chức năng vận chuyển, thang máy còn góp phần tăng tính thẩm mỹ và tiện nghi cho công trình.

1.2. Lịch Sử Phát Triển và Ứng Dụng Logic Mờ

Thang máy đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài, từ các thiết kế đơn giản đến các hệ thống hiện đại với tốc độ cao và tính năng tiên tiến. Trong những năm gần đây, việc ứng dụng logic mờ trong điều khiển thang máy đã mở ra một hướng đi mới, cho phép hệ thống thích ứng tốt hơn với các điều kiện vận hành khác nhau và tối ưu hóa hiệu suất.

II. Vấn Đề Thách Thức trong Điều Khiển Thang Máy Hiện Tại

Hệ thống điều khiển thang máy truyền thống đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt trong việc xử lý các tình huống phức tạp như lưu lượng người dùng thay đổi, yêu cầu ưu tiên, và đảm bảo sự thoải mái cho hành khách. Việc tối ưu hóa hiệu suất, tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu thời gian chờ đợi cũng là những vấn đề cần được giải quyết. Các phương pháp điều khiển thông thường như PID điều khiển thang máy đôi khi không đáp ứng được yêu cầu trong các tình huống này. Yêu cầu an toàn cũng là yếu tố quan trọng nhất.

2.1. Hạn Chế của PID Điều Khiển Thang Máy Truyền Thống

Bộ điều khiển PID có thể gặp khó khăn trong việc điều chỉnh các thông số khi hệ thống thang máy hoạt động trong các điều kiện khác nhau. Sự thay đổi về tải trọng, số lượng người dùng và các yếu tố môi trường có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ điều khiển PID.

2.2. Yêu Cầu Tối Ưu Hóa Hệ Thống Thang Máy Tiết Kiệm Năng Lượng

Việc tiết kiệm năng lượng trong vận hành thang máy là một mục tiêu quan trọng. Hệ thống cần được thiết kế để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong quá trình di chuyển, dừng đỗ và chờ đợi, góp phần giảm chi phí vận hành và bảo vệ môi trường. Giải pháp điều khiển sử dụng biến tần thang máy là một trong những lựa chọn giúp tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

III. Điều Khiển Mờ Thang Máy Phương Pháp Thuật Toán

Bộ điều khiển mờ mang lại khả năng xử lý thông tin không chắc chắn và phi tuyến tính, cho phép hệ thống thang máy thích ứng tốt hơn với các điều kiện vận hành khác nhau. Thuật toán điều khiển mờ được xây dựng dựa trên các quy tắc ngôn ngữ tự nhiên, mô tả cách thức hệ thống nên phản ứng trong các tình huống khác nhau. Quá trình thiết kế bộ điều khiển mờ bao gồm các bước như xác định biến đầu vào, biến đầu ra, xây dựng hàm liên thuộc và thiết lập luật điều khiển. Thuật toán chọn tầng thang máy cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

3.1. Xây Dựng Luật Điều Khiển Mờ Thang Máy cho Hệ Thống

Các luật điều khiển mờ được xây dựng dựa trên kinh nghiệm và kiến thức chuyên gia về vận hành thang máy. Ví dụ, nếu số lượng người chờ ở một tầng là lớn và cabin đang ở gần, hệ thống sẽ ưu tiên di chuyển đến tầng đó.

3.2. Các Bước Triển Khai Thuật Toán Điều Khiển Mờ

Việc triển khai thuật toán điều khiển mờ bao gồm các bước như mờ hóa (fuzzification), suy luận mờ (fuzzy inference) và giải mờ (defuzzification). Quá trình mờ hóa chuyển đổi các giá trị đầu vào thành các giá trị mờ, suy luận mờ áp dụng các luật điều khiển để tạo ra các giá trị mờ đầu ra, và giải mờ chuyển đổi các giá trị mờ đầu ra thành các giá trị số thực để điều khiển hệ thống.

IV. Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Mờ cho Nhóm Thang Máy

Việc điều khiển nhóm thang máy bằng bộ điều khiển mờ đòi hỏi một kiến trúc hệ thống phức tạp hơn so với điều khiển một thang máy đơn lẻ. Hệ thống cần phải phối hợp hoạt động của nhiều thang máy để đáp ứng nhu cầu của người dùng một cách hiệu quả nhất. Các yếu tố như vị trí hiện tại của các cabin, số lượng người chờ ở mỗi tầng và hướng di chuyển của các cabin cần được xem xét để đưa ra quyết định điều khiển tối ưu. Tiêu chuẩn và quy tắc thiết kế bộ điều khiển cần đáp ứng an toàn thang máy.

4.1. Hệ Thống Điều Khiển Nhóm Thang Máy Kiến trúc tổng quan

Hệ thống điều khiển nhóm thang máy bao gồm một bộ điều khiển trung tâm, các bộ điều khiển cục bộ cho từng thang máy và các cảm biến để thu thập thông tin về trạng thái của hệ thống. Bộ điều khiển trung tâm có nhiệm vụ phân bổ các yêu cầu gọi tầng cho các thang máy một cách tối ưu.

4.2. Tiêu Chuẩn Quy Tắc Thiết Kế Điều Khiển Nhóm Thang

Việc thiết kế hệ thống điều khiển nhóm thang cần tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và quy tắc vận hành. Hệ thống cần đảm bảo rằng không có hai thang máy nào va chạm vào nhau, và rằng người dùng không bị kẹt trong thang máy. Tiêu chuẩn tiêu chuẩn thang máy cũng cần được xem xét.

V. Mô Hình Hóa và Mô Phỏng Hệ Thống Điều Khiển Mờ Thang Máy

Việc mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển mờ thang máy là một bước quan trọng để đánh giá hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống trước khi triển khai thực tế. Quá trình mô phỏng cho phép kiểm tra các tình huống vận hành khác nhau và tinh chỉnh các tham số của bộ điều khiển mờ để đạt được hiệu suất tối ưu. Các phần mềm mô phỏng chuyên dụng có thể được sử dụng để xây dựng mô hình hệ thống và thực hiện các thử nghiệm. Theo Wang Van Thanh (2007) mô hình cần đầy đủ thành phần cơ bản của hệ thống.

5.1. Xây Dựng Mô Hình Hệ Thống Thang Máy trong Phần Mềm

Mô hình hệ thống thang máy cần bao gồm các thành phần như cabin, động cơ, hệ thống điều khiển và các cảm biến. Mô hình cũng cần mô phỏng các yếu tố môi trường như số lượng người dùng, thời gian chờ đợi và các yêu cầu ưu tiên.

5.2. Đánh Giá Hiệu Quả Điều Khiển Mờ Qua Mô Phỏng

Hiệu suất của bộ điều khiển mờ có thể được đánh giá thông qua các chỉ số như thời gian chờ đợi trung bình, mức tiêu thụ năng lượng và độ êm ái của chuyển động. Các kết quả mô phỏng có thể được sử dụng để so sánh hiệu suất của bộ điều khiển mờ với các phương pháp điều khiển truyền thống.

VI. Ứng Dụng và Hướng Phát Triển của Điều Khiển Thang Máy Mờ

Hệ thống điều khiển mờ thang máy có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các tòa nhà cao tầng, bệnh viện, trung tâm thương mại và các công trình công cộng khác. Trong tương lai, hệ thống điều khiển thang máy có thể được tích hợp với các công nghệ khác như trí tuệ nhân tạo, Internet of Things (IoT) và điện toán đám mây để tạo ra các hệ thống thông minh hơn và hiệu quả hơn. Theo Wang Van Thanh (2007) hệ thống sẽ là cơ sở cho việc thiết kế các hệ thống điều khiển nhóm thang máy trong thực tế.

6.1. Ứng Dụng Thực Tế và Tiết Kiệm Năng Lượng Thang Máy

Việc triển khai hệ thống điều khiển mờ trong thực tế có thể mang lại những lợi ích như giảm thời gian chờ đợi, tăng sự thoải mái cho hành khách và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống cũng có thể được tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng công trình.

6.2. Tương Lai Điều Khiển Mờ Tích Hợp AI và IoT

Trong tương lai, hệ thống điều khiển mờ có thể được tích hợp với trí tuệ nhân tạo để tự động học hỏi và cải thiện hiệu suất. Việc tích hợp với IoT cho phép hệ thống thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau và đưa ra các quyết định điều khiển thông minh hơn.