Nghiên Cứu Hệ Thống Vận Chuyển Vật Liệu Tại Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu điều khiển hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Người hướng dẫn: TS. Dương Minh Đứt
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Vận Chuyển Vật Liệu Tại Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN

Tóm tắt

I. Tổng Quan Hệ Thống Vận Chuyển Vật Liệu Bách Khoa Hà Nội

Hệ thống vận chuyển vật liệu (WTS) đóng vai trò then chốt trong nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất giấy, vải, đến các lĩnh vực công nghệ cao như pin năng lượng mặt trời và mạch in điện tử. Tại Đại học Bách khoa Hà Nội, việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống này được đặc biệt chú trọng, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về hiệu suất và chất lượng trong sản xuất. Các sản phẩm này không chỉ phục vụ đời sống hàng ngày mà còn đóng góp quan trọng vào sự phát triển của công nghiệp. Theo Hiệp hội về các vấn đề xử lý vật liệu dạng băng, có rất nhiều tạp chí và hội nghị công bố các nội dung nghiên cứu về lĩnh vực này. Hội nghị chuyên ngành IWEB được tổ chức 2 năm một lần là một ví dụ điển hình.

1.1. Ứng Dụng Thực Tế Của Hệ Thống Vận Chuyển Vật Liệu

Hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng (WTS) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như giấy, vải, tôn thép, phim nhựa, pin năng lượng mặt trời, mạch in điện tử. Những sản phẩm này đóng vai trò quan trọng trong đời sống thường ngày cũng như trong công nghiệp. Các ứng dụng hiện nay ngày càng yêu cầu các quá trình vận hành của hệ thống không những đảm bảo chất lượng mà còn đảm bảo công suất ngày càng cao.

1.2. Tầm Quan Trọng Nghiên Cứu Hệ Thống Vận Chuyển Vật Liệu

Việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán điều khiển cho WTS là vô cùng quan trọng. Phân tích các phương pháp điều khiển cơ bản, tìm hiểu và lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp áp dụng cho đối tượng phức tạp. Các thách thức trên cũng chính là mục đích nghiên cứu của luận án. WTS là một đối tượng có cấu trúc dạng MIMO phức tạp, có tham số biến thiên, và chịu ảnh hưởng của nhiễu.

II. Thách Thức Vấn Đề Trong Vận Chuyển Vật Liệu Hiện Nay

Trong thực tế, các bộ điều khiển của WTS chủ yếu sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính như PI và PID. Tuy nhiên, các phương pháp này thường có đáp ứng chậm, độ ổn định thấp, và độ chính xác không cao. Điều này gây khó khăn trong việc đáp ứng yêu cầu chất lượng ngày càng khắt khe của các dây chuyền hiện đại. Do đó, việc phát triển và áp dụng các thuật toán phi tuyến để nâng cao chất lượng cho hệ thống là cần thiết. Đây là một trong những yêu cầu cấp thiết được quan tâm đặc biệt trong những năm gần đây.

2.1. Hạn Chế Của Phương Pháp Điều Khiển Tuyến Tính Truyền Thống

Các phương pháp điều khiển tuyến tính không phải lúc nào cũng đem lại chất lượng mong muốn mà thường có đáp ứng chậm, độ ổn định thấp, độ chính xác không được cao. Nên khi áp dụng các phương pháp này khó có thể đáp ứng được yêu cầu chất lượng ngày càng khắt khe của các dây chuyền hiện đại. Đây là một trong những yêu cầu cấp thiết được quan tâm đặc biệt trong những năm gần đây, việc phát triển và áp dụng các thuật toán phi tuyến để nâng cao chất lượng cho hệ thống là cần thiết.

2.2. Yêu Cầu Cải Tiến Hệ Thống Vận Chuyển Vật Liệu Hiện Đại

Các ứng dụng hiện nay ngày càng yêu cầu các quá trình vận hành của hệ thống không những đảm bảo chất lượng mà còn đảm bảo công suất ngày càng cao. WTS là một đối tượng có cấu trúc dạng MIMO phức tạp, có tham số biến thiên, và chịu ảnh hưởng của nhiễu. Thực tế hiện nay, các bộ điều khiển của WTS chủ yếu sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính như PI và PID.

III. Phương Pháp Điều Khiển Lực Căng Back Stepping Hiệu Quả

Luận án tập trung vào việc xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống vận chuyển vật liệu với các trường hợp: thông số mô hình được xác định rõ và thông số mô hình biến thiên, bất định. Phương pháp back-stepping được sử dụng để điều khiển lực căng, kết hợp với bộ quan sát lực căng để giảm thiểu sự phụ thuộc vào cảm biến. Mô phỏng và thực nghiệm được tiến hành để kiểm chứng tính đúng đắn của các thuật toán được đề xuất.

3.1. Tổng Quan Về Phương Pháp Điều Khiển Back Stepping

Phương pháp back-stepping là một kỹ thuật điều khiển phi tuyến mạnh mẽ, cho phép thiết kế bộ điều khiển một cách hệ thống bằng cách chia hệ thống thành các hệ con và thiết kế bộ điều khiển cho từng hệ con một cách đệ quy. Điều này giúp đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống tổng thể.

3.2. Ưu Điểm Của Back Stepping Trong Điều Khiển Lực Căng

Back-stepping cho phép điều khiển lực căng một cách chính xác và ổn định, ngay cả khi có sự thay đổi trong tham số hệ thống hoặc nhiễu bên ngoài. Việc kết hợp với bộ quan sát lực căng giúp giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống bằng cách loại bỏ nhu cầu sử dụng cảm biến lực căng.

3.3. Kết Quả Mô Phỏng Thực Nghiệm Với Back Stepping

Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy rằng phương pháp back-stepping có thể điều khiển lực căng một cách hiệu quả, với độ chính xác cao và thời gian đáp ứng nhanh. Hệ thống cũng cho thấy khả năng chống nhiễu tốt và ổn định trong các điều kiện vận hành khác nhau.

IV. Nâng Cao Chất Lượng Điều Khiển Với Thuật Toán DSC RBF

Để nâng cao hơn nữa chất lượng điều khiển, luận án đề xuất các giải pháp bù, bao gồm bộ điều khiển bền vững tích hợp thuật toán DSC (Dynamic Surface Control) và bộ điều khiển thích nghi tích hợp RBF (Radial Basis Function). Các thuật toán này giúp hệ thống thích nghi tốt hơn với sự thay đổi của tham số và các yếu tố bất định. Các thuật toán điều khiển đều được chứng minh đảm bảo sự ổn định của hệ thống về mặt toán học.

4.1. Ứng Dụng Thuật Toán DSC Để Điều Khiển Bền Vững

Thuật toán DSC giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế bộ điều khiển bằng cách tránh việc tính toán đạo hàm bậc cao của các biến trạng thái. Điều này giúp cải thiện tính ổn định và độ bền của hệ thống, đặc biệt trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt.

4.2. Sử Dụng Mạng Neural RBF Để Điều Khiển Thích Nghi

Mạng neural RBF được sử dụng để bù đắp cho các yếu tố bất định và biến thiên của tham số mô hình. Khả năng học và thích nghi của mạng RBF giúp hệ thống duy trì hiệu suất cao ngay cả khi có sự thay đổi trong điều kiện vận hành.

4.3. Kết Hợp DSC RBF Để Tối Ưu Hóa Điều Khiển

Việc kết hợp DSC và RBF cho phép hệ thống đạt được hiệu suất điều khiển tối ưu, với khả năng chống nhiễu tốt, độ chính xác cao và khả năng thích nghi với sự thay đổi của tham số. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ tin cậy và hiệu suất cao.

V. Ứng Dụng Thực Tế Kết Quả Nghiên Cứu Tại Bách Khoa

Các thuật toán điều khiển được đề xuất trong luận án có thể được áp dụng vào các WTS trong thực tế nhằm giảm chi phí do không cần sử dụng cảm biến lực, giảm thời gian tinh chỉnh, tính toán thông số mô hình hệ thống và tăng khả năng thích nghi với sự thay đổi thông số mô hình. Luận án đã xây dựng mô hình toán học tổng quát cho WTS có xét đến biến thiên của mô men quán tính của lô tở và lô cuộn.

5.1. Mô Hình Hóa Hệ Thống Vận Chuyển Vật Liệu Tổng Quát

Luận án đã xây dựng mô hình toán học tổng quát cho WTS có xét đến biến thiên của mô men quán tính của lô tở và lô cuộn. Mô hình này thể hiện rõ tính phi tuyến trong các phương trình động lực học lô cuộn tở cho hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng.

5.2. Triển Vọng Ứng Dụng Trong Công Nghiệp Hiện Đại

Các thuật toán điều khiển được đề xuất trong luận án có thể được áp dụng vào các WTS trong thực tế nhằm giảm chi phí do không cần sử dụng cảm biến lực, giảm thời gian tinh chỉnh, tính toán thông số mô hình hệ thống và tăng khả năng thích nghi với sự thay đổi thông số mô hình.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Vận Chuyển Vật Liệu

Luận án đã đề xuất cấu trúc điều khiển bền vững dựa trên nền tảng mặt trượt động DSC tích hợp quan sát lực căng và điều khiển thích nghi sử dụng cơ chế bù mô men quán tính lô cuộn tở dựa trên nền tảng mạng neural xuyên tâm RBF tích hợp bộ quan sát lực căng. Các kết quả nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực điều khiển hệ thống vận chuyển vật liệu, đặc biệt là trong bối cảnh tự động hóa và logistics ngày càng phát triển.

6.1. Tóm Tắt Những Đóng Góp Mới Của Luận Án

Luận án đã đề xuất cấu trúc điều khiển bền vững dựa trên nền tảng mặt trượt động DSC tích hợp quan sát lực căng và điều khiển thích nghi sử dụng cơ chế bù mô men quán tính lô cuộn tở dựa trên nền tảng mạng neural xuyên tâm RBF tích hợp bộ quan sát lực căng.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Trong Tương Lai

Các kết quả nghiên cứu này mở ra hướng phát triển mới trong lĩnh vực điều khiển hệ thống vận chuyển vật liệu, đặc biệt là trong bối cảnh tự động hóa và logistics ngày càng phát triển. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hệ vận chuyển vật liệu dạng băng (Web Transprort System -WTS) là một trong số những hệ thống có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như giấy, vải, tôn thép, phim nhựa, pin năng lượng mặt trời, mạch in điện tử…Những sản phẩm này đóng vai trò quan trọng trong đời sống thường ngày cũng như trong công nghiệp [1], [2]. Các ứng dụng hiện nay ngày càng yêu cầu các quá trình vận hành của hệ thống không những đảm bảo chất lượng mà còn đảm bảo công suất ngày càng cao. WTS là một đối tượng có cấu trúc dạng MIMO phức tạp, có tham số biến thiên, và chịu ảnh hưởng của nhiễu.

Thực tế hiện nay, các bộ điều khiển của WTS chủ yếu sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính như PI và PID, …. Tuy nhiên các phương pháp điều khiển tuyến tính không phải lúc nào cũng đem lại chất lượng mong muốn mà thường có đáp ứng chậm, độ ổn định thấp, độ chính xác không được cao. Nên khi áp dụng các phương pháp này khó có thể đáp ứng được yêu cầu chất lượng ngày càng khắt khe của các dây chuyền hiện đại. Đây là một trong những yêu cầu cấp thiết được quan tâm đặc biệt trong những năm gần đây, việc phát triển và áp dụng các thuật toán phi tuyến để nâng cao chất lượng cho hệ thống là cần thiết.

Hiện nay có rất nhiều hướng nghiên cứu cho WTS, theo Hiệp hội về các vấn đề xử lý vật liệu dạng băng [3], có rất nhiều tạp chí và hội nghị đang công bố các nội dung nghiên cứu về lĩnh vực này, trong đó có thể thống kê một cách sơ bộ thông qua hội nghị chuyên ngành, IWEB [4] được tổ chức 2 năm một lần. Hội nghị IWEB năm nay sẽ tiếp tục được tổ chức vào tháng 11 tại Texas A&M College Station, Texas USA. Tổng hợp các bài báo tại hội nghi chuyên ngành IWEB 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 Số lượng bài tham gia Các bài về điều khiển Các bài về mô hình hóa hệ thống Hình 0.1 Tổng hợp số lượng nghiên cứu tại hội nghị chuyên ngành IWEB Các lý do trên thúc đẩy việc nghiên cứu, phát triển các thuật toán điều khiển cho WTS, phân tích các phương pháp điều khiển cơ bản, tìm hiểu và lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp áp dụng cho đối tượng phức tạp kể trên. Các thách thức trên cũng chính là mục đích nghiên cứu của luận án.

1 luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hệ vận chuyển vật liệu dạng băng (WTS). WTS trong thực tế liên quan đến nhiều lĩnh vực bao gồm cơ khí, vật liệu, điện, điện tử…Nghiên cứu về WTS phức tạp do tính đa ngành. Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn trong các giả thiết sau: - Luận án nghiên cứu về điều khiển lực căng và tốc độ dài trong WTS.

- WTS có lô tở và lô cuộn theo nguyên lý hướng tâm, hệ di chuyển theo một chiều. - Cơ cấu chấp hành (động cơ) được coi là lý tưởng. - Không xét đến hiện tượng lệch băng và chuyển động ngang trục của vật liệu. - Không xét đến hiện tượng trượt băng vật liệu trên lô.

- Biến dạng vật liệu tuân theo định luật Hooke. Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng mô hình toán học tổng quát cho WTS có xét đến biến thiên của mô men quán tính của lô tở và lô cuộn. - Xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống với các trường hợp: thông số mô hình được xác định rõ và thông số mô hình biến thiên, bất định. - Mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng tính đúng đắn các thuật toán được đề xuất.

Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu và xây dựng mô hình đối tượng, phân tích, xem xét đánh giá các đặc trưng nổi bật của đối tượng từ đó đưa ra các thuật toán điều khiển phù hợp. Các thuật toán điều khiển đều được chứng minh đảm bảo sự ổn định của hệ thống về mặt toán học. Thêm vào đó các mô phỏng và thực nghiệm được tiến hành để kiểm chứng tính đúng đắn và chất lượng của các bộ điều khiển được đề xuất. Những đóng góp mới của luận án Luận án có những đóng góp mới như sau: - Mô hình hóa dạng tổng quát thể hiện rõ tính phi tuyến trong các phương trình động lực học lô cuộn tở cho hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng.

- Áp cấu trúc điều khiển lực căng không dùng cảm biến cho hệ thống vận chuyển vật liệu dạng băng. - Đề xuất cấu trúc điều khiển bền vững dựa trên nền tảng mặt trượt động DSC (Dynamic Surface Control - DSC) tích hợp quan sát lực căng và điều khiểu thích nghi sử dụng cơ chế bù mô men quán tình lô cuộn tở dựa trên nền tảng mạng neural xuyên tâm RBF (Radial Basis Function - RBF) tích hợp bộ quan sát lực căng. 2 luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep do an to nghiep docx 123docz luan van hay luan van tot nghiep 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đề cập tới một đối tượng nghiên cứu đang ứng dụng trong những lĩnh vực đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển của nền kinh tế, luận án đem lại nhiều ý nghĩa cả về khoa học lẫn thực tiễn.

Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất thuật toán điều khiển không sử dụng cảm biến lực căng mà sử dụng bộ quan sát lực căng cho WTS đảm bảo tính ổn định và bền vững với tham số bất định. Thêm vào đó, luận án đã đề xuất thuật toán điều khiển thích nghi sử dụng luật cập nhật tham số và mạng nơ ron RBF cho WTS đảm bảo tính ổn định và thích nghi với sự thay đổi của tham số hệ thống. Ý nghĩa thực tiễn: Các thuật toán điều khiển được đề xuất trong luận án có thể được áp dụng vào các WTS trong thực tế nhằm giảm chi phí do không cần sử dụng cảm biến lực, giảm thời gian tinh chỉnh, tính toán thông số mô hình hệ thống và tăng khả năng thích nghi với sự thay đổi thông số mô hình 7. Bố cục và nội dung của luận án Luận án gồm 4 chương và phần kết luận chung có các nội dung chính như sau: Chương 1: Trình bày tổng quan về WTS gồm tiềm năng ứng dụng, dự báo xu hướng phát triển trong tương lai gần.

Phân tích cấu tạo và lựa chọn cấu hình WTS của luận án. Phân tích đánh giá tình hình nghiên cứu, ưu nhược điểm các kết quả, qua đó lựa chọn hướng nghiên cứu của luận án. Chương 2: Tổng quát hóa các bước xây dựng mô hình toán học cho WTS, xây dựng mô hình có xét đến thành phần biến thiên của mô men quán tính lô tở và lô cuộn, phân tích đánh giá mô hình từ đó xác định các nhiệm vụ cụ thể để phục vụ cho thiết kế điều khiển. Lựa chọn và xây dựng mô hình thực nghiệm thỏa mãn các giả thiết đã đặt ra phục vụ cho kiểm nghiệm thuật toán điều khiển.

Chương 3: Lựa chọn phương pháp thiết kế cấu trúc điều khiển phù hợp với WTS, xây dựng cấu trúc điều khiển dựa trên phương pháp lựa chọn kết hợp với giải quyết vấn đề giảm lược thiết bị cảm biến bằng bộ quan sát. Sử dụng kỹ thuật back-stepping thiết kế bộ điều khiển trong trường hợp sử dụng cảm biến lực căng và sử dụng bộ quan sát lực căng. Chương 4: Xây dựng thuật toán điều khiển bền vững kết hợp mặt trượt động DSC để tăng độ bền vững và khắc phục vấn đề “explosion of term”, ứng dụng trong trường hợp các tham số mô hình đã biết hoặc bị ảnh hưởng của thành phần bất định trong khoảng nhỏ.