Luận văn thạc sĩ: Thiết kế bộ điều khiển khử rơ cho kết cấu truyền động cơ khí

• Tác giả: Lê Văn Phúc
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Duy Anh
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển
• Đề tài: Thiết kế bộ điều khiển khử rơ cho hệ thống truyền động cơ khí
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP.HCM

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Các phương án khử rơ
• 1.3. Khử rơ bằng cách hiệu chỉnh thiết kế cơ khí hoặc điều chỉnh hành trình
• 1.4. Khử rơ bằng giải thuật điều khiển
• 1.5. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.6. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.7. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ THI CHO HỆ THỐNG
• 2.1. Phân tích thiết kế bộ điều khiển
• 2.2. Hàm rơ, hàm rơ ngược và phương pháp xác định hàm rơ
• 2.3. Thiết kế hệ thống điều khiển
• 2.4. Điều khiển đáp ứng
• 3. CHƯƠNG 3: NHẬN DẠNG HỆ THỐNG VÀ MÔ PHỎNG
• 3.1. Nhận dạng hệ thống
• 3.2. Mô phỏng nhận dạng hệ thống
• 3.3. Mô phỏng bộ điều khiển thích nghi
• 3.4. MRAS sử dụng luật MIT cho hệ bậc 2
• 3.5. Mô hình hóa hệ thống tổng hợp
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM TRÊN HỆ CHUYỂN ĐỘNG TUYẾN TÍNH
• 4.1. Hệ thống điều khiển thực nghiệm
• 4.2. Điều khiển trên máy tính
• 4.3. Điều khiển trên vi điều khiển. Vấn đề truy nhập bộ nhớ trực tiếp DMA
• 4.4. Thực nghiệm hệ servo driving mechanism. Nhận dạng hệ thống
• 4.5. Áp dụng các bộ điều khiển thực nghiệm
• 4.6. Đánh giá kết quả của hệ thống điều khiển
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 5.1. Kết quả thực nghiệm khử rơ và thảo luận
• Phụ lục A: THIẾT KẾ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
• Phụ lục B: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

I. Tổng quan về thiết kế bộ điều khiển khử rơ cho hệ thống truyền động cơ khí

Thiết kế bộ điều khiển khử rơ cho hệ thống truyền động cơ khí là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành cơ khí. Độ rơ trong các bộ truyền động có thể gây ra sai số trong quá trình điều khiển, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. Việc khử rơ không chỉ giúp cải thiện độ chính xác mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của các thiết bị. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp thiết kế bộ điều khiển khử rơ hiệu quả.

1.1. Định nghĩa và vai trò của độ rơ trong hệ thống truyền động

Độ rơ là khoảng cách giữa các bộ phận trong hệ thống truyền động, gây ra sự chậm trễ trong phản ứng của hệ thống. Hiểu rõ về độ rơ giúp xác định các phương pháp khử rơ hiệu quả.

1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng khử rơ trên thế giới

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc khử rơ có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống truyền động. Các ứng dụng từ robot đến máy CNC đều cần giải pháp khử rơ hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong khử rơ cho hệ thống truyền động cơ khí

Khử rơ trong hệ thống truyền động cơ khí gặp nhiều thách thức, bao gồm độ chính xác trong thiết kế và khả năng điều khiển. Độ rơ có thể gây ra sai số lớn trong quá trình điều khiển, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Việc xác định và bù trừ độ rơ là một trong những thách thức lớn nhất mà các kỹ sư phải đối mặt.

2.1. Các nguyên nhân gây ra độ rơ trong hệ thống

Độ rơ có thể xuất phát từ thiết kế cơ khí không chính xác, mài mòn trong quá trình sử dụng, hoặc sự thay đổi trong điều kiện làm việc. Những nguyên nhân này cần được phân tích kỹ lưỡng để tìm ra giải pháp khử rơ hiệu quả.

2.2. Tác động của độ rơ đến hiệu suất hệ thống

Độ rơ có thể dẫn đến sự không ổn định trong quá trình điều khiển, gây ra sai số lớn và làm giảm hiệu suất của hệ thống. Việc khắc phục độ rơ là cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định của các thiết bị.

III. Phương pháp khử rơ bằng thiết kế cơ khí hiệu quả

Một trong những phương pháp khử rơ hiệu quả là cải tiến thiết kế cơ khí của hệ thống truyền động. Việc sử dụng các cơ cấu bổ sung như bánh răng đặc biệt hoặc đai ốc chống rơ có thể giúp giảm thiểu độ rơ mà không làm thay đổi đặc tính điều khiển của hệ thống.

3.1. Thiết kế bánh răng đặc biệt để khử rơ

Bánh răng đặc biệt được thiết kế để tự động bù đắp độ rơ khi hệ thống đảo chiều. Phương pháp này giúp duy trì độ chính xác trong quá trình hoạt động.

3.2. Sử dụng đai ốc chống rơ trong truyền động

Đai ốc chống rơ giúp giảm thiểu độ rơ do mài mòn, đảm bảo độ chính xác cho hệ thống truyền động. Phương pháp này được sử dụng phổ biến trong các máy CNC.

IV. Giải pháp khử rơ bằng thuật toán điều khiển hiện đại

Khử rơ bằng thuật toán điều khiển là một phương pháp tiên tiến, cho phép bù trừ độ rơ một cách linh hoạt và hiệu quả. Các thuật toán như PID, điều khiển thích nghi và hàm rơ ngược đã được áp dụng để cải thiện độ chính xác của hệ thống.

4.1. Ứng dụng thuật toán PID trong khử rơ

Thuật toán PID giúp điều chỉnh tín hiệu điều khiển để bù trừ độ rơ, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác hơn.

4.2. Khử rơ bằng hàm rơ ngược Backlash Inverse

Hàm rơ ngược được sử dụng để điều chỉnh các thông số bù trừ theo thời gian, giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống truyền động có độ rơ.

V. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu khử rơ

Nghiên cứu về khử rơ đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, từ robot công nghiệp đến máy móc chế biến thực phẩm. Kết quả cho thấy việc khử rơ không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.

5.1. Kết quả thực nghiệm trên hệ thống servo

Thực nghiệm cho thấy việc áp dụng bộ điều khiển khử rơ đã giúp giảm thiểu sai số và cải thiện độ chính xác trong điều khiển hệ thống servo.

5.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo

Việc khử rơ đã được áp dụng thành công trong ngành công nghiệp chế tạo, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lỗi trong quá trình sản xuất.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai của khử rơ trong hệ thống truyền động

Khử rơ là một vấn đề quan trọng trong thiết kế và điều khiển hệ thống truyền động cơ khí. Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp khử rơ hiệu quả có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp mới và hiệu quả hơn.

6.1. Xu hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm kiếm các phương pháp khử rơ mới, đặc biệt là trong bối cảnh tự động hóa và robot hóa ngày càng phát triển.

6.2. Tầm quan trọng của khử rơ trong công nghiệp 4.0

Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, việc khử rơ sẽ trở thành yếu tố quyết định đến hiệu suất và độ chính xác của các hệ thống tự động hóa.