Luận văn thạc sĩ: Thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi nhờ suy luận mờ cho hệ truyền động có khe hở

• Tác giả: Nguyễn Thị Kiều Trang
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Thu Hà
• Trường học: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi sử dụng suy luận mờ cho hệ truyền động
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục đích của đề tài
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 0.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 0.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÓ KHE HỞ
• 1.1. Đặc điểm chung của hệ truyền động
• 1.2. Đặc điểm của hệ truyền động
• 1.3. Các yêu cầu nâng cao chất lượng của hệ truyền động
• 1.4. Tổng quan về các phương pháp điều khiển cho hệ truyền động có khe hở
• 1.4.1. Phương pháp điều khiển coi hệ truyền động có khe hở như một khâu backlash
• 1.4.2. Một số phương pháp điều khiển hệ truyền động có khe hở sử dụng mô hình toán tổng quát của đối tượng
• 1.4.3. Tổng quan về các bộ điều khiển
• 1.4.3.1. Bộ điều khiển PID. Phương pháp Ziegler-Nichols
• 1.4.3.2. Phương pháp Chien – Hrones – Reswick
• 1.4.3.3. Phương pháp tổng T của Kuhn
• 1.4.3.4. Phương pháp tối ưu độ lớn. Phương pháp tối ưu đối xứng
• 1.4.3.5. Điều khiển mờ. Bộ điều khiển mờ tĩnh. Bộ điều khiển mờ động
• 1.4.3.6. Điều khiển thích nghi. Hệ mờ lai và hệ mờ thích nghi. Hệ mờ lai. Bộ điều khiển mờ thích nghi
• 1.4.4. Chỉnh định thích nghi PID nhờ suy luận logic mờ
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG
• 2.1. Hệ truyền động qua bánh răng
• 2.2. Giới thiệu chung
• 2.3. Một số yêu cầu về cơ khí đối với hệ truyền động bánh răng
• 2.4. Biện pháp cơ học làm giảm sai số khi gia công bánh răng
• 2.5. Xây dựng mô hình toán tổng quát
• 2.6. Cấu trúc vật lý và các định luật cân bằng
• 2.7. Mô hình toán ở chế độ ăn khớp, có tính đến hiệu ứng mài mòn vật liệu, độ đàn hồi và moment ma sát
• 2.8. Mô hình toán ở chế độ khe hở (dead zone)
• 2.9. Mô hình tổng quát
• 2.10. Mô tả hệ ở chế độ xác lập
• 2.11. Mô hình toán ở chế độ xác lập
• 2.12. Mô phỏng trên MatLab
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI NHỜ SUY LUẬN MỜ
• 3.1. Mô hình xấp xỉ tuyến tính không liên tục của hệ truyền động bánh răng
• 3.2. Xác định thông số bộ điều khiển PID theo lý thuyết kinh điển
• 3.3. Xác định theo phương pháp Zigeler-Nichols
• 3.4. Phương pháp tổng T của Kuhn
• 3.5. Xác định tham số theo bộ điều khiển mờ lai
• 3.6. Theo phương pháp Zhao-Tomizuka-Isaka
• 3.6.1. Giới thiệu về phương pháp
• 3.6.2. Nội dung chính của phương pháp được ứng dụng cho hệ truyền động có khe hở
• 3.6.3. Kết quả mô phỏng trên Matlab
• 3.7. Theo phương pháp Mallesham-Rajani
• 3.7.1. Giới thiệu về phương pháp
• 3.7.2. Nội dung chính của phương pháp
• 3.7.3. Kết quả mô phỏng trên Matlab
• 3.8. So sánh giữa các phương pháp điều khiển
• KẾT LUẬN CHUNG
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi sử dụng suy luận mờ

Bộ điều khiển PID thích nghi là một trong những giải pháp hiệu quả cho việc điều khiển hệ truyền động có khe hở. Việc áp dụng suy luận mờ giúp cải thiện khả năng điều khiển trong các điều kiện không chắc chắn. Suy luận mờ cho phép bộ điều khiển tự động điều chỉnh các tham số PID dựa trên trạng thái của hệ thống, từ đó nâng cao chất lượng điều khiển.

1.1. Định nghĩa và vai trò của bộ điều khiển PID trong hệ truyền động

Bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) là một công cụ quan trọng trong điều khiển tự động. Nó giúp duy trì giá trị đầu ra của hệ thống ở mức mong muốn bằng cách điều chỉnh các tham số P, I, D. Việc sử dụng PID trong hệ truyền động có khe hở giúp cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng suy luận mờ trong điều khiển PID

Suy luận mờ cho phép bộ điều khiển PID thích nghi với các thay đổi trong hệ thống mà không cần phải điều chỉnh thủ công. Điều này giúp giảm thiểu sai số và nâng cao hiệu suất điều khiển. Hơn nữa, nó cũng giúp xử lý các tình huống không chắc chắn và phi tuyến trong hệ thống.

II. Vấn đề và thách thức trong thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi

Thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi gặp phải nhiều thách thức, đặc biệt là trong các hệ truyền động có khe hở. Các yếu tố như độ phi tuyến, sự thay đổi trạng thái và các tác động không mong muốn có thể làm giảm hiệu suất của bộ điều khiển. Việc xác định chính xác các tham số PID cũng là một vấn đề khó khăn.

2.1. Đặc điểm phi tuyến của hệ truyền động có khe hở

Hệ truyền động có khe hở thường có đặc điểm phi tuyến, điều này làm cho việc điều khiển trở nên phức tạp hơn. Các yếu tố như moment ma sát và độ cứng của vật liệu có thể ảnh hưởng đến hiệu suất điều khiển, gây ra sự không ổn định trong quá trình hoạt động.

2.2. Tác động của các yếu tố không chắc chắn đến hiệu suất điều khiển

Các yếu tố không chắc chắn như sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và các tác động bên ngoài có thể làm giảm hiệu suất của bộ điều khiển PID. Việc thiết kế một bộ điều khiển có khả năng thích nghi với những thay đổi này là một thách thức lớn trong nghiên cứu.

III. Phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi sử dụng suy luận mờ

Phương pháp thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên suy luận mờ bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xây dựng mô hình toán cho hệ thống truyền động. Sau đó, xác định các tham số PID dựa trên lý thuyết mờ và các phương pháp tối ưu hóa.

3.1. Xây dựng mô hình toán cho hệ truyền động

Mô hình toán cho hệ truyền động cần phản ánh đầy đủ các yếu tố như moment ma sát, độ cứng và các yếu tố phi tuyến khác. Việc xây dựng mô hình chính xác sẽ giúp cải thiện khả năng điều khiển của bộ PID.

3.2. Xác định tham số PID bằng phương pháp mờ

Xác định tham số PID thông qua các phương pháp mờ giúp tối ưu hóa hiệu suất điều khiển. Các tham số này có thể được điều chỉnh tự động dựa trên trạng thái của hệ thống, từ đó nâng cao chất lượng điều khiển.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bộ điều khiển PID thích nghi trong công nghiệp

Bộ điều khiển PID thích nghi sử dụng suy luận mờ đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Các ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Việc áp dụng công nghệ này trong các dây chuyền sản xuất hiện đại đang ngày càng trở nên phổ biến.

4.1. Ứng dụng trong dây chuyền sản xuất tự động

Trong các dây chuyền sản xuất tự động, bộ điều khiển PID thích nghi giúp duy trì chất lượng sản phẩm ổn định. Việc điều chỉnh tự động các tham số PID giúp giảm thiểu sai số và nâng cao hiệu suất sản xuất.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tế

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng bộ điều khiển PID thích nghi có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự giảm thiểu sai số và tăng cường độ ổn định trong quá trình điều khiển.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của bộ điều khiển PID thích nghi

Bộ điều khiển PID thích nghi sử dụng suy luận mờ đang mở ra nhiều triển vọng trong lĩnh vực điều khiển tự động. Với sự phát triển của công nghệ, khả năng ứng dụng của bộ điều khiển này sẽ ngày càng rộng rãi hơn. Nghiên cứu và phát triển thêm các phương pháp mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả điều khiển trong tương lai.

5.1. Tương lai của bộ điều khiển PID trong công nghiệp

Bộ điều khiển PID sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống điều khiển tự động. Sự phát triển của công nghệ sẽ giúp cải thiện khả năng thích nghi và hiệu suất của bộ điều khiển này.

5.2. Nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới

Nghiên cứu thêm về các phương pháp điều khiển mới sẽ giúp nâng cao chất lượng điều khiển. Việc kết hợp giữa các phương pháp truyền thống và hiện đại sẽ tạo ra những giải pháp tối ưu hơn cho các hệ thống điều khiển.