Đồ án tốt nghiệp chống rung cho cơ cấu vận chuyển chất lỏng

MỤC LỤC1DANH MỤC HÌNH VẼiDANH MỤC BẢNG SÔ LIỆUiiiDANH MỤC CHỮ VIẾT TẮTivChương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI11.1. Mở đầu11.2.Các hiện tượng rung động trong thực tế21.2.1.Rung động dịch chuyển đóng gói bình chất lỏng21.2.2.Rung động trong máy cắt gọt kim loại31.2.3.Rung động trong mô hình cầu trục51.3.Lợi ích của việc chống rung51.4.Tổng hợp6Chương 2 MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƯỢNG72.1.Mô hình độ rung chất lỏng khi vận chuyển.72.2.Mô hình cơ cấu chấp hành.82.2.1.Động cơ AC servo R88DUA của hãng OMRON Nhật Bản.82.2.2.Cơ cấu chấp hành cơ khí112.2.3.Cơ cấu phản hồi vận tốc.112.2.4.Cài đặt thông số ban đầu cho động cơ servo.122.3.Giới thiệu Rslogix 5000 và Compactlogix 1769L32E152.3.1.Compactlogix 1769L32E162.3.2.Rslogix 5000172.4.Phương pháp mô hình hóa202.4.1.Nguyên lý thực hiện202.4.2.Trình nhận dạng đối tượng212.4.3.Đồ thị đáp ứng đối tượng222.5.Tổng hợp đối tượng26Chương 3 TÍNH CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN27Đặt vấn đề273.1.Bộ điều khiển Hybrid Shape273.1.1.Cơ sở lý thuyết273.1.2.Xác định bộ điều khiển283.1.3.Tính toán bộ điều khiển303.1.4.Mô phỏng mô hình chống rung theo phương pháp Hybrid Shape333.2.Bộ điều khiển tối ưu thời gian373.2.1.Cơ sở lý thuyết.373.3.2 Đáp ứng bộ điều khiển.39Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ KIỂM CHỨNG444.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm444.2. Cơ cấu thật454.2.1. Lưu đồ thuật toán cho phần mềm.454.2.2.Giao diện giám sát474.3. Kết quả chạy thực nghiệm48KẾT LUẬN55TÀI LIỆU THAM KHẢO56PHỤ LỤC57

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 6-2015

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu điều khiển chống rung cho

cơ cấu vận chuyển chất lỏng” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS.

Đào Quý Thịnh Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tàiliệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có

sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 17 tháng 06 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Hồ Huy Hào

MỤC LỤC

1

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG SÔ LIỆU iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 Mở đầu 1

1.2 Các hiện tượng rung động trong thực tế 2

1.2.1 Rung động dịch chuyển đóng gói bình chất lỏng 2

1.2.2 Rung động trong máy cắt gọt kim loại 3

1.2.3 Rung động trong mô hình cầu trục 5

1.3 Lợi ích của việc chống rung 5

1.4 Tổng hợp 6

Chương 2 MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƯỢNG 7

2.1 Mô hình độ rung chất lỏng khi vận chuyển 7

2.2 Mô hình cơ cấu chấp hành 8

2.2.1 Động cơ AC servo R88D-UA của hãng OMRON Nhật Bản 8

2.2.2 Cơ cấu chấp hành cơ khí 11

2.2.3 Cơ cấu phản hồi vận tốc 11

2.2.4 Cài đặt thông số ban đầu cho động cơ servo 12

2.3 Giới thiệu Rslogix 5000 và Compactlogix 1769-L32E 15

2.3.1 Compactlogix 1769-L32E 16

2.3.2 Rslogix 5000 17

2.4 Phương pháp mô hình hóa 20

2.4.1 Nguyên lý thực hiện 20

2.4.2 Trình nhận dạng đối tượng 21

2.4.3 Đồ thị đáp ứng đối tượng 22

2.5 Tổng hợp đối tượng 26

Chương 3 TÍNH CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 27

Đặt vấn đề 27

3.1 Bộ điều khiển Hybrid Shape 27

3.1.1 Cơ sở lý thuyết 27

3.1.2 Xác định bộ điều khiển 28

3.1.3 Tính toán bộ điều khiển 30

3.1.4 Mô phỏng mô hình chống rung theo phương pháp Hybrid Shape 33

3.2 Bộ điều khiển tối ưu thời gian 37

3.2.1 Cơ sở lý thuyết 37

3.3.2 Đáp ứng bộ điều khiển 39

Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ KIỂM CHỨNG 44

4.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 44

4.2 Cơ cấu thật 45

4.2.1 Lưu đồ thuật toán cho phần mềm 45

4.2.2.Giao diện giám sát 47

4.3 Kết quả chạy thực nghiệm 48

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Dao động tắt dần con lắc đơn 1

Hình 1.2 Sự rung động mặt thoáng trong nồi nấu thép 3

Hình 1.3.Máy phay đứng 4

Hình 1.4.Mô hình cầu trục 5

Hình 1.5 Mô hình vòng kín bộ điều khiển chống rung chất lỏng 6

Hình 2.1 Dịch chuyển bình chất lỏng trong đóng chai sản phẩm 7

Hình 2.2 Mô hình cơ cấu vận chuyện chất lòng 8

Hình 2.8 Động cơ AC servo R88D-UA Omron 9

Hình 2.9 Cấu trúc chi tiết động cơ AC servo dòng R88A 10

Hình 2.10 OMNUC U-Series AC Servo Driver 11

Hình 2.11 Bố trí chân phản hồi tốc độ theo thời gian 12

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý kết nối động cơ Servo 13

Hình 2.13 Các thành phần CompactLogix 1769-L32E 17

Hình 2.14 Tạo dự án mới 18

Hình 2.15 Đồ thị đáp ứng quá độ của một đối tượng dạng quán tính bậc nhất 21

Hình 2.16 Màn hình khởi động giao diện nhận dạng đối tượng 22

Hình 2.17 Đáp ứng động cơ ở điện áp 2 VDC 23

Hình 2.18 Đáp ứng động cơ ở điện áp 2.5 VDC 23

Hình 2.19.Đáp ứng động cơ ở điện áp 3 VDC 24

Hình 2.20.Sơ đồ mô hình hóa hệ bình chất lỏng- động cơ 26

Hình 3.1.Vòng kín điều khiển cho đối tượngtheo phương pháp hybrid shaped 28

Hình 3.2 Mô hình của bộ lọc 29

Hình 3.3.Sơ đồ vòng kín điều khiển đối tượng 30

Hình 3.4.Lưu đồ thuật toán phương pháp đơn hình 32

Hình 3.5.Đáp ứng quãng đường theo thời gian với bộ Kp, Tl tối ưu 33

Hình 3.6.Sơ đồ khối mô phỏng phương pháp hybrid shape 34

Hình 3.7 Tín hiệu gia tốc, vận tốc và vị trí đặt theo quỹ đạo 2-1-2 ứ 34

Hình 3.8 Đáp ứng gia tốc của hai bộ điều khiển theo thời gian 35

Hình 3.9 Đáp ứng vận tốc bộ điều khiển PID và Hybrid Shape 35

Hình 3.10 Đáp ứng vị trí qua bộ PID và bộ Hybrid Shape 36

Hình 3.11 Độ rung qua bộ PID và bộ Hybrid Shape 36

Hình 3.12.Sơ đồ khối mô phỏng phương pháp tối ưu thời gian 40

Hình 3.13.Bộ tạo tín hiệu đầu vào cho phương pháp tối ưu thời gian 40

Hình 3.14.Gia tốc đặt theo phương pháp tối ưu thời gian 41

Hình 3.15.Vận tốc đặt và đáp ứng vận tốc theo phương pháp tối ưu thời gian 41

Hình 3.16.Vị trí đặt và đáp ứng vị trí theo phương pháp tối ưu thời gian 42

Hình 3.17.Độ rung đo được theo phương pháp tối ưu thời gian 42

Hình 4.1.Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển chống rung chất lỏng 44

Hình 4.2.Lưu đồ thuật toán hệ chống rung chất lỏng 46

Hình 4.3.Lưu đồ thuật toán bộ đo độ rung 47

Hình 4.4.Giao diện giám sát hệ chống rung chất lỏng 48

Hình 4.5.Đáp ứng độ rung theo phương pháp HybridShape 49

Hình 4.6 Đáp ứng độ rung theo phương pháp PID 50

Hình 4.7.Đáp ứng gia tốc thực tế theo phương pháp Hybrid Shape 49

Hình 4.8.Đáp ứng vận tốc thực tế theo phương pháp Hybrid Shape 50

Hình 4.9 Đồ thị điện áp đặt và điện áp phản hồi từ CN4 51

Hình 4.10.Đáp ứng vị trí thu được theo phương pháp Hybrid Shape 51

Hình 4.11 Đáp ứng độ rung theo phương pháp tối ưu thời gian 52

Hình 4.12 Đáp ứng vị trí theo phương pháp tối ưu thời gian 52

Hình 4.13 Đáp ứng vận tốc theo phương pháp tối ưu thời gian 53

Hình 4.14 Đáp ứng gia tốc theo phương pháp tối ưu thời gian 53

DANH MỤC BẢNG SÔ LIỆU

Bảng 1.Thông số phần lực động cơ servo R88A 9

Bảng 2.Các chân quan trọng của Drive Servo R88A 10

Bảng 3.Bảng cài đặt thông số tiêu chuẩn của nhà sàn xuất 13

Bảng 4.Các trạng thái thường gặp trên Drive Servo R88A 15

Bảng 5 Liệt kê đầu vào ra cho chương trình nhận dạng và điều khiển 64

2 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DC Direct Curent Động cơ một chiều

AC Alternating Current Động cơ xoay chiều PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển logix khả trình

PAC Progarammable Automation Controler Bộ điều khiển tự động hóa khả trìnhCPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

PID Proportional Integral Derivative Bộ tỷ lệ tích phân, đạo hàm

FOPDT First-Order Plus Dead-Time Quán tính bậc nhất có trễ

FBD Function Block Diagram Ngôn ngữ khối hàm

ST Statement List Ngôn ngữ câu lệnh

SFC Sequential Functiont Chart Ngôn ngữ tuần tự

VDC Voltage Direct Current Điện áp một chiều

LỜI GIỚI THIỆU

Đối với chất lỏng,rung động là hiện tượng không thể tránh khỏi khi di chuyểnchúng Bản chất là do sự dịch chuyển nhanh chậm của cơ cấu vận chuyển gây mất cânbằng,làm chất lỏng dao động.Trong công nghiệp, điều này thường xuyên xảy ra với chấtlỏng là hóa chất, kim loại nóng chảy, điều này dẫn tới sự mất an toàn lao động cũng nhưtính mạng con người Những rung động gây hại đó là những chuyển động mà con ngườimuốn loại bỏ Vì vậy cần kiểm soát những rung động dư thừa này để tránh gây ra nhữngthiệt hại về người và kinh tế

Chính vì lí do này, em đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là “Nghiên cứu điều khiển chống rung cho cơ cấu vận chuyển chất lỏng”, với phương pháp đơn giản để loại bỏ

dao động dư trong chuyển động của vật thể Đồ án được thực hiện dưới sự hướng dẫn củathầy giáo ThS Đào Quý Thịnh Nội dung đồ án này gồm những phần cơ bản như sau:Chương 1: Tổng quan về hiện tượng rung động

Chương 2: Mô hình hóa đối tượng

Chương 3: Tính chọn phương pháp điều khiển

Chương 4: Xây dựng và kiểm nghiệm mô hình

Sau một thời gian được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy giáo ThS.ĐàoQuý Thịnh em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Tuy nhiên do thời gian và năng lựcbản thân còn hạn chế nên không tránh khỏi được những thiếu sót Bởi vậy em rất mongnhận được sự chỉ dạy và những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 17 tháng 6 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Hồ Huy Hào

Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Mở đầu

Rung động hay dao động là một khái niệm vật lý dùng để mô tả sự thay đổi vị trí của mộtchuyển động so với một vị trí cân bằng, chuyển động cứ lặp đi lặp lại trong một chu kỳthời gian cho đến khi trở về vị trí cân bằng Các rung động này có dạng dao động tắt dầntức là có biên độ giảm dần theo thời gian, tức là dao động tắt dần.Nếu vật dao động điềuhoà với tần số w0 mà chịu thêm lực cản nhỏ, thì dao động của vật tắt dần chậm Dao độngtắt dần chậm cũng có tần số w0 và biên độ giảm dần theo thời gian cho đến không

Một trong những dao động tắt dần thông thường mà ta biết đến đó là dao động tắt dầncủa con lắc đơn.Như ở hình 1.1, đưa con lắc lên vị trí A rồi thả tay, sau vài chu kỳ daođộng, ta thấy biên độ của dao động bé dần và sau một khoảng thời gian đủ lớn thì daođộng bị mất hoàn toàn

Hình 1.1 Dao động tắt dần con lắc đơnTrong dao động của con lắc trên thì sự tắt dần của dao động chính là do lực cản củakhông khí đối với con lắc trong quá trình dao động, sự cọ xát giữa sợi dây với con lắccũng như tại chỗ buộc C cũng làm cho năng lượng trong quá trình dao động của con lắcgiảm đi, và làm cho dao động này tắt dần

Dao động tắt dần được mô tả dưới dạng công thức toán học sau:

 Quá ngưỡng tắt dần ( > 1): Dao động của hệ bị dập tắt ngay lập tức khichưa kịp hoàn thành một dao động.

 Tắt dần tới hạn ( = 1): Dao động của hệ bị dập tắt nhanh nhất khi chưakịp hoàn thành dao động

 Dưới ngưỡng tắt dần ( < 1): Dao động của hệ bị tắt dần sau khi thực hiệnmột vài dao động, biên độ giảm dần về không

Rung động xảy ra trong hầu hết các máy móc, cấu trúc, xây dựng và các hệ thốngđộng.Tuy nhiên trong thực tế tồn tại những rung động có lợi được tạo ra theo mong muốncủa con người Chúng được tạo ra nhằm đáp ứng nhu cầu của con người phục vụ quátrình sản xuất như rung động trong các máy công nghiệp: máy sàng rung, phễu nạp liệu,máy đánh bóng, máy đầm, máy cấp phôi tự động…Hoặc trong y tế như máy matxa.Nhưng hấu hết các rung động là không mong muốn và có hại trong quá trình hoạtđộng cũng như sản xuất, sử dụng Những rung động này xuất hiện do cấu trúc của máymóc, hệ thống, do động lực học của cơ cấu, do quán tính, do các yếu tố bên ngoài tácđộng như gió…Các rung động này không chỉ làm cho cấu trúc của máy móc, hệ thốngthay đổi, hiệu suất hoạt động giảm, tổn hao năng lượng Ngoài ra, đi kèm với rung độngcòn có phát ra tiếng ồn Tiếng ồn thường được coi là âm thanh không mong muốn, và kể

từ rung động xuất hiện sẽ làm cho áp suất xung quanh rung động thay đổi, từ đó tạo ra

âm thanh Âm thanh này được lan truyền trong không khí và có tần số cũng như cường

độ phụ thuộc vào các thông số của rung động Đặc biệt hơn nữa, trong kỹ thuật côngnghiệp và vận chuyển thì rung động này có thể làm mất tính an toàn lao động trong sảnxuất cũng như chất lượng của công việc và gây nguy hiểm cho người vận hành Do đó,phân tích độ rung là điều cần thiết đối với bất kỳ cấu trúc nào trước khi thiết kế và xâydựng.Sau đây chúng ta sẽ phân tích một số trường hợp cụ thể để thấy được tác hại củadao động trong sản xuất

1.2 Các hiện tượng rung động trong thực tế

1.2.1 Rung động dịch chuyển đóng gói bình chất lỏng

Ngành công nghiệp sản xuất thép là một ngành công nghiệp nặng quan trọng trongquá trình phát triển của đất nước.Tuy nhiên, lại luôn tồn tại nhiều rủi ro trong an toàn laođộng, nhiều tai nạn do bị đổ kim loại đang nóng chảy trong nồi ra ngoài

Hình 1.2 Sự rung động mặt thoáng trong nồi nấu thép.

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, thì kim loại trong nồi nấu thép lúc này hoàn toàn ở dạnglỏng, có các tính chất giống như của chất lỏng Trong quá trình sản xuất, yêu cầu phải dichuyển nồi nấu thép để đổ vào khuôn tạo thép thành phẩm Hay trong quá trình đóng góihoặc đóng chai những sản phẩm đựng chất lỏng đều xuất hiện hiện tượng “tròng trành”của mặt thoáng do cơ cấu di chuyển nồi bị rung Hiện tượng này chính là do dao dộng dưthừa gây ra và nó gây ra nguy hiểm cho công nhân vận hành

Rung động trong quá trình cắt gọt kim loại là một hiện tượng cố hữu và phổ biếntrong kỹ thuật Máy công cụ là một hệ đàn hồi nên trong quá trình gia công ngoại lực vàlực cắt tác dụng lên hệ sẽ làm hệ rung động, đối với những rung động nhỏ thì ta có thể bỏqua vì nó không làm ảnh hưởng tới chất lượng chi tiết và hoạt động của máy móc Tuynhiên, đối với những rung động lớn lại chuyển động ở tốc độ cao sẽ làm cho một số bộphận chuyển động không như yêu cầu nên gây ảnh hưởng tới chất lượng chi tiết gia công

và năng xuất máy Vì vậy việc chống rung trong các máy gia công kim loại là hết sức cầnthiết Sau đây ta tìm hiểu các hậu quả do rung động gây ra cho các máy gia công kimloại, điển hình như máy phay đứng

Hình 1.3.Máy phay đứng.

Trong quá trình gia công cắt gọt kim loại có nhiều yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ

ổn định của quá trình cắt, một trong những yếu tố cơ bản đó là rung động Trong thực tếkhông có quá trình cắt gọt kim loại nào mà hệ thống công nghệ không rung động Rungđộng là hiện tượng kèm theo trong quá trình gia công cắt gọt kim loại Trong những điềukiện cụ thể nhất định rung động này có thể tăng trưởng mạnh trong quá trình gia công, do

đó làm xấu các chỉ tiêu về kinh tế và chất lượng sản phẩm cụ thể rung động có thể gây racác hậu quả sau:

 Không cho phép sử dụng hết công suất của máy và khả năng cắt của dụngcụ

 Gây mòn nhanh các bộ phận chính của máy, làm giảm độ chính xác củamáy

 Tăng mức độ nguy hiểm phá hủy cơ học lưỡi cắt của dụng cụ cắt

 Phá hủy cơ học dụng cụ cắt (gãy răng dao dụng cụ có nhiều lưỡi cắt) hoặcmột số chi tiết máy

 Giảm độ chính xác hình học của chi tiết gia công cũng như độ bóng bề mặt,đặc biệt là đối với các nguyên công gia công tinh

 Gây ồn cho môi trường làm việc

Như vậy qua các phân tích trên ta thấy được tầm quan trọng của việc chống rung chocác máy gia công kim loại

1.2.3 Rung động trong mô hình cầu trục

Hình 1.4.Mô hình cầu trục

Trong sản xuất công nghiệp, cầu trục là thiết bị công nghiệp được ứng dụng rất rộngrãi trong nhiều lĩnh vực như trong xây dựng để vận chuyển nguyên vật liệu, trong nhàmáy để di chuyển hàng hóa hay các loại máy móc có trọng lượng lớn hay tại các cảng đểbốc dỡ hàng Những cần trục này thường vận hành bằng tay Khi mà kích thước của cầntrục trở nên lớn hơn và yêu cầu vận chuyển nhanh hơn thì quá trình điều khiển chúng sẽtrở nên khó khăn nếu không tự động hoá quá trình này Cần trục dịch chuyển theo quỹđạo không cứng nhắc Nhưng nó hoạt động dưới những điều kiện hết sức khắc nghiệt do

sự ảnh hưởng của gió Hơn nữa trong quá trình di chuyển luôn tồn tại sự rung lắc củahàng hóa, vật liệu…đều có khối lượng lớn và kích thước rất lớn chính vì vậy khi dichuyển nếu có rung động sẽ gây nguy hiểm cho con người và cả hàng hóa, thiết bị Người

ta có thể cho cần trục di chuyển chậm để giảm thiểu sự dao động tuy nhiên thực tế là nóvẫn tồn tại sự dao động đáng kể Chính vì vậy vấn đề đặt ra là tìm ra phương pháp nhằmkhử dao động trong chuyển động của cần trục hoặc làm giảm dao động này ở mức thấpnhất có thể

Qua phân tích một số ví dụ thực tế về ảnh hưởng của rung động đến hoạt động củasản xuất ta thấy được vai trò quan trọng của việc chống rung cũng nhưcác lợi ích của việcchống rung mang lại như sau:

 Giảm thời gian trong việc đợi hết rung giúp tăng hiệu suất làm việc.

 Tuổi thọ máy móc được kéo dài do loại bỏ được các rung động có hại

 Do hạn chế được các dao động nên tiết kiệm được năng lượng và yêu cầu

về cơ cấu chấp hành giảm

Như vậy, có thể khẳng định chống rung là một vấn đề cần được giải quyết trong thựctế.Vì vậy đòi hỏi cần sử dụng một phương pháp nào đó để loại bỏ dao động dư có hạinày

Một trong những yếu tố quan trọng để thực hiện được yêu cầu loại bỏ dao động dư làtrước hết ta cần làm rõ đối tượng trong bộ điều khiển là gì để lựa chọn các phương ánđiều khiển thích hợp Trong chương tiếp theo em xin trình bày về đối tượng và phươngpháp mô hình hóa

1.4.Tổng hợp

Như vậy có thể thấy rằng trong tất cả các trường hợp trên máy gia công hay thiết bịphải hoàn thành hai việc trong thời gian hữu hạn cho phép đó là:

- Hoàn thành vị trí đặt cho trước theo hình dạng nhất định hoặc đường cố định

- Đảm bảo độ rung gây ra do quá trình tăng giảm tốc lên dụng cụ gia công là nhỏnhất để tránh sai số

- Mối quan hệ giữa độ rung và vị trí là gián tiếp bởi biến giá tốc, bới biến này sẽquyết định đáp ứng vị trí của đối tượng cũng như sự biến đổi của nó sẽ gây rathành phần rung

Như vậy, đồ án này sẽ thực hiện phân tích và giải quyết bài toán đảm bảo hai yếu tốtrên là tối ưu nhất theo như mô hình sau đây:

Hình1.5 Mô hình vòng kín bộ điều khiển chống rung chất lỏng

Ta đi vào tìm hiểu sự liên quan giữa biến gia tốc và vị trí cũng như độ rung bằng cách

mô hình hóa chúng

Chương 2

MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƯỢNG

2.1 Mô hình độ rung chất lỏng khi vận chuyển.

Trong các nhà máy sản xuất, các sản phẩm chứa chất lỏng được dịch chuyển ngang,dọc, theo đường thẳng hoặc đường cong Chúng được hoạt động cả ở chế độ liên tục lẫnchế độ các bước để hoàn thành quy trình tao ra sản phẩm Do vậy máy đóng gói đượcnghiên cứu hoạt động để đáp ứng được yêu cầu công nghệ

Hoạt động của các máy có thể chia ra một số giai đoạn bao gồm: di chuyển bình, đổ đầy

và đóng gói Ban đầu chúng là các bình rỗng được di chuyển tới vị trí để đổ và sau khiđược đổ đầy chúng di chuyển tới vị trí để đóng lắp như hình 2.1

Hình 2.6 Dịch chuyển bình chất lỏng trong đóng chai sản phẩm

Trong suốt quá trình di chuyển, các bình đựng đầy chất lỏng sẽ tròng trành và trào rangoài dưới tác dụng của lực quán tính Quá trình trào ra sẽ làm chất lỏng chảy ra ngoàivào các thiết bị máy máy gây hư hại cũng như mấy an vệ sinh Vì thế cần có một phươngpháp để chống những rung động cho toàn bộ quá trình di chuyển của các bình chất lỏngnày Hệ thống động cơ bước cùng cơ cấu chấp hành là đối tượng chúng ta cần điềukhiển.Chúng được điều khiển dưới một gia tốc đặt và từ gia tốc đặt này ta sẽ xác địnhđược vận tốc và vị trí đặt Vận tốc và vị trí của bình sẽ được phản hồi theo cơ cấu phảnhồi

Theo đó khi ta đặt một gia tốc bất kỳ vào cơ cấu bình chứa, chất lỏng trong bình sẽ bịdao động theo một tần số nhất định Và mô hình hàm truyền tuyến tính giữa giá trị gia tốc

và độ rung được biễu diễn theo khâu dao động bậc 2 như sau[5]:

Với thông số thực tế ta tính được K= 0.258, ζ =0.013

Và[5]

.g.tanh( )

h là chiều cao của cột chất lỏng

Drive +CN4

Cơ cấu đo mức

Trục vít

Động cơ Servo + EncoderPLCGiao diện giám sát

vị trí mong muốn Trong khuôn khổ đồ án này, ta lựa chọn động cơ servo để thực hiệnthuật toán điều khiển vị trí với các đặc trưng dưới đây.

2.2.1 Động cơ AC servo R88D-UA của hãng OMRON Nhật Bản.

Hình2.8 Động cơ AC servo R88D-UA Omron

 Thông số kĩ thuật

Bảng thông số kĩ thuật động AC Servo R88D-UA Omron

Bảng 1.Thông số phần lực động cơ servo R88AST

 Cấu trúc chi tiết

Hình2.9 Cấu trúc chi tiết động cơ AC servo dòng R88A.

 Driver điều khiển động cơ

Driver dùng để điều khiển động cơ là driver dòng OMNUC U-Series AC ServoDriver

Phần điều khiển Servo motor được thông qua cổng CN1 Cổng C1 bao gồm 38 châncho phép điều khiển hoàn toàn tất cả các trạng thái và phản hồi các giá trị đầu ra ecodercủa động cơ đưa về bộ điều khiển dưới dạng xung Trong đó có một số chân quan trọngđược sử dụng trong khuôn khổ đồ án này bao gồm:

Bảng 2.Các chân quan trọng của Drive Servo R88A

Hình dạng của Servo Drive như hình:

Hình2.10 OMNUC U-Series AC Servo Driver.

2.2.2 Cơ cấu chấp hành cơ khí

Cơ cấu truyền động từ động cơ đến đối tượng (bình nước) là một trục vít vô tận Trêntrục vít có gắn một con chạy để gắn cố định bình nước.Trục vít vô tận này có tác dụngbiến chuyển động quay của động cơ bước thành chuyển động tịnh tiến của bình mức.Thông số của trục vít:

- Độ dài: 0,75 m

- Đường kính: 1,5 cm

- Bước ren: 5mm/vòng

2.2.3 Cơ cấu phản hồi vận tốc.

Thường thì các cơ cấu phản hồi vận tốc cho động cơ nói chung đều sử dụng xung

Encoder từ Driver Tuy nhiên đối với dòng OMNUC U-Series AC Servo Drver, sau khi

đo số xung Ecoder từ động cơ và tính toán để phản hồi ra 3 kênh A, B, Z như thôngthường người ta còn bố trí thêm một bộ Analog Monitor Ouput cho phép đọc thẳng giá trịtốc độ và dòng điện động cơ thông qua cổng CN4

Cổng CN4 được bố trí trên Driver như sau:

Hình2.11 Bố trí chân phản hồi tốc độ theo thời gian.

Với hai chân 1 và 3 cho phép đọc giá trị tốc độ dưới dạng điện áp tương ứng với0.5V/1000 (vòng/phút) Với giá trị điện áp 0V là giá trị trung tâm ta có thể đo được giá trịđiện áp âm hay dương tương ứng với giá trị động cơ quay thuận hay quay ngược

Tương tự 2 chân 2,4 của cổng CN4 là giá trị phản hồi dòng điện phần cảm động cơcho phép ghi lại sự biến đổi tốc độ theo thời gian thực

2.2.4 Cài đặt thông số ban đầu cho động cơ servo.

Kết hợp tất cả các phần trên ta đã có bộ driver hoàn chỉnh cho phép chạy động cơ theomột trục nhất định như ý muốn với cách ghép nối như sau:

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý kết nối động cơ Servo.

Khi đó, nếu động cơ và mạch driver được cấp nguồn, động cơ hoàn toàn có thể hoạtđộng theo hai chế độ

- Điều khiển thông qua Parameter

- Điều khiển thông qua bộ điều khiển bên ngoài

 Ở chế độ điều khiển thông qua Parameter người ta thường dùng để điều chỉnh cácthông số mà nhà sản xuất gợi ý hoặc thay đổi theo ý muốn người dùng, bảng thông

số nhà sản xuất bao gồm các thông số sau:

Bảng 3.Bảng cài đặt thông số tiêu chuẩn của nhà sàn xuất

Ký hiệu Tên thông số Mặc

định

Đơn vị Giới hạn Mô tả

Cn-03 Tỷ lệ điều 300 r/min/v 0 2162 Đặt tốc độ quay trên một

khiển vậntốc

Volt của điện áp điềukhiển

khuyếch đạimạch vòngtốc độ

80 Hz 1 2000 Điều chỉnh đáp ứng

mạch vòng tốc độ

Cn-05 Hằng số thời

gian tíchphân mạchvòng tốc độ

20 ms 2 2000 Hằng số thời gian tích

phân mạch vòng tốc độ

Cn-07 Thời gian

tăng tốc

20 ms 02000 Hằng số thời gian tăng

tốc từ 0 lên tối đa Cn-10 Vận tốc JOG 500 Vòng/phút 03000 Vận tốc chạy bò theo

người dùng đặt

Encoder

2048

thời gian phanh

0 10ms 0  50 Đặt thời gian trễ từ khi

lệnh điều khiển phanhtác động cho đến khiđộng cơ OFF

Cn-16 Hằng số

thời gian phanh

50 10ms 10100 Đặt thời gian đợi từ khi

động cơ dừng tới khiđưa ra lệnh điều khiểnphanh

Cn-23 Thời gian

giảm tốc

tốc từ tốc độ tối đa về 0.Cn-28 Hệ số bù

mạch vòngtốc độ

chỉnh trong suốt quátrình điều khiển vị trí Cn- 0A Tỷ lệ chia

xungEncoder

1000

Những mã thường gặp khi bắt đầu quá trình chạy động cơ:

Bảng 4.Các trạng thái thường gặp trên Drive Servo R88A

Mã Trạng thái

Bb Khối cơ sở- động cơ tăt

Run Động cơ sẵn sàng hoạt động hoặc đang chạy

Pot Không thể quay thuận

Not Không thẻ quay ngược

A0

0

Trạng thái báo động, lỗi

 Chế độ điều khiển bằng bộ điều khiển bên ngoài

Ở chế độ này, động cơ thường chạy theo yêu cầu của người sử dụng với mục đích khácnhau, tuy nhiên các thông số do parameter cài đặt sẵn như tốc độ tối đa, momen tối đa,thời gian tăng giảm tốc, thời gian phanh tương đối, v.v

Sau đó dựa vào yêu cầu công nghệ mà người ta sẽ sử dụng các thuật toán như PID, tốiưu, để điều khiển động cơ đáp ứng các thông số vị trí, tốc độ hay momen Tuy nhiên cácthông số được cài sẵn trên Parameter vẫn có tác dụng đối với động cơ Nếu muốn thayđổi ta chỉ việc chỉnh sửa trước khi đưa cho động cơ hoạt động theo ý mình

Ở đây, trong yêu cầu bài toán này, thuật toán chống rung chất lỏng yêu cầu đi kèm động

cơ phải đáp ứng sao cho vị trí được đảm bảo, có nghĩa là quãng đường động cơ đi đượcphải đáp ứng đúng yêu cầu sao cho mặt tháng chất lỏng không vượt quá một giá trị maxcho trước

Ở đây, các thuật toán ra lệnh cho bộ driver được thực hiện thôn qua PLC Allen- Brealycủa hãng Rockwell Automation Chi tiết về bộ PLC nêu ở phần 2.3

2.3 Giới thiệu Rslogix 5000 và Compactlogix 1769-L32E

Rockwell Automation là nhà cung cấp toàn cầu trong lĩnh vực tự động hóa côngnghiệp có lịch sử phát triển hàng trăm năm với số lượng khách hàng trên 80 quốc gia.Trong vài năm trở lại đây Rockwell Automation đã giới thiệu và phát triển Kiến trúc tíchhợp hệ thống (Integrated Architecture -IA) Theo đó, toàn bộ hệ thống tự động hóa trong

mô hình nhà máy sản xuất được tổ chức thành một kiến trúc tổng thể từ lớp thiết bịtrường, thiết bị điều khiển đến các lớp thông tin quản lý kinh doanh 3 điểm quan trọngcủa kiến trúc tích hợp này là:

 Logix Platform: Toàn bộ lớp điều khiển được tích hợp thành một nền tảng chung

mà Rockwell gọi là Logix

 Factorytalk Platform: Toàn bộ lớp thông tin trong hệ thống tự động hóa được tíchhợp thành một nền tảng chung gọi là Factorytalk

 Ethernet/IP: Một mạng Ethernet/IP cho toàn bộ kiến trúc điều khiển, từ I/O đếncác máy tính

Theo kiến trúc tích hợp, toàn bộ lớp điều khiển (Logix) gồm các bộ PAC chủ yếu làControllogix và Compactlogix Và phần mềm duy nhất để lập trình, cấu hình cho toàn bộlớp Logix này chính là Rslogix 5000

2.3.1 Compactlogix 1769-L32E

Compactlogix là dòng PAC (Programmable Automation Controller) thuộc họ Logixcho các ứng dụng vừa và nhỏ (mid-range applications) Compactlogix cho phép ngườidùng có nhiều lựa chọn linh động cho các ứng dụng của mình từ các máy độc lập đơn lẻ,các dây chuyền sản xuất hoặc các hệ thống SCADA vừa và nhỏ dưới 1000 I/O

 Thông số cơ bản Compactlogix 1769-L32E:

- Tích hợp Motion trên Ethernet/IP tối đa 16 trục

- Trên mỗi CPU có sẵn 2 cổng Ethernet (Dual-port) hỗ trợ Devive Level Ring

- Cổng USB 2.0 để lập trình

- Thẻ nhớ SD 1G dùng để Backup chương trình

- Hỗ trợ Remote I/O trên Ethernet/IP

- Không cần pin

- Lập trình bằng phần mềm Rslogix 5000 Version 20 trở lên

 Các thành phần: CPU, Bộ nguồn và Module I/O

Hình 2.13 Các thành phần CompactLogix 1769-L32E

- Compactlogix không cần Chassis mà có thể gắn luôn lên Din-rail Các Moduleđược nối với nhau qua khớp nối bên hông mỗi Module và kết thúc bằng nắp chặncuối

- CPU: L32E sử dụng Compact I/O

- Bộ nguồn: Bộ nguồn 24VDC cấp nguồn cho các module Mỗi I/O bank yêu cầu bộnguồn riêng

- Module: các module được gắn như hình trên

o Không có nhiều hơn 3 module I/O giữa CPU và bộ nguồn

o Không có nhiều hơn 8 module I/O giữa bộ điều khiển và nắp chặn cuốiCompactlogix gần như không lắp thêm được module truyên thông mạng nào mà chủyếu sử dụng mạng Ethernet/Ip qua các cổng có sãn trên CPU

2.3.2 Rslogix 5000

 Một số thông tin cơ bản về phần mềm này:

 Dùng để lập trình cho toàn bộ các PAC thuộc họ Compactlogix và Controllogix

 Hỗ trợ 4 ngôn ngữ lập trình là Ladder, FBD, SFC và ST

 Online, truy cập thông tin thời gian thực các thiết bị trên

 Hỗ trợ cấu hình các thiết bị khác như biến tần PowerFlex…

a Kết nối PLC với máy tính

PLC CompactLogix 1769-L32E của Rockwell có 2 cổng giao tiếp để kết nối với máytính cũng như kết nối với mạng điều khiển: Một cổng RS232 được cách ly hoàn toàn và

có thể nối trực tiếp vào mạng và một cổng RJ45 để kết nối mạng Erthernet

Việc kết nối PLC với máy tính qua cổng mạng RJ45 có thể làm trực tiếp qua cápmạng được đấu thẳng hoặc thông qua hub Khi kết nối đã được xác lập đúng, quan sátđèn Link(LNK) bên cạnh cổng RJ45 sẽ chuyển sang màu xanh ổn định

Trong chương trình lập trình với Rslogix 5000, ta sử dụng Rslinx Classic cho mụcđích Download, Upload, Online,…, sau khi đặt địa chỉ IP cho card mạng máy tính, khởiđộng Rslink và lựa chọn Driver theo chuẩn Ethernet Chọn mở rộng Driver mới tạo, cácController đang kết nối với máy tính sẽ xuất hiện tương tự như hình bên dưới:

b Lập trình cho PLC bằng Rslogix 5000

 Cấu hình các module cho hệ thống điều khiển

- Mở phần mềm RSLogix5000 Tạo một dự án mới bằng cách vào File/New

hệ thống thì chúng ta phải khai báo trong phần Expansion I/O Nếu không khaibáo hoặc khai báo sai, các module sẽ không thể điều khiển được.

- Khi các module đã được khai báo đầy đủ, chúng ta có thể cấu hình cho từngmodule riêng lẻ bằng cách click đúp chuột trái vào tên từng module Mỗi module

sẽ có một giao diện cấu hình riêng tùy thuộc vào chức năng của module đó Nóichung, ta có thể cho phép/cấm các kênh I/O trên module, đặt các tùy chọn để báolỗi, debug chương trình …

c Lập trình cho PLC

Một số thuật ngữ dùng trong phần mềm RSLogix5000:

- Tag: Tags là một tên bằng chữ dùng để chỉ định một vùng nhớ nơi mà dữ liệuđược cất giữ Tags là một cơ cấu cơ sở dùng để chỉ định bộ nhớ, tham chiếu các

dữ liệu và giám sát dữ liệu Mỗi tag được chỉ định ít nhất 4 byte trong bộ nhớ

- Rung: Ngôn ngữ Ladder thực hiện các lệnh logic dựa theo cấu trúc các bậc thang,mỗi bậc gọi là 1 RUNG được đánh số từ 0 Trên mỗi RUNG ta có thể thêm vàocác phần tử lập trình như đầu I/O của PLC, các phần tử so sánh, tính toán, dichuyển số liệu, timer, counter … Bộ điều khiển sẽ kiểm tra phần tử bên trái,thường là các phần tử có điều kiện như kiểm tra đầu vào, bộ so sánh … và thựchiện các phần tử bên phải, là các phần tử điều khiển, thực hiện tác vụ

- Vòng quét: Để thực hiện chương trình lập trình cho PLC theo ngôn ngữ Ladder,PLC sẽ thực hiện vòng quét tuần tự từ trên xuống các RUNG cho tới RUNG cuốicùng là RUNG “End” thì quay lại thực hiện vòng quét từ RUNG 0

Sau khi viết xong chương trình cho PLC, ta cần tải phần mềm này xuống PLC Kếtnối PLC với máy tính, bật PLC và chuyển khóa chế độ trên PLC sang vị trí PROG Vàophần mềm RSLogix5000, chọn thẻ Communication  Who Active để chọn kết nối tới bộđiều khiển (CPU) cần lập trình

Sau khi chọn được bộ điều khiển, click vào nút Set Project Path rồi click vào nútDownload Khi việc tải chương trình xuống PLC hoàn thành, chuyển khóa chế độ sang vịtrí RUN để PLC thực hiện chạy chương trình Giao diện lập trình sẽ tự động chuyển sang

chế độ Online, các phần tử logic sẽ được hiển thị giá trị đồng bộ với bộ điều khiển.Chúng ta có thể quan sát màn hình giao diện lập trình để debug chương trình điều khiển.Khi muốn chỉnh sửa lại chương trình, cần chuyển chế độ lập trình về trạng thái Offlinebằng thanh công cụ Online Toolbar nằm góc trên, bên trái của giao diện lập trình.

2.4 Phương pháp mô hình hóa

2.4.1 Nguyên lý thực hiện

Để nhận dạng hệ thống chúng ta có rất nhiều phương pháp[3]:

- Dựa trên đáp ứng quá độ

- Dựa trên đáp ứng tần số

- Phương pháp bình phương tối thiểu

Ngày nay, các phương pháp trực tiếp dựa trên đồ thị đáp ứng quá độ thường được sửdụng rộng rãi bởi nó thường mang tính trực quan đơn giản Tuy nhiên mức độ chính xáccủa các mô hình nhận được lại ở mức độ khiêm tốn vì :

- Mô hình được sử dụng đơn giản (bậc thấp)

- Ảnh hưởng của nhiễu quá trình không được giải quyết tốt

Song với mức độ yêu cầu của một phần không nhỏ các bài toán điều khiển quá trìnhthì chúng ta có thể bằng lòng với phương pháp này.Ở trong đồ án này ta sẽ nhận dạnghàm truyền đối tượng dựa trên đồ thị ứng quá độ của đối tượng ứng với một giá trị đầuvào đặt trước Sau đó dựa vào đặc tính quán tính ta có thể xấp xỉ thành mô hình quán tínhbậc nhất hoặc bậc hai có trễ Tuy nhiên mô hình bậc cao thường gây khó khăn trong việcthiết kế các luật điều khiển đơn giản như PID (Proportional Integral Derivative) Do vậy,

ta chỉ cần quan tâm tới bài toán xấp xỉ một khâu quán tính bậc nhất có trễ FOPDT( order plus dead-time)

first-Mô hình FOPDT có hàm truyền đạt:

(s) 1

Y(s) k

U(s) là điện áp cấp vào driver điều khiển động cơĐối với một đối tượng có dạng khâu quán tính bậc nhất, với đầu vào dạng step, ta sẽthu được đồ thị đáp ứng quá độ có dạng.

Hình 2.15 Đồ thị đáp ứng quá độ của một đối tượng dạng quán tính bậc nhất

Trên cơ sở đó ta có thể xác định được 3 tham số: k, T, L như sau:

- L: là khoảng thời gian kể từ khi đặt giá trị đầu vào tới khi có sự thay đổi ởđáp ứng đầu ra

- T: là khoảng thời gian kể từ khi có sự thay đổi ở đầu ra đến khi đầu ra đạt0,632 lần giá trị xác lập

- K: là hệ số tỉ lệ giữa giá trị xác lập ở đầu ra và giá trị đặt ở đầu vào

Qua đó ta sẽ xác định được hàm truyền của đối tượng

2.4.2 Trình nhận dạng đối tượng

Như đã trình bày ở trên, trình nhận dạng đối tượng được xây dựng đơn giản dựa trênphần mềm lập trình RS Logic 5000 của Allen Breadly có dao diện như sau:

Hình 2.16 Màn hình khởi động giao diện nhận dạng đối tượng.

Giao diện này được gọi là Trend trên RS Logic 5000 có nhiệm vụ ghi lại xu hướngcủa đối tượng người dùng theo dõi theo thời gian Ở đây, biến được theo dõi là biến tốc

độ được kết nối sẵn với Driver thông qua cổng CN4 và PLC Compaclogicx 1769L32E Khi có tín hiệu điện áp cấp trong khoảng ±10VDC vào drive, tốc độ động cơ sẽ quay

tỉ lệ với giá trị điện áp, cùng với giá trị phản hồi tốc độ sẽ được chuyển qua cổngCN4.Nếu ta đặt điện áp điều khiển có giá trị tuyệt đối quá 10V, động cơ sẽ báo lỗi quádòng và ngừng chạy

Ta sẽ dùng đồ thị Trend để xác định hàm truyền động cơ

2.4.3 Đồ thị đáp ứng đối tượng

Để xác định hàm truyền động cơ ta lần lượt đưa ba giá trị điện áp đặt khác nhau, mỗigiá trị điện áp tương đương với một vận tốc đặt cho trước Bao gồm u1 = 2.5 VDC, u2=3VDC, u3= 3.5 VDC Ta thu được đồ thị đáp ứng lần lượt như sau:

a) Với điện áp đặt u 1 = 2 VDC.

Với điện áp đặt u = 2 VDC đồ thị đáp ứng vận tốc thu được

c) Với điện áp đặt u 1 = 3 VDC.

Với điện áp đặt u = 3 VDC đồ thị đáp ứng vận tốc thu được

Tuy nhiên, do tốc độ dài của cả cơ cấu cơ khí kết hợp còn phải dựa vào bước ren củatrục vít vô tận Mà trục vít vô tận có bước ren 5 mm/vòng = 0.005m/vòng, nên ta có hàmtruyền động cơ và cơ cấu là:

- YS: là vận tốc dịch chuyển của con chạy gắn trên trục vít vô tận

- US: là điện áp đặt vào vào driver động cơ servo

Nhận xét:

Theo đồ thị quan sát đối tượng còn có thời gian đáp ứng của đối tượng là chậm, do cơcấu cơ khí còn có nhiều ma sát cũng như các vấn đề khác ảnh hưởng Tuy nhiên điều nàykhông ảnh hưởng lớn đến khả năng rung do sự thay đổi vận tốc , nên vẫn có thể sử dụng

để làm hàm truyền động cơ

Như vậy, ta có thể nói rằng đối tượng cần điều khiển được biễu diễn.

Hình 2.20.Sơ đồ mô hình hóa hệ bình chất lỏng- động cơVới:

a là gia tốc đặt vào cơ cấu

Chương 3 TÍNH CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

Đặt vấn đề

Như đã nói ở chương 2 Để giải quyết được đối tượng có 2 đầu ra trong khi chỉ có mộtđầu vào điều khiển hay còn gọi là hệ SIMO (Similar Input Multi Output) các thuật toánthông thường như PID (Proportional Integral Derivative), tối ưu độ lớn, tối ưu modun, chỉ có thể ổn định được một trong hai đầu ra Điều đó có nghĩa là với bài toán đặt ra nhưtrên ta không thể thỏa mã cả hai yêu cầu, hoặc điều khiển đúng vị trí và bỏ rơi độ runghoặc ngược lại

Điều này dẫn đến ta phải tìm những phương án khác để giải quết vấn đề nêu trên mà vẫnđảm bảo cả hai điều khiện đầu vào Vì vây, có hai phương án được lựa chọn để trình bàydưới đây đều cho phép có thể thực hiện yêu cầu trên

Một là thêm các thành phần bộ lọc để làm sao giảm tới tối đa các ảnh hưởng của nhiễu,

và phần nào loại bỏ các thành phần không cần thiết của đối tượng Điều này được giảitrình theo phương pháp Hybrid Shape

Hai là sử dụng các phương pháp tối ưu để đảm bảo cả hai đầu ra trong khoảng sai số chophép Các thuật toán tối ưu là kinh điển, điển hình là thuật toán tối ưu năng lượng và tối

ưu thời gian đã được chứng minh

Dưới đây, chúng ta sẽ trình bày hai phương pháp tối ưu thời gian và Hybrid Shape để sosánh và kiểm chứng tác dụng của hai bộ điều khiển này

3.1 Bộ điều khiển Hybrid Shape

3.1.1 Cơ sở lý thuyết

Như đã trình bày, phương pháp Hybrid Shape thực chất là bộ điều khiển với thànhphần PID cộng thêm những thành phần loại bỏ những nhiễu tác động trong khoảng chophép

Độ rung của bình chất lỏng chuyển động được gây ra bởi chính những dịch chuyểncủa chúng dưới tác động của sự nhiễu loạn Điều quan trọng là dạng tần số đáp ứng của

bộ điều khiển được bộ lọc Notch triệt tiêu tại tần số cộng hưởng Bởi vậy theo lý thuyếtthì có thể triệt tiêu được rung động gây ra bởi gia tốc của động cơ Chính vì thế nênchúng ta không cần thiết phải phản hồi trực tiếp các rung động

Do vậy, ta sẽ lựa chọn bộ PID để thực hiện để điều khiển vị trí đặt, trong khi thànhphần bộ lọc Notch sẽ được sử dụng để triệt tiêu thành phần độ rung chất lỏng gây ra bớigia tốc động cơ.

Theo đó, một hệ thống vòng kín được thiết lập để diều khiển vị trí có dạng như sau:

Hình 3.21.Vòng kín điều khiển cho đối tượngtheo phương pháp hybrid shaped

Đối tượng bao gồm hệ thống trục vít vô tận và động cơ servo

- y là đầu ra vị trí của vật

- r là quỹ đạo tham chiếu đầu vào

Như vậy thành phần của bộ điều khiển theo phương pháp Hybrid Shape sẽ bao gồm

- Một bộ PID để đảm bảo sự ổn định mạch vòng vị trí

- Một bộ lọc thông thấp để loại đi những thành phần nhiễu bậc cao

- Một bộ lọc Notch để loại bỏ nhiễu độ rung ở tần số dao động riêng

Mục đích của hệ thống là giúp xây dựng cho hệ thống bình chất lỏng để bỏ độ rungmực chất lỏng khi chúng di chuyển với vận tốc cao Trong hệ thống này không bao gồm

dữ liệu phản hồi độ rung của bình chất lỏng Tần số dao động tự nhiên w của bình mức

chất lỏng được sử dụng như một thông tin ưu tiên của bộ lọc notch ở tần số cộnghưởng.Phương pháp này được áp dụng với những robot đổ chất lỏng tự động dựa trênxây dựng được hệ thống điều khiển chống rung cho mực chất lỏng trong quá trình dichuyển và đổ các bình Xa hơn nữa cách thức điều khiển này được xác định là cho phépcác thùng chứa chất lỏng có thể được dịch chuyển một các nhanh nhất có thể phù hơp vớithông số kỹ thuật Phương pháp điều khiển này gọi là phương pháp Hybrid Shape, và bộđiều khiển này được thiết kế để đáp ứng tương thích với những thông số riêng biệt vềthời gian và tần số

Các thành phần điều khiển được xác định như phần dưới Với tham số đầu vào nhưsau