Thiết kế đồng bộ điều khiển phản hồi trạng thái dùng bộ quan sát LUENBERGER cho hệ tuyền động khớp nối mềm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI TRẠNG THÁI DÙNG BỘ

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI TRẠNG THÁI DÙNG BỘ QUAN SÁT LUENBERGER CHO HỆ

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và tổng hợp của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Chính Minh và chỉ tham khảo các tài liệu đã được liệt kê Tôi không sao chép công trình của cá nhân khác dưới bất kỳ hình thức nào Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Người cam đoan

Đặng Nguyên Bình

Trang 3

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VÀ BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 11

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG KHỚP NỐI MỀM 13

1.1 Khái niệm khớp nối và khớp nối mềm 13

1.1.1 Khớp nối 13

1.1.2 Khớp nối mềm 13

1.2 Đặc điểm của một số loại khớp nối 14

1.2.1 Khớp nối kiểu đai truyền 14

1.2.2 Khớp nối kiểu xích 14

1.2.3 Khớp nối kiểu bánh răng ăn khớp 15

1.3 Độ cứng của các khớp nối 15

1.3.1 Độ cứng của của trục làm việc khi bị xoắn 15

1.3.2 Độ cứng của thanh làm việc khi kéo và nén 16

1.3.3 Độ cứng của mối nối ren 16

1.3.4 Độ cứng của truyền động bánh răng 17

1.3.5 Độ cứng của nối then và chêm 17

1.3.6 Độ cứng của truyền động đai da và truyền động xích 18

1.4 Hiện tượng cộng hưởng trong hệ thống truyền động khớp nối mềm 18

1.5 Các giải pháp về mặt cơ học khắc phục hiện tượng cộng hưởng 21

1.5.1 Tăng độ cứng các bộ phận nối từ động cơ đến tải 21

Trang 4

1.5.2 Thay đổi tỷ lệ quán tính giữa tải và động cơ 23

1.6 Kết luận chương 1 24

Chương 2: GIẢI PHÁP VỀ MẶT ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHỚP NỐI MỀM 25

2.1 Mô tả toán học của hệ truyền động khớp nối mềm 25

2.2 Bộ điều khiển PID 31

2.3 Sử dụng bộ lọc 32

2.3.1 Bộ lọc thông thấp 32

2.3.2 Bộ lọc dải hẹp 33

2.3.3 Bộ lọc bậc hai 34

2.4 Điều khiển PI kết hợp phản hồi mômen xoắn 34

2.5 Phương pháp dùng các biến thể của PID 38

2.5.1 Bộ điều khiển I-P 38

2.5.2 Bộ điều khiển I-PD 39

2.6 Hệ điều khiển phản hồi trạng thái sử dụng bộ quan sát 40

Chương 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI TRẠNG THÁI DÙNG BỘ QUAN SÁT LUENBERGER CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHỚP NỐI MỀM 42

3.1 Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái bằng phương pháp áp đặt cực 42

3.1.1 Điều khiển hồi tiếp trạng thái 42

3.1.2 Phương pháp áp đặt cực cho hệ điều khiển hồi tiếp trạng thái 45

3.1.3 Các chuẩn tối ưu hoá đáp ứng quá độ 51

Trang 5

5

3.1.4 Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái bằng phương pháp áp đặt

cực cho hệ truyền động khớp nối mềm 53

3.2 Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái bằng phương pháp áp đặt cực dùng bộ quan sát Luenberger 60

3.2.1 Bộ quan sát Luenberger 60

3.2.2 Điều khiển phản hồi trạng thái sử dụng bộ quan sát Luenberger 62

3.2.3 Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái dùng bộ quan sát Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm bằng phương pháp áp đặt cực theo tiêu chuẩn tối ưu ITAE 64

3.3 Mô hình hóa hệ thống điều khiển khớp nối mềm và kết quả mô phỏng: 66

3.3.1 Mô hình hóa hệ thống điều khiển khớp nối mềm 66

3.3.2 Kết quả mô phỏng 69

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THÍ NGHIỆM THỰC TRÊN MÔ HÌNH TRUYỀN ĐỘNG KHỚP NỐI MỀM PP400 77

4.1 Thiết bị thí nghiệm PP400 77

4.2 Card NI6014 79

4.2.1 Đầu vào tương tự(AI) 81

4.2.2 Đầu ra tương tự (AO) 82

4.2.3 Cổng vào ra số (DIO) 82

4.2.4 Counter 83

4.2.5 Các đầu vào ra chức năng khả trình (Programmable Function Interface-PFI) 83

4.3 Thiết kế mạch lực và mạch điều khiển 84

4.3.1 Thiết kế mạch lực 84

Trang 6

4.3.2 Thiết kế mạch điều khiển 87

4.4 Sơ đồ tổng thể của thiết bị thí nghiệm 89

4.5 Các sơ đồ Simulink của hệ thí nghiệm thực trên mô hình truyền động khớp nối mềm PP400 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

Trang 7

7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Các sai lệch của khớp nối 13

khớp nối mềm khi K=1,2 và K=1,97

22

Hình 1.11 Ảnh hưởng của tỷ số JL/JM đến hiện tượng cộng hưởng cơ học 23 Hình 2.1 Hệ truyền động khớp nối mềm 25 Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động khớp nối mềm 28 Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động khớp nối mềm khi bỏ qua bS 31 Hình 2.4 Bộ điều khiển PI áp dụng cho hệ truyền động khớp nối mềm 31 Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển hệ truyền động khớp nối mềm có sử

dụng bộ lọc thông thấp kết hợp với khâu PI

32

Trang 8

Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển hệ truyền động khớp nối mềm có sử

dụng bộ lọc dải hẹp kết hợp với khâu PI

Hình 2.9 Đặc tính tốc độ động cơ và tải khi sử dụng bộ điều khiển PI có kết

hợp với phản hồi momen xoắn cho hệ truyền động khớp nối mềm

37

Hình 2.10 Bộ điều khiển I-P cho hệ truyền động khớp nối mềm 38 Hình 2.11 Bộ điều khiển I-PD cho hệ truyền động khớp nối mềm 39

Hình 2.12 Điều khiển phản hồi trạng thái sử dụng bộ quan sát Luenberger

cho hệ truyền động khớp nối mềm

Trang 9

9

Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc của bộ quan sát Luenberger 61 Hình 3.8 Hệ thống phản hồi trạng thái sử dụng bộ quan sát Luenberger 62 Hình 3.9 Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái sử dụng bộ quan sát

Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm

mềm

68

Hình 3.17 Mô hình hóa hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái dùng bộ

quan sát Luenberger cho hệ truyền động khớp nối mềm

68

Hình 3.18 So sánh tốc độ tải và tốc độ động cơ của hệ khớp nối mềm khi sử

dụng bộ điều khiển PI kết hợp với bộ phản hồi momen xoắn

70

Hình 3.19 So sánh tốc độ động cơ thực và tốc độ động cơ quan sát được 72 Hình 3.20 So sánh tốc độ tải thực và tốc độ tải quan sát được 72 Hình 3.21 So sánh momen xoắn trên trục động cơ thực và momen xoắn trên

trục động cơ quan sát được

73

Trang 10

Hình 3.22 So sánh tốc độ tải và tốc độ động cơ ứng với bộ điều khiển phản

hồi trạng thái dùng bộ quan sát Luenberger

74

Hình 3.23 So sánh tốc độ tải khi dùng bộ điều khiển PI và bộ điều khiển

phản hồi trạng thái dùng bộ quan sát Luenberger

(T4 luôn mở và T3 luôn khoá)

85

Hình 4.7 Sơ đồ một cầu van của vi mạch L298 86 Hình 4.8 Sơ đồ mạch tạo xung điều khiển đóng mở các van bán dẫn 87 Hình 4.9 Mạch logic tạo xung đóng mở van 88 Hình 4.10 Sơ đồ khối hệ thống thực nghiệm điều khiển hệ truyền động khớp

nối mềm

89

Hình 4.11 Sơ đồ Simulink hệ truyền động khớp nối mềm PP400 bằng thuật

toán điều khiển PI

90

Hình 4.12 Sơ đồ Simulink hệ truyền động khớp nối mềm PP400 bằng thuật

toán điều khiển phản hồi trạng thái dùng bộ quan sát Luenberger

91

Bảng 3.1 Dạng tối ưu của hàm truyền mạch kín dựa trên tiêu chuẩn ITAE 52

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	301,45 KB