Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để nâng cao chất lượng hệ truyền động qua bánh răn

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HÒA XÃ

Trang 1

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Họ và tên học viên: Nông Lê Huy

Ngày tháng năm sinh: Ngày 05 tháng 05 năm 1976

Nơi sinh: Yên Biên - Hà Giang

Nơi công tác: Trung t âm KTTH - HN dạy nghề Bắc Cạn

Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Chuyên ngành: Tự động hóa

Khóa học: K12 - TĐH

Ngày giao đề tài: 08/01/2011

Ngày hoàn thành: 30/8/2011

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI

ĐỂ N ÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lại Khắc Lãi

Đơn vị công tác : Đại học Thái Nguyên

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS.TS Lại Khắc Lãi

HỌC VIÊN

Nông Lê Huy

DUYỆT BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu

và các kết quả mô phỏng được thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo:

PGS.TS Lại khắc Lãi là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ

công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nông Lê Huy

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Qua gần 2 năm được học tập khóa đào tạo Cao học tại Trường Đại học Kỹ

thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên, tôi được giao luận văn Thạc sĩ “Nghiên

cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để nâng cao chất lượng hệ truyền động qua bánh răng” Đến nay, luận văn đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận

tâm và nghiêm khắc của Thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi Đồng thời tôi luôn

nhận được sự dạy bảo, quan tâm cùng với những lời góp ý chân thành từ các Thầy

Cô giáo khoa Điện, Điện tử, khoa sau Đại học của trường cùng với sự giúp đỡ từ các bạn đồng nghiệp, gia đình và bạn bè

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu săc:

Thầy giáo: Phó Giáo sư - Tiến sỹ Lại Khắc Lãi Thầy giáo hướng dẫn, đã hỗ trợ em rất nhiều về mặt chuyên môn và tạo mọi điều kiện cho em hoàn thành luận văn này

Tất cả các Thầy Cô giáo Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

đã tận tình dạy bảo, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức bổ ích trong suốt thời gian tác giả học tập tại đây

Tất cả bạn bè, đồng nghiệp xung quanh tôi đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình tìm kiếm số liệu để hoàn thành tốt luận văn

Cuối cùng tôi không thể không nhắc đến gia đình thân yêu của tôi, gia đình là nguồn động viên tinh thần lớn nhất trong suốt thời gian học tập, những người luôn dành cho tác giả những tình cảm nồng ấm và sẻ chia những lúc khó khăn trong cuộc sống Luận văn cũng là món quà tinh thần mà tác giả trân trọng gửi tặng đến các thành viên trong gia đình

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Trang 4

ĐTĐT: Đối tượng điều khiển

TBĐK: Thiết bị điều khiển

TBĐL - CĐTH : Thiết bị đo lường và chuyển đổi tín hiệu

Trang 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ- ĐỒ THỊ

1.1 Ví dụ về một số hệ truyền động qua bánh răng 8 1.2 Mô hình hai khối lƣợng có liên hệ đàn hồi 9 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống hai khối lƣợng có liên hệ đàn hồi 10 1.4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động 12 1.5 Đặc tính logarit của hệ thống 13 1.6 Mối quan hệ ma sát khô và vận tốc 16 1.7 Mô hình vật lý của khe hở 17

1.9 Mô hình ăn khớp bánh răng 20 1.10 Mô hình cặp bánh răng ăn khớp đúng 21 1.11 Mô hình cặp bánh răng ăn khớp trùng 22 1.12 Mô hình cặp bánh răng ăn khớp tại tâm ăn khớp P 23 1.13 Mô hình truyền động bánh răng phẳng 24

Trang 6

2.10 Khâu có vùng kém nhạy 55

2.12 Khâu hạn chế có vùng kém nhạy 56 2.13 Khâu kiểu rơle hai vị trí 56 2.14 Khâu kiêu rơle ba vị trí 57

2.16 Khâu kiểu rơle hai vị trí có trễ 58 2.17 Khâu kiểu rơle ba vị trí trễ 59

2.21 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ 64 2.22 Hàm liên thuộc của luật hợp thành 68 2.23 Giải mờ bằng phương pháp cực đại 70 2.24 Giải mờ theo nguyên lý trung bình 71 2.25 Giải mờ theo nguyên lý cận trái 71 2.26 Giải mờ theo phương pháp cận phải 71 2.27 Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm 72 2.28 Sơ đồ cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 74 2.29 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển thích nghi 75 2.30 Mô hình bộ điều khiển mờ lai kinh điển 77 2.31 Cấu trúc hệ mờ lai Cascade 77 3.1 Sơ đồ khối của hệ truyền động qua bánh răng 81 3.2 Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bánh răng 82 3.3 Đặc tính tốc độ của bánh răng chủ động và bị động 82 3.4 Sơ đồ mô phỏng quan hệ mô men của cặp bánh răng 83

3.5 Đặc tính mô men của trục bánh răng chủ động và trục bánh

3.6 Cấu trúc chung của hệ điều chỉnh tốc độ sử dụng hệ chấp

Trang 7

3.7 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động 85 3.8 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập 86 3.9 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 90 3.10 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ (Ea = 0) 92

3.11 Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động qua bánh răng khi sử dụng

3.12 Đặc tính quá độ của hệ truyền động bánh răng khi sử dụng

3.13.a Cấu trúc hệ thống điều khiển 94 3.13.b Cấu trúc bộ điều khiển và cơ cấu thích nghi 94

3.14 Hàm liên thuộc đầu vào và đầu ra của bộ điều khiển mờ 95 3.15 Quan hệ vào-ra của bộ điều khiển mờ 95

3.16 Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bánh răng khi sử dụng điều

3.17 Đặc tính quá độ của hệ truyền động bánh răng khi sử dụng

3.18

Đặc tính tốc độ của hệ truyền động qua bánh răng khi sử

dụng PID kinh điển và khi sử dụng điều khiển mờ thích nghi 97

Trang 8

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 8

1.1 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 8

1.1.1 Truyền động chính xác: 8

1.1.2 Truyền động tốc độ cao: 8

1.1.3 Truyền động công suất lớn: 9

1.1.4 Độ hở mặt bên: 9

1.2 NHỮNG ẢNH HƯỞNG TÁC ĐỘNG ĐẾN HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 9

1.2.1 Ảnh hưởng của đàn hồi đến phần cơ của hệ thống truyền động 15

1.2.2 Ảnh hưởng của ma sát trong hệ thống truyền động 16

1.2.3 Ảnh hưởng của khe hở trong hệ thống truyền động 17

1.2.3.1 Mô hình vật lý của khe hở 17

1.2.3.2 Mô hình Deadzone (vùng chết): 18

1.2.3.3 Mô hình với hàm mô tả: 19

1.3 NHỮNG ĐẶC TRƯNG ĂN KHỚP CỦA CẶP BÁNH RĂNG 20

1.3.1 Điều kiện ăn khớp đúng: 21

1.3.2 Điều kiện ăn khớp trùng: 21

1.3.3 Điều kiện ăn khớp khít 22

1.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC 24

1.4.1 Xây dựng mô hình toán theo các đặc trưng ăn khớp của cặp bánh răng 24

1.4.2 Xây dựng mô hình toán khi xét tới yếu tố đàn hồi c và mômen ma sát Mms 27

* Kết luận Chương 1 32

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 33

2.1.GIỚI THIỆU CHUNG 33

2.1.1 Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển 34

2.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ điều khiển 34

2.1.2.1 Chỉ tiêu chất lượng tĩnh 34

2.1.2.2 Chỉ tiêu chất lượng động 35

2.1.3 Các hệ điều khiển kinh điển 37

Trang 9

2.1.3.1 Tổng hợp bộ điều khiển tuyến tính 37

2.1.3.2 Tổng hợp bộ điều khiển phi tuyến 37

2.2 ĐIỀU KHIỂN PID TUYẾN TÍNH 39

2.2.1 Bộ điều khiển tỷ lệ, vi phân, tích phân 40

2.2.1.1 Bộ điều khiển tỷ lệ ( P): 40

2.2.1.2 Bộ điều khiển tích phân (I): 41

2.2.1.3 Bộ điều khiển vi phân D: 43

2.2.2 Các bộ điều khiển tỷ lệ tích phân, tỷ lệ vi phân, tỷ lệ vi tích phân 45

2.2.2.1 Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân (PI) 45

2.2.2.2 Bộ điều khiển tỷ lệ vi phân PD 46

2.2.2.3 Bộ điều khiển tỷ lệ vi tích phân PID 47

2.2.3 Các bộ điều khiển PID số 49

2.2.3.1 Tích phân xấp xỉ liên tục 50

2.2.3.2.Vi phân xấp xỉ liên tục 51

2.2.3.3 Xấp xỉ PID 51

2.3 ĐIỀU KHIỂN PID PHI TUYẾN 52

2.3.1 Mô tả hệ phi tuyến 52

2.3.2 Đặc điểm hệ phi tuyến 52

2.3.3 Các khâu phi tuyến điển hình 54

2.3.3.1 Khâu có vùng kém nhạy 54

2.3.3.2 Khâu hạn chế (bão hòa) 55

2.3.3.3 Khâu hạn chế có vùng kém nhạy 55

2.3.3.4 Khâu kiểu rơle hai vị trí 56

2.3.3.5 Khâu kiêu rơle ba vị trí 57

2.3.3.6 Khâu biến đổi A-D 57

3.3.3.7 Khâu kiểu rơle hai vị trí có trễ 58

2.3.3.8 Khâu kiểu rơle ba vị trí trễ 59

2.3.3.9 Khâu kiểu khe hở: 59

2.3.3.10 Khâu kiểu gối tỳ: 61

2.3.3.11 Khâu kiểu từ trễ 63

2.4 ĐIỀU KHIỂN PID MỜ 64

2.4.1 Cấu trúc bộ điều khiển mờ 64

2.4.1.1 Khâu mờ hóa 65

2.4.1.3 Khâu giải mờ 69

2.4.2 Phân loại điều khiển mờ và các mờ cơ bản 73

2.4.2.1.Phân loại bộ điều khiển mờ 73

2.4.2.2 Các bộ điều khiển mờ cơ bản 73

2.4.3 Các bộ điều khiển mờ nâng cao: 74

Trang 10

2.4.3.1.Hệ điều khiển thích nghi mờ: 74

2.4.3.2 Hệ điều khiển mờ lai: 75

2.4.3.3 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID: 78

2.4.3.4 Bộ điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc 78

* Kết luận Chương 2: 78

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 80

3.1 KHÁI QUÁT 80

3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA BÁNH RĂNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 80

3.2.1 Sơ đồ khối của hệ truyền động qua bánh răng 80

3.2.2 Mô phỏng hoạt động của bánh răng 81

3.2.3 Mô phỏng quan hệ giữa các mô men trong hệ bánh răng 83

3.3 THIẾT KẾ PID KINH ĐIỂN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 84 3.3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống: 84

3.3.2 Mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập 85

3.3.3 Bộ chỉnh lưu 88

3.3.4 Máy phát tốc: 89

3.3.5 Biến dòng: 89

3.3.6 Thiết kế mạch vòng dòng điện 90

3.3.7 Thiết kế mạch vòng tốc độ 92

3.3.8 Kết quả mô phỏng 93

3.4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MỜ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 93

3.4.1 Cấu trúc bộ điều khiển thích nghi mờ 94

3.4.2 Kết quả mô phỏng 95

3.5 Nhận xét 97

* Kết luận Chương 3 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

1 Kết luận 99

2 Kiến nghị 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

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	450,53 KB