Thiết kế mô hình điều khiển thông minh

BàI báo trình bày mô hình thiết bị đIều khiển thông minh gồm nhiều module ghép lại để đIều khiển nhanh và chính xác một bàn máy dịch chuyển theo hai ph-ơng X và Y. Mô hình này có cấu trúc mở về kết

Thiết kế mô hình đIều khiển thông minh

Thái Thị Thu Hà - Võ Anh Huy Khoa Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM

Tóm Tắt:

BàI báo trình bày mô hình thiết bị đIều khiển thông minh gồm nhiều module ghép lại để đIều khiển nhanh và chính xác một bàn máy dịch chuyển theo hai phương X và Y Mô hình này có cấu trúc mở về kết cấu cũng như

điều khiển

ABSTRACT :

The paper describled an intelligent control model with a great deal module connected, sothat the model have fast control and accurate on table machine moving with X and Y axis The model has open structure as control

I KHáI NIệM Về ĐIềU KHIểN THÔNG MINH

Khái niệm điều khiển thông minh được Giáo sư Albus J.S đưa ra thảo luận ở các hội thảo từ những năm 1980 Sau đó vào năm 1985 tại Hội thảo về điều khiển thông minh T.S Saridis G.N đã đưa ra khái niệm về điều khiển thông minh là phần giao nhau giữa lý thuyết

điều khiển, trí tuệ nhân tạo và vật trù học(hình 1)

Hình 1

Để đánh giá hệ thống thông minh hay không John M.Evan và Elena Nessina tại Hội thảo vào tháng 4 năm 2000 đã đưa ra các tiêu chí như thích nghi, tự tối ưu, tự chẩn đoán, tự bảo trì và chính xác trong mọi thời điểm khác nhau

Hệ thống thông minh thường phức tạp hơn vì bao gồm nhiều thành phần hơn Hui-min Huang của viện NiST đã đưa ra cấu trúc mở và điều khiển theo nhiều cấp bậc khác nhau trong thời gian thực và có nhiều giảI pháp

Còn T.S Mohammad Teshnehleb của Đại học Tossi Teheran Iran lại nghiên cứu

điều khiển thông minh dựa trên cơ sở Neural Network linh hoạt

Trong ngành chế tạo máy khái niệm về hệ thống được các giáo sư viện công nghệ cao GINTIC Singapore quan niệm là các hệ thống gia công thông minh có cấu trúc mở, thực hiện trong thời gian thực và đặc biệt là các sensor để xử lý các tình huống khác nhau trong quá trình gia công

Về bộ điều khiển thông minh có rất nhiều các công trình nghiên cứu khác nhau Chẳng hạn John Michloski (NIST) nghiên cứu phân tích các mođun của bộ điều khiển cho

Lớ thuyeỏt ủieàu khieồn

Vaọn truứ Trớ tueọ nhaõn taùo

các máy CNC, các bộ điều khiển theo cấp bậc trong môi trường liên kết Nó ứng dụng nhiều trong các hệ thống máy công cụ CNC tiện, phay nhiều trục, mài và Robot

John Hort lại nghiên cứu các bộ điều khiển của máy đo tọa độ CMM Nó có cấu trúc mở theo mođun, điều khiển phản hồi, trong thời gian thực và đặc biệt là có các cảm biến nhận tín hiệu đo lường

Dr Huang của viện công nghệ cao GINTIC đặc biệt quan tâm đến các bộ điều khiển thông minh của các quá trình đánh bóng các bề mặt tự do phức tạp Trong các bộ

điều khiển có các cảm biến có khả năng tự thích nghi, tự đáp ứng trên quan điểm tiếp cận Mechatronics Còn Dr.Gang Zhiniens thì nghiên cứu áp dụng các bộ điều khiển CNC cho các quá trình gia công vật liệu thông minh

Tại Hội thảo quốc tế về áp dụng công nghệ thông tin trong hàn được tổ chức tại San Francisco năm 1997 DR.Ripply W.G và Falro.Ja đã báo cáo các kết quả nghiên cứu về thiết

bị tự động hóa mà trong đó các tác giả có đề cập đến cụm điều khiển bao gồm bộ điều khiển robot và bộ điều khiển thông minh quá trình hàn Một trong những thành phần cơ bản của bộ điều khiển thông minh này là cảm biến

Tại Hội thảo quốc tế về Hệ thống thông minh được tổ chức tại Boston tháng 11 năm

2000, Frederick Procter, John Michaloski của NIST và hãng General Motor đã phân tích những yêu cầu đối với bộ điều khiển thông minh là cần có cấu trúc mở, mođun, nhiều trục, nhiều quy luật điều khiển, có liên hệ phản hồi Các bộ điều khiển này cấu tạo trên nền tảng các cảm biến đặc trưng cho các máy CNC và Robot

Trong các báo cáo về bộ điều khiển thông minh nhiều thành phần cho robot thì các tác giả J.Albus Alacafe và Meystel đã giới thiệu cấu trúc của bộ điều khiển thông minh

Và người ta cũng cho rằng hệ thống thông minh có thể được coi là khái niệm mở rộng hơn

so với điều khiển thông minh – Hệ thống bao gồm nhiều thành phần như sự thu nhận, mô phỏng quá trình hoặc giá trị điều chỉnh

Tại Hội thảo quốc tế về điều khiển và ra quyết định tổ chức tại Kobe Nhật Bản tháng 12 năm 1996 Dr.Hui Min Huang (GINTIC) đã trình bày bộ điều khiển nhiều mức:

Mức thứ 1 là servo (actuor)

Mức thứ 2 là primitive (dynamic)

Mức thứ 3 là elementary (kinetics)

Mức thứ 4 là equipement (robot, CNC, )

Mức thứ 5 là workstation

II MÔ HìNH THí NGHIệM ĐIềU KHIểN THÔNG MINH

Để nghiên cứu những đặc tính của máy tính thông minh cũng như để hoàn thiện nó phảI có mô hình thí nghiệm Nhưng chọn mô hình như thế nào để đáp ứng được các yêu cầu về đIều khiển thông minh là phảI cân nhắc kỹ lưỡng

Trong những máy công cụ hiện đại ngày càng có yêu cầu cao về độ chính xác cũng như tốc độ cao chính vì lẽ đó cần phảI nghiên cứu các chuyển động của bàn máy theo những tọa độ X & Y khác nhau

Mô hình có cấu trúc mở về kết cấu như thay đổi kiểu truyền động cũng như module chức năng làm việc Về việc truyền động có thể dùng vitme đai ốc bi hoặc dùng động cơ tuyến tính Như chúng ta đều biết về đặc điểm độ chính xác yêu cầu rất cao cho nên hầu hết các máy CNC đều dùng truyền động vitme đai ốc bi Tuy nhiên trong nhiều máy mới hiện

đại ngoài yêu cầu về độ chính xác vị trí còn có yêu cầu về tốc độ cao mà truyền động vitme

CONNECTOR DB25

13

25

12

24

11

23

10

22

9

21

8

20

7

19

6

18

5

17

4

16

3

15

2

14

1

Trong mô hình này bước đầu chúng tôi dùng bộ truyền vitme đai ốc bi và giai đoạn

kế tiếp sẽ dùng động cơ tuyến tính Đối với ụ dao cũng có thể gá lắp những dụng cụ khác nhau như đầu khoan, đầu phay, hoặc đầu cắt laser

Bộ phận điều khiển cũng có cấu trúc mở bằng 2 cách : có liên hệ phản hồi (feedback) hoặc

điều khiển dẫn tiếp (feedforward)

Máy thiết kế có cấu trúc của máy được thể hiện trên hình 2

Hình 2

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Moõ hỡnh ủửụùc ủieàu khieồn baống maựy tớnh vaứ giao tieỏp qua coồng maựy in maứ sụ ủoà chaõn coồng maựy in nhử sau:

1

lieọu

13 SLCT Vaứo Select

maựy in

17

Maùch giao tieỏp ủửụùc trỡnh baứy ụỷ hỡnh 3 vaứ maùch coõng suaỏt ủửụùc giụựi thieọu ụỷ

hỡnh 4

Hình3

Hình 4

III KÕt qu¶

R2 1k

2

1

D7

1

2

R13

2 1

1

U6A

7404

1

2

JP6

HEADER 4

1

3

R3

2 1

J5

OUT2

Q7 D718

1

R7

2

1

D6

1 2

Q8 H1061

3 2

1

R5

2 1

R11

2 1

J3

R10

2

1

U1A 74LS08

1

4N35

1 6

2 5 4

R9

2 1

R4

2 1

U3

4N35

2 5 4

Q10 C828

3 2

1

R12

2

1

D5

1 2

R6

2

1

J2

U1D

74LS08

12

D3

1

2

J4

OUT1 J1

U1C

74LS08

9

Q1 A671

3

2 1

Q3B688

3 2 1

R1 1k

2 1

R8

2

1

Q9 C828

3 2

1

Q2 B688

3

2 1

Q4 A671

3

2 1

U1B

74LS08

4

U5

4N35

1 6

2

5 4

Q5 H1061

3 2

1

U2

4N35

2

5 4

D8

1

2

R14

2

1

D4

1 2

Q6 D718

3 2

1

Kích thước của máy như sau : 800x700x750 mm

Truyền động ở đây là đai ốc bi với hành trình bàn máy như sau:

Lx = 500 mm

Ly = 300 mm Mô hình có cấu trúc mở về kết cấu như thay đổi kiểu truyền động cũng như module chức năng làm việc

Trong mô hình này bước đầu chúng tôi dùng bộ truyền vitme đai ốc bi và giai đoạn

kế tiêp sẽ dùng động cơ tuyến tính

Bước đầu thử nghiệm điều khiển thông minh mức 1 là có liên hệ phản hồi

Qua các thử nghiệm bàn máy chạy êm và ổn định

Bước nghiên cứu kế tiếp là chúng tôI sẽ sử dụng phương pháp điều khiển dẫn tiếp (feedforward) để nâng cao độ chính xáccũng như dùng truyền động động cơ tuyến tính để nâng cao tốc độ dịch chuyển của bàn máy

IV Tài liệu tham khảo

[1] YUSUF ALTINTAS, (2000) Manufacturing Automation, Cambringe University Press [2] GEORGE TLUSTY, (1999) Manufacturing processes and Equipment, Prentice Hall [3] HUI-MIN HUANG, (1996) An architecture and a methodology for intelligent control [4] J.ALBUS, Multiresolutional intelligent controller for baby robot

[5] FRED PROCTOR, A Methodlogy for intergrating sensor feedback in machine tool

controller