19
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ truyền động qua bánh răng là một trong những hệ cơ cấu chấp hành thường gặp nhất trong các máy công cụ, máy tổ hợp hoặc máy móc, thiết bị điều khiển tự động chạy theo chương trình. Bánh răng là một cơ cấu khớp cao dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục với tỷ số truyền xác định. Với những bài toán nâng cao chất lượng hệ thống ở chế độ làm việc quá độ cũng như có tính động học nhanh, dưới giả thiết không thể đo được chính xác các momen ma sát, momen cản, độ xoắn trên trục truyền động và khe hở giữa các bánh răng, người ta phải sử dụng kèm thêm cùng giải pháp cơ khí là các bộ điều khiển điện, điện tử để có thể dễ dàng cài đặt được các phương pháp điều khiển chỉnh định nhằm bù lại lượng sai lệch mà các thiết bị cơ khí không giải quyết được. Trong những năm gần đây một ngành khoa học mới đã được hình thành và phát triển mạnh mẽ đó là điều khiển logic mờ mà công cụ toán học của nó chính là lý thuyết tập mờ của Jaded. Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển là hoàn toàn dựa vào độ chính xác tuyệt đối của thông tin mà trong nhiều ứng dụng không cần thiết hoặc không thể có được, điều khiển mờ có thể xử lý những thông tin “không rõ ràng hay không đầy đủ” những thông tin mà sự chính xác của nó chỉ nhận thấy được giữa các quan hệ của chúng với nhau và cũng chỉ có thể mô tả được bằng ngôn ngữ. Chính khả năng này đã làm cho điều khiển mờ sao chụp được phương thứ xử lý thông tin và điều khiển của con người và giải quyết thành công các bài toán điều khiển phức tạp. Góp phần nâng cao chất lượng cho các hệ điều khiển truyền động bánh răng đang được ứng dụng nhiều trong sản xuất. Tác giả đề xuất phương án “Thiết kế bộ điều khiển mờ lai và mờ trượt cho hệ truyền động, động cơ DC - bánh răng2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 2.2.1. Mô hình toán ở chế độ tổng quát Xét một hệ truyền động bánh răng đơn giản có cấu trúc vật lý như hình 2.1. Trong đó: DC là động cơ phát động mômen M d cho bánh răng 1. J d , J 1 , J 2 lần lượt là mômen quán tính của động cơ, bánh răng 1 và bánh răng 2. M c là mômen cản, bao gồm cả mômen tải.

mo truot.pdf

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: mo truot.pdf

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA

BÁNH RĂNG

2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Hệ truyền động qua bánh răng là một trong những hệ cơ cấu chấp hành

thường gặp nhất trong các máy công cụ, máy tổ hợp hoặc máy móc, thiết bị điều

khiển tự động chạy theo chương trình. Bánh răng là một cơ cấu khớp cao dùng để

truyền chuyển động quay giữa hai trục với tỷ số truyền xác định. Với những bài

toán nâng cao chất lượng hệ thống ở chế độ làm việc quá độ cũng như có tính động

học nhanh, dưới giả thiết không thể đo được chính xác các momen ma sát, momen

cản, độ xoắn trên trục truyền động và khe hở giữa các bánh răng, người ta phải sử

dụng kèm thêm cùng giải pháp cơ khí là các bộ điều khiển điện, điện tử để có thể dễ

dàng cài đặt được các phương pháp điều khiển chỉnh định nhằm bù lại lượng sai

lệch mà các thiết bị cơ khí không giải quyết được.

Trong những năm gần đây một ngành khoa học mới đã được hình thành và

phát triển mạnh mẽ đó là điều khiển logic mờ mà công cụ toán học của nó chính là

lý thuyết tập mờ của Jaded. Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển là hoàn toàn

dựa vào độ chính xác tuyệt đối của thông tin mà trong nhiều ứng dụng không cần

thiết hoặc không thể có được, điều khiển mờ có thể xử lý những thông tin “không

rõ ràng hay không đầy đủ” những thông tin mà sự chính xác của nó chỉ nhận thấy

được giữa các quan hệ của chúng với nhau và cũng chỉ có thể mô tả được bằng

ngôn ngữ. Chính khả năng này đã làm cho điều khiển mờ sao chụp được phương

thứ xử lý thông tin và điều khiển của con người và giải quyết thành công các bài

toán điều khiển phức tạp.

Góp phần nâng cao chất lượng cho các hệ điều khiển truyền động bánh răng đang

được ứng dụng nhiều trong sản xuất. Tác giả đề xuất phương án “Thiết kế bộ điều

khiển mờ lai và mờ trượt cho hệ truyền động, động cơ DC - bánh răng”

2.2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG

2.2.1. Mô hình toán ở chế độ tổng quát

Xét một hệ truyền động bánh răng đơn giản có cấu trúc vật lý như hình 2.1.

Trong đó:

DC là động cơ phát động mômen Md cho bánh răng 1.

Jd, J1, J2 lần lượt là mômen quán tính của động cơ, bánh răng 1 và bánh răng 2.

Mc là mômen cản, bao gồm cả mômen tải.

Page 2: mo truot.pdf

Mms1 và Mms2 là mômen ma sát trong các ổ trục bánh răng.

Nếu gọi : 1 1 2 2; là vận tốc góc tương ứng của hai bánh răng.

rL1, rL2: Là bán kính lăn tương ứng của hai bánh răng (bán kính ngoài).

r01, r02: Là bán kính cơ sở của hai bánh răng (bán kính trong).

i12 là tỷ số truyền từ bánh răng 1 sang bánh răng 2

c: Là độ cứng của cặp bánh răng.

M1, M2: Lần lượt là mômen đàn hồi trên bánh răng 1 và 2

Theo [1] thì:

1 01 01 1 02 2M cr (r d r d )

2 02 02 2 01 1M cr (r d r d )

Theo định luật Newton, ta có thể viết:

1 1 d ms1 1

2 2 2 c ms2

J M (M M )

J M (M M )

Tức là:

1 1 01 01 1 02 2 d ms1

2 2 02 02 2 01 1 c ms2

J cr (r r ) M M

J cr (r r ) M M

Sau khi biến đổi bằng cách đặt 2 201 02r ,r ra ngoài dấu ngoặc và thay thế:

01 L1 L 02 L2 L

12 02 01 21 01 02

r r cos , r r cos

i r / r ,i r / r

vào phương trình trên, ta sẽ có mô hình toán tổng quát của hệ:

Hình 2.1. Cấu trúc vật lý của hệ truyền động qua một cặp bánh răng

Page 3: mo truot.pdf

2 2

1 1 L1 L 1 12 2 d ms1

2 22 2 L2 L 2 21 1 c ms2

J cr cos ( i ) M M

J cr cos ( i ) M M

Trong đó:

1 d 1J J J

Md tùy thuộc vào loại động cơ được chọn, ví dụ như khi chọn động cơ điện

một chiều kích thích song song, thì: .

d 0 0 0 0 11M M b M b

Mc tùy thuộc vào dạng của tải trọng: ví dụ . .

c c 2 1M M ( , , t)

2.2.2. Mô hình toán ở chế độ xác lập

Sau đây ta sẽ xét riêng cho trường hợp hệ có ổ có bôi trơn bằng dầu và hệ đang

ở chế độ xác lập (chạy đều), tức là khi mômen ma sát chỉ tỷ lệ với vận tốc góc của

trục chứ không còn phụ thuộc vào gia tốc: ms1 1 1M b và ms2 2 2M b

Lúc này phương trình tổng quát sẽ trở thành:

2 2

1 1 L1 L 1 12 2 d 1 1

2 22 2 L2 L 2 21 1 c 2 2

J . cr cos ( i ) M b

J . cr cos ( i ) M b

(*)

Ngoài ra, có thêm:

1 1 1 212

2 2 2 1

ri

r

Đặt: 2 2 2 2

L1 L z1 L2 L z2cr cos c , cr cos c

Thay vào phương trình (*) ta có:

1 1 1 12 2 z1 1 12 2 d

2 2 2 1 z2 2 21 1 c

J b i c ( i ) M

J b c ( i ) M

1 1 z1 1 12 2 d 1 1

2 2 z2 2 21 1 c 2 2

J c ( i ) M b

J c ( i ) M b

Như vậy hệ phương trình toán học của hệ truyền động qua bánh răng ở chế độ

xác lập được viết:

1 1 1 1 z1 1 12 2 d

2 2 2 2 z2 2 21 1 c

J b c ( i ) M

J b c ( i ) M

Page 4: mo truot.pdf

2.3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI

Hệ thống điều khiển được xây dựng theo cấu trúc “Hệ mờ lai Cascade” với

sơ đồ cấu trúc như hình 2.2.

Tín hiệu vào của bộ điều khiển mờ chính là sai lệch e, tín hiệu ra là u.

Bộ điều khiển mờ có 7 hàm liên thuộc đầu vào, 7 hàm liên thuộc đầu ra được

thiết kế trên Matlab - Fuzzy như hình 2.3 và hình 2.4. Với tín hiệu đặt là hàm bước

nhảy có biên độ bằng 5. Sau thời gian 5s chuyển xuống biên độ bằng 3. Do vậy sai

lệch lớn nhất ở đầu vào e(t) sẽ bằng tín hiệu đặt.

Bộ điều khiển mờ đóng vai trò bù lượng u cho bộ điều khiển kinh điển PI,

theo nguyên tắc khi lượng sai lệch càng lớn lượng bù u càng lớn. Từ đó, ta đưa ra

luật điều khiển có dạng tổng quát sau: Rk: If input is ek then output is DeltaUk

Hình 2.4. Hàm liên thuộc đầu ra

Hình 2.2. Cấu trúc hệ điều khiển mờ lai

Cascade

Hình 2.3. Hàm liên thuộc đầu vào

Page 5: mo truot.pdf

Kết quả mô phỏng trên Matlab – Simulink, khi chưa có bộ điều khiển bằng

điện được chỉ ra trên hình 2.5, với tỉ số truyền i12 = 2.

Sơ đồ mô phỏng Simulink khi đã có bộ điều khiển mờ lai như hình 2.6

Các kết quả mô phỏng được trình bày như hình 2.7 (khi chỉ sử dụng bộ điều

khiển kinh điển PI) và hình 2.8(khi sử dụng bộ điều khiển mờ lai)

Hình 2.5. Chất lượng hệ thống khi chưa có bộ điều

khiển điện

Hình 2.6. Sơ đồ mô phỏng Simulink hệ truyền động bánh răng sử dụng

bộ điều khiển mờ lai

Chu Dong

Bi Dong

Sai lech

0.09552

0.001s+1

Thiet bi do

Step1 Scope1

PI

PI Controller

Fuzzy Logic

Controller

Mc

Tu Rw

Toc do chu dong

Dong co

6.5

-1

Toc do chu dong

Mc

Toc do bi dong

Banh rang

Page 6: mo truot.pdf

Hình 2.8. Chất lượng hệ thống khi sử dụng bộ điều

khiển mờ lai

Tốc độ trục bị động

Tốc độ trục chủ động

Sai lệch

Hình 2.7. Chất lượng hệ thống khi chỉ sử dụng bộ điều

khiển kinh điển PI

Tốc độ trục bị động

Tốc độ trục chủ động

Sai lệch

Page 7: mo truot.pdf

2.4. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRƯỢT

2.4.1. Xây dựng luật điều khiển trượt

Chúng ta đã biết, hầu hết để điều khiển các đối tượng phi tuyến bậc hai thì

các quyết định điều khiển đều dựa trên sự phân tích và tổng hợp hai tín hiệu: e tín

hiệu sai lệch giữa giá trị mục tiêu y0 và giá trị phản hồi y, e’ tín hiệu đạo hàm của e

theo thời gian. Hai tín hiệu này được chọn và nếu ta gọi biến trạng thái s = e + e’.

Có nghĩa e và e’ phụ thuộc với nhau theo mặt phẳng pha như hình 2.9

Như vậy giữa e và e’ phải có sự liên quan chặt chẽ và thông qua một cặp giá

trị giữa e và e’ được thể hiện trên hình 3.9 ta sẽ ra quyết định điều khiển hợp lý. Để

hiểu rõ hơn ta phân tích như sau:

- Giả sử e(t) là sai lệch tức thời theo thời gian, vậy giá trị đạo hàm e’(t) theo

thời gian được hiểu như là giá trị sai lệch mới sẽ đạt đến hay xảy ra trong tương lai

sau lần quyết định điều khiển mới nhất.

- Ý tưởng của người thiết kế sẽ dựa theo e và sự phỏng đoán giá trị e’ trong

tương lai để ra quyết định điều khiển để từ đó bản thân giá trị e’ trong tương lai sẽ

dần đến 0. Để đạt được như vậy thì giá trị điều khiển u(t) tác động lên đối tượng

phải thay đổi có quy luật thích hợp để giá trị e tiến về 0 nhanh nhất và ổn định.

2.4.2. Cơ sở điều khiển mờ trượt từ điều khiển trượt kinh điển

Mô hình hệ điều khiển trượt kinh điển được mô tả trên hình 2.10

Hình 2.9. Sự phụ thuộc của e và e’

Page 8: mo truot.pdf

Như vậy trong bô điều khiển trượt kinh điển phía sau khối tổng hợp tín hiệu

trang thái S là một khâu rơle hai trạng thái do vậy tín hiệu ra điều khiển u chỉ có thể

là Umax nếu trạng thái S(e, e’) nằm phía trên đường thẳng S= e+ e’ hoặc bằng - Umax

nếu trạng thái S(e, e’) nằm phía dưới đường thẳng S= e+ e’.

Từ đây, ta đã đưa ra ý tưởng thành lập luật hợp thành (có cơ sở xác định) để

chọn giá trị U hợp lý dựa trên dấu và khoảng cách từ biến trạng thái S(e, e’) so với

mặt phẳng pha S= e+ e’. Nói cách khác ta thành lập một bộ điều khiển mờ có hai

đầu vào và kết hợp các dữ kiện khác để chọn được giá trị U điều khiển hợp lý.

Xét bài toán điều khiển có T T0 0 0y (y , y ' ) (0,0) và đối tượng là khâu quán

tính bậc hai 1 2 22

1G(p) hay x ' x x ' u

p với y = x1 (2.40)

Như vậy với một giá trị u cố định (không phụ thuộc t) ta có:

1 2

1x x c

2u (2.41)

Với c là hằng số phụ thuộc giá trị đầu vào của x1 và x2. Là phương trình quỹ đạo của

pha của đối tượng trượt.

Vì có giả thiết y0= 0, y0’= 0 nên x1 = - e và x2 = e’. Xuất phát từ một điểm

trạng thái Q ban đầu, giả sử nằm trong nửa mặt phẳng phía trên đường chuyển đổi

S, quỹ đạo pha xẻ đi dọc theo đường Parabol (2.40) ứng với u = uMAX>0 và cứ như

vậy quỹ đạo pha sẽ có xu hướng ngày càng tiến dần về điểm gốc toạ độ, cho tới khi

xảy ra trường hợp Parabol (2.41) tiếp theo được nằm hoàn toàn về một đường

chuyển đổi thì xuất hiện chế độ zick-zack về gốc toạ độ (Hiện tượng Bang – Bang).

Thực chất hiện tượng trơn trượt dọc theo đường chuyển đổi về gốc toạ độ chỉ xảy ra

Hình 2.10. Cơ sở hệ điều khiển mờ trợt từ điều khiển kinh điển

Page 9: mo truot.pdf

nếu như kh âu Relay hai vị trí có tần số chuyển đổi vô cùng lớn. Trong trường hợp

tần số chuyển đổi của khâu Relay bị giới hạn, đường quỹ đạo pha sẽ không trượt

dọc theo đường chuyển đổi mà dao động zick-zack quanh nó về gốc toạ độ. Nếu

thay khâu Relay hai vị trí trên bằng khâu khuyếch đại bão hoà thì sai lệch e(t) sẽ là

e(t) với là sai số do khoảng chuyển đổi liên tục uMAX-uMAX sinh ra. Như vậy

đường chuyển đổi s(e)=0 cũng được thay bằng miền chuyển đổi s(t) là một số

thực dương thoả mãn:

e (2.42)

Mặt khác ta biết

0

e 'u f (y, y ') y '' K sgn(e e ') K 0

(2.43)

Tín hiệu điều khiển u với điều kiện trượt có dải băng sẽ được chọn như sau:

0

e ' s(e)u f (y, y ') y '' Kh( )

(2.44)

Trong đó:

+ K là một hằng số dương

+

s(e) s(e)sgn khi 1

s(e)h

s(e) s(e)khi 1

Như vậy khi s(e)

khi 1

tức là quỹ đạo còn nằm ngoài dải băng thì

s(e)sgn sgn(s)

nên (2.43) trở thành (2.44) Nếu đối tượng là khâu tích phân kép,

mô hình 2

1G(p)

p và tín hiệu chủ đạo y0= 0 thỡ

e ' s(e)u K.h

2.4.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ trượt cho hệ truyền động qua bánh

răng

Hình 2.11 trình bày sơ đồ khối của hệ thống điều khiển mờ trượt cho hệ

truyền động qua bánh răng.

Page 10: mo truot.pdf

Đường chuyển đổi

Hình 2.13. Phối hợp các tập mờ cho biến vào/ra của bộ điều khiển mờ trượt

Hình 2.12. BĐK mờ trượt với 3 đầu vào

Hình 2.11. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mờ trượt cho hệ truyền động Động cơ – Bánh răng

HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ

+ BÁNH RĂNG

THIẾT BỊ ĐO

e(t)

u

x

y

(-) d

dt

(+)

X1

X2

X3

BỘ ĐIỀU KHIỂN

MỜ

Page 11: mo truot.pdf

Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ như sau:

Bước 1:

- Chọn số đầu vào bằng 3, bao gồm X1 = e, X2 = e’, X3 = e+ e’

- Để chọn số hàm liên thuộc và kiểu hàm liên thuộc đầu vào ta làm như sau:

+ Chia hai nửa mặt phẳng trên và dưới đường chuyển đổi thành các

miền liên thông (có thể chồng nhau – Hình 2.13) và định nghĩa các giá trị mờ cho

trên các miền đó. Sau khi khảo sát đối tượng và căn cứ vào độ lớn của tín hiệu đặt,

tính toán được các giá trị vật lý cho các đầu vào/ra. Ta chọn đầu vào X1, X2 có 4

hàm liên thuộc dạng tam giác (trimf), đầu vào X3 có hai hàm liên thuộc dạng hình

chữ nhật (tramf), đầu ra U có 4 hàm liên thuộc dạng tam giác (trimf). Cụ thể như

sau:

- Đầu vào X1 (hình 2.14):

+ NB (Negative Big) : Âm nhiều trimf [-7.5 -5 -2.5]

+ NS (Negative Small) : Âm ít trimf [-5 0 0]

+ PS (Positive Small) : Dương ít trimf [0 0 5]

+ PB (Positive Big): Dương nhiều trimf [2.5 5 7.5]

- Đầu vào X2 (hình 2.15):

+ NB (Negative Big) : Âm nhiều trimf [-75 -50 -25]

+ NS (Negative Small) : Âm ít trimf [-50 0 0]

+ PS (Positive Small) : Dương ít trimf [0 0 50]

+ PB (Positive Big): Dương nhiều trimf [25 50 75]

Hình 2.14. Các biến mờ cho đầu vào X1

Page 12: mo truot.pdf

- Đầu vào X3 (hình 2.16)

+ N (Negative): Âm tramf [-30 -30 0 0]

+ P (Positive): Âm tramf [0 0 30 30]

- Đầu ra U (Hình 2.17)

+ NB (Negative Big) : Âm nhiều trimf [-160 -100 -30]

+ NS (Negative Small) : Âm ít trimf [-100 -30 30]

+ PS (Positive Small) : Dương ít trimf [-30 30 100]

+ PB (Positive Big): Dương nhiều trimf [30 100 160]

Hình 2.16. Các biến mờ cho đầu vào X3

Hình 2.15. Các biến mờ cho đầu vào X2

Page 13: mo truot.pdf

Bước2: Xây dựng luật hợp thành

1. Xây dựng các luật hợp thành gồm các luật điều khiển Rk. Những luật điều khiển

này được chia thành hai nhóm:

- Nhóm 1: Gồm các luật ứng với nửa mặt phẳng phía trên đường chuyển mức

(e+ e’ > 0):

- Nhóm 2: Gồm các luật ứng với nửa mặt phẳng phía dưới đường chuyển

mức (e+ e’ < 0):

Bảng 3.1. Bảng luật điều khiển bộ điều khiển mờ trượt

X1

e e 0 e e 0 U

NB NS PS PB NB NS PS PB

PB PS PS PB PB NS NS

PS PS PS PS PB NS NS NS

NS PS PS PS NB NS NS NS

X2

NB PS PS NB NB NS NS

Bước 3: Chọn thiết bị hợp thành: Nguyên tắc MAX - PROD

Bước 4: Phương pháp giải mờ: Dùng phương pháp điểm trọng tâm

2.4.4. Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab – Simulink

Sơ đồ mô phỏng trên Simulink được trình bày như hình 2.18 – 2.20 .

Hình 3.17. Các biến mờ cho đầu ra U

Page 14: mo truot.pdf

dW/dt

2

Toc do bi dong

1

Mc

.3

b2

0.4

b1

Out1

Ti so w2/w1

Scope

Mt

0.02

J2

Divide3

Divide2

Divide1

Dividedu/dt

Derivative

Add

1

Toc do chu dong

Hình 2.20. Mô phỏng hệ Bánh răng

Chu Dong

Bi Dong

Sai lech

0.09552

0.001s+1

Thiet bi do

Step1 Scope1

0.1Gain

Fuzzy Logic

Controller

du/dt

Derivative

-1

Toc do chu dong

Mc

Toc do bi dong

Banh rang

Mc

Tu Rw

Toc do chu dong

BBD+Dong co

Hình 2.18. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động Động cơ – Bánh răng trên Simulink

Hình 2.19. Mô phỏng Bộ biến đổi + Động cơ DC

1

W chu dongIn1Out1

Ri1

.519

Kphi

0.51

0.002s+1

Ki/(1+Tis)

14

den(s)

Kcl/(1+Tdks)

-K-

KPhi11

s1

0.2s+1.6

1/R(1+Tus)

5

1/J1

2

Tu Rw

1

Mc

Page 15: mo truot.pdf

Kết quả mô phỏng:

- Giả thiết cặp bánh răng tiếp xúc ngoài và tỉ số truyền của bánh răng là

12 1 2i w / w 1 . Khi sử dụng bộ điều khiển kinh điển PI, Kết quả mô phỏng được

trình bày như các hình 2.21 – 2.23.

Hình 2.21. Hệ thống sử dụng BĐK PI khi vận tốc góc chuyển từ

40 20 (rad/s)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Thoi gian: t (s)

To

c d

o: w

1; w

2 (

rad

/s)

Tốc độ trục chủ động

Tốc độ trục Bị động

Sai lệch e(t)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Thoi gian: t(s)

To

c d

o: w

1; w

2 (

rad/s

)

Hình 2.22. Hệ thống sử dụng BĐK PI khi vận tốc góc chuyển từ

40 0 (rad/s)

Tốc độ trục chủ động

Tốc độ trục Bị động

Sai lệch e(t)

Page 16: mo truot.pdf

- Giả thiết cặp bánh răng tiếp xúc ngoài và tỉ số truyền của bánh răng là

12 1 2i w / w 1 . Khi sử dụng bộ điều khiển mờ trượt, Kết quả mô phỏng được

trình bày như các hình 3.24 – 3.26.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Thoi gian: t (s)

To

c d

o: w

1; w

2 (

rad/s

)

Hình 2.24. Hệ thống sử dụng BĐK mờ trượt khi vận tốc góc

chuyển từ 40 20 (rad/s)

Tốc độ trục chủ động

Tốc độ trục Bị động

Sai lệch e(t)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

Thoi gian: t (s)

To

c d

o: w

1; w

2 (ra

d/s

)

Hình 2.23. Hệ thống sử dụng BĐK PI khi đảo chiều quay từ 40

-40 (rad/s)

Tốc độ trục chủ động

Tốc độ trục Bị động

Sai lệch e(t)

Page 17: mo truot.pdf

2.5. KẾT LUẬN

Kết quả mô phỏng cho thấy:

Khi chưa có bộ điều khiển điện với tỉ số truyền i12 = 2, do ảnh hưởng khe hở,

đàn hồi và ma sát nên tốc độ trục bị động bị dao động rất lớn. Khi khe hở lớn, độ

đàn hồi và ma sát càng lớn, hệ thống càng dao động mạnh. Sự dao động này có tính

ngẫu nhiên phụ thuộc vào tốc độ làm việc của hệ.

Khi có bộ điều khiển điện với thuật toán điều khiển kinh điển PI, với tỉ số

truyền i12 = 1 ở chế độ xác lập sự dao động giữa trục chủ động và bị động đã giảm

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Thoi gian: t (s)

To

c d

o: w

1; w

2 (

rad

/s)

Hình 2.26. Hệ thống sử dụng BĐK mờ trượt khi đảo chiều quay

từ 40 -40 (rad/s)

Tốc độ trục chủ động

Tốc độ trục Bị động

Sai lệch e(t)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Thoi gian: t (s)

To

c d

o: w

1; w

2 (

rad

/s)

Hình 2.25. Hệ thống sử dụng BĐK mờ trượt khi vận tốc góc

chuyển từ 40 0 (rad/s)

Tốc độ trục chủ động

Tốc độ trục Bị động

Sai lệch e(t)

Page 18: mo truot.pdf

đi đáng kể, tuy nhiên ở chế độ quá độ lượng quá điều chỉnh lớn. số lần dao động

nhiều.

Khi bộ điều khiển sử dụng là bộ điều khiển mờ lai, chất lượng điều khiển của

hệ thống được nâng cao, sự dao động giảm đi đáng kể (giảm hơn so với khi sử dụng

bộ điều khiển PI), ở chế độ quá độ lượng quá điều chỉnh nhỏ, số lần dao động ít

hơn, tuy nhiên vẫn còn dao động ở chế độ xác lập, sai lệch e(t) ≠ 0.

Khi bộ điều khiển sử dụng là bộ điều khiển mờ trượt, chất lượng điều khiển

của hệ thống được nâng cao rõ rệt, sự dao động giảm đi đáng kể (giảm hơn so với

khi sử dụng bộ điều khiển PI), ở chế độ quá độ lượng quá điều chỉnh gần như không

có, số lần dao động ít (gần như không có), sai lệch e(t) 0.

Như vậy việc xây dựng bộ điều khiển mờ đã cải thiện đáng kể chất lượng của

hệ truyền động qua bánh răng. Các kết quả mô phỏng thể hiện một cách trung thực,

khẳng định tính đúng đắn của việc xây dựng các bộ điều khiển, bổ sung một

phương pháp điều khiển mới trong hệ truyền động qua bánh răng.

Page 19: mo truot.pdf

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Thị Thu Hà: Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động có khe

hở – Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Thái Nguyên, 2013

[2] PGS.TS. Nguyễn Quang Hoan, Bài giảng Mạng Nơron nhân tạo, Học viện

công nghệ bưu chính viễn thông, 2015.

[3] Hồ Thị Việt Nga: Thiết kế bộ điều khiển mờ trượt điều khiển động cơ – Luận

văn thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp, 2008

[4] Lại Khắc Lãi, Lê Thị Thu Hà: Một phương pháp nâng cao chất lượng hệ

truyền động qua bánh răng. Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về cơ điện tử,

trang 134-137, 10.2010.

[5] Lại Khắc Lãi, Lê Thị Thu Hà: Nghiên cứu thực nghiệm điều khiển mờ áp

dụng cho hệ truyền độngqua bánh răng. Tuyển tập báo cáo Hội nghị toàn quốc về

Điều khiển và Tự động hóa,VCCA-2011, trang 759-763, 11. 2011.

[6] Dương Quốc Hưng, Võ Quang Vinh: Giáo trình Logic mờ và mạng rron,

Trường Đại học kỹ Thuật Công nghiệp, 2009

[7] Lê Thị Thu Hà, Nguyễn Doãn Phước: A Design of an Adaptive SM Tracking

Controller for Two Wheel Gearing Transmission Systems. Submitted and accepted

for ISTS-2012, ThaiLand, 2012