tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG điều KHIỂN mờ THÍCH NGHI để NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG hệ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG

33 566 0
  • Loading ...
1/33 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 18/08/2015, 20:48

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NÔNG LÊ HUY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG Chuyên ngành : Tự Động Hóa Mã số : TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2011 2 Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái Nguyên. Cán bộ HDKH : PGS.TS. Lại Khắc Lãi Phản biện 1 : PGS. TS. Võ Quang Lạp Phản biện 2 : TS. Phạm Hữu Đức Dục Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Nhà A6 Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Vào 11giờ 30 phút ngày 25 tháng 10 năm 2011. Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên 3 MỞ ĐẦU Nước ta đang trong thời kỳ đẩy nhanh tốc độ công cuộc Công nghiệp hóa- Hiện đại hóa đất nước, cùng với sự phát triển của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, kinh tế… trong xã hội, sự phát triển của kỹ thuật điều khiển và tự động hoá ngày càng được nâng cao và hoàn thiện về mọi mặt. Hệ thống truyền động qua bánh răng là một hệ truyền động phi tuyến được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế sản xuất bởi vì chúng có những ưu điểm như khả năng truyền lực, hệ số có ích lớn và truyền động êm. Tuy nhiên truyền động bánh răng có nhược điểm là luôn chịu các ảnh hưởng: tồn tại khe hở; chiụ tác dụng của lực đàn hồi và luôn bị mài mòn do ma sát khô phi tuyến, đã làm xấu đi đặc tính động của hệ thống điều khiển tự động truyền động cơ điện, khi tác động của những ảnh hưởng trên càng lớn, hệ thống càng dao động mạnh gây mất ổn định hệ thống. Về lĩnh vực điều khiển, có thể nói rằng bộ điều khiển PID được xem như một giải pháp đa năng cho các ứng dụng điều khiển vì nó có các ưu điểm vượt trội so với các phương pháp điều khiển kinh điển khác. Các thống kê cho thấy trong công nghiệp hiện có hơn 90% các bộ điều khiển đang sử dụng là bộ điều khiển PID. Tuy nhiên, bộ điều khiển PID cũng có những hạn chế của nó như: Chất lượng phụ thuộc nhiều vào các tham số bộ điều khiển ( k p , T I , T D ) nên có sai số điều khiển. Trong các phương pháp điều khiển hiện đại, logic mờ và điều khiển mờ, đặc biệt là các bộ điều khiển mờ nâng cao đã đem lại cho công nghệ điều khiển truyền thống một cách nhìn mới, nó cho phép điều khiển được khá hiệu quả các đối tượng không rõ ràng, các đối tượng phi tuyến. Điều khiển mờ là một thành công của sự kết hợp giữa logic mờ và lý thuyết điều khiển trong quá trình đi tìm các thuật toán điều khiển thông minh. Chìa khóa của sự thành công này là sự giải quyết tương đối thỏa đáng bài toán suy luận xấp xỉ (suy luận mờ). Như vậy, việc ứng dụng các biện pháp mới trên cơ sở của lý thuyết điều khiển hiện đại là cần thiết. Trong đó có hệ điều khiển mờ, thích nghi mờ, mờ lai được sử dụng ngày càng nhiều vì nó có các ưu điểm nổi bật so với hệ thông thường, với khả năng tự chỉnh định lại các tham số của bộ điều chỉnh cho phù hợp với đối tượng chưa biết rõ đã đưa hệ thích nghi, mờ lai trở thành các hệ điều khiển thông minh. Việc áp dụng bộ điều khiển mờ thích nghi hoặc mờ lai cho hệ sẽ góp phần nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống [1], [3],[4],[5],[6],[10] cụ thể là việc áp dụng cho điều khiển hệ truyền động bánh răng sẽ cho ta chất lượng động của hệ thống tăng lên, hệ thống làm việc ổn định., nâng cao năng suất lao động và chất lượng trong sản xuất. Xuất phát từ những luận điểm đã nêu ở trên, ta thấy việc “Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để nâng cao chất lượng hệ truyền 4 động qua bánh răng” là vấn đề cần thiết, được nhiều nhà khoa học quan tâm. Phần nội dung của bản luận văn gồm 3 chương: - Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động qua bánh răng - Chương 2: Tổng quan về các bộ điều khiển - Chương 3: Giải pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động qua bánh răng. Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu, với sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo: PGS.TS.Lại Khắc Lãi, song do điều kiện và khả năng bản thân tác giả còn những hạn chế nhất định nên luận văn này chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý, nhận xét của các thầy cô giáo và các bạn quan tâm để bản luận văn này hoàn thiện hơn nữa. Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2011 Người thực hiện Nông Lê Huy CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG Hình 1.1. Ví dụ về một số hệ truyền động qua bánh răng 1.1. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 1.1.1. Truyền động chính xác: Yêu cầu chủ yếu của các truyền động này là “Mức chính xác động học cao” có nghĩa là đòi hỏi sự phối hợp chính xác của truyền động. 1.1.2. Truyền động tốc độ cao: Yêu cầu của nhóm truyền động này là “Mức chính xác truyền động êm” có nghĩa là bánh răng truyền động ổn định, không có sự thay đổi tức thời về tốc độ, gây va đập và ồn. 5 6 1.1.3. Truyền động công suất lớn: Yêu cầu chủ yếu của các truyền động này là “Mức tiếp xúc mặt răng” lớn đặc biệt là tiếp xúc theo chiều dài răng. Mức tiếp xúc mặt răng phải đảm bảo độ bền của răng khi truyền mômen xoắn lớn. 1.1.4. Độ hở mặt bên: Đối với bất kỳ truyền động bánh răng nào cũng cần phải có độ hở mặt bên bên giữa các mặt răng phía không làm việc của cặp bánh răng ăn khớp. Độ hở đó cần thiết để tạo điều kiện bôi trơn mặt răng, để bù sai số co dãn nở nhiệt, do gia công và lắp ráp, tránh hiện tượng kẹt răng. 1.2. NHỮNG ẢNH HƯỞNG TÁC ĐỘNG ĐẾN HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG 1.2.1. Ảnh hưởng của đàn hồi đến phần cơ của hệ thống truyền động Khi tổng hợp hệ điều khiển truyền động chỉ sử dụng phản hồi theo ω 1 (tốc độ động cơ) nếu J 2 << J 1 hoặc Ω 12 >> Ω c thì có thể bỏ qua ảnh hưởng của đàn hồi. Từ [6] đã phân tích cho thấy khối lượng thứ 2 có tính dao động cao hơn khối lượng 1 1.2.2. Ảnh hưởng của ma sát trong hệ thống truyền động Trong thực tế, một lượng nhỏ ma sát hầu như luôn tồn tại trong phần cơ hệ thống, ma sát tĩnh có hai tác động cơ bản đến hệ cơ điện, đó là: Một phần mômen hoặc lực của cơ cấu chấp hành bị mất đi do phải thắng lực ma sát dẫn đến không hiệu quả về năng lượng. Tác động này làm giảm khả năng lặp lại của hệ cơ điện. 1.2.3. Ảnh hưởng của khe hở trong hệ thống truyền động Khi xuất hiện các khe hở, làm sai lệch truyền động, giảm độ chính xác đối với các hệ điều khiển vị trí, khe hở có thể làm giảm tuổi thọ của các chi tiết cơ khí, phát ra tiếng ồn, gây rung động, sự ổn định và hiệu suất của hệ thống bị thay đổi… Các hệ bánh răng khác nhau đều có đặc điểm, tính chất, ứng dụng ở các loại máy móc khác nhau và có các tác động ảnh hưởng của khe hở đến từng hệ thống cũng khác nhau. Để mô tả khe hở người ta thường sử dụng 3 loại mô hình sau [5]: 1.2.3.1. Mô hình vật lý của khe hở: 1.2.3.2. Mô hình Deadzone (vùng chết): 1.2.3.3. Mô hình với hàm mô tả: 1.3. NHỮNG ĐẶC TRƯNG ĂN KHỚP CỦA CẶP BÁNH RĂNG Để đảm bảo hai bánh răng ăn khớp với tỷ số truyền cố định thì các cặp biên dạng đồi tiếp của hai bánh răng phải liên tục kế tiếp nhau vào tiếp xúc trên vòng ăn khớp. Muốn vậy phải thỏa mãn các điều kiện sau [2]: 1.3.1. Điều kiện ăn khớp đúng: Cặp bánh răng ăn khớp đúng nếu bước răng trên vòng lăn của chúng bằng nhau (hình 1.2): 7 Hình 1.2. Mô hình cặp bánh răng ăn khớp đúng 1.3.2. Điều kiện ăn khớp trùng: Hình 1.3. Mô hình cặp bánh răng ăn khớp trùng 1.3.3. Điều kiện ăn khớp khít: Như ta đã biết, đối với các bánh răng thông thường, mỗi răng có hai biên dạng đối xứng nhau. Muốn cặp bánh răng ăn khớp đều còn phải đảm bảo điều kiện ăn khớp khít. Hình 1.4. Mô hình cặp bánh răng ăn khớp tại tâm ăn khớp P 1.4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC 1.4.1 Xây dựng mô hình toán theo các đặc trưng ăn khớp của cặp bánh răng Xét mô hình truyền động bánh răng phẳng như hình vẽ: 8 Hình 1.5. Mô hình truyền động bánh răng phẳng Bánh răng 1 gọi là bánh răng chủ động, quay với tốc độ góc ω 1 (hoặc n 1 ). Bánh răng 2 gọi là bánh răng bị động quay với tốc độ góc ω 2 (hoặc n 2 ). Các thông số được giả thiết như sau: r 10 = 50 mm : Bán kính thiết kế của hai bánh răng 1 r 20 = 100 mm: Bán kính thiết kế của hai bánh răng 2 r 1 , r 2 : Là bán kính thực của bánh răng 1 và 2 (bán kính chế tạo). J = 0.4 Nm : Mô men quán tính Gọi ε 1 , ε 2 : Là sai số giữa bán kính thiết kế và bán kính thực của bánh răng 1 và bánh răng 2 Ta có: r 1 = r 10 - ε 1 ; r 2 = r 20 - ε 2 Xét tỷ số truyền giữa các cặp bánh răng: 10 1 10 1 1 2 2 20 2 20 20 r r r r r r (1 ) r −ε −ε = = ε −ε − (1.1) Khai triển biểu thức cuối cùng của (1.1) thành chuỗi lũy thừa và giữ lại ở số hạng bậc nhất, ta có: 10 10 1 1 1 2 1 2 1 2 2 2 20 20 20 20 20 20 20 r r r r (1 ) . r r r r r r r r −ε ε ε ε ε ε ≈ + = − + − (1.2) Bỏ qua các vô cùng bé bậc cao, ta được: 10 10 1 1 2 2 2 20 20 20 r r r . r r r r ε = − + ε (1.3) Theo (1.22) ta có: 20 2 1 12 10 1 2 r O Pω = = = i r O Pω Thay vào (1.3) ta được: 10 10 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 1 20 20 1 20 20 r r r nε ω ε = - + .ε + .ε r n r rω r r = − (1.4) 10 2 1 1 2 2 1 2 20 20 r ω r ε - .ε ω r r r → = + (1.5) Nếu bỏ qua tổn thất do ma sát thì công suất truyền của cặp bánh răng là không đổi, nghĩa là: 9 2 1 1 2 2 1 2 1 ω Tω = T ω T = T ω → (1.6) Trong đó: T 1 là mômen trên trục vào và T 2 là mômen trên trục ra . Thay (1.5) vào (1.6) ta được: 101 1 1 2 2 2 2 20 20 r rε T = T ( + - .ε ) r r r (1.7) Ở đây mô men quay được truyền từ động cơ qua bộ truyền bánh răng đến tải. Giả thiết là độ cứng vững của các trục là vô cùng lớn. Gọi mô men quán tính và hệ số ma sát nhớt trên các thành phần truyền động (bánh răng 1 và 2) lần lượt J 1 , b 1 và J 2 , b 2 . Áp dụng định lý mô men động lượng cho các trục, ta có: Trục 1: 1 1 1 1 1 m Jω +b ω +T =T & (1.8) Trục 2: 2 2 2 2 L 2 Jω +b ω +T =T & (1.9) Ở đây: T m là mô men trên trục động cơ; T 1 là mô men trên bánh răng; T 2 là mô men truyền động trên bánh răng 2; T L là mô men tải. Khử T 1 và T 2 từ phương trình (1.8) và (1.9) 10 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 L 2 m 2 2 20 20 r rε Jω +b ω +(J ω +b ω +T ) + - .ε = T r r r    ÷   & & (1.10) Từ 10 10 1 2 1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1 20 20 2 20 20 r r rω ε r ε = - + .ε ω .ε ω rω r r r r r   → = + −  ÷   (1.11) Thay (1.10) vào (1.11) ta có phương trình cân bằng mô men của cơ cấu bánh răng khi tính đến ảnh hưởng của khe hở: 2 2 10 10 10 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1 2 L m 2 2 2 2 20 20 2 20 20 2 20 20 r r r rε r ε r ε J + + - .ε ω + b + + - .ε ω + + - .ε T = T r r r r r r r r r                ÷  ÷  ÷               & (1.12) Các phương trình (1.11) và (1.12) là phương trình cân bằng tốc độ và phương trình cân bằng mô men của cơ cấu bánh răng có kể đến các sai lệch mang tính ngẫu nhiên ε 1 và ε 2 . Các phương trình này được sử dụng để khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của cơ cấu bánh răng đến chất lượng hệ thống truyền động có sự tham gia của chúng. Trong đó phương trình (1.11) dùng để đánh giá ảnh hưởng của cơ cấu bánh răng đến tốc độ cũng như vị trí còn phương trình (1.12) dùng để đánh giá ảnh hưởng của cơ cấu đến mô men. 1.4.2. Xây dựng mô hình toán khi xét tới yếu tố đàn hồi c và mômen ma sát M ms a. Sơ đồ truyền động 10 Hình 1.6. Sơ đồ truyền động [...]... khin m nõng cao: 2.4.2.1.H iu khin thớch nghi m: L h iu khin thớch nghi c xõy dng trờn c s ca h m Cỏc b iu khin thớch nghi m c xõy dng trờn c s ca hai phng phỏp: Phng phỏp trc tip: C cu thớch nghi Nhn dng B iu khin i tng x u - y Hỡnh 2.23 S cu trỳc phng phỏp iu khin thớch nghi trc tip Phng phỏp giỏn tip: Nhn dng C cu thớch nghi x B iu khin - i tng y Hỡnh 2.24 S cu trỳc b iu khin thớch nghi 2.4.2.2... khin PID kinh in v b iu khin m thớch nghi theo mụ hỡnh mu cho h truyn ng qua bỏnh rng - Kt qu mụ phng cho thy khi s dng b iu khin m thớch nghi ó cho cht lng ng ca h thng tng lờn rừ rt, h thng lm vic n nh Vỡ vy vic ỏp dng b iu khin m thớch nghi cho h truyn ng cú bỏnh rng s gúp phn nõng cao cht lng iu khin h thng, nõng cao nng sut lao ng, nõng cao cht lng sn phm - Kt qu nghi n cu trờn cú th ỏp dng trờn thc... dng b iu khin m thớch nghi theo mụ hỡnh mu nõng cao cht lng h thng truyn ng Qua phõn tớch v nghi n cu chỳng ta ó nhn thy khi s dng b iu khin ny ó khc phc c nhng nhc im ca c cu bỏnh rng so vi b iu khin PID kinh in ngy cng hon thin v nõng cao cht lng hn na v vn iu khin h truyn ng qua bỏnh rng, tỏc gi cú mt s kin ngh sau: - Nghi n cu tip tc hon thin hn na v lý thuyt, cú th tin hnh nghi n cu thit k v ng... dõy truyn cụng ngh cú yờu cu cht lng cao nh iu khin robot, iu khin ra a - Cỏc kt qu cng cho thy tớnh kh thi ca vic tip tc trin khai nghi n cu phỏt trin ng dng cỏc b iu khin hin i vo iu 32 khin nhm nõng cao cht lng h thng iu khin t ng trong thc tin sn xut, gúp phn nõng cao nng sut lao ng v cht lng sn phm 2 Kin ngh Vic ng dng iu khin nõng cao cht lng h thng truyn ng qua bỏnh rng ta cú th s dng nhiu phng... cũn ph thuc nhiu vo kin thc, kinh nghim, kh nng vn dng phự hp ca chuyờn gia thit k CHNG 3 GII PHP NNG CAO CHT LNG H TRUYN NG QUA BNH RNG 3.1 KHI QUT lun vn ny tỏc gi nghi n cu v mụ t cỏc nh hng ngu nhiờn ca c cu bỏnh rng n cht lng ca h thng truyn ng in, t ú thit k b iu khin trờn c s ỏnh giỏ, so sỏnh gia phng phỏp iu khin kinh in v iu khin thớch nghi m Vi nhng kt qu nghi n cu lý thuyt, mụ phng a ra... quỏ gim, quỏ trỡnh lm vic ca h thng n nh, nõng cao c cht lng iu khin h truyn ng qua bỏnh rng KT LUN V KIN NGH 1 Kt lun Do iu kin nghi n cu cũn hn hp v iu kin c s vt cht cũn hn ch nờn lun vn ch dng li kt qu mụ phng trờn simulink v a ra phng phỏp thit k b iu khin kinh in v b iu khin m thớch nghi T ú cú c s so sỏnh la chn b iu khin Trong lun vn ny ó nghi n cu kho sỏt v t c kt qu nh sau: - Kho sỏt phõn... Scope Hỡnh 3.7: S mụ phng h truyn ng qua bỏnh rng khi s dng PID kinh in 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 Thoi gian (giay) 2 2.5 Hỡnh 3.8: c tớnh quỏ ca h khi s dng PID kinh in 3 29 3.4 THIT K B IU KHIN THCH NGHI M CHO H TRUYN NG QUA BNH RNG 3.4.1 Cu trỳc b iu khin thớch nghi m Cỏc b iu khin PID kinh in n gin, d thc hin nhng thc s khụng phự hp vi h, th hin qua c tớnh h truyn ng hỡnh 3.8 Trong... nghi n cu thit k v ng dng phỏt trin bng nhng b iu khin hin i khỏc - Khụng dng li vic nghi n cu, phõn tớch trờn lý thuyt v lý lun m cn kt hp vi nghi n cu, kho sỏt, thớ nghim thc tin trờn h thng thc v cú nhng ng dng hiu qu trờn h thng TI LIU THAM KHO [1] Li Khc Lói, Lờ Th Thu H; "Mt phng phỏp nõng cao cht lng h truyn ng qua bỏng rng"; Tuyn tp hi ngh ton quc ln th 5 v C in t., Nh xut bn Khoa hc t nhiờn... (10/2010) [2] inh Gia Tng, Nguyn Xuõn Lc, Trn Doón Tin; Nguyờn Lý mỏy; NXB i hc v Trung hc chuyờn nghip H Ni 2010 [3] Li Khc Lói, Lờ Th Thu H; "Hai gii phỏp nõng cao cht lng h truyn ng cú khe h" Tp chớ Khoa hc Cụng ngh - i hc Thỏi Nguyờn; s 6 (2009) [4] Lờ Th Thu H; "Nghi n cu nõng cao cht lng h truyn ng cú khe h ti nghi n cu khoa hc cp B 2009 MS: BN2009TN02-09 [5] Li Khc Lói, Lờ Thu H, Lờ Th Nguyt; "Kho... thuyt, mụ phng a ra s cho thy hiu qu iu khin khi s dng b iu khin thớch nghi m nhm nõng cao cht lng h truyn ng cú bỏnh rng 26 3.2 NH HNG CA BNH RNG N CHT LNG H THNG TRUYN NG 3.2.1 S khi ca h truyn ng qua bỏnh rng in li Nhiu do khe h, ma sỏt, n hi H thng iu khin ng c ng c in C cu bỏnh rng Mỏy sn xut Hỡnh 3.1: S khi ca h truyn ng qua bỏnh rng 3.2.2 Mụ phng hot ng ca bỏnh rng r r chng 1 ó vit c phng . HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHI P NÔNG LÊ HUY NGHI N CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG Chuyên ngành : Tự Động Hóa Mã số : TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC. ổn định., nâng cao năng suất lao động và chất lượng trong sản xuất. Xuất phát từ những luận điểm đã nêu ở trên, ta thấy việc Nghi n cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để nâng cao chất lượng hệ truyền 4 động. góp phần nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống [1], [3],[4],[5],[6],[10] cụ thể là việc áp dụng cho điều khiển hệ truyền động bánh răng sẽ cho ta chất lượng động của hệ thống tăng lên, hệ thống
- Xem thêm -

Xem thêm: tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG điều KHIỂN mờ THÍCH NGHI để NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG hệ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG , tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG điều KHIỂN mờ THÍCH NGHI để NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG hệ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG , tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG điều KHIỂN mờ THÍCH NGHI để NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG hệ TRUYỀN ĐỘNG QUA BÁNH RĂNG , TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN, * Kết luận Chương 2:

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn