Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cân băng định lượng bằng bộ điều khiển mờ thích nghi

Bài báo "Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cân băng định lượng bằng bộ điều khiển mờ thích nghi" trình bày phương pháp điều chỉnh bộ điều khiển bằng bộ điều khiển mờ thích nghi thay cho. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cân băng định lượng bằng bộ điều khiển mờ thích nghi Dương Mạnh Linh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 99(11): 165 - 168 NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI Dương Mạnh Linh* Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo này trình bày phương pháp điều chỉnh bộ điều khiển bằng bộ điều khiển mờ thích nghi thay cho bộ điều khiển PID truyền thống thường được ứng dụng để điều khiển các bộ truyền động cân băng. Từ khóa: điều khiển mờ thích nghi, hệ thống cân băng định lượng, adaptive fuzzy, PID… ĐẶT VẤN ĐỀ* Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục. Cân băng định lượng là một khâu trong dây chuyền công nghệ nhằm cung cấp chính xác lượng nguyên liệu cần thiết cho nhà máy, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt một giá trị trước. Khi mà lượng nguyện liêu trên băng tải ít đi thì đòi hỏi phải tăng tốc động cơ lên để băng tải chuyển động nhanh hơn nhằm cung cấp đủ lượng nguyên liệu cần thiết. Ngược lại khi lượng nguyên liệu trên băng tải vận chuyển với lưu lượng nhiều thì các thiết bị tự động sẻ tự động điều khiển cho động cơ quay với tốc độ chậm lại phù hợp với yêu cầu. NỘI DUNG CHÍNH Xây dựng nguyên lý đo khối lượng của cân băng định lượng. Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân định lượng cân chính xác theo lượng đặt ban đầu. Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức: Q = δ.v [ kg/s ] (1) hay: 3600.δ .v Q= 1000 Trong đó: δ : khối lượng tải theo chiều dài [kg/m] v : tốc độ di chuyển của băng [m/s] Khối lượng của băng tải theo chiều dài được tính theo công thức: δ = S.γ.103 (2) * Tel: 0912 437020, Email: manhlinh1986@gmail.com Trong đó: γ: Khối lượng riêng của vật liệu [tấn/m3] S: Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [m2] Xây dựng hệ thống truyền động cho hệ thống cân băng Từ những đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của cân băng thì ta có các phương án truyền động sau: - Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ 1 chiều (Hệ T-Đ). - Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ 1 chiều (Hệ XA-Đ). - Hệ thống truyền động vécto biến tần động cơ không đồng bộ ba pha. Trong những năm gần đây, hệ thống điều chế độ rộng xung PWM do các linh kiện bán dẫn tạo thành sử dụng các transito GTO, GTR và P-MOSFET, chúng có rất nhiều ưu điểm: (1) mạch điện chính đơn giản, các linh kiện công suất ít; (2) tần số đóng mở cao, dòng điện dễ giữ được liên tục, sóng hài ít, tổn hao và phát nhiệt của động cơ khá nhỏ; (3) có khả năng vận hành ở tốc độ thấp, độ chính xác cao khi tốc độ ổn định, vì vậy phạm vi điều tốc rộng; (4) dải tần của hệ thống rộng, tính thích nghi nhanh nhậy rất tốt, khả năng chống nhiễu trạng thái động mạnh; (5) các linh kiện của mạch điện chính làm việc ở trạng thái đóng mở, tổn hao khi mở thông nhỏ, hiệu suất thiết bị khá cao; (6) dòng điện một chiều khi sử dụng hệ thống chỉnh lưu ba pha không điều khiển được, hệ số công suất của mạng cao. Từ những ưu điểm nổi trội của hệ thống xung 165 Dương Mạnh Linh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ điện áp do đó trong đề tài này chọn hệ thống xung điện áp làm hệ truyền động cho hệ thống điều tốc. Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung một chiều Tổng hợp hệ thống Để phù hợp với yêu cầu của hệ truyền động, qua phân tích cơ cấu cân băng, ta thấy rằng hệ truyền động này bao gồm ba mạch vòng điều chỉnh, đó là mạch vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh năng suất. 99(11): 165 - 168 Iđm: Dòng điện định mức của động cơ 8,5 A Ikt: Dòng kích từ động cơ 0,57 A Lư: Điện cảm phần ứng 0,1944 H R: Điện trở phần ứng 6.7 Ω Ti: Hằng số thời gian của máy biến dòng 0,0025 s T: Chu kỳ của điện áp ra được chọn 0,0033s Tđk: Hằng số thời gian của mạch điều khiển bộ chỉnh lưu 0,00015 s Tω: Hằng số thời gian của máy phát tốc 0,0015 s Tϕ: Hằng số thời gian của bộ cảm biến vị trí 0,3 s ηđm: Hiệu suất định mức của động cơ 80% Sử dụng công cụ Simulink của Matlab, xây dựng mô hình mô phỏng mạch vòng điều chỉnh năng suất và mạch vòng điều chỉnh tốc độ (trong đó bao gồm cả mạch vòng điều chỉnh dòng điện) của hệ thống truyền động điện sử dụng bộ điều chế độ rộng xung điện áp. Đồng thời, để đơn giản cho quá trình mô phỏng ta chọn các khâu phản hồi tốc độ có γ=1, phản hồi vị trí có ϕ =1 như hình 3 với bộ điều chỉnh tốc độ là khâu PI. Hình 2: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự động điều khiển cân băng Trong đó: Q là lượng đặt năng suất. Wc(p) là hàm truyền của khâu động cơ. Wpwm là hàm truyền của bộ điều chế độ rộng xung. WRI là hàm truyền của bộ điều khiển dòng. WRω là hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ. WRϕ là hàm truyền của bộ điều năng suất. Mô phỏng hệ truyền động cân băng khi sử dụng bộ điều khiển PID. Các thông số hệ truyền động: Loại động cơ: ΠH-68 do Nga sản xuất với các thông số như sau: Pđm: Công suất định mức của động cơ là 1,45 kW Uđm: Điện áp định mức của động cơ là 220 V nđm: Tốc độ quay định mức của động cơ 2100 v/p 166 Hình 3: Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID kinh điển Kết quả mô phỏng được thể hiện dưới đây đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đề ra: Hình 4: Kết quả mô phỏng với chỉ tiêu tốc độ, dòng điện và năng suất Dương Mạnh Linh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ Nhận xét: Chất lượng của hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PID kinh điển tuy vẫn đảm bảo nhưng nói chung chất lượng vẫn còn chưa tốt lắm. Điều này được thể hiện qua các chỉ tiêu chất lượng dưới đây: - Tồn tại độ quá điều chỉnh - Dao động khi áp tải: có . - Năng suất của hệ thống cân băng chưa bám theo lượng đặt một cách nhanh chóng Mặc dù chất lượng đảm bảo nhưng thực chất trong mạch có khâu phi tuyến là bộ điều khiển năng suất. Trong thực tế theo công nghệ cân băng thì lượng than rơi xuống băng tải luôn thay đổi dẫn đến hệ số K cũng phải thay đổi theo để đáp ứng được yêu cầu truyền động. Nên tác giả đề xuất phương án sử dụng bộ điều khiển mờ thích nghi thay thế ...