Nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều trục động cơ trong điều khiển tàu thủy ở chế độ cập cảng

Điều khiển tàu thủy trong chế độ cập cảng hay cập mạn kho nổi đảm bảo chính xác và an toàn là nhiệm vụ quan trọng trong điều động tàu, để thực hiện được nhiệm vụ và yêu cầu này, hiện nay thường sử dụng phương pháp dùng động cơ chính kết hợp với tàu lai. Trong báo cáo này không sử dụng phương pháp trên mà nghiên cứu tàu thủy sử dụng hệ truyền động nhiều trục động cơ thực hiện nhiệm vụ và yêu cầu này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao chất lượng hệ truyền động nhiều trục động cơ trong điều khiển tàu thủy ở chế độ cập cảng NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU TRỤC ĐỘNG CƠ TRONG ĐIỀU KHIỂN TÀU THỦY Ở CHẾ ĐỘ CẬP CẢNG Nguyễn Ánh Dương Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì Email: nguyenanhduongpt@mail.com Tóm tắt Điều khiển tàu thủy trong chế độ cập cảng hay cập mạn kho nổi đảm bảo chính xác và an toàn là nhiệm vụ quan trọng trong điều động tàu, để thực hiện được nhiệm vụ và yêu cầu này, hiện nay thường sử dụng phương pháp dùng động cơ chính kết hợp với tàu lai. Trong báo cáo này không sử dụng phương pháp trên mà nghiên cứu tàu thủy sử dụng hệ truyền động nhiều trục động cơ thực hiện nhiệm vụ và yêu cầu này. Điều khiển hệ truyền động nhiều trục của tàu thủy trong chế độ cập cảng là thực hiện bài toán tính toán quỹ đạo của tàu gồm: vị trí tàu, phương dịch chuyển, vận tốc, khoảng cách dịch chuyển trong mỗi bước tời để tàu cập cảng hay cập mạn kho nổi. Trên cơ sở đó, tính toán yêu cầu dịch chuyển cho từng trục động cơ bao gồm mô men tác dụng lên từng trục, chiều dài kéo tời của mỗi trục trong mỗi bước dịch chuyển của tàu, hay điều khiển vị trí của mỗi trục đảm bảo trong mỗi bước tời, động cơ lai phải kéo tời một khoảng tính toán cho trước, đồng bộ thời gian tăng, giảm tốc độ đảm bảo tránh quá tải động cơ lai để đặc tính quỹ đạo điều khiển và mô men được đảm bảo với sai số nhỏ, đáp ứng quá trình cập cảng hay cập mạn kho nổi của tàu chính xác và an toàn. Từ khóa: Điều khiển tàu thủy, điều khiển vị trí, điều khiển PID, hệ truyền động nhiều trục, điều độ tàu. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Với mô hình tàu được mô hình hóa theo [7] ta có: . x = ucosy - vsiny . y = usiny + vcosy . y=r . m d 1 u = 22 vr - 11 u + tu m11 m11 m11 . . m d 1 v = - 11 ur - 22 v + tv m 22 m 22 m 22 . m11 - m 22 d 1 r= uv - 33 r + tr m33 m33 m33 255 Đặt: Y=[x,y,ψ]T; X=[u,v,r]T, lực ngẫu nhiên f(u,v,r) và ngoại lực tác dụng chuyển động . Y kpX fext ta có: . X f (u, v, r) f ext Đặt l=[l1,…,ln]T là véc tor chiều dài tời nối từ động cơ với tàu thủy, do tàu là một hệ khối cứng, ta có thể tính toán tọa độ tàu thủy dựa vào chiều dài tời theo công thức: Y=l/kl ; Với kl, kp là hệ số chuyển đổi tọa độ. . Do đó: l = k * kp * X l (1) . l klkP x Như vậy ta có: . (2) X f (u, v, r) f ext .. . Đạo hàm hai vế của phương trình thứ nhất của (2): l =k l *k p *X (3) Từ phương trình đạo hàm bậc hai ta có nhận xét sau: - Trong cả quá trình quá độ và xác lập, hệ chuyển đổi giữa vị trí tời và vị trí tàu thủy là tuyến tính với hệ số tương ứng với sự chuyển đổi giữa tốc độ các trục và tốc độ các bậc tự do của tàu. - Hệ sẽ xác lập và ổn định khi và chỉ khi mỗi trục được điều khiển ổn định theo đúng chiều dài tời đặt trước, với tỷ lệ cho trước trong cả quá trình xác lập và quá độ. Do đó tốc độ tăng tốc trong điều khiển của mỗi trục là bằng nhau. Để tàu chuyển động ổn định, quá trình quá độ của mỗi trục được điều khiển tuyến tính và thời gian quá độ phải như nhau theo hệ số tăng tốc cho trước và thời gian quá độ cho trước. Như vậy, điều khiển ổn định cho tàu thủy trong điều khiển nhiều trục, thực chất là điều khiển ổn định chuyển động mỗi trục đồng thời đảm bảo quá trình quá độ và xác lập được đồng bộ theo đó tốc độ tăng tốc và thời gian ổn định, thời gian quá độ cho trước. Để đảm bảo yêu cầu này, trong điều kiện tàu hoạt động có nhiễu ngẫu nhiên, tức là mô men tải thay đổi liên tục, bài toán đặt ra là xây dựng bộ điều khiển nhận dạng nhiễu (mô men đặt lên động cơ) nhằm đảm bảo thời gian quá độ là đồng bộ cho các trục đồng thời giữ ổn định tốc độ động cơ khi hoạt động ở chế độ xác lập. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHẬN DẠNG MÔ MEN TẢI Phương trình chuyển động của động cơ:  dω J dt =m M -m t   (4)  dθ =ω  dt  256 Mỗi bước điều khiển tời ta điều khiển tốc độ ω=0 tới ωstable đảm bảo quỹ đạo ϴ cho trước trong mỗi chu kỳ tính. Để quá trình tăng tốc và giảm tốc là đồng bộ, phải điều khiển: m M - m t = constant 1 Phương trình chuyển động của động cơ lúc này cho bởi: θ(t)=  ...