Thiết kế bộ điều khiển mờ kết hợp với hai bộ điều khiển pid để điều khiển giàn cần trục kiểu con lắc đôi

Bài viết trình bày một giải pháp là thiết kế bộ điều khiển mờ kết hợp với hai bộ điều khiển PID để điều khiển vị trí của xe nâng trong thời gian ngắn nhất đạt được vị trí mong muốn, đồng thời kiểm soát góc lắc của móc và tải trọng sao cho dao động là nhỏ nhất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ điều khiển mờ kết hợp với hai bộ điều khiển pid để điều khiển giàn cần trục kiểu con lắc đôi LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ KẾT HỢP VỚI HAI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN GIÀN CẦN TRỤC KIỂU CON LẮC ĐÔI DESIGN FUZZY CONTROLLER COMBINED WITH TWO PID CONTROLLERS TO CONTROL THE DOUBLE- PENDULUM-TYPE GANTRY CRANE Nguyễn Văn Trung1, 2, Nguyễn Thị Phương Oanh1, Chenglong Du2 Email: nguyenvantrung.10@gmail.com 1 Trường Đại học Sao Đỏ, Việt Nam 2 Trường Đại học Trung Nam, Trung Quốc Ngày nhận bài: 27/3/2018 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 26/6/2018 Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2018 Tóm tắt Những khó khăn khi điều khiển giàn cần trục là phải đối diện với hiện tượng con lắc đôi phức tạp. Sự dao động của móc và tải trọng đã làm giảm khả năng định vị chính xác của xe nâng, thậm chí gây thiệt hại cơ học và mất an toàn. Do đó, bài báo trình bày một giải pháp là thiết kế bộ điều khiển mờ kết hợp với hai bộ điều khiển PID để điều khiển vị trí của xe nâng trong thời gian ngắn nhất đạt được vị trí mong muốn, đồng thời kiểm soát góc lắc của móc và tải trọng sao cho dao động là nhỏ nhất. Bộ điều khiển mờ làm việc tốt ở độ lệch lớn, phản ứng động rất nhanh, còn hai bộ điều khiển PID với các thông số được tối ưu hóa thông qua giải thuật di truyền GA làm việc rất tốt khi hệ thống đang tiếp cận điểm đặt. Các bộ điều khiển đã được kiểm tra thông qua mô phỏng Matlab/Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống có chất lượng điều khiển tốt. Từ khóa: Giàn cần trục; điều khiển mờ; điều khiển PID; điều khiển vị trí; điều khiển dao động. Abstract The difficulty of operating the gantry cranes is faced with the phenomenon of complex double pendulum. Oscillation of the hook and load have reduced ability to accurately locate the forklift, even causing mechanical damage and loss of safety. Therefore, the paper presents a solution is to design fuzzy controller incorporates two PID controllers to control the position of the forklift in the shortest possible time to the desired position while simultaneously controlling the shake angle of the hook and the load so that the oscillation is minimal. The fuzzy controller works well at large deviations, the reaction is very fast and the two PID controllers with optimized parameters through genetic algorithm GA are working well when the system is approaching setpoint. The controllers were tested through simulations Matlab/Simulink. Simulation results show that the system has good control quality. Keywords: Gantry crane; fuzzy control; PID control; position control; oscillation control. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Giàn cần trục trên không được di chuyển bởi xe nâng, móc được treo trên xe nâng thông qua cáp Giàn cần trục kiểu con lắc đôi được sử dụng trên treo và tải trọng được treo vào móc [1]. Khi vận toàn thế giới trong hàng ngàn bãi vận chuyển, công trường xây dựng, nhà máy thép và các khu hành giàn cần trục trên không, góc lắc tự nhiên công nghiệp khác. Đây là thiết bị đặc biệt quan của móc và tải trọng làm cho những chức năng trọng cho công tác vận chuyển và lắp ráp các nâng, hạ, di chuyển và lắp ráp hàng hóa của loại hàng hóa. Để vận hành giàn cần trục được giàn cần trục hoạt động kém hiệu quả, vốn là một an toàn, kịp thời và hiệu quả cần điều khiển tốt chuyển động kiểu con lắc đôi [2]. Sự lắc lư của ba thông số là vị trí xe nâng, dao động của móc móc và tải trọng là do chuyển động di chuyển của và dao động của tải trọng. Vì vậy, đã có nhiều xe nâng, do thường xuyên thay đổi thông số hệ nghiên cứu nâng cao hiệu quả hoạt động của giàn thống và do tác động bởi nhiễu gây ra như ma sát, cần trục. gió, va chạm... Do đó, đã có một số nghiên cứu Người phản biện: 1. GS.TSKH. Thân Ngọc Hoàn lớn nhằm mục đích điều khiển hoạt động cần trục 2. TS. Trần Trọng Hiếu đạt được góc lắc nhỏ, thời gian vận chuyển ngắn Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 3(62).2018 5  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC và độ chính xác cao như điều khiển thích nghi cáp treo móc, m2 là trọng lượng của tải trọng, l2 là [3], định hình đầu vào [4]. Điều khiển chế độ mờ chiều dài cáp treo tải trọng, θ1 là góc lắc của móc, trượt [5] có lợi thế đạt được ổn định và bền vững là vận tốc góc của móc, là góc lắc của tải ngay cả khi có nhiễu tác động vào hệ thống hoặc trọng, là vận tốc góc của tải trọng. Giàn cần trục các thông số của hệ thống giàn cần trục thay đổi di chuyển với một lực đẩy F (N). Giả sử các dây theo thời gian. Kỹ thuật điều khiển mờ đã cho thấy cáp không có khối lượng và cứng. Các phương những kết quả thành công khi áp dụng vào thực trình chuyển động có thể thu được bằng cách: tế, bao gồm hệ thống giàn cần trục [6], điều khiển mờ PD kép [7], trong đó bộ điều khiển mờ đầu tiên kiểm soát vị trí giỏ hàng, còn bộ điều khiển mờ thứ hai ngăn chặn các góc lắc của tải trọng. Điều khiển mờ đôi [8] có ưu điểm là đạt được ...