Thiết kế bộ điều khiển thích nghi nơron - mờ kết hợp với bộ điều khiển LQR cho phép giảm dao động của tải trọng và định vị chính xác của giàn cần cẩu dựa trên Matlab

Chủ đề của bài báo này là thiết kế bộ điều khiển thích nghi nơron - mờ kết hợp với bộ điều khiển LQR để kiểm soát vị trí của xe nâng trong thời gian ngắn nhất đạt được vị trí mong muốn, đồng thời khống chế góc lệch của tải trọng sao cho dao động là nhỏ nhất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ điều khiển thích nghi nơron - mờ kết hợp với bộ điều khiển LQR cho phép giảm dao động của tải trọng và định vị chính xác của giàn cần cẩu dựa trên Matlab NGHIÊN CỨU KHOA HỌC THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI NƠRON - MỜ KẾT HỢP VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN LQR CHO PHÉP GIẢM DAO ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VÀ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC CỦA GIÀN CẦN CẨU DỰA TRÊN MATLAB ADAPTIVE NEURAL - FUZZY CONTROLLER DESIGN COMBINED WITH LQR CONTROLLER ALLOWS TO REDUCE VIBRATION OF LOAD AND ACCURATE POSITIONING OF THE GANTRY CRANE BASED ON MATLAB Nguyễn Văn Trung 1,2, Nguyễn Trọng Các 1, Nguyễn Thị Tâm1, Nguyễn Thị Việt Hương1 Email: nguyenvantrung.10@gmail.com 1 Trường Đại học Sao Đỏ, Việt Nam 2 Trường Đại học Trung Nam, Trung Quốc Ngày nhận bài: 26/7/2017 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 2/12/2017 Ngày chấp nhận đăng: 28/12/2017 Tóm tắt Thế giới ngày càng phát triển, số lượng hàng hóa tại các nhà xưởng và bến cảng ngày càng nhiều, để vận chuyển tất cả các loại hàng hóa này không thể thiếu các giàn cần cẩu. Thực tế hiện nay các giàn cần cẩu hoạt động với sự ổn định chưa cao, vẫn còn sự lắc lư của tải trọng dẫn đến khả năng định vị thiếu chính xác. Chủ đề của bài báo này là thiết kế bộ điều khiển thích nghi nơron - mờ kết hợp với bộ điều khiển LQR để kiểm soát vị trí của xe nâng trong thời gian ngắn nhất đạt được vị trí mong muốn, đồng thời khống chế góc lệch của tải trọng sao cho dao động là nhỏ nhất. Bộ điều khiển thiết kế được mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink trong các trường hợp thay các đổi thông số hệ thống và nhiễu tác động đến hệ thống giàn cần cẩu. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển thích nghi nơron - mờ kết hợp với bộ điều khiển LQR được đề xuất làm việc tốt txivt = 2,1 s, txigi = 3,5 s, θmax = 0,3 (rad). Từ khóa: Giàn cần cẩu; điều khiển thích nghi nơron-mờ; điều khiển LQR; điều khiển vị trí; điều khiển dao động. Abstract As the world grows, the number of goods at factories and ports are rising, to transport all kinds of goods are needed gantry crane. Actually, the crane gantry operation is not high stability, the load fluctuations lead to inaccurate positioning. The subject of this paper is to design an adaptive neural-fuzzy controller in combination with an LQR controller to control the position of the forklift truck in the shortest time to reach the desired position while controlling the angle of deviation of the load so that oscillation is minimal. The design controller is simulated on the Matlab/Simulink software in case of changing the system parameters and interference impacts on the crane system. Simulation results show that the adaptive neural-fuzzy controller combined with the proposed LQR controller works well txivt = 2.1 s, txigi = 3.5 s, θmax = 0.3 (rad). Keywords: Gantry crane; adaptive neural-fuzzy controller; LQR Control; position control; oscillation control. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Về mặt cấu trúc, các giàn cần cẩu trên không Trong thời đại công nghiệp hóa, giàn cần cẩu đóng được di chuyển bởi xe nâng và tải trọng được một vai trò đặc biệt quan trọng. Việc vận chuyển treo trên xe nâng thông qua cáp treo [1]. Mô hình hàng hóa an toàn, hiệu quả và kịp thời là cần chuyển động kiểu con lắc [2]. Các cấu trúc này có thiết. Vì vậy đã có nhiều nghiên cứu nâng cao khả cấu trúc như thể hiện trong hình 1. Hệ thống giàn năng sử dụng, tăng hiệu quả hoạt động của giàn cần cẩu với các chức năng di chuyển, nâng và hạ cần cẩu. hàng hóa, tuy nhiên do góc xoay tự nhiên của tải 28 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 4(59).2017  LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA trọng dẫn đến những chức năng này sẽ hoạt động 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC CỦA HỆ THỐNG GIÀN kém hiệu quả. Sự lắc lư của tải trọng là do chuyển CẦN CẨU động di chuyển của xe nâng, do thường xuyên Một hệ thống giàn cần cẩu được thể hiện trong thay đổi chiều dài cáp treo và khối lượng của tải hình 2 với các thông số và các giá trị được [10] trọng, ngoài ra còn do tác động bởi nhiễu gây ra đưa ra như trình bày trong bảng 1. Hệ thống này như sóng, gió và va chạm... Để loại bỏ những tác có thể được mô hình hóa như là một xe nâng với động của nhiễu bên ngoài đến hệ thống giàn cần khối lượng M. Một con lắc gắn liền với nó có trọng cẩu [3] đề xuất ba môđun thông tin phản hồi phát tải khối lượng m, l là chiều dài của con lắc, θ là góc hiện, bù đắp lỗi định vị, loại bỏ các rối loạn và lệch của con lắc, Ӫ là vận tốc góc của tải trọng. định hình đầu vào để giảm dao động của tải trọng. Một cơ chế mới cho ảnh hưở ...