Thiết kế và phân tích ổn định hệ thống cẩu giàn dựa trên phương pháp điều khiển bền vững H∞

Bài báo này giới thiệu phương pháp điều khiển tối ưu bền vững H∞ (H infinity) cho hệ cẩu giàn, so sánh kết quả với một số phương pháp điều khiển tuyến tính khác. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp điều khiển bền vững H∞ đáp ứng được tính bền vững và có khả năng triệt tiêu được ảnh hưởng của vấn đề sai số do tuyến tính hóa, nhiễu và sai số bởi thông số không chính xác của hệ thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế và phân tích ổn định hệ thống cẩu giàn dựa trên phương pháp điều khiển bền vững H∞ 10 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 18, Feb 2016 THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG CẨU GIÀN DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG H∞ DESIGN AND ANALYSIS FOR SHORE CRANE SYSTEM BASED ON ROBUST H∞ CONTROL SYNTHESIS METHOD TS. Đặng Xuân Kiên1, KS. Đào Vũ Hải An2 1 Đại học Giao thông Vận Tải Tp. Hồ Chí Minh, 2 Công ty Tân Cảng Sài Gòn Tóm tắt: Cẩu giàn là đối tượng nghiên cứu cơ bản dựa trên hệ con lắc đơn có tính chất phi tuyến và rất khó đạt được quỹ đạo điều khiển chính xác. Thực tế, vấn đề điều khiển hệ phi tuyến luôn gặp nhiều thách thức dưới ảnh hưởng của nhiễu và các sai số không xác định của hệ thống. Bài báo này giới thiệu phương pháp điều khiển tối ưu bền vững H∞ (H infinity) cho hệ cẩu giàn, so sánh kết quả với một số phương pháp điều khiển tuyến tính khác. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp điều khiển bền vững H∞ đáp ứng được tính bền vững và có khả năng triệt tiêu được ảnh hưởng của vấn đề sai số do tuyến tính hóa, nhiễu và sai số bởi thông số không chính xác của hệ thống. Từ khóa:Điều khiển bền vững, hệ thống cẩu giàn, sai số Abstract: The shore crane control system is an extension of the well-known single pendulum system with inherent nonlinearity and under-actuated. Infact, the problem of controlling the nonlinear system presents many interesting challenges under the effect of the disturbance and the uncertance of system. This paper presents an optimal robust control method via H∞ approach to compare with the other methods. The simulation results show that the robust control method has the strong robustness, satisfactory and eliminate the effect of linearization problems, disturbances and uncertain model parameter of shore crane system. Keywords: Robust control, shore crane system, uncertain model. 1. Giới thiệu động vào hệ thống. Vì vậy rất cần được quan Cẩu giàn tại các cảng biển sử dụng cáp tâm nghiên cứu. thép để treo tải container, vì thế không thể Trong các công bố gần đây, tác giả tránh khỏi sự dao động và rung lắc của tải M.A.Ahmad sử dụng phương pháp kết hợp trong mọi điều kiện làm việc. Khi tải bị lắc, PD và logic mờ [1] giải quyết các vấn đề trễ có thể bị va chạm dẫn đến rơi, đổ, hư hỏng điều khiển (coi như một dạng nhiễu) nhưng hàng hóa, năng suất vận chuyển cũng sẽ giảm, chưa đề cập đến sai số. Một nghiên cứu khác các kết cấu, thiết bị như khung, dầm, pulley, của Akira Abe sử dụng phương pháp điều thiết bị điện sẽ giảm tuổi thọ kéo theo cáp khiển mạng nơ ron [2] nhằm tăng tính thích hàng sẽ nhanh chóng bị hư hỏng, nghiêm nghi của hệ thống với tác động điều khiển, trọng hơn là có thể gây nguy hiểm cho người trong đó phương pháp sử dụng thuật toán di chuyển trong vùng làm việc. Vì thế tiên PID với bộ chỉnh định hỗn hợp cho điều quyết là tìm cách giảm lắc tuy nhiên người khiển giảm lắc cẩu giàn [3] được các tác giả vận hành cần có thời gian. dùng phương pháp ràng buộc thời gian tối ưu Với chuyển động của cẩu giàn được xem PZSD và công thức ràng buộc tính bền vững như chuyển động của con lắc đơn [1-5], bậc hai của hệ thống PZSDD để chỉnh định trong quá trình vận hành sẽ gặp nhiễu do sai các thông số của bộ điều khiển PID đã xem số đo lường của các cảm biến, nhiễu do lực xét cơ bản tính bền vững của hệ thống. Trong cản, gió, nhiễu bên trong hệ thống, nhiễu do nước, tác giả Ngô Quang Hiếu đưa ra thuật ma sát khó có thể lường bởi tính chất ngẫu toán điều khiển dựa trên mô hình phi tuyến nhiên của nó. Như vậy, việc tìm ra bộ điều đồng thời có thêm giải pháp bù nhiễu ma sát khiển ổn định bền vững ngay cả khi các sai trên hệ thống [4] và Trần Hồng Hải [5] đưa số của mô hình hay bởi thay đổi hệ thống, sai ra giải pháp kết hợp giữa logic mờ với điều số trong đo lường cũng như nhiễu do tác khiển tối ưu để hạn chế dao động cho cẩu  11 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 18-02/2016 giàn. Các giải pháp trên đều hướng đến mục hiệu vào u = F, ta có công thức của gia tốc tiêu giảm lắc và có hiệu quả, góc lắc của tải xe tời và gia tốc góc tải như sau: nhanh ổn định nhưng chưa xem xét hệ thống x F  ml .sin . 2  mg .sin .cos với các tiêu chuẩn ổn định bền vững tổng  M  m   m(cos )2 (2) quát.  F .cos   M  m  . g .sin  ml .sin .cos . 2   Với mục tiêu giảm lắc cho tải của cẩu  M  m   m(cos ) 2  l   giàn container, bài báo này trình bày mô hình Đặt x1  x, x2  x, x3   , x4   là các véc tơ toán học và tuyến tính hóa hệ thống ở phần 2, 2 ...