Ứng dụng điều khiển mờ trong tự động điều khiển động cơ Diesel tàu thủy cỡ nhỏ

Bài báo này giới thiệu về việc ứng dụng lí thuyết điều khiển mờ trong tự động điều khiển động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ. Một giải thuật mờ đã được thiết kế và cài đặt thành công cho thiết bị tự động điều khiển tay ga động cơ. Kết quả thử nghiệm thực tế trên động cơ Yanmar-4CH cho thấy sự làm việc đúng đắn của giải thuật, phù hợp với yêu cầu điều khiển tự động cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng điều khiển mờ trong tự động điều khiển động cơ Diesel tàu thủy cỡ nhỏ Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2013 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY CỠ NHỎ USING FUZZY CONTROL IN AUTOMATIC CONTROL DIESEL ENGINE OF SMALL VESSEL Đoàn Phước Thọ1 Ngày nhận bài: 14/3/2012; Ngày phản biện thông qua: 12/6/2013; Ngày duyệt đăng: 10/9/2013 TÓM TẮT Bài báo này giới thiệu về việc ứng dụng lí thuyết điều khiển mờ trong tự động điều khiển động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ. Một giải thuật mờ đã được thiết kế và cài đặt thành công cho thiết bị tự động điều khiển tay ga động cơ. Kết quả thử nghiệm thực tế trên động cơ Yanmar-4CH cho thấy sự làm việc đúng đắn của giải thuật, phù hợp với yêu cầu điều khiển tự động cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ. Từ khóa: điều khiển mờ, điều khiển tự động, động cơ Diesel ABSTRACT This article introduces the application of fuzzy theory in automatic control diesel engine of small vessel. The fuzzy algorithm has been designed and successfully installed for the device to control automatically the diesel engine. The results of testing on Yanmar - 4CH engine showed that it was suitable between the fuzzy algorithm and the requirement in automatic control for diesel engine of small vessels. Keywords: fuzzy theory, diesel engine, automatic control. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây, việc ứng dụng mạnh mẽ công nghệ cao trong việc xây dựng các hệ thống điều khiển tự động trang bị cho các thiết bị và các hệ thống trên tàu có ý nghĩa đặc biệt trong việc nâng cao chất lượng làm việc, độ an toàn, tin cậy và tính kinh tế của con tàu. Trong thực tế nước ta hiện nay, hầu hết các động cơ chính trang bị trên các tàu thủy cỡ nhỏ là các động cơ ngoại nhập, với nhiều chủng loại và thường đã qua sử dụng, các dụng cụ đo lường, kiểm tra trên động cơ không còn đủ, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật đi kèm rất ít nên không cho phép người sử dụng có đầy đủ cơ sở để khai thác thiết bị động lực hiệu quả nhất để đảm bảo tin cậy cho tàu đi biển. Mặt khác, đối tượng sử dụng thường là các ngư dân không được trang bị đầy đủ kiến thức về vận hành máy tàu nên có xu hướng sử dụng không hợp lí làm tăng giá thành khai thác, giảm tuổi thọ động cơ. Trong một số trường hợp còn gây hỏng hóc ngay trong quá trình sử dụng, điều này đặc biệt nguy hiểm khi tàu đang khai thác xa bờ. Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ và thiết bị để tự động điều chỉnh quá trình làm việc hợp lí cho các động cơ trên là hết sức cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Điều khiển mờ là một trong những kỹ thuật điều khiển hiện đại ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực điều khiển. Với kỹ thuật mô phỏng trên phương thức xử lý thông tin và điều khiển của con người nên còn được gọi là điều khiển “thông minh”. Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển là hoàn toàn dựa vào sự chính xác tuyệt đối của thông tin mà trong nhiều ứng dụng không cần thiết hoặc không thể có được, điều khiển mờ chỉ cần xử lý những thông tin “không chính xác” hay không đầy đủ mà vẫn có thể đưa ra những quyết định chính xác. Kỹ thuật điều khiển này đáp ứng được yêu cầu điều khiển cho các động cơ diesel tàu thủy có quá trình làm việc với tính chất của phụ tải liên tục biến động (do sự thay đổi hướng gió, dòng chảy, sự thay 1 Đoàn Phước Thọ: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang 60 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản đổi của chiều chìm, trạng thái vỏ tàu, trạng thái kỹ thuật của động cơ…) kéo theo sự thay đổi liên tục của các thông số vận hành. Sự thay đổi của các thông số này luôn “không đầy đủ”, “không chính xác” và “không chắc chắn” nên rất khó sử dụng kỹ thuật kinh điển để điều khiển. Vì vậy, điều khiển mờ được lựa chọn để xây dựng giải thuật điều khiển cho bộ điều khiển tay ga tự động. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Quá trình thực nghiệm được tiến hành trên động cơ Yanmar-4CH có tại Phòng Thực hành Bộ môn Động lực, Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Nha Trang. Động cơ Yanmar-4CH là một trong những động cơ thủy được sử dụng nhiều trên các tàu cá, tàu giao thông thủy cỡ nhỏ, có các thông số kỹ thuật phù hợp, đại diện cho đối tượng nghiên cứu. Thiết bị tạo tải được sử dụng là phanh thủy lực Dynomite 13 Dual - rotor của hãng LAND & SEA. Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn kết hợp giữa lí thuyết với thực nghiệm. Thông qua khảo sát, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các ứng dụng có trước để xác định mối liên hệ giữa các thông số vận hành, chế độ làm việc của động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ và yêu cầu về vận hành hợp lí của động cơ. Trên cơ sở đó phân tích và lựa chọn các thông số vận hành, thỏa mãn yêu cầu về vận hành hợp lí, làm thông số điều khiển. Dựa vào thực nghiệm để kiểm chứng mối quan hệ này từ đó xây dựng giải thuật điều khiển mờ. Giải thuật điều khiển được chấp nhận trên cơ sở thử nghiệm sự làm việc của bộ điều khiển và hiệu chỉnh nhiều lần cho đến khi bộ điều khiển làm việc thỏa mãn được yêu cầu điều khiển đặt ra đối với đối tượng nghiên cứu. III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Lựa chọn thông số điều khiển Cơ sở để xây dựng bộ điều khiển tay ga tự động là điều khiển lượng nhiên liệu chu trình sao cho công suất động cơ phát ra phù hợp với công suất của tải, đáp ứng được hành trình của tàu. Đồng thời, phải đảm bảo cho quá trình làm việc tin cậy của động cơ, loại trừ khả năng làm việc quá tải cho động cơ. Quá trình làm việc của động cơ được xem xét dựa trên 3 chỉ tiêu cơ bản: chỉ tiêu kinh tế - năng lượng, ứng suất cơ và ứng suất nhiệt. [3], [4] Đặc trưng cho chỉ tiêu năng lượng của động cơ có các thông số: áp suất Pe, công suất động cơ Ne, momen động cơ Me. Đặc trưng cho tải trọng cơ học có các thông số: áp suất khí cháy lớn nhất pz, tỉ số tăng áp suất Pz/Pc, tốc độ tăng áp suất Dp/Dj. Số 3/2013 Đặc trưng cho tải trọng nhiệt có: nhiệt độ nước làm mát tmat, nhiệt độ khí xả tkx, áp suất chỉ thị pi và vị trí tay ga nhiên liệu Lựa chọn thông số điều khiển cho bộ điều khiển tự động cần thỏa mãn yêu cầu về tí ...