Ứng dụng giải thuật di truyền thiết kế hai bộ điều khiển PID để điều khiển giàn cần trục cho điện phân đồng

Chủ đề của bài báo này là thiết kế hai bộ điều khiển PID với các thông số được điều chỉnh tối ưu hóa thông qua giải thuật di truyền (GA) để điều khiển giàn cần trục. Bộ điều khiển PID đầu tiên kiểm soát sự dao động của tải trọng, còn bộ điều khiển PID thứ hai điều khiển vị trí cần trục.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng giải thuật di truyền thiết kế hai bộ điều khiển PID để điều khiển giàn cần trục cho điện phân đồng LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN THIẾT KẾ HAI BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN GIÀN CẦN TRỤC CHO ĐIỆN PHÂN ĐỒNG APPLIED GENETIC ALGORITHM DESIGN TWO PID CONTROLLERS TO CONTROL THE GANTRY CRANE FOR COPPER ELECTROLYSIS Nguyễn Văn Trung1,2, Phạm Đức Khẩn1, Phạm Thị Thảo1, Lương Thị Thanh Xuân1 Email: nguyenvantrung.10@gmail.com 1 Trường Đại học Sao Đỏ, Việt Nam 2 Trường Đại học Trung Nam, Trung Quốc Ngày nhận bài: 11/8/2017 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 22/9/2017 Ngày chấp nhận đăng: 26/9/2017 Tóm tắt Giàn cần trục dành cho điện phân đồng (CE) hoạt động như một robot ở các nhà xưởng để vận chuyển và lắp ráp các tấm catốt , anốt. Vì các tấm điện phân được sắp xếp dày đặc nên khi cần trục di chuyển có sự dao động lớn dẫn đến khả năng định vị thiếu chính xác, thậm chí gây mất an toàn. Chủ đề của bài báo này là thiết kế hai bộ điều khiển PID với các thông số được điều chỉnh tối ưu hóa thông qua giải thuật di truyền (GA) để điều khiển giàn cần trục. Bộ điều khiển PID đầu tiên kiểm soát sự dao động của tải trọng, còn bộ điều khiển PID thứ hai điều khiển vị trí cần trục. Hai bộ điều khiển PID được kiểm tra thông qua mô phỏng Matlab/Simulink. Kết quả mô phỏng = 3,5 s, = 3,3 s, = 0,12 rad cho thấy khi sử dụng hai bộ điều khiển PID chất lượng điều khiển tốt hơn khi sử dụng một bộ điều khiển PID và khi thay đổi các thông số hệ thống, tác động nhiễu vào hệ thống cho thấy giàn cần trục vẫn đạt được chất lượng điều khiển tốt. Từ khóa: Giàn cần trục; điều khiển PID; điều khiển vị trí; điều khiển dao động; giải thuật di truyền. Abstract Gantry crane dedicated to copper electrolysis (CE) acts as a robot in factories to transport and assemble cathode and anode plates. Because the electrolyte panels are so thickly arranged that when the crane moves there is a great fluctuation resulting in inaccurate positioning, even causing unsafety. The subject of this paper is the design of two PID controllers with adjustable parameters optimized through genetic algorithm (GA) to control the crane. The first PID controller controls the load oscillations, while the second PID controller controls the position of the crane. Two PID controllers are tested through Matlab/Simulink simulations. Simulation results = 3.5 s, = 3.3 s, = 0.12 rad show that when using two quality PID controllers better control when using a PID controller and when changing system parameters, interference impact on the system shows that the crane is still good quality control. Keywords: Gantry crane; PID control ; position control; oscillation control; genetic algorithm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thế giới ngày càng phát triển, số lượng sắt thép, quả, kịp thời là rất cần thiết. Vì vậy đã có nhiều kim loại màu và nguyên liệu cơ bản khác có nhu nghiên cứu nâng cao hiệu quả hoạt động của cầu cao ngày càng nhiều, để vận chuyển tất cả giàn cần trục. các loại vật liệu này không thể thiếu các giàn cần Về mặt cấu trúc, trong [1] đề xuất một giàn cần trục. Trong đó giàn cần trục cho điện phân đồng trục trên không cho điện phân đồng để tận dụng (CE) (hình 1) không những chỉ vận chuyển các hiệu quả không gian làm việc bên dưới cần trục. tấm điện phân, mà còn thực hiện một nhiệm vụ Các giàn cần trục trên không được di chuyển khác rất quan trọng là lắp ráp tấm điện phân vào bởi xe nâng và tải trọng được treo trên xe nâng các khe bên trong bể điện phân hoặc vào các thông qua cáp treo [2]. Cần trục trên không có khe cho robot khác. Việc vận chuyển và lắp ráp các chức năng là nâng, hạ và di chuyển, tuy các tấm điện phân vào các khe an toàn, hiệu nhiên góc lắc tự nhiên của tải trọng làm cho Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).2017 5  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC những chức năng này hoạt động kém hiệu quả, khiển vị trí của cần trục và kiểm soát góc lắc vốn là một chuyển động kiểu con lắc [3]. của tải trọng. Các bộ điều khiển đã thiết kế được kiểm tra thông qua mô phỏng Matlab / Simulink kết quả làm việc tốt. Phần còn lại của bài báo được cấu trúc như sau: Phần 2 mô hình động lực của hệ thống giàn cần trục cho điện phân đồng. Thiết kế các bộ điều khiển PID được trình bày trong phần 3. Phần 4 mô tả kết quả mô phỏng khi thay đổi các thông số hệ thống. Phần 5 là kết luận. 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC CỦA HỆ THỐNG Hình 1. Hình ảnh của giàn cần trục cho CE GIÀN CẦN TRỤC CHO ĐIỆN PHÂN ĐỒNG Sự lắc lư của tải trọng là do chuyển động di Một hệ thống giàn cần trục cho CE được thể chuyển của xe nâng, do thường xuyên thay đổi hiện trong hình 2 [8], các thông số và các giá trị chiều dài cáp treo tải trọng, khối lượng ...