Điều khiển bám hệ truyền động bánh răng với bộ điều khiển dự báo có ràng buộc

Phạm Đức Thoan và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 128(14): 133 - 137

140

ĐIỀU KHIỂN BÁM HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG

VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CÓ RÀNG BUỘC

Lê Thị Thu Hà1

, Đỗ Thị Tú Anh2

1Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên, 2Đại học Bách Khoa Hà Nội

TÓM TẮT

Bài báo giới thiệu một phương pháp thiết kế bộ điều khiển dự báo phản hồi trạng thái để điều

khiển bám ổn định hệ truyền động qua bánh răng có các điều kiện ràng buộc. Bộ điều khiển dự

báo của bài báo sử dụng mô hình xấp xỉ tuyến tính của hệ truyền động bánh răng và sử dụng hàm

mục tiêu dạng toàn phương có tham số biến đổi, do đó luôn chuyển bài toán điều khiển có ràng buộc

thành bài toán không ràng buộc. Do sử dụng nguyên lý tối ưu sai lệch bám là nhỏ nhất nên mặc dù sử

dụng mô hình xấp xỉ tuyến tính, song bộ điều khiển vẫn cho thấy được chất lượng bám tốt.

Từ khóa: Điều khiển dự báo; Hệ truyền động bánh răng; Tối ưu hóa có ràng buộc

ĐẶT VẤN ĐỀ*

Hệ truyền động qua bánh răng (hình 1) là một

trong số các hệ truyền động được sử dụng

rộng rãi nhất trong công nghiệp, vì vậy vấn đề

chất lượng điều khiển hệ truyền động qua

bánh răng cũng giữ một vai trò không nhỏ

trong chất lượng hệ thống điều khiển quá

trình nói chung. Từ lý do đó mà việc nâng cao

chất lượng điều khiển hệ truyền động qua

bánh răng luôn mang tính thời sự và nhận

được sự quan tâm đặc biệt của các nhà thiết

kế hệ thống điều khiển quá trình.

Bài toán điều khiển hệ truyền động qua bánh

răng được quan tâm trong bài báo này là phải

xác định được quy luật thay đổi moment dẫn

động tạo ra từ động cơ dẫn động để hệ có

được tốc độ góc của tải đầu ra luôn bám ổn

định được theo một quỹ đạo đặt trước và điều

này phải không được phụ thuộc vào các tác

động không mong muốn vào hệ. Tất nhiên để

điều khiển được hệ truyền động với chất

lượng cao cần phải có mô hình toán mô tả

chính xác hệ truyền động. Tài liệu [5] đã giới

thiệu một mô hình như vậy, trong đó nó chứa

đựng gần như đầy đủ tất cả những thành phần

phi tuyến rất khó xác định được một cách

chính xác, song lại giữ vai trò không nhỏ tới

chất lượng truyền động của hệ. Đó là các

thành phần như những lực ma sát khác nhau,

* Email: [email protected]

khe hở giữa các bánh răng, độ cứng vững của

vật liệu.

Tuy nhiên mô hình càng chính xác, cấu trúc

phi tuyến của mô hình càng rắc rối, kéo theo

phương pháp điều khiển cũng như bộ điều

khiển sau này càng phức tạp và tính tin cậy

cũng như tính bền vững của hệ điều khiển

càng giảm. Bởi vậy trong thực tế người ta

thường chỉ cần đến một mô hình toán vừa

đủ chính xác sao cho vẫn có thể đảm bảo

được chất lượng điều khiển đặt ra, mà lại

không làm phức tạp cấu trúc của bộ điều

khiển sau này.

Mms2

Mms1 Mms4

Mms3

Md 1 M

3

Biến tần

Bộ điều khiển

2 Mc

Tải

Hình 1: Điều khiển hệ truyền động qua bánh răng

Phương pháp điều khiển đơn giản nhất

thường được áp dụng là điều khiển PID [2].

Đây là phương pháp này đòi hỏi mô hình toán

hệ truyền động phải xấp xỉ được về dạng

tuyến tính. Song nếu xấp xỉ về dạng tuyến

tính như vậy ta đã phải giả thiết là trong hệ

truyền động không có khe hở, ma sát và

không có moment xoắn (vật liệu là tuyệt đối

cứng). Điều này đã vô tình làm giảm chất