Nhận dạng tham số thiết bị chấp hành Piezo - Actuator sử dụng kỹ thuật tính toán mềm :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học cấp Trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nhận dạng tham số thiết bị chấp hành Piezo-Actuator sử dụng kỹ

thuật tính toán mềm

Mã số đề tài: 182. ĐT02

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Khanh

Đơn vị thực hiện: Khoa Công Nghệ Điện Tử

Tp Hồ Chí Minh, 08/2019

Tp. Hồ Chí Minh, ........…

LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí

Minh đã tài trợ kinh phí và tạo điều kiện để chúng tôi hoàn thành đề tài này. Đồng thời cúng

tôi cũng xin cảm ơn phòng Quản Lý Khoa Học & Hợp Tác Quốc Tế, khoa Công Nghệ Điện

Tử đã giúp đỡ và hỗ trợ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.

Nhóm tác giả

MỤC LỤC

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG .........................................................................................1

I. Thông tin tổng quát...........................................................................................................1

II. Kết quả nghiên cứu .........................................................................................................1

1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1

2. Mục tiêu ..................................................................................................................3

3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................3

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu..............................................................................3

5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận.........................................................4

6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)..............................................................4

III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo.................................................................6

IV. Tình hình sử dụng kinh phí............................................................................................7

V. Kiến nghị.........................................................................................................................7

VI. Phụ lục sản phẩm...........................................................................................................7

PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ...........................9

I. Tổng quan .........................................................................................................................9

1.1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................9

1.2. Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.....................................................9

1.3. Nội dung nghiên cứu...............................................................................................10

1.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu .............................................................................10

II. Ước lượng thông số mô hình dùng thuật toán DE ........................................................12

2.1. Thuật toán tối ưu DE...............................................................................................12

2.2. Ước lượng tham số mô hình dùng thuật toán DE...................................................20

III. Thiết kế mô hình phần cứng thiết bị Piezo-Actuator...................................................22

3.1. Tổng quan về Piezo - electric .................................................................................22

3.2. Thiết kế mạch điều khiển – thu thập dữ liệu...........................................................25

3.3. Kết quả thực nghiệm...............................................................................................37

3.4. Kết luận...................................................................................................................39

IV. Nhận dạng thông số mô hình Piezo-electric actuator..................................................39

4.1 Mô hình phi tuyến có trễ thiết bị Piezo....................................................................39

4.2. Nhận dạng thông số thiết bị Piezo dùng MDE .......................................................39

4.3. Cài đặt mô hình thực nghiệm..................................................................................40

4.4. Kết quả nhận dạng tham số.....................................................................................42

V. Kết luận và kiến nghị ....................................................................................................45

5.1. Kết quả đạt được .....................................................................................................45

5.2. Hướng phát triển đề tài ...........................................................................................46

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................47

PHẦN III. PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM....................................................................................51

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Lưu đồ thực hiện thuật toán DE, [26].......................................................................13

Hình 2 Quá trình đột biến trong không gian 2-D, [26]........................................................14

Hình 3 So sánh hội tụ của các thuật toán với Sphere và Griewank......................................19

Hình 4 So sánh hội tụ của các thuật toán với Ackley và Rastrigin.......................................19

Hình 5 Quá trình nhận dạng hệ thống...................................................................................21

Hình 6 Nhận dạng mô hình hộp xám dùng MDE.................................................................21

Hình 7 Hình dạng thực tế của thiết bị piezo PZS001 [35]....................................................22

Hình 8 Sơ đồ mạch cầu đo biến dạng bên trong PZS001 .....................................................23

Hình 9 Mô tả về độ giãn .......................................................................................................23

Hình 10 Sơ đồ khối – mạch điều khiển piezo.......................................................................25

Hình 11 Sơ đồ nguyên lý mạch nâng áp ...............................................................................26

Hình 12 Điện áp ngõ ra của mạch nâng áp +200 VDC ........................................................28

Hình 13 Độ gợn sóng điện áp ngõ ra của mạch nâng áp khi dòng tải 10mA.......................29

Hình 14 Độ gợn sóng điện áp ngõ ra của mạch nâng áp khi dòng tải lớn nhất 21mA.........29

Hình 15 Dòng điện qua cuộn dây L1....................................................................................30

Hình 16 Sơ đồ mạch hạ áp....................................................................................................30

Hình 17 Biểu đồ thông số cuộn cảm tương ứng với điện áp ngõ ra 12V .............................31

Hình 18 Mạch nguồn đôi ......................................................................................................32

Hình 19 Sơ đồ mạch khối xử lý tín hiệu sử dụng cầu Wheatstone.......................................33

Hình 20 Các chân kết nối cầu Wheatstone ...........................................................................33

Hình 21 Bộ lọc thông thấp sử dụng RC................................................................................34

Hình 22 Biểu đồ biên độ của mạch lọc thông thấp RC ........................................................34

Hình 23 Biểu đồ Phase của mạch lọc thông thấp RC...........................................................34

Hình 24 Tín hiệu điện áp ngõ ra của mạchkhuếch đại khi PZS001 có giá trị nhỏ nhất .......35

Hình 25 Tín hiệu điện áp ngõ ra của mạch khi PZS001 cho giá trị tối đa............................35

Hình 26 Sơ đồ mạch khối khuếch đại tín hiệu điều khiển....................................................36

Hình 27 Kết quả mô phỏng khối khuếch đại tín hiệu điều khiển .........................................37

Hình 28 Hình ảnh bo đã thiết kế ...........................................................................................37

Hình 29 Hình dạng sóng dao động của mạch nâng áp .........................................................38

Hình 30 Hình ảnh dạng sóng đo được giữa input - output ...................................................38

Hình 31 Sơ đồ khối nhận dạng mô hình Piezo-Actuator......................................................40

Hình 32 Sơ đồ khối mô hình thực nghiệm PiezoelectricActuator........................................40

Hình 33 Hình ảnh thực tế Piezoelectric Actuator và mạch khuếch đại, xử lý tín hiệu........41

Hình 34 Tập dữ liệu vào-ra thực nghiệm của hệ truyền động PZT......................................42

Hình 35 Tốc độ hội tụ của các thuật toán MDE, DE và GA ................................................44

Hình 36 Kết quả đánh giá chất lượng thuật toán MDE trong nhận dạng tham số................45