Tài liệu Luận văn mô hình hóa và phát triển hệ thống điều khiển cho hệ cần cẩu di động dựa trên kỹ thuật mẫu ảo​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM ------------------------------------ NGUYỄN CHÍ THIỆN MÔ HÌNH HÓA VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ CẦN CẨU DI ĐỘNG DỰA TRÊN KỸ THUẬT MẪU ẢO LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Mã số ngành: 60520114 TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM ------------------------------------ NGUYỄN CHÍ THIỆN MÔ HÌNH HÓA VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ CẦN CẨU DI ĐỘNG DỰA TRÊN KỸ THUẬT MẪU ẢO LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Mã số ngành: 60520114 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ NGỌC TRÂN CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Lê Ngọc Trân Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Công nghệ TP. HCM ngày 02 tháng 10 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Võ Hoàng Duy Chủ tịch 2 PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương Phản biện 1 3 TS. Võ Tường Quân Phản biện 2 4 TS. Ngô Hà Quang Thịnh Ủy viên 5 TS. Nguyễn Duy Anh Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa. Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày ….. tháng ….. năm 20…. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN CHÍ THIỆN Ngày, tháng, năm sinh: Giới tính: Nam Nơi sinh: Kiên Giang 1987 Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MSHV: 1341840019 I- Tên đề tài: MÔ HÌNH HÓA VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ CẦN CẨU DI ĐỘNG DỰA TRÊN KỸ THUẬT MẪU ẢO II- Nhiệm vụ và nội dung: - Khái niệm về cẩu di động cầu cảng và phân tích điều kiện hoạt động trên biển - Phân tích hành vi động lực học và mô hình hóa hệ thống cơ khí của cần cẩu - Xây dựng mẫu ảo và mô phỏng hoạt động của hệ cần cẩu di động trên biển - Thiết kế hệ thống điều khiển cho mô hình cần cẩu di động trên biển - Mô phỏng tích hợp mô hình mẫu ảo của hệ thống cần cẩu và đánh giá hệ thống điều khiển đã thiết kế trong điều kiện hoạt động như trong ngữ cảnh thật. III- Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2016 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 23/07/2016 V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Ngọc Trân CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Nguyễn Chí Thiện ii LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Quản Lý Khoa Học Và Đào Tạo Sau Đại Học, Khoa Cơ – Điện – Điện Tử, trường Đại Học Công Nghệ TPHCM đã cho tôi có điều kiện được học tập, tiếp cận với khoa học kỹ thuật và được làm việc với thầy TS. Lê Ngọc Trân khi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này. Tôi chân thành cảm ơn thầy TS. Lê Ngọc Trân đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Tôi chân thành cảm ơn các quý thầy đã tận tình giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong khóa học vừa qua. Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thành luận văn trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được sự thông cảm và tận tình chỉ bảo thêm của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp. Nguyễn Chí Thiện iii TÓM TẮT Cần cẩu di động cầu cảng (MHC) là giải pháp để vận chuyển một lượng lớn các container từ tàu container mẹ lên bờ do những tàu này không có khả năng neo đậu trong các cảng nhỏ, nước cạn. Do điều kiện làm việc trên biển, hệ thống MHC xuất hiện lắc của tải treo gây ra do nhiễu bên ngoài như sóng và gió. Thêm vào đó, thông số hệ thống (tải, chiều dài dây cáp) luôn thay đổi làm cho hệ thống mất ổn định, do đó việc điều khiển chính xác vị trí để gắp hoặc thả một container rất khó để thực hiện. Luận văn này đề xuất một kỹ thuật mô phỏng ảo thông qua việc xây dựng mẫu ảo trong môi trường 3D trên máy tính để khám phá hành vi động lực học của hệ thống MHC cho mục đích nghiên cứu hệ thống này, kỹ thuật này sử dụng giải pháp tích hợp phần mềm như là Solidworks, Adams, và Matlab/Simulink. Dựa trên khái niệm của hệ thống MHC, hệ thống cơ khí của MHC trước tiên được mô hình hóa trong phần mềm Solidworks, sau đó một mô hình mẫu ảo được tạo trong phần mềm Adams, và một bộ điều khiển trượt thích nghi PID của mô hình mô phỏng kết hợp được thiết lập trong Matlab/Simulink để mô phỏng và điều khiển vị trí của xe đẩy cẩu và khống chế góc lắc của tải treo. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng đặc tính của bộ điều khiển ASMP thỏa mãn nhiệm vụ điều khiển bám mục tiêu xác định trước trong điều kiện làm việc phức tạp của biển. iv ABSTRACT Mobile Harbour Crane (MHC) is a solution to transport a large number of containers from a large container ship that has restrited to anchor in the shortage capacity ports to their destination. Due to working on the sea, the MHC has appeared swing of payload that is induced by external disturbances such as wind and wave. In addition, the MHC system paramers always changes (load, rope length) which make the system uncertainly. Hence, it is difficult to control the exactly position of a spreader to pick up or release a container. This thesis proposed a virtual simulation technology by building the virtual prototype in 3-D environment on computer to investigate the dynamic behaviours of MHC for studying this MHC system. This approach uses an integrated software solution, such as SOLIDWORKS, ADAMS, and MATLAB/Simulink. Based on the concept of the MHC, a mechanical MHC system was first modeled in Solidworks, then a virtual prototyping model was created in Adams, and the adaptive sliding mode PID control co-simulation model of crane was established in Matlab/Simulink, to simulate and control the crane trolley position and suppress the swing angle of the load. Simulation results showed that, the ASMP controller performance is tracking the predetermine objectives in the complex working condition of the sea. v MỤC LỤC Lời cam đoan ............................................................................................................... i Lời cảm ơn ................................................................................................................. ii Tóm tắ t ......................................................................................................................iii Mu ̣c lu ̣c....................................................................................................................... v Danh mu ̣c các từ viế t tắ t...........................................................................................vii Danh mu ̣c các bảng .................................................................................................viii Danh mu ̣c các biể u đồ , đồ thi,̣ sơ đồ , hiǹ h ảnh ......................................................... ix Chương 1: Giới thiê ̣u ............................................................................................... 01 1.1. Đă ̣t vấ n đề ....................................................................................................... 01 1.2. Tiń h cấ p thiế t của đề tài .................................................................................. 02 1.3. Mu ̣c tiêu nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 03 1.4. Nô ̣i dung nghiên cứu của đề tài....................................................................... 03 1.5. Phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................................................ 04 1.5.1. Phương pháp luâ ̣n....................................................................................... 04 1.5.2. Phương pháp nghiên cứu............................................................................ 04 1.6. Kế t cấ u luâ ̣n văn .............................................................................................. 05 1.7. Giới hạn phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 06 Chương 2: Tổ ng quan về cẩu cầu cảng di động và vấn đề cần nghiên cứu ............. 07 2.1. Khái quát về tình hình nghiên cứu cẩu cầu cảng di động ............................... 07 2.2. Trình tự các bước nghiên cứu cho hệ thống MHC dựa trên kỹ thuật mẫu ảo 11 Chương 3: Thành phần cấu thành và nguyên lý làm việc của cẩu cầu cảng di động13 3.1. Thành phần cấu thành và hoạt động của cẩu cầu cảng di động ...................... 13 3.2. Phân tích điều kiện làm việc của cẩu cầu cảng di động .................................. 15 Chương 4: Mô hình hóa và xây dựng mẫu ảo cho hệ thống cẩu cầu cảng di động . 19 4.1. Sự cần thiết phát triển mẫu ảo cho nghiên cứu hệ thống cơ điện tử ............... 19 4.2. Cấu trúc phần mềm cho xây dựng mẫu ảo của hệ thống MHC ...................... 20 4.3. Mô hình hóa và xây dựng mẫu ảo cho hệ thống MHC ................................... 21 vi 4.4. Mô phỏng hành vi động lực học của mẫu ảo hệ thống MHC ......................... 24 4.4.1. Xây dựng và mô phỏng mô hình MHC 1.................................................. 24 4.4.2. Xây dựng và mô phỏng mô hình MHC 2.................................................. 28 4.4.3. Nhận xét kết quả mô phỏng chuyển động của tải treo .............................. 31 Chương 5: Xây dựng hệ thống điều khiển chống lắc cho cẩu cầu cảng di động ..... 33 5.1. Tạo một mô hình adams_sys trong Matlab/simulink ...................................... 33 5.2. Phân tích động học của hệ thống MHC .......................................................... 34 5.3. Thiết kế hệ thống điều khiển cho MHC .......................................................... 36 Chương 6: Kế t quả mô phỏng .................................................................................. 42 6.1. Mô phỏng kết hợp cơ khí và điều khiển.......................................................... 42 6.2. Đánh giá kết quả mô phỏng ............................................................................ 46 Chương 7: Kế t luận và hướng phát triển của đề tài ................................................. 48 7.1. Kế t luâ ̣n ........................................................................................................... 48 7.2. Hướng phát triể n ............................................................................................. 48 Tài liê ̣u tham khảo .................................................................................................... 50 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MHC .... Mobile Harbour Crane ............ Cần cẩu cầu cảng di động TL ........ Trolley ..................................... Xe rùa đẩy cẩu FEA ..... Finite Element Analysis .......... Phân tích phần tử hữu hạn FEM..... Finite Element Method ............ Phương pháp phần tử hữu hạn ADAMS….Automatic Dynamic Analysis of Mechanical system….Phần mềm phân tích tự động động lực học của hệ thống cơ khí viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Các giá trị của thông số cho mô phỏng hệ thống MHC 1 ....................... 24 Bảng 4.2: Các giá trị của thông số cho mô phỏng hệ thống MHC 2 ....................... 27 Bảng 6.1: Các giá trị thông số của hệ thống MHC cho mô phỏng .......................... 40 Bảng 6.2: So sánh đặc tính vị trí trong các trường hợp mô phỏng 1 ....................... 44 Bảng 6.3: So sánh đặc tính của góc lắc tải trong các trường hợp mô phỏng 1 ........ 44 Bảng 6.4: So sánh đặc tính vị trí trong các trường hợp mô phỏng 2 ....................... 45 Bảng 6.5: So sánh đặc tính của góc lắc tải trong các trường hợp mô phỏng 2 ........ 45 ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 1.1: Giải pháp cẩu cầu cảng di động vận chuyển container .............................. 1 Hình 1.2: Mô hình hóa hệ thống MHC gắp container trên tàu mẹ ............................ 2 Hình 2.1: Cần trục giàn bốc xếp container trên tàu khi tàu cập cảng ........................ 6 Hình 2.2: Cẩu cầu cảng di động vận chuyển container từ tàu mẹ .............................. 7 Hình 2.3: Trình tự xây dựng mẫu ảo cho hệ thống cần cẩu di động. ....................... 10 Hình 3.1: Mô hình hệ thống cẩu cầu cảng di động .................................................. 12 Hình 3.2: Cơ chế làm việc của hệ thống khung của MHC ...................................... 13 Hình 3.3: Các chuyển động lắc của cẩu MHC theo các trục ................................... 15 Hình 3.4: Một cơ chế cho chống lắc ngang của tải container .................................. 16 Hình 4.1: Quá trình tạo mô hình mẫu ảo cho MHC ................................................. 19 Hình 4.2: Cấu trúc phần mềm để tạo mẫu ảo ........................................................... 19 Hình 4.3: Mẫu vật lý của hệ thống MHC được vẽ trong Solidworks ...................... 21 Hình 4.4: Quy trình tạo mẫu ảo trong môi trường Adams/View ............................. 21 Hình 4.5: Cấu hình hệ thống mẫu ảo của MHC trong Adams/View ....................... 22 Hình 4.6: Mô hình mẫu ảo của MHC trong Adams/View ....................................... 22 Hình 4.7: Thông số mô hình MHC 1 cho mô phỏng ............................................... 23 Hình 4.8: Khoảng dịch chuyển và góc lắc của tải trong trường hợp 1 của MHC1.. 24 Hình 4.9: Khoảng dịch chuyển và góc lắc của tải trong trường hợp 2 của MHC1.. 25 Hình 4.10: Khoảng dịch chuyển và góc lắc của tải trong trường hợp 3 của MHC1.26 Hình 4.11: Khoảng dịch chuyển và góc lắc của tải trong trường hợp 4 của MHC1.26 Hình 4.12: Thông số mô hình MHC 2 cho mô phỏng. ............................................ 27 Hình 4.13: Khoảng dịch chuyển và góc lắc của tải trong trường hợp 1 của MHC2.28 Hình 4.14: Khoảng dịch chuyển và góc lắc của tải trong trường hợp 2 của MHC2.29 Hình 4.15: Khoảng dịch chuyển và góc lắc của tải trong trường hợp 3 của MHC2.29 Hình 4.16: Khoảng dịch chuyển và góc lắc của tải trong trường hợp 4 của MHC2.30 x Hình 5.1: Kết nối giữa mô hình Adams và Matlab/Simulink trong điều khiển ....... 32 Hình 5.2: Khối Adams trong adams_sys ................................................................. 33 Hình 5.3: Mô hình hóa động học của xe đẩy ........................................................... 35 Hình 5.4: Sơ đồ khối của bộ điều khiển ASMP cho MHC ...................................... 36 Hình 6.1: Đáp ứng vị trí và góc của bộ điều khiển ASMP với hw=0.02m,fw=1.5rad/s, l=1.2m, ml=148kg .................................................................................................... 41 Hình 6.2: Đáp ứng vị trí và góc của bộ điều khiển ASMP với hw=0.04m, fw=1.5rad/s, l=1.2m, ml=148kg ................................................................................ 41 Hình 6.3: Đáp ứng vị trí và góc của bộ điều khiển ASMP với hw=0.02m, fw=3rad/s, l=1.2m, ml=148kg .................................................................................................... 42 Hình 6.4: Đáp ứng vị trí và góc của bộ điều khiển ASMP với hw=0.04m, fw=3rad/s, l=1.2m, ml=148kg .................................................................................................... 42 Hình 6.5: Đáp ứng vị trí và góc của bộ điều khiển ASMP với hw=0.02m, fw=1.5rad/s, l=1.5m, ml=350kg ................................................................................ 42 Hình 6.6: Đáp ứng vị trí và góc của bộ điều khiển ASMP với hw=0.04m, fw=1.5rad/s, l=1.5m, ml=350kg ................................................................................ 43 Hình 6.7: Đáp ứng vị trí và góc của bộ điều khiển ASMP với hw=0.02m, fw=3 rad/s, l=1.5m, ml=350kg .................................................................................................... 43 Hình 6.8: Đáp ứng vị trí và góc của bộ điều khiển ASMP với hw=0.02m, fw=3rad/s, l=1.5m, ml=350kg .................................................................................................... 43 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề: Khi nền kinh tế thế giới ngày càng lớn mạnh, một lượng lớn hàng hóa được yêu cầu nhanh chóng vận chuyển đến khắp nơi trên thế giới bằng đường biển bởi các tàu container lớn. Tuy nhiên, sức chứa của một số cảng bị giới hạn và các tàu container lớn khó có thể cập cảng do nước nông và không gian hẹp. Giải pháp mở rộng cảng không khả thi do vốn đầu tư lớn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Để giải quyết vấn đề này một khái niệm cần cẩu cầu cảng di động (MHC) được được đề xuất nhằm giúp vận chuyển các container từ các tàu lớn vào bờ một cách nhanh chóng. Giải pháp này cho phép một tàu container lớn có thể neo đậu ở vùng nước sâu ở xa bờ có thể vận chuyển các container đến bờ một cách nhanh chóng nhờ các cần cẩu cầu cảng di động trên biển bất chấp các cảng nhỏ không cho Giải pháp: Cần cẩu di động hoạt động trên biển Mục tiêu Tàu container có trọng tải lớn khó neo đậu ở các cảng nước nông và diện tích hẹp. Khó khăn phép các tàu container lớn cập cảng. Cần cẩu di động giải quyết vấn các vấn đề hạn chế của cảng biển: - Di chuyển các container hàng từ tàu vào bờ nhanh chóng - Sắp xếp các container Hình 1.1: Giải pháp cần cẩu cầu cảng di động vận chuyển container 1.2. Tính cấp thiết của đề tài: Giải pháp cần cẩu cầu cảng di động trên biển để gắp các container hàng hóa từ tàu mẹ và vận chuyển chúng đến cầu cảng một cách nhanh chóng khi các tàu mẹ khó có thể cập cảng mang lại hiệu quả rất lớn về mặt kinh tế. Tuy nhiên việc điều 2 khiển các cần cẩu cầu cảng di động này hoạt động trên biển trong điều kiện sóng và gió để gắp chính xác các container là vấn đề khó hơn rất nhiều so với các giàn cẩu truyền thống lắp đặt trên bờ. Một trong những vấn đề nghiêm trọng là sự lắc của container gây ra bởi việc điều khiển không đúng của xe cẩu cộng với sự tác động của nhiễu bên ngoài như sóng và gió có thể gây ra sự va chạm của container tới các thiết bị và hệ thống xung quanh có thể làm thiệt hại về tài sản và con người. Hơn nữa, nếu việc lắc của container xảy ra ở phần cuối của sự di chuyển, việc điều khiển container đến vị trí mong muốn lúc này trở nên càng khó thực hiện hơn do lực quán tính lớn. Hình 1.2: Mô hình hóa hệ thống MHC gắp container trên tàu mẹ Trong vận chuyển hàng hóa, việc tăng năng suất vận chuyển hàng một cách nhanh chóng là mong muốn của các nhà đầu tư. Tuy nhiên trong trường hợp MHC để thực hiện việc gắp container một cách nhanh chóng và chính xác, yêu cầu tất cả các chuyển động của cẩu phải thực hiện ở tốc độ cao và phải được điều khiển đến vị trí mong muốn một cách chính xác. Đây là vấn đề khó để thực hiện vì khi xe đẩy 3 mang giá cẩu tăng tốc và giảm tốc, tải container lơ lửng sẽ bị lắc không mong muốn. Thêm vào đó nhiễu bên ngoài do sóng và gió làm tàu lắc liên tục và làm quỹ đạo của tải không thể dự đoán. Do đó việc điều khiển container đến vị trí mong muốn một cách chính xác là vấn đề thách thức cần phải giải quyết. Để phục vụ cho quá trình nghiên cứu hệ thống cẩu di động cầu cảng hoạt động trên biển như ý tưởng đề xuất trên, trong luận văn này tôi giới thiệu một kỹ thuật mô hình hóa và xây dựng hệ thống điều khiển cẩu dựa trên kỹ thuật mẫu ảo trên máy tính. Kỹ thuật này cho phép các kỹ sư cơ điện tử mô hình hóa và xây dựng mẫu ảo của hệ thống cần nghiên cứu, mô phỏng để phân tích các hành vi chuyển động thực của hệ thống cơ khí của cẩu trên máy tính với các điều kiện hoạt động như ngữ cảnh thật, và phát triển hệ thống điều khiển cho phép điều khiển tải treo lơ lửng đến vị trí chính xác mong muốn bất chấp sự tác động của nhiễu bên ngoài. Dựa vào các kết quả thu được trên máy tính sẽ giúp các kỹ sư giảm rủi ro và tiết kiệm thời gian cũng như chi phí khi chế tạo phần cứng. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Phân tích hoạt động và điều kiện làm việc của cẩu di động cầu cảng hoạt động trên biển. Mô hình hóa và xây dựng mô hình mẫu ảo hệ thống cơ khí cho hệ thống cẩu. Mô phỏng hành vi động lực học của hệ thống cơ khí trên mẫu ảo. Xây dựng hệ thống điều khiển cho mô hình mẫu ảo của hệ thống cẩu. Mô phỏng kết hợp hai hệ thống cơ khí và điều khiển với điều kiện như ngữ cảnh thật và đánh giá bộ điều khiển đã thiết kế. 1.4. Nội dung nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu điều kiện làm việc của cẩu cầu cảng di động trên biển. Mô hình hóa và cấu hình mẫu ảo của cần cẩu di động trên biển. Mô phỏng hành vi động lực học của hệ thống cẩu dựa trên mẫu ảo. Xây dựng hệ thống điều khiển cho mô hình cẩu. 4 Mô phỏng kết hợp hoạt động cơ khí và điều khiển của mẫu ảo cần cẩu di động trong điều kiện làm việc như trong ngữ cảnh thật và đánh giá. 1.5. Phương pháp nghiên cứu của đề tài: 1.5.1. Phương pháp luận: Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt tới chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học. Điều này có nghĩa rằng, các nghiên cứu khoa học cần phải có những nguyên tắc và phương pháp cụ thể, mà dựa theo đó các vấn đề sẽ được giải quyết. Nghiên cứu tạo ra một mô hình mẫu ảo của hệ thống cơ điện tử dựa trên sự kết hợp giữa các phần mềm thương mại để tạo nên một hệ cơ điện tử như hệ cần cẩu cầu cảng di động hoạt động trên máy tính với các điều kiện như trong ngữ cảnh thật. Dựa trên mẫu ảo hệ thống đã được thiết kế các kỹ sư cơ điện tử có thể thể hiện các ý tưởng, các thuật toán cũng như hiệu chỉnh các thiết kế cơ khí và thiết kế điều khiển một cách hoàn chỉnh trên máy tính trước khi triển khai trên phần cứng. Để thực hiện nghiên cứu này cần thực hiện: Tổng hợp các phần mềm cơ khí và điều khiển cho mô hình hóa và mô phỏng. Phân tích điều kiện hoạt động dựa trên khảo sát phương trình sóng, thiết kế và mô hình hóa hệ thống cơ khí. Tạo mẫu ảo của hệ thống cơ khí, mô phỏng để khám phá hành vi động lực học của hệ thống cơ khí. Thiết kế, tính toán hệ thống điều khiển cho mô hình mẫu ảo của hệ thống cẩu. Mô phỏng kết hợp, hiê ̣u chin̉ h và đánh giá kế t quả của hệ thống. 1.5.2. Phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp sẽ thực hiện để đạt được những mục tiêu trên: Nội dung 1: Khảo sát và đánh giá nhu cầu của hệ thống cần cẩu giàn di động trên biển phục vụ vận chuyển hàng hóa từ các tàu mẹ vào bờ. 5 Phương pháp phân tích các điều kiện làm việc của cẩu giàn trên biển trong điều kiện sóng và gió. Tìm hiểu các bài báo trong và ngoài nước nghiên cứu về lĩnh vực cẩu di động cầu cảng. Nội dung 2: Thiết kế và mô hình hóa hệ thống cơ khí của cẩu giàn trên biển Thiết kế, mô hình hóa hệ thống cơ khí bằng phần mềm SOLIDWORKS. Tạo mẫu ảo của hệ thống cơ khí trên máy tính bằng phần mềm ADAMS. Mô phỏng hành vi động lực học của hệ thống cơ khí thông qua mẫu ảo. Nội dung 3: Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống Lý thuyết điều khiển phi tuyến cho đối tượng không ổn định với nhiễu không biết và thông số hệ thống thay đổi. Xây dựng mô hình toán cho xe đẩy giá cẩu. Thiết kế bộ điều khiển điều khiển xe cẩu bằng Matlab/Simulink. Mô phỏng hệ thống điều khiển đã thiết kế trên mẫu ảo. Nội dung 4: Mô phỏng và đánh giá kết quả. Mô phỏng kết hợp hệ thống cơ khí và điều khiển trên máy tính với các điều kiện như trong ngữ cảnh thật. Đánh giá kết quả đạt đươc. 1.6. Kế t cấ u luâ ̣n văn: Kế t cấ u luâ ̣n văn gồ m 7 chương. Chương 1: Giới thiê ̣u. Chương 2: Tổ ng quan về cẩu cầu cảng di động và vấn đề cần nghiên cứu. Chương 3: Thành phần cấu thành và nguyên lý làm việc của cẩu cầu cảng di động. Chương 4: Mô hình hóa và xây dựng mẫu ảo cho hệ thống cẩu cầu cảng di động. Chương 5: Xây dựng hệ thống điều khiển chống lắc cho cẩu cầu cảng di động. Chương 6: Kế t quả mô phỏng. Chương 7: Kế t luận và hướng phát triển của đề tài. 6 1.7. Giới hạn phạm vi nghiên cứu 1) Thiết bị nổi được giả sử được cố định tương đối trong tọa độ Đề các. Do đó, sự trôi của thiết bị nổi và chuyển động yaw (xoay quanh trục z) trong tọa độ tuyệt đối có thể bỏ qua bằng cách sử dụng cơ cấu cố định thiết bị nổi MHC vào tàu mẹ. 2) Nghiên cứu này xem xét chuyển động của xe đẩy dọc theo trục y (hình 3.3) và chuyển động lắc của tải treo và xe đẩy là đồng phẳng. 3) Chuyển động lắc của tải treo xảy ra trên mặt phẳng khác được điều khiển bởi thiết bị cơ khí như nghiên cứu [15] và các chuyển động lắc ngẫu nhiên khác được xem là nhiễu của hệ thống điều khiển. 4) Chuyển động lắc của tải treo container được xem tương tự như là chuyển động con lắc và không tính đến lực ma sát của xe cẩu.