BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG CẦU TRỤC GIAO TIẾP
VỚI MÁY TÍNH
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: B2008 - 22 - 27

S KC 0 0 2 8 9 0

HỆ THỐNG CẦU TRỤC GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH
Mã số: B2008_22_27

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài
(ký, họ tên, đóng dấu)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên)

Ths. Trương Đình Nhơn

Tp. HỒ CHÍ MINH, Tháng 07/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM
-----------------------------o0o----------------------------

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG CẦU
TRỤC GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH
Mã số: B2008_22_27.
Chủ nhiệm: Ths. Trƣơng Đình Nhơn.
Cơ quan chủ trì: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM.
Thời gian thực hiện: Từ 02/05/2008 đến 01/05/2010

2. Mục tiêu:
Nghiên cứu các thuật toán điều khiển ổn định trên mô hình cầu trục có giao tiếp với máy
tính, dùng để giảng dạy cho sinh viên ngành Điện tự động, giúp cho sinh viên có mô hình


Ngày 23 tháng 08 năm 2010
Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

Ths. Trƣơng Đình Nhơn

__________________________________________________________________________________Trang 2


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: RESEARCH STABILITY CONTROL ALGORITHM TO CONTROL
CRANE MODEL COMMUNICATION WITH PC.
Code number: B2008_22_27
Coordinator: Truong Dinh Nhon
Implementing Institution: University Of Technical Education HCMC
Cooperating Institution(s):

Dr. Truong Viet Anh
MS. Phung Anh Son

Duration: from 02/05/2008 to 01/05/2010

2. Objective(s):
To study the stability control algorithm on the Crane model to communicate with
computer, used to teach students of Technology Electricity Automatic, enables students
to practice writing model programs to control.
For students to doing scientific research.


thuyết điều khiển tự động để ứng dụng vào mô hình vật lý thật nhằm mang lại cho sinh
viên cách nhìn trực quan và toàn diện hơn về môn học là điều cần quan tâm.
Các công trình nghiên cứu trong nƣớc cũng chỉ dừng lại ở mức độ mô phỏng hoặc thực
nghiệm trên những thiết bị mẫu. Do đó, việc xây dựng mô hình cầu trục vừa có khả năng
phục vụ nghiên cứu vừa hỗ trợ mạnh cho giảng dạy là điều rất cần thiết.
Trên thế giới, có nhiều công trình nghiên cứu về điều khiển hệ thống cầu trục bằng các
giải thuật PID… nhƣng chi phí còn quá cao không phù hợp với điều khiện thực tế ở Việt
nam, đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục.

2. Mục tiêu
Mô hình vật lý cầu trục điều khiển bằng máy tính mà đề tài đƣa ra có các chức năng nhƣ
sau:
- Đáp ứng đƣợc các giải thuật điều khiển hiện nay.
- Có khả năng giao tiếp với máy tính để thực hiện mô phỏng và điều khiển bằng hệ thống
thu thập dữ liệu và điều khiển từ xa.
- Đảm bảo tính giáo dục và rèn luyện các kỹ năng điều khiển cầu trục cho sinh viên.
- Có tính thƣơng mại cao.
- Đề tài còn đƣợc dùng làm mô hình cho sinh viên thực tập môn Điều khiển tự động nhƣ
cho các sinh viên làm đề tài tốt nghiệp.
- Ngoài ra, mô hình cầu trục có thể dùng làm đối tƣợng điều khiển cho các môn học khác
nhƣ: TT Điều khiển lập trình, TT Đo lƣờng cảm biến…

3. Cách tiếp cận
Đề tài đƣợc xây dựng bao gồm các công đoạn sau:
Từ cơ sở của lý thuyết điều khiển cầu trục ta đi xây dựng mô hình toán học của mô hình
cầu trục, sau đó kiểm tra tính ổn định của hệ thống và thực hiện bổ chính. Kết quả đƣợc
minh họa trong Matlab.

__________________________________________________________________________________Trang 5


tra thuật toán trên mô hình thực tế.
Sau khi đã thử nghiệm các thuật toán trên mô hình thành công, tác giả tiến hành biên soạn
các bài thực hành trên mô hình theo cấu trúc từ đơn giản đến phức tạp nhằm giúp sinh
viên hiểu rõ hơn về các phƣơng pháp điều khiển trên mô hình. Bao gồm các lệnh truy
xuất tín hiệu số, tín hiệu analog, bộ đếm tốc độ cao và thuật toán điều khiển PID trong
Matlab thông qua thƣ viện Real-Time Windows Target.”

__________________________________________________________________________________Trang 6


Phần 2: Nội Dung

Chƣơng I

Mô Tả Toán Học Hệ Thống Cầu Trục
“Trong chƣơng này trình bày về mô hình hệ thống cầu trục và phƣơng pháp mô tả toán
học của hệ thống cầu trục, trong đó tập trung vào mô tả phƣơng trình chuyển động của xe
con khi di chuyển tải, cũng nhƣ các phƣơng pháp điều khiển ổn định của hệ thống.”

__________________________________________________________________________________Trang 7


1.1. HỆ THỐNG CẦU TRỤC THỰC TẾ:
1.1.1. Công dụng và phân loại.
Cầu trục dùng chủ yếu trong các phân xƣởng, nhà kho để nâng hạ và vận chuyển hàng
hóa với lƣu lƣợng lớn. Cầu trục là một kết cấu dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có
cơ cấu nâng. Dầm cầu có thể chạy trên các đƣờng ray đặt trên cao dọc theo nhà xƣởng
còn xe con có thể theo dầm cầu. Vì vậy cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo
yêu cầu tại bất kì điểm nào trong không gian của nhà xƣởng. Cầu trục đƣợc sử dụng trong
tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân với các thiết bị mang vật rất đa dạng nhƣ

__________________________________________________________________________________Trang 8


1.1.2. Cấu tạo chung của cầu trục.
Cầu trục dẫn động bằng tay đƣợc dùng chủ yếu trong sữa chữa, lắp ráp nhỏ và các
công việc nâng – chuyển hàng không yêu cầu tốc độ cao. Cơ cấu nâng của loại cầu
Trên hình 1.1, là hình chung của cầu trục dẫn động bằng tay loại một dầm. Cầu
trục gồm dầm cầu 1, cơ cấu di chuyển cầu trục 2 và palăng dây xích 3 có cơ cấu di
chuyển palăng. Cả ba chuyển động nâng, di chuyển palăng và cầu cầu trục đều đƣợc dẫn
động bằng xích kéo từ dƣới nền. Bánh xe di chuyển cầu trục thƣờng đƣợc lắp bằng ổ bi
trên trục cố định mà bánh xe chủ động ở mỗi bên ray đƣợc dẫn động từ trục truyền chung
qua bộ truyền bánh răng hở. Đĩa xích dẫn động cơ cấu di chuyển cầu trục đƣợc đặt ở giữa
trục truyền chung để đảm bảo góc quay đều của hai nữa trục truyền.

b)

Hình 1.1: Cầu trục dẫn động bằng tay
a) Loại một dầm; b) Loại hai dầm.
Cầu trục một dầm dẫn động bằng động cơ gồm hai loại: cầu trục tựa và cầu trục treo. Tùy
theo yêu cầu mà cầu trục một dầm có thể đơực chế tạo với cabin điều khiển hoặc hộp nút
bấm điều khiển từ dƣới nền nhà.
Trên hình1.2 là mô hình chung của cầu trục lọai một dầm. Phần kết cấu thép của cầu trục
gồm dầm cầu 1 có hai đầu tựa lên các dầm cuối 5 với các bánh xe di chuyển dọc theo ray
đặt trên vai cột của nhà xƣởng. Cơ cấu di chuyển cầu trục một dầm thƣờng dùng phƣơng
án dẫn động chung. Phía trên dầm chữ I là dàn thép 4 đặt trong mặt phăng ngang để đảm
bảo độ cứng cần thiết theo phƣơng ngang của dầm cầu. palăng điện 3 có thể chạy dọc
theo các cánh thép phía dƣới của dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển palăng. Cabin điều
khiển 2 đƣợc treo vào phần kết cấu chịu lƣc của cầu trục.

__________________________________________________________________________________Trang 9

a) Loại hai ray treo; b) Loại ba ray treo.
Khi dầm cầu có khẩu độ lớn, ngƣời ta có thể dùng hai dầm chữ I chồng lên nhau và liên
kết bằng bulông hoặc đinh tán. Dầm cuối của cầu trục một dầm có thể làm dạng hộp hoặc
làm từ hai thanh thép chữ U.

a
a)

a
b)

c)

d)

e)

f)

Hình 1.4: Dầm cầu của cầu trục một dầm.
Trên hình 1.5 là hình chung của cầu trục hai dầm. Hai đầu của các dầm chính 11 đƣợc
liên kết cứng với các dầm cuối 4 tạo thành một khung cứng mặt phẳng ngang. Trên dầm
cuối có lắp các bánh xe di chuyển 3 chạy trên ray 2 đặt dọc theo nhà xƣởng trên các vai
cột. Khoảng cách theo phƣơng ngang giữa tâm các ray 2 đƣợc gọi là khẩu độ của cầu
trục. Chạy dọc theo các đƣờng ray trên dầm chính là xe con 8 trên xe con đặt cơ cấu nâng
7, cơ cấu di chuyển xe con 12. Tùy theo công dụng của cầu trục mà trên xe có một hoặc
hai cơ cấu nâng. Trƣờng hợp có hai cơ cấu nâng thì cơ cấu 7 đƣợc gọi là cơ cấu nâng
chính còn cơ cấu nâng phụ 6 có tải trọng nâng nhỏ hơn. Cơ cấu di chuyển cầu trục 13
đƣợc đặt trên kết cấu dầm cầu. Cabin điều khiển 1 đƣợc treo phía dƣới dầm cầu. Nguồn
__________________________________________________________________________________Trang 11