RealTEQ Academy - Learning by Sharing.

1. B O
Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠ
TRƯỜNG ĐẠ Ọ Ộ
I H C BÁCH KHOA HÀ N I
T H
ỐNG T Ị LÝ
NGHIÊN C NG V N CHUY
ỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐ Ậ ỂN
VẬT LIỆU DẠNG BĂNG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ Ậ Ề Ể
THU T ĐI U KHI N VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Hà N i - 2021
ộ

2. B O
Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠ
TRƯỜNG ĐẠ Ọ Ộ
I H C BÁCH KHOA HÀ N I
T H
ỐNG T Ị LÝ
NGHIÊN C NG V N CHUY
ỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐ Ậ ỂN
VẬT LIỆU DẠNG BĂNG
Ngành: Kỹ thuậ ề
t đi u khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ Ậ Ề Ể
THU T ĐI U KHI N VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
NGƯ I HƯ
Ờ ỚNG DẪ Ọ
N KHOA H C
1. TS. Dương Minh Đức
2. PGS.TS. Nguyễn Tùng Lâm
Hà N i - 2021
ộ

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứ ủ tôi dướ ự hướ
u c a cá nhân i s ng
d .
ẫn của tập thể hướng dẫn. Tài liệu tham khảo trong luận án được trích dẫn đầ ủ
y đ
Các kế ả ứ
t qu nghiên c u củ ậ ự ừng đượ ả
a lu n án là trung th c và chưa t c các tác gi khác
công b .
ố
Hà N i, ngày 25 tháng 11 1
ộ năm 202
T khoa h c Nghiên c
ập thể hướng dẫn ọ ứu sinh
TS. c
Dương Minh Đứ PGS.TS. Nguy n Tùng Lâm
ễ T Lý
ống Thị

4. ii
LỜI CẢM ƠN
T xin g i t n c
ác giả ửi lời cảm ơn sâu sắc tớ ập thể hướng dẫ TS. Dương Minh Đứ
và PGS.TS. Nguyễn Tùng Lâm, những người đã tận tình hướ ẫ
ng d n chuyên môn và
b sung k p th ng ki n th c liên quan.
ổ ị ời nhữ ế ứ
Tác gi i PGS.TS. Tr n Tr ng Minh và PGS.TS
ả cũng xin chân thành cảm ơn tớ ầ ọ .
Bùi Qu công ngh n, ng viên
ốc Khánh đã góp ý về ệ thực tiễ độ tác giả ữ
trong nh ng lúc
g p c n v i h ng mà mình nghiên c u.
ặp khó khăn khi tiế ậ ớ ệ thố ứ
Tác gi i l i c n TS. Nguy
ả cũng xin gử ờ ảm ơn đế ễn Danh Huy đã góp ý và hướng
d n tác gi trong quá trình làm th c nghi m.
ẫ ả ự ệ
Tác gi i l i c i t t c ng viên, các
ả cũng xin gử ờ ảm ơn chân thành tớ ấ ả ả
các gi cán bộ
k thu t thu p - vi n,
ỹ ậ ộc bộ môn Tự động hóa Công nghiệ ện Điệ trườ ạ
ng Đ i học Bách
khoa Hà N , có nh
ội đã nhiệt tình giúp đỡ ững đóng góp chuyên môn quý báu và tạo
m u ki n thu n l tác gi hoàn thành lu n án này.
ọi điề ệ ậ ợi để ả ậ
Tác giả cũng xin cảm ơn tới Đảng ủ ệ
y, Ban giám hi u và các đồ ệ ạ
ng nghi p t i Khoa
Điện trường Đạ ọ ệ ội đã tạo điề ệ ậ ợ ể ả ắ
i h c Công nghi p Hà N u ki n thu n l i đ tác gi s p
xếp thời gian vừa hoàn thành nhiệm vụ chuyên môn v a hoàn thành lu n án c a mình.
ừ ậ ủ
Đặ ệ ả ố ử ờ ảm ơn tớ ồ ể gia đình,
c bi t tác gi mu n g i l i c i ch ng, hai con cùng toàn th
b c v
ạn bè đã hết lòng ủng hộ, chia sẻ ả ề tinh thần và vật chấ ể
t đ tác giả hoàn thành
t t lu n án này.
ố ậ
Tác gi lu
ả ận án

5. iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ...................................................vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .........................................................................................ix
DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................x
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2
3. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................2
4. .....................................................................................2
Phương pháp nghiên cứu
5. Những đóng góp mới của luận án........................................................................2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .............................................................................3
7. ...........................................................................3
Bố cục và nội dung của luận án
CHƯƠNG 1...................................................................................................................5
TỔNG QUAN VỀ HỆ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DẠNG BĂNG ........................5
1.1 Khái quát đối tượng nghiên cứu ........................................................................5
1.1.1 Giới thiệu chung.......................................................................................5
1.1.2 Cấu tạo và phân loại.................................................................................9
1.1.3 Yê ........................................13
u cầu chung cho bài toán điều khiển WTS
1.2 Tổng quan về các hướng nghiên cứu cho WTS của luận án ...........................15
1.2.1 Tổng quan về mô hình hóa WTS ...........................................................15
1.2.2 Tổng quan về phương pháp điều khiển..................................................18
1.3 Đề xuất phương hướng thực hiện ....................................................................21
1.4 Kết luận chương 1............................................................................................22
CHƯƠNG 2.................................................................................................................23
MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO HỆ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DẠNG BĂNG ..23
2.1 Nguyên lý vận chuyển vật liệu dạng băng của WTS.......................................23
2.1.1 Nguyên lý vận chuyển của lô vật liệu và lô dẫn ....................................24
2.1.2 Lực căng, độ trượt và độ nổi..................................................................26
2.1.3. Vận tốc vận chuyển vật liệu..................................................................27
2.1.4. Mô men đầu vào của hệ thống ..............................................................27
2.2 Tính toán động lực học cho WTS....................................................................27

6. iv
2.2.1 Động lực học của đoạn vật liệu giữa hai lô............................................28
2.2.2 Động lực học của lô ...............................................................................32
2.3 Các bước tổng hợp mô hình toán học cho WTS..............................................36
2.3.1 Mô hình tổng quát cho hệ có nhiều lô dẫn.............................................37
2.3.2 Mô hình toán học cho một số WTS điển hình .......................................38
2.3.3 Nhận xét chung ......................................................................................41
2.4 Xét ảnh hưởng của tham số mô hình ...............................................................43
2.4.1 Mô đun đàn hồi ......................................................................................43
2.4.2 Kích thước đoạn vật liệu vận chuyển.....................................................44
2.4.3 Hình dáng kích thước và thông số lô .....................................................45
2.4.4 Hệ số cản................................................................................................46
2.5 Giới hạn bài toán..............................................................................................46
2.6 Lựa chọn và xây dựng mô hình vật lý hệ cuộn................................................50
2.7 Kết luận chương 2............................................................................................51
CHƯƠNG 3.................................................................................................................53
ĐIỀU KHIỂN LỰC CĂNG CHO HỆ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DẠNG BĂNG
...................................................................................................................53
3.1 Yêu cầu công nghệ và phương pháp điều khiển..............................................53
3.2 Điều khiển back-stepping cho WTS ................................................................54
3.2.1Tổng quát hóa các bước thiết kế theo phương pháp back-stepping........54
3.2.2 - .............................................................55
Back stepping cho WTS cơ bản
3.2.3 Các bước thiết kế....................................................................................56
3.2.4 Cấu trúc của bộ điều khiển.....................................................................58
3.2.5 Kết quả mô phỏng và nhận xét đánh giá................................................59
3.3 Điều khiển back stepping kết hợp bộ quan sát lực căng
- .................................62
3.3.1 Đặt vấn đề ..............................................................................................62
3.3.2 Thiết kế bộ điều khiển kết hợp bộ quan sát lực căng.............................63
3.4 ........................................................................................71
Kết quả thực nghiệm
3.5 ............................................................................................................74
Kết luận
CHƯƠNG 4.................................................................................................................76
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU
DẠNG BĂNG..............................................................................................................76
4.1 Phân tích thành phần bất định và môt số giải pháp bù ....................................76
4.1.1 Phân tích một số yếu tố bất định và biến thiên của tham số mô hình....76
4.1.2 Một số giải pháp bù nâng cao chất lượng ..............................................76

7. v
4.2 Nâng cao chất lượng bộ điều khiển bền vững tích hợp thuật toán DSC..........77
4.2.1 Các bước thiết kế bộ điều khiển sử dụng thuật toán DSC .....................77
4.2.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển bền vững tích hợp thuật toán DSC................85
4.2.3 Kết quả mô phỏng kiểm chứng, nhận xét ..............................................85
4.3 Nâng cao chất lượng bằng bộ điều khiển thích nghi tích hợp RBF.................89
4.3.1 Tổng quát về mạng Neural RBF ............................................................89
4.3.2 Thiết kế điều khiển.................................................................................90
4.3.3 Cấu trúc bộ điều khiển thích nghi kết hợp thuật toán RBF....................98
4.3.4 Kết quả mô phỏng..................................................................................99
4.5 Kết luận chương 4..........................................................................................103
KÊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................104
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .................106
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................108
PHỤ LỤC A ..............................................................................................................114
PHỤ LỤC B...............................................................................................................118
PHỤ LỤC C ..............................................................................................................123

8. vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
1. vi t t t
Danh mục các từ ế ắ
STT T vi t t t
ừ ế ắ Ý nghĩa
1 WTS Web Transport System
2 ADRC Active Disturbance Rejection Control
3 Dynamic Surface Control
DSC
4 GAS Globally Asymptotically Stable
5 MIMO Multiple Input Multiple Output
6 -LVD Proportional Integral -Linear Parameter Varying
PI
7 PE/PET Polyethylene /Polyethylene terephthalate
8 RBF Radial Basis Function
9 TH1 ng h
Trườ ợp 1
10 TH2 ng h
Trườ ợp 2
11 TH3 ng h p 3
Trườ ợ

9. vii
2. Danh m u
ục các ký hiệ
STT Ký Hi u
ệ Đơn vị Ý Nghĩa
01 ti N L trung bình trên n v t li u có ch s
ực căng đoạ ậ ệ ỉ ố i
02 Td N L n v t li u
ực căng trên đoạ ậ ệ
03 s Bi n th i gian
t ế ờ
04 ωi rad/s V n t c góc lô th
ậ ố ứ i
05 ωu rad/s V n t c góc c a lô t
ậ ố ủ ở
06 vi m/s V n t c lô th i
ậ ố ứ
07 vu m/s V n t c dài t t li u r i kh i lô t
ậ ố ại điểm vậ ệ ờ ỏ ở
08 vr m/s V n t c dài t t li u b n l i
ậ ố ại điểm vậ ệ ắt đầu đi vào lô cuộ ạ
09 Vd m/s V n t i lô d n th i
ậ ốc đặt tạ ẫ ứ
10 Mr Nm Mô men c ng lên lô t
ủa lực căng tác dụ ở
11 Mu Nm Mô ng
men cản do lực ma sát giữa trục lô và ổ đỡ tác dụ
lên tr c lô.
ụ
12 N/m
E 2
M i c t li u
ô đun đàn hồ ủa vậ ệ
13 m Chi
L ều dài dọc theo hướng biến dạ ủ ố ố
ng c a phân t kh i
lượ ậ ệ ế ạ
ng v t li u sau khi bi n d ng
14 Li m n v t li u gi a hai lô liên ti p
Độ dài đoạ ậ ệ ữ ế
15 L0 m Chiều dài ban đầu dọc theo hướng biến dạng của phân
t kh ng v t li n d
ố ối lượ ậ ệu web khi chưa biế ạng
16 0
ρ kg/m3
Kh ng riêng c bi n d ng
ối lượ trướ ế ạ
17 ρ kg/m3
Kh ng riêng n d ng
ối lượ sau biế ạ
18 kg Kh
q ối lượng đơn vị di chuy n qua m t c t li u khi v
ể ặ ắt vậ ệ ật
li u bi n d ng- dòng kh ng
ệ ế ạ ối lượ
19 m
S 2
Di n tích toàn ph a phân t t li u
ệ ần củ ố khối lượng vậ ệ
20 m
dS 2
Vi phân n tích c t c t li u vuông
diệ ủa bề ặ
m t - mặ ắt vậ ệ
góc v ng bi ng
ới hướ ến dạ
21 kg Vi phân kh ng c n v t li u
dm ối lượ ủa đoạ ậ ệ

10. viii
22 m
dV 3
Th tích c a phân t kh ng c n v u
ể ủ ố ối lượ ủa đoạ ật liệ
23 bi n d ng v t li u
ε Độ ế ạ ậ ệ
24 J kg/s Tổng thông lượ ố
ng kh i truyền qua một tiết diện xác định
25 a m dày m i l p v t li u
Độ ỗ ớ ậ ệ
26 m Chi u r ng lô t
w ề ộ ở
27 ru m Hàm bán kính th th i gian c a lô t
eo ờ ủ ở
28 rr m Hàm bán kính theo th i gian c n l i
ờ ủa lô cuộ ạ
29 Rr m u lô cu n
Bán kính ban đầ ộ
30 Ru m u lô t
Bán kính ban đầ ở
31 Ju0 kg.m2
Mô i lô v u có lõi b ng thép
men quán tính đối vớ ật liệ ằ
32 Jr0 kg.m2
Mô men quán tính c a lõi thép c a lô cu i
ủ ủ ộn lạ
33 rad Góc ôm gi t li u và lô thép
β ữa vậ ệ
34 


Nm.s H s c n a tr c lô cu n l i và
ệ ố ả giữ ụ ộ ạ ổ đỡ
35 bfi Nm.s H s c n a tr c lô d n th và c
ệ ố ả giữ ụ ẫ ứ i ổ đỡ ủa nó
36 


Nm.s H s c n c lô
ệ ố ả giữa ổ đỡ và trụ

11. ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hóa WTS............................................ 15
Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của mô hình ............................................................ 43
Bảng 2.2: Giá trị mô đun dàn hồi theo một số vật liệu cơ bản (nguồn: [1]) ............ 44
Bảng 2.3: Thông số mô hình WTS (nguồn:[19]) ..................................................... 46
Bảng 2.4 Giá trị lực căng đặt và vận tốc dài đặt cho mô hình WTS ........................ 50
Bảng 3.1 Thông số bộ điều khiển cho mô phỏng bộ điều khiển thiết kế theo 3.2 ... 59
Bảng 3.2 Sai lệch lực căng khi mô hình có thông số chứa thành phần bất định...... 70
Bảng 3.3 Đánh giá sai lệch kết quả thực nghiệm ..................................................... 74
Bảng 4.1 Thông số bộ điều khiển cho mô phỏng bộ điều khiển thiết kế theo 3.2 ... 85
Bảng 4.2 Sai lệch lực căng khi mô hình có thông số chứa thành phần bất định...... 88
Bảng 4.3 Thông số bộ điều khiển cho mô phỏng bộ điều khiển thiết kế theo 3.2 ... 99
Bảng 4.4 Sai lệch lực căng khi mô hình có thông số chứa thành phần bất định.... 102

12. x
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các ứng dụng WTS trong thực tế (nguồn: [5],[6])................................... 5
Hình 1.2 .............. 6
WTS trong giờ làm việc tại nhà máy giấy An Hòa (nguồn: [7])
Hình 1.3 ... 7
Vai trò của xử lý WTS trong sản xuất năng lượng tái tạo (nguồn: [9])
Hình 1.4 ..... 8
Xu hướng vật liệu được ứng dụng trong ngành điện tử (nguồn: [11])
Hình 1.5 ....... 8
Quá trình ép nguội sản xuất pin năng lượng mặt trời (nguồn: [12])
Hình 1.6 )......................................... 9
Mô hình thực nghiệm cho WTS (nguồn: [13]
Hình 1.7 Mô hình 3D WTS ..................................................................................... 9
Hình 1.8 .................................... 11
Ví dụ WTS có lô cuộn theo nguyên lý cuộn nổi
Hình 1.9 ......................................... 12
Ví dụ WTS có lô tở theo nguyên lý phanh từ
Hình 1.10 .............................. 12
WTS có lô tở và lô cuộn theo nguyên lý hướng tâm
Hình 1.11 ............................... 13
Đặc tính lực căng và vận tốc dài yêu cầu của WTS
Hình 1.12 ............................ 14
Mô hình cơ khí cho WTS theo nguyên lý hướng tâm
Hình 1.13 ........................ 16
Mô hình WTS nhiều phân đoạn lực căng (nguồn: [17])
Hình 1.14 ........................... 16
Mô hình WTS một phân đoạn lực căng (nguồn: [18])
Hình 1.15 ..................................... 17
Mô hình toán học WTS một đoạn (nguồn:[18])
Hình 1.16 ......... 18
Cấu trúc bộ điều khiển PID sử dụng bộ bù lực căng (nguồn:[7])
Hình 1.17 .............................................. 19
Cấu trúc điều khiển ADRC (nguồn: [34])
Hình 1.18 .......... 20
Đáp ứng lực căng khi áp dụng phương pháp trượt (nguồn: [49])
Hình 1.19 - ........................ 20
Đáp ứng lực căng sử dụng back stepping (nguồn: [56])
Hình 2.1 ............. 23
Các thành phần chính của hệ thống theo nguyên lý hướng tâm
Hình 2.2 .............................. 24
Nguyên lý vận chuyển vật liệu dạng băng qua lô tở
Hình 2.3 .......................... 25
Nguyên lý vận chuyển vật liệu dạng băng qua lô cuộn
Hình 2.4 ............................ 25
Nguyên lý vận chuyển vật liệu dạng băng qua lô dẫn
Hình 2.5 ........................................................... 27
Tương tác giữa vật liệu và lô dẫn
Hình 2.6 ................................................................... 28
Mô hình cuộn tở và lô dẫn 1
Hình 2.7 ............................................... 30
Phân tố vật liệu di chuyển theo thời gian
Hình 2.8 ................................................................... 32
Mô men quán tính trên lô tở
Hình 2.9 ................. 33
Mô men của ngoại lực tác dụng lên lô tở và lô dẫn thứ nhất
Hình 2.10 .................. 34
Mô men của ngoại lực tác dụng lên lô cuộn và lô dẫn thứ n
Hình 2.11 ........... 35
Mô men của ngoại lực tác dụng lên lô dẫn chủ động và bị động
Hình 2.12 ................................................................ 38
Mô hình WTS một phân đoạn

13. xi
Hình 2.13 ..................................................... 38
Mô hình của WTS một đoạn vật liệu
Hình 2.14 ...................................................... 41
Mô hình WTS có 2 lô dẫn chủ động
Hình 2.15 ........................................................ 41
Mô hình của WTS ba đoạn vật liệu
Hình 2.16 .................... 43
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới mô đun đàn hồi (nguồn:[61])
Hình 2.17 .................. 45
Ảnh hưởng của lô đến chiều dài đoạn vật liệu (nguồn:[64])
Hình 2.18 ... 45
(a) Trường hợp lô vật liệu bị lệch tâm, (b) bị biến dạng (nguồn:[66])
Hình 2.19 Đặc tính giữa ứng suất σ và biến dạng tương đối ε (nguồn: [68])........ 47
Hình 2.20 ........................................................... 48
Tương tác giữa lô dẫn và vật liệu
Hình 2.21 ............................................ 49
Quá trình thay đổi lực căng qua các lô dẫn
Hình 2.22 ............................................. 50
Quy tắc chọn lực căng cho các phân đoạn
Hình 2.23 .................................................... 50
Sơ đồ cấu hình hệ thống thực nghiệm
Hình 2.24 Mô hình thiết kế WTS cho hệ thống thực nghiệm trên phần mềm Autodesk
Inventor 2019 ........................................................................................ 51
Hình 2.25 Hình ảnh thưc tế của mô hình WTS thực nghiệm tại phòng 407 -tầng 4 toà
nhà C1B - ................................................. 51
Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hình 3.1 ....................................................................... 55
Mô hình của WTS cơ bản
Hình 3.2 -stepping 59
Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển theo phương pháp thiết kế back
Hình 3.3 -stepping .................. 60
Đáp ứng lực căng của đoạn vật liệu sử dụng back
Hình 3.4 ng back-stepping ............................................... 60
Sai lệch lực căng sử dụ
Hình 3.5 -stepping.................................... 60
Đáp ứng cửa vận tốc dài sử dụng back
Hình 3.6 -stepping ............... 61
Đáp ứng vận tốc góc lô tở và lô cuộn sử dụng back
Hình 3.7 Mô men ,
u r
M M -stepping................................................ 61
sử dụng back
Hình 3.8 - ....... 68
Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển back stepping tích hợp bdộ quan sát
Hình 3.9 .... 69
Đáp ứng của lực căng khi thông số mô hình xác định theo Bảng 2.3
Hình 3.10 ................................ 69
Đáp ứng của lực căng khi thành phần bất định 1%
Hình 3.11 .............................. 70
Đáp ứng của lực căng khi thành phần bất định 10%
Hình 3.12 Đáp ứng lực căng trên mô hình theo lượng đặt Tđ=10N........................ 71
Hình 3.13 Đáp ứng vận tốc dài với giá trị đặt Vđ=2m/s.......................................... 72
Hình 3.14 Sai lệch của vận tốc dài với giá trị đặt Tđ=10N và Vđ=2m/s.................. 72
Hình 3.15 ........................................................... 73
Đáp ứng của vận tốc góc lô cuộn
Hình 3.16 ................................................................ 73
Đáp ứng của vận tốc góc lô tở
Hình 4.1 ..................................................... 85
Cấu trúc bộ điều khiển tích hợp DSC
Hình 4.2 .......................................... 86
So sánh đáp ứng lực căng khi sử dụng DSC

14. xii
Hình 4.3 .................... 86
Sai lệch lực căng khi sử dụng DSC khi thông số xác định
Hình 4.4 ............................................ 86
Đáp ứng của vận tốc dài khi sử dụng DSC
Hình 4.5 ................. 87
Đáp ứng của vận tốc góc lô tở và lô cuộn khi sử dụng DSC
Hình 4.6 ........................................ 87
Đáp ứng lực căng khi bất định thông số 10%
Hình 4.7 ......................................... 87
Sai lệch lực căng khi bất định thông số 10%
Hình 4.8 ........................................ 88
Đáp ứng lực căng khi bất định thông số 30%
Hình 4.9 ......................................... 88
Sai lệch lực căng khi bất định thông số 30%
Hình 4.10 ......................................... 89
Một ví dụ cấu trúc chung mạng Neural RBF
Hình 4.11 Cấu trúc mạng RBF cho bộ bù thành phần bất định của ,
u r
J J .............. 90
Hình 4.12 -
Bộ điều khiển thích nghi dựa trên back stepping kết hợp với RBF và bộ
quan sát.................................................................................................. 98
Hình 4.13 .......................................... 99
Đáp ứng lực căng trong trường hợp sử RBF
Hình 4.14 ......................................... 100
Sai lệch lực căng trong trường hợp sử RBF
Hình 4.15 ........................................... 100
Đáp ứng của vận tốc dài khi sử dụng RBF
Hình 4.16 ................................. 100
Đáp ứng của vận tốc góc lô tở khi sử dụng RBF
Hình 4.17 Đáp ứng lực căng trong trường hợp sử RBF với Ji = 1.5 *Ji-tính........... 101
Hình 4.18 Sai lệch lực căng trong trường hợp sử RBF với Ji = 1.5 *Ji-tính............ 101
Hình 4.19 Đáp ứng lực căng trong trường hợp sử RBF với Ji = 2 *Ji-tính.............. 102
Hình 4.20 Sai lệch lực căng trong trường hợp sử RBF với Ji = 2 *Ji-tính ............... 102

15. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính c tài
ấp thiết của đề
H v - )
ệ ận chuyển vật liệu dạng băng (Web Transprort System WTS là một trong
s nh th u gi y,
ố ững hệ ống có ứng dụng rộng rãi trong nhiề lĩnh vực khác nhau như ấ
v i nh a
ả , tôn thép, phim ự , pin năng lượ ặ ờ
ng m t tr i, mạch in điệ ử ữ ả ẩ
n t …Nh ng s n ph m
này đóng vai trò quan trọng trong đờ ống thườ y cũng như ệ
i s ng ngà trong công nghi p
[1], [2]. Các ứng dụng hiện nay ngày càng yêu cầu các quá trình vận hành của hệ
th ng không nh m b o ch m b o công su t n g cao.
ố ững đả ả ất lượng mà còn đả ả ấ gày càn
WTS p, bi
là mộ ố ợ
t đ i tư ng có cấu trúc dạng MIMO phức tạ có tham số ến thiên,
và u u. Th hi WTS y
chị ảnh hưởng của nhiễ ực tế ện nay, các bộ điều khiển của chủ ếu
s d
ử ụng phương pháp điề ể
u khi n tuyến tính như PI và PID, …. Tuy nhiên các phương
pháp điề ể ế ải lúc nào cũng đem lạ ất lượ ố
u khi n tuy n tính không ph i ch ng mong mu n
mà thường có đáp ứ ậm, độ ổ ị ấp, độ
ng ch n đ nh th chính xác không được cao. Nên khi
áp dụng các phương pháp này khó có thể đáp ứng đượ ầ ất lượ
c yêu c u ch ng ngày càng
kh i. t
ắt khe của các dây chuyền hiệ ạ
n đ Đây là một trong những yêu cầu cấp thiế được
quan tâm đặ ệ ữ
c bi t trong nh ng năm gần đây, ệ
vi c phát triển và áp d ng các thu
ụ ật toán
phi tuy nâng cao ch ng cho h th là c n thi t.
ến để ất lượ ệ ống ầ ế
Hi WTS, theo Hi
ện nay có rất nhiều hướng nghiên cứu cho ệp hội về các vấ ề
n đ
x [3], i
ử lý vật liệu dạng băng có rất nhiều tạp chí và hội nghị đang công bố các nộ
dung nghiên c c này,
ứu về lĩnh vự trong đó có thể thống kê mộ ộ
t cách sơ b thông qua
h chuyên ngành IWEB [4] t c
ội nghị , được ổ chứ 2 năm mộ ầ ộ ị IWEB năm
t l n. H i ngh
nay s c vào tháng 11 t i Texas A&M College Station,
ẽ ế
ti p tục được tổ ứ
ch ạ Texas
USA.
Hình 0.1 T ng
ổ h p s
ợ ố ng nghiên c u t i h i ngh chuyên ngành IWEB
lượ ứ ạ ộ ị
Các lý do trên thúc đẩ ệ ứ ể ậ điề ể
y vi c nghiên c u, phát tri n các thu t toán u khi n cho
WTS, phân tích các phương pháp điều khiể ả
n cơ b n, tìm hiểu và lựa chọn phương
pháp điề ể
u khi n phù h áp d
ợp ụng cho đối tượng ph p k trên.
ức tạ ể Các thách thức trên
c ng m nghiên c u c a lu n án.
ũ chính là ục đích ứ ủ ậ
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019
Số lượng bài tham gia Các bài về điều khiển Các bài về mô hình hóa hệ thống
T p các bài báo t i h
ổng hợ ạ ội nghi chuyên ngành IWEB

16. 2
2. Đối tượ ạ ứ
ng và ph m vi nghiên c u
Đối tượ ứ ệ ậ ể ậ ệ ạng băng (WTS)
ng nghiên c u: H v n chuy n v t li u d . WTS trong
th c bao g t li n t …Nghiên
ực tế liên quan đến nhiều lĩnh vự ồm cơ khí, vậ ệu, điện, điệ ử
c WTS ph lu
ứu về ức tạp do tính đa ngành. Phạm vi nghiên cứu của ận án được giới
h n trong các gi thi :
ạ ả ết sau
- Lu n án nghiên c u v u khi dài trong WTS.
ậ ứ ề điề ển lực căng và tốc độ
- WTS có lô tở và lô cuộn theo nguyên lý hướng tâm, hệ di chuyển theo một
chi u.
ề
- C u ch ng.
ơ cấ ấp hành (động cơ) được coi là lý tưở
- Không xét đế ện tượ ệch băng và chuyể độ ụ ủ ậ ệ
n hi ng l n ng ngang tr c c a v t li u.
- Không xét đế ện tượng trượt băng vậ ệ
n hi t li u trên lô.
- Bi n d t li t Hooke.
ế ạng vậ ệu tuân theo định luậ
3. M c tiêu u
ụ nghiên cứ
- Xây d ng mô hình toán h n bi n thiên c
ự ọc tổng quát cho WTS có xét đế ế ủa mô
men quán tính c a lô t và lô n.
ủ ở cuộ
- Xây d ng thu u khi n h ng v
ự ật toán điề ể ệ ố
th ới các trườ ợ ố
ng h p: thông s mô hình
được xác đị ố ế ất đị
nh rõ và thông s mô hình bi n thiên, b nh.
- Mô ph ng và th c nghi m ki m ch
ỏ ự ệ ể ứng tính đúng đắn các thuật toán đượ ề
c đ
xu t.
ấ
4. u
Phương pháp nghiên cứ
Tìm hiểu và xây dựng mô hình đối tượng, phân tích, xem xét đánh giá các đặc
trưng nổi bậ ủ ố
t c a đ i tượ ừ
ng t đó đưa ra các thuật toán điề ể ợ ậ
u khi n phù h p. Các thu t
toán điề ển đều đượ ứng minh đả ả ự ổn đị ủ ệ ố ề ặ
u khi c ch m b o s nh c a h th ng v m t toán
h ác mô ph ng và th c nghi c ti m ch ng tính
ọc. Thêm vào đó c ỏ ự ệm đượ ến hành để kiể ứ
đúng đắ ất lượ ủ ộ ề ển được đề ấ
n và ch ng c a các b đi u khi xu t.
5. Nh i c a lu
ững đóng góp mớ ủ ận án
Lu n án i
ậ có những đóng góp mớ như sau:
- Mô hình hóa ng t ng quát n rõ tính phi tuy n trong các
dạ ổ th hi
ể ệ ế phương trình
độ ự ọ ộ ở ệ ố ậ ể ậ ệ ạng băng.
ng l c h c lô cu n t cho h th ng v n chuy n v t li u d
- Áp cấu trúc điề ể ực căng không dùng cả ế ệ
u khi n l m bi n cho h thống vận chuyển
v t li u d .
ậ ệ ạng băng
- Đề ấ ấu trúc điề ể ề ữ ự ề ả ặt trượ ộ
xu t c u khi n b n v ng d a trên n n t ng m t đ ng DSC
(Dyn - u
amic Surface Control DSC) tích hợp quan sát lự điề
c căng và u khiể
thích nghi s bù mô men quán tình lô cu n t a trên n n t
ử ụng cơ ế
d ch ộ ở ự
d ề ảng
m - quan
ạng neural xuyên tâm RBF (Radial Basis Function RBF) tích hợp bộ
sát l .
ực căng

17. 3
6. Ý nghĩa khoa họ ự ễ
c và th c ti n
Đề ậ ớ ột đối tượ ứu đang ứ ụ ững lĩnh vự
c p t i m ng nghiên c ng d ng trong nh c đóng
vai trò quan tr ng trong vi c phát tri n c n kinh t , lu
ọ ệ ể ủa nề ế ận án đem lạ ều ý nghĩa
i nhi
c v khoa h n th ti n.
ả ề ọc lẫ ực ễ
Ý nghĩa khoa học:
Lu xu d
ận án đề ất thuật toán điều khiển không sử ụng cảm biến lự ử
c căng mà s
dụng bộ quan sát lực căng cho WTS đảm bảo tính ổn định và bền vững với tham số
b nh xu d ng
ất đị . Thêm vào đó, luận án đã đề ất thuật toán điều khiển thích nghi sử ụ
lu WTS o tính
ật cập nhật tham số và mạng nơ ron RBF cho đảm bả ổn định và thích
nghi v a tham s h th ng
ới sự thay đổi củ ố ệ ố .
Ý nghĩa thự ễ
c ti n:
Các thu u khi t trong lu n án có th
ật toán điề ển đượ ề ấ
c đ xu ậ ể được áp dụng vào
các c t
WTS trong thự ế ằ ả ầ ử ụ ả ế
nh m gi m chi phí do không c n s d ng c m bi n l m
ự ả
c, gi
th th ng
ời gian tinh chỉnh, tính toán thông số mô hình hệ ố và tăng ả
kh năng thích nghi
v i s i thông s mô hình
ớ ự thay đổ ố
7. B c c và n a lu
ố ụ ội dung củ ận án
Lu n án g và ph n k t lu
ậ ồm 4 chương ầ ế ận chung có các nội dung chính như sau:
Chương 1 ổ ề ồ ềm năng ứ ụ ự
: Trình bày t ng quan v WTS g m ti ng d ng, d báo xu
hướ ển trong tương lai gầ ấ ạ ự ọ ấ
ng phát tri n. Phân tích c u t o và l a ch n c u hình WTS
của luận án. Phân tích đánh giá tình hình nghiên cứu, ưu nhượ ể ế ả
c đi m các k t qu , qua
đó lự ọn hướ ứ ủ ậ
a ch ng nghiên c u c a lu n án.
Chương 2: ổ bướ ự ọ
T ng quát hóa các c xây d ng mô hình toán h c cho WTS, xây
dựng mô hình có xét đến thành phần biến thiên của mô men quán tính lô tở và lô
cuộ phân tích đánh giá mô hình từ ị ệ ụ ụ ể để ụ ụ
n, đó xác đ nh các nhi m v c th ph c v cho
thi th
ết kế điều khiển. Lựa chọn và xây dựng mô hình ực nghiệm thỏa mãn các giả
thi t ra ph cho ki m nghi m thu u khi n.
ết đã đặ ục vụ ể ệ ật toán điề ể
Chương 3: Lựa chọn phương pháp thiế ế
t k cấu trúc điề ể ợ ớ
u khi n phù h p v i WTS,
xây d ng c u khi n d n k t h i gi i quy
ự ấu trúc điề ể ựa trên phương pháp lựa chọ ế ợp vớ ả ết
v gi c S d thu t -stepping
ấ ề
n đ ảm lược thiết bị ảm biến bằng bộ quan sát. ử ụng kỹ ậ back
thi b d d
ết kế ộ điều khiển trong trường hợp sử ụng cảm biến lự ử
c căng và s ụng bộ
quan sát l .
ực căng
Chương 4: Xây d ng thu
ự ật toán điề ể ề
u khi n b n vữ ế ợ ặt trượ
ng k t h p m t động DSC
để tăng độ bền vững và khắc phục vấn đề ,
“explosion of term” ứ ụng trong trườ
ng d ng
h nh trong
ợp các tham số mô hình đã biết hoặc bị ảnh hưởng của thành phần bất đị
kho ng . Ti xu n d ng
ả nhỏ ếp theo đề ất xây dựng thuật toán điều khiể thích nghi sử ụ

18. 4
m ng n
ạ ơ ron RBF để ậ
lu t c p nh t tham s m b
ậ ậ ố đả ảo hệ ố
th ng ổ ị ớ
n đ nh v i sự thay đổi
l n c tham s mô hình.
ớ ủa ố
Phầ ế ận đưa ra nhữ ận xét, đánh giá và kế ậ
n k t lu ng nh t lu n về ế ả đạt đượ
k t qu c
c u.
ủa luận án. Bình luận về ý nghĩa khoa học, thực tiễn của các kết quả nghiên cứ
Đồ ời cũng chỉ
ng th ra những khó khăn, hạ ế
n ch và đề xuất, định hướng cho các nghiên
c u ti p theo.
ứ ế

19. 5
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DẠNG BĂNG
1.1 u
Khái quát đối tượng nghiên cứ
1.1.1 Giới thiệu chung
H v
ệ ận chuyển vật liệu dạng băng (WTS) là m t trong s
ộ ố nh th
ững hệ ống có ứng
dụng rộng rãi trong nhiều nhà máy lớn như nhà máy giấy, in ấn, sản xuất tôn thép,
phim, pin năng lượ ặ ờ ữ ả ẩ đượ ạ đóng vai trò rấ
ng m t tr i,... Nh ng s n ph m c t o ra t quan
tr u
ọng trong đời sống thường ngày cũng như công c ộc xây dựng và phát triển đất
nướ ệ ể ắ ặ ở ấ ều nơi
c hi n nay Ta có th
. b t g p WTS r t nhi [5] và [6].
a) Trong s n xu t cu n phim
ả ấ ộ d) n xu t gi y
Trong sả ấ ấ
b) Trong s n xu t pin m t tr i
ả ấ ặ ờ e) Trong s n xu t tôn, thép, inox
ả ấ
c) Trong các ho ng in n
ạt độ ấ f) Trong s n xu i
ả ất vả
Hình 1.1 Các ng d ng WTS trong th (ngu n: )
ứ ụ ực tế ồ [5],[6]

20. 6
C th y
ó thể ấ WTS có r t nhi ng d
ấ ề ứ
u ụ như chỉ
ng . Các ng
ra trong Hình 1.1 ứng dụ
này không ch n ph m thi t y i s i mà còn
ỉ ả
là các s ẩ ế ế trong đờ
u ống con ngườ đóng vai
trò trong việc phát triển đất nước, định hướng tương lai. Như vậy ta có thể thấy độ
ph r t r ng c ng c WTS. th r
ủ ấ ộ trong các lĩnh vự ứng dụ ủa Có những hệ ống đã có từ ất
lâu và đã có nhữ ứ ụ ạ ữ ự ớ
ng nghiên c u và áp d ng mang l i nh ng thành t u to l n. Tuy
nhiên ph c thù c phát tri
ụ ộc vào đặ
thu ủa từng lĩnh vực và sự ển đầu tư vào các hệ
th s c u
ống máy móc tạ ở
i các cơ s ản xuất, sẽ ần mứ ộ
c đ ưu tiên phát triển nghiên cứ
c i ti n v t, công su c bi t làm ch công ngh
ả ế ề năng suấ ất và đặ ệ ủ ệ khác nhau.
 V i m ngành s t
ớ ột số ản xuấ như gi y
ấ , vải, tôn thép… đã có lị ử ể
ch s phát tri n
lâu dài c
, các nhà máy giấy tại Việt Nam hiện nay về ơ bản đã có những bước tiến
quan tr ng v o sát t ng xeo gi
ọ ề ả ất và năng suấ ế
c công su t. K t quả ả
kh ại phân xưở ấy-
Trườ Đẳ ề ệ ấ Đ ệ ọ ấ
ng Cao ng Ngh Công ngh Gi y và Cơ i n - Phú Th , nhà máy gi y Bãi
B ng- - n
ằ Phú Thọ và nhà máy giấy An Hòa Tuyên Quang đã chỉ ra việc áp dụ g khoa
h di ( )
ọc công nghệ vào sản xuất đã thay đổi cả ện mạo nhà máy Hình 1.2 như giảm
đượ ận hành, nâng cao được năng suấ ấ lượng đầ
c nhân công v t và ch t u ra.
Hình 1.2 trong gi làm vi i nhà máy gi (ngu n: )
WTS ờ ệc tạ ấy An Hòa ồ [7]
Hiện nay các thành tựu đạt được trong việc phát triển và nâng cấp với các lĩnh
v ng.
ực này đã được công bố và áp dụ Các vật liệu trong nhóm này đã được chọn
nghiên c t nhi u công trình nghiên c c công b c xu
ứ ấ
u và đã có r ề ứu đượ ố, đã đượ ấ ả
t b n
sách, đặ ệ ả
c bi t là các gi i pháp “Điề ể ền động điệ ệ
u khi n truy n trong công nghi p” cho
các h các nhà máy
ệ ền động điện đượ
truy c ứ ụ ạ ộ ố
ng d ng t i m t s sản xuất giấy, tôn
hi [8] M c s
ện này . ặc dù số lượng các WTS ủa các nhà máy ản xuất các vật liệu trên
tuy có m ít, tuy nhiên t m quan tr ng l i r t l n, có th n n n kinh
ật độ ầ ọ ạ ấ ớ ể ảnh hưởng đế ề
t c ngày
ế ủa một quốc gia, nên trong tương lai cũng vẫn cần duy trì và phát triển để
càng nâng cao hi v kinh t .
ệu quả ề ế

21. 7
 Với một số ngành sản xuất phim nhựa trong lĩnh vực điện tử, sản xuất pin
năng lượ ặ ờ ặc dù đây là một lĩnh vự ớ ư đang là mộ
ng m t tr i, … m c m i nh ng t trong
nh V ng
ững lĩnh vực ứng dụng có xu thế quan trọng và rộng rãi hiện nay. ật liệu dạ
phim nh a mang nh c tính chung c t li u d i, tôn,
ự ữ ặ
ng đ ủa vậ ệ ạng băng ấ ả
(gi y, v …) có
các đặc điể như mỏ ục, có tính đàn hồ ễ ị ế ậ ậ ể
m ng, liên t i, d b khuy t t t khi v n chuy n và
x lý. ng u m
ử Tuy nhiên vật liệu này cũng có nhữ yêu cầ cao hơn như là độ ỏng, độ
r ng, x
ộ công nghệ ử lý in, tích hợp cao hơn, …. ậ ệ
Chính vì v y hi n nay các nghiên cứu
trên th gi i cho WTS c phát tri n cho v u d ng này.
ế ớ cũng đang đượ ể ật liệ ạ
Vai trò của WTS ( )
Hình 1.3 trong việc đổ ớ ệ năng lượ ạ
i m i công ngh ng s ch trong
s giá và t [9].
ản xuất tiên tiến được đánh ổng hơp theo Hình 1.3 cho ta thấy WTS
(Roll-to- t
Roll Processing), là một mắt xích quan trọng tham gia vào quá trình sản xuấ
v t li cung c p cho r t nhi u ng d ng tái
ậ ệu để ấ ấ ề ứ ụng khác nhau trong lĩnh vực năng lượ
t v u d c s d ng s
ạo. Một số ứng dụng điển hình như ật liệ ạng băng đượ ử ụ ản xuất các
tấm pin năng lượ ặ ờ
ng m t tr i trong hệ thống điệ ự ử
n (Electric Power), phim nh a dán c a
s t u
ổ cách nhiệ trong các tòa nhà (Buildings), các điện cực và màng tế bào nhiên liệ
trong v n chuy n (Transportation)…
ậ ể
Hình 1.3 Vai trò c lý trong s n xu ng tái t o (ngu n: )
ủa xử WTS ả ất năng lượ ạ ồ [9]
Đặ ệ lĩnh vự
c bi t trong c sả ấ ệ ử ậ ệ ạng băng ậ ộ ứ ụ
n xu t đi n t , v t li u d có m t đ ng d ng
cao vớ ế ế ỏ ọ ầ ậ ệ ệ điệ
i thi t k nh g n t nhu c
heo [10], [11] thì u v t li u trong công nghi p n
t ( ).
ử trong tương lai sẽ ngày càng tăng Hình 1.4

22. 8
Hình 1.4 ng v t li ng d n t (ngu n: )
Xu hướ ậ ệu được ứ ụng trong ngành điệ ử ồ [11]
Theo k t qu o sát và d Hình 1.4), v t li ng phim
ế ả ả
kh ự báo đến năm 2031 ( ậ ệu dạ
nh ti
ựa sẽ ếp tục có xu hướng ngày càng tăng. Trong đó n v
ổi bật là ật liệu OLED được
dùng v i vai trò hi n th (digital display) trong các thi t b a tivi,
ớ ể ị ố
s ế ị như màn hình củ
máy vi tính, điệ ại di độ ế ị ố ậ ệu OPV đượ ứ ụ
n tho ng và các thi t b s khác. V t li c ng d ng
chủ ế ế ạo pin quang điệ ặ ờ ữ
y u trong ch t n (pin m t tr i) h u cơ. lý
Đặc biệt quá trình xử
cho v t li không ch có v t li u phim nh
ậ ệu dạng băng, ỉ ậ ệ ựa mà c gi
ả ấy vả đề ầ
i… u c n
quá trình x Hình 1.5 ng ch
ử như ép dính
lý ( ), cán, in ô
ấn…Đây là quá trình kh ỉ đòi
hỏi công nghệ cao về phần cơ khí mà còn đòi hỏ ầ ề ỹ ật điề ể
i yêu c u cao v k thu u khi n.
Hình 1.5 Quá trình ép ngu i s n xu t t tr i (ngu n: )
ộ ả ấ pin năng lượng mặ ờ ồ [12]
Qua li WTS kh WTS trong
các số ệu tổng quan về , ta có thể ẳng định vai trò của
công nghi ng, th y WTS v
ệp là rất quan trọ ta có thể ấ ẫn đang và sẽ đóng vai trò rất
quan tr ng trong quá trình s n xu t, x lý các v cho v t li
ọ ả ấ ử ấn đề ậ ệu dạng băng. Đặc
bi t, v d ng
ệ ật liệu được chọn cho nghiên cứu của luận án có xu hướng gia tăng sử ụ
trong tương lai. Điều này có thể ứ ố ệ ụ ể ả
minh ch ng qua s li u c th theo các kh o sát các
nghiên cứ ần đây ứ đề
u g , các nghiên c u u tậ ử ụ ậ
p trung vào cho các s
WTS d ng các v t

23. 9
li a. Theo th h o l 1 IWEB [4]
ệu dạng phim nhự ống kê từ ội thả ần thứ 5 năm 2019 của ,
hội nghị có 23 bài được công bố, trong đó có 12 bài có kết quả thực nghiệm, và 11
bài t qu d m, v u u
có kế ả ựa trên mô hình thực nghiệ ật liệ chọn nghiên cứ chủ ế ạ
y u d ng
phim nh a (PET).
ự
Hình 1.6 Mô hình th c nghi m cho (ngu n: )
ự ệ WTS ồ [13]
Như vậ ớ
y v i xu hướ ề
ng v các nghiên cứu, đặ ệ ứ
c bi t là các nghiên c u về điề ể
u khi n
cho h p trung vào
ệ ậ
t WTS như trên ậ ẽ ậ ứ
, lu n án s t p trung nghiên c u WTS v u
ới vật liệ
là d ng phim nh a
ạ ự .
1.1.2 C o và phân lo i
ấu tạ ạ
WTS d g
được sử ụng trong thực tế ồm nhiều công đoạn đòi hỏi công nghệ cao,
chính xác tuyệ ối như sả
t đ n xu t cu
ấ ộn phim, tấm pin năng lượ ặ ờ
ng m t tr i, và đặ ệ
c bi t
có c u t o ph
ấ ạ ức tạp. WTS thườ ẽ
ng s không có c u t o gi ng nhau hoàn toàn tùy thu
ấ ạ ố ộc
vào lo t li , yêu c u công ngh
ại vậ ệu ầ ệ c th
ụ ể và phương thứ ộ ạ ậ ệu đượ
c cu n do lo i v t li c
s d th WTS v
ử ụng cho hệ ống là không giống nhau. Tuy vậy các ẫn cần phải có các
thành ph n Hình 1.7:
ần cơ bả như
Hình 1.7 Mô hình 3D WTS

24. 10
a) M t s thành ph n
ộ ố ần cơ bả
Lô tở (Unwind roll):
er
Là m t trong 2 thành ph n quan tr ng nh
ộ ầ ọ ất
c th ng. Lô t
ủa hệ ố ở ban đầu sẽ được mang
m ông
ột khối lượng vật liệu nhất định, th
qua quá trình xử lý theo yêu cầu công nghệ,
lượ ậ ệ ẽ ợ ể
ng v t li u này s đư c chuy n sang lô
cuộ ệ ố ền độ ẫ
n qua h th ng truy ng và lô d n.
Lô t ng
ở ra thường được truyền động bằ
động cơ ộ ề độ ơ xoay chiề
m t chi u, ng c u
ho .
ặc phanh từ
Lô dẫn (Guide-roll):
Lô d n có nhi m v n v t li u, có chi
ẫ ệ ụ ẫ
d ậ ệ ều
quay theo chiều di chuy lô
ển của vật liệu từ
t t i n
ở ớ lô cuộ . Nó có nhiệm vụ định vị, làm
phẳng và căng đều vật liệu trước khi được
xử lý tùy theo yêu cầu và được cuộn lại
thành t ng lô.
ừ
Lô cuộn (Rewind roll):
er
Lô cu n trong ng h p cu ng tâm
ộ trườ ợ ộn hướ
tương tự ở ề ậ ệu thì ngượ
lô t , còn chi u v t li c
lại. Lô cuộn trong trường hợp cuộn nổi thì
được điề ể ếp thông qua điề
u khi n gián ti u
khiển hệ tang trống và cuộn đè. Đây cũng
là m t trong nh m c
ộ ững nhược điể ủa WTS
theo ki n n i ( , vì cu n v
ể ộ
u cu ổ floating) ộ ật
li c
ệu không được giữ ố định, cho nên việc
điề ể ứ ạ ả
u khi n khá ph c t p, ph i thông qua
nhi ng
ều độ cơ và các tín hiệu phản hồi để
ổn đị ệ ố
nh h th ng.
C m bi n (Sensors):
ả ế
H th ng c n, m bi n l
ệ ố ảm biế như cả ế ực căng
(load cell) được lắ ặt ngay bên dướ
p đ i bản
gi th ng
ấy, thông báo tín hiệu về ngay hệ ố
để dùng điề ể ệ ố ổn đị
u khi n cho h th ng nh
cũng như thông báo cho hệ ề ộ ử
truy n đ ng x
lý các yêu c u công ngh khi h
ầ ệ ệ ống đã
th
ổn định.

25. 11
b) Phân lo i theo nguyên lý cu n
ạ ộ
Trong th tùy theo v t li u và yêu c u công ngh c th c hi
ực tế ậ ệ ầ ệ đượ
mà WTS ự ện
theo một số nguyên lý khác nhau, n i b t nh t là nguyên lý: Nguyên lý cu
ổ ậ ấ 3 ộn hướng
tâm (Center drive) nguyên lý cu n n i (Floating và nguyên lý cu n s
, ộ ổ drive) ộ ử ụ
d ng
phanh t Trong th có th là t
ừ. ực tế WTS
các ể ổ ợ
h p của các nguyên lý trên, ta thường
g - - - ng
ặp nhất các tổ như hướng tâm hướng tâm, hướng tâm cuộn nổi, phanh từ hướ
tâm, phanh t n n ng t
ừ ộ
-cu ổi…Vi d
ệc sử ụ ổ h thu
ợp nào phụ ộc vào công nghệ, thiết bị,
và v t li u.
ậ ệ
+ Nguyên lý cu n n i
ộ ổ
Nguyên lý cu n n u áp d ng cho lô Hình 1.8
ộ ổi là phương pháp ủ ế
ch y ụ cuộn ( ),
thường đượ ụ ậ ệ ấ ố ệ ả ạ ấ
c áp d ng cho v t li u là gi y. Theo s li u kh o sát t i nhà máy gi y An
Hòa (Xã Vĩnh Lợ ện Sơn Dương, ỉ ộn không đượ
i, Huy T nh Tuyên Quang). Lô cu c
truy tr
ền lực trực tiếp từ ục lô mà việc cuộn lại được điề ể ở
u khi n b i ba cuộn trung gian
là cuộn đè, tang trống trướ ố
c và tang tr ng sau. Lô cu a cu
ộ ại đượ
n l c đặ ở ữ
t gi ba ộn
trên, trong đó ộ ống đượ ặ ạ ở phía dướ ố ộ
hai cu n tang tr c đ t c nh nhau và i. T c đ quay
c lô n u khi n b i ba lô c và tang tr .
ủa cuộ điề ể ở đè và tang trống trướ ống sau
Hình 1.8 Ví d có lô n theo nguyên lý cu i
ụ WTS cuộ ộn nổ
WTS s d i
ử ụng nguyên lý cuộn nổ , đặc biệt là giấy, được dùng rộng rãi cho lô
cuộ ột trong nhưng ưu điể ủ ế ấ ộ ổ
n. M m c a k t c u này cu n n i là vật liệu sẽ đượ ẳ
c là ph ng
do ng b
khi vào cuộn sẽ được miết phẳ ởi các trống và lô đè, tránh các lỗi nhăn, gấp
khúc…. th m
Để ực hiện được nguyên lý này thì mặt lô và bề ặt của vật liệu phải có
m p và th
ột ma sát phù hợ đòi hỏi hệ ống có h n s
ệ ề ộ ứ
truy n đ ng ph c tạ ộ
p, riêng lô cu ẽ
có t i 3 h truy ng ph i h p.
ớ ệ ền độ ố ợ
Vì v t trong nh
ậ ề ặt điề
y xét v m u khiển, đây cũng là mộ ữ khó khăn thách thứ
ng c
c WTS theo ki n n i, vì cu t li c gi c nh, nên vi
ủa ểu cuộ ổ ộn vậ ệu không đượ ữ ố đị ệc điều
khi n r t ph p, ph i thông qua nhi u ph n h nh
ể ấ ức tạ ả ều động cơ và các tín hiệ ả ồi để ổn đị
h th ng.
ệ ố
+ Nguyên lý cu n có s d ng phanh t
ộ ử ụ ừ
Đây cũng ộ nguyên lý đượ
là m t c sử ụ ệ nó tương đố ố
d ng trong công nghi p, i gi ng
các nguyên lý cu n n ng tâm m khác bi t nh t là cu ra hoàn toàn
ộ ổi và hướ . i
Đ ể ệ ấ ộn tở

26. 12
không đượ ền độ ằng động cơ mà chỉ ộ ại được điề ể
c truy ng b có lô cu n l u khi n. Tuy
nhiên, lô t m th , ph
ở ra được trang bị ột hệ ống phanh từ để ục vụ các yêu cầu công
ngh và d ng WTS
ệ được sử ụng rộng rãi trước đây cho nhữ chưa có bộ điều khiển tập
trung. L s
ô tở ẽ đóng vai trò hoạ ộ ở
t đ ng chế độ ử
hãm và s d trong
ụng phanh từ trường
h r p. Hi WTS, phanh n t b ng
ợp này sẽ ất phù hợ ện nay trong một số điệ ừ được thay ằ
h truy ng m t chi u.
ệ ền độ ộ ề
Hình 1.9 Ví d có lô t theo nguyên lý
ụ WTS ở phanh từ
+ Nguyên lý cu ng tâm
ộn hướ
Công ngh ng tâm h ng v i công ngh
ệ ử ụ nguyên lý hướ
s d ng ầ như ố
u gi ớ ệ theo
nguyên lý m các kh i quan tr
cuộ ổ ệ ống cũng bao gồ
n n i. H th ố ọng như lô cuộ ở
n lô t
, ,
c d n c
ảm biến, lô ẫ , …Nhiệm vụ ủa các lô cũng giống như đố ớ ệ ộ ổ
i v i công ngh cu n n i
(floating). Điể ệ ủ ộ
m khác bi t c a cu n hướ ớ
ng tâm so v i cuộn nổi là lô cuộn đượ ề
c truy n
độ ở ột động cơ duy nhất và đượ ữ ố đị ục độ
ng b i m c gi c nh trên tr ng cơ.
Trong nguyên lý hướ ộn chính đều đượ ề
ng tâm, các cu c truy n độ ự ế ằ
ng tr c ti p b ng
các động cơ thay vì gián tiếp như cuộ ổi. Động cơ truyền độ ể là động cơ
n n ng có th
xoay chi lo i
ều không đồng bộ 3 pha, động cơ 1 chiều kích từ độc lập hay một số ạ
động cơ đặ ệ ấ ộ ững ưu điể ổ ậ ủ
c bi t có công su t cao. M t trong nh m n i b t c a nguyên lý
này là h ng truy
ệ ố
th ề ộng đơn giản, không thông qua điề ể ế
n đ u khi n gián ti p các động
cơ trung gian, c ệp nguyên lý này đượ ụ ộ
ho nên trong công nghi c áp d ng r ng rãi. Thêm
nữa, nguyên lý hướ ể ứ ụ ấ ề ạ ậ ệ
ng tâm này có th ng d ng cho r t nhi u d ng v t li u khác nhau
và đang là nguyên lý đượ ử ụ ộ ứ ụ ậ ể ử
c s d ng r ng rãi trong các ng d ng v n chuy n và x lý
v t li u d nay.
ậ ệ ạng băng hiện
Hình 1.10 có lô t và lô cu ng tâm
WTS ở ộn theo nguyên lý hướ

27. 13
Các nguyên lý trên đều đượ ụ ự ễ ệ ự ọ
c áp d ng trong th c ti n, tuy nhiên vi c l a ch n các
nguyên lý phụ thu c vào r u y
ộ ất nhiề ếu tố trong đó có vậ ệ ầ ệ, đáp
t li u, yêu c u công ngh
ứ ủ ấu hình và phương pháp điề ể ự ọ ộ hướ ện đang
ng c a c u khi n l a ch n. Cu n ng tâm hi
đượ ụ ộ ệ ớ ề ậ ệ ệ ố ền độ
c áp d ng r ng rãi trong công nghi p v i nhi u v t li u, vì h th ng truy ng
đơn giản, không thông qua điề ể ế
u khi n gián ti p các động cơ trung gian. Mặt khác với
hướ ứ ậ ậ ệ ạ ựa thì đây là cấu trúc đượ ử
ng nghiên c u t p trung vào v t li u d ng phim nh c s
d ng r u. theo
ụ ất nhiề Luận án này tập trung nghiên cứu WTS có lô cuộn và lô tở
nguyên lý hướng tâm.
1.1.3 Yêu c WTS
ầu chung cho bài toán điều khiển
Để đạt đượ ất lượng và năng suấ
c ch t theo yêu c u công ngh m b
ầ ệ, ngoài đả ảo các
điề ệ ế ế ế ạ ề ặt cơ khí ộ ệ ụ ọ điề
u ki n khi thi t k ch t o v m , thì m t nhi m v quan tr ng trong u
khi n là ph t
ể ải đảm bảo lự ằ
c căng b ng lự ặ
c căng đ ti=Tđ trong toàn h ng và v
ệ ố
th ận
t ph
ốc dài ả ợ
i đư c kiểm soát chặt chẽ trong cả 3 giai đoạ ở ộ ớ
n chính: kh i đ ng v i v tăng
t p
ới giá trị xác lập, xác lậ vi=Vđ ng v gi 0
và quá trình hãm dừ ận tốc dài v ảm về như
Hình 1.11.
Hình 1.11 c tính l n t c dài yêu c u c a
Đặ ực căng và vậ ố ầ ủ WTS
Yêu c WTS
ầ ủa bài toán điề ể ớ
u c u khi n v i :
Gi l p.
ữ ự ạ
c căng t i mỗi đoạn bằng giá trị đặt trong quá trình xác lậ Điều này
đả ả ậ ệ ạng băng không bị
m b o v t li u d biế ạ ậ ể ự
n d ng trong quá trình v n chuy n. L c căng
đặ ụ ộc vào đặ tính cơ lý hóa củ ậ ệu đượ ậ ể
t ph thu c a v t li c v n chuy n.
V u
ận tốc vận chuyển vật liệ v
i (vận tốc dài) tại các phân đoạn phải bám theo
v t
ận tố ặ
c đ Viđ. V n t t c n ph c vào công su t v n chuy
ậ ố ặ
c đ ủ ạ
a các phân đo ụ ộ
thu ấ ậ ển
và c u hình c .
ấ ủa WTS
Để điề ển đượ ệ ống đáp ứ ầ ệ đặ ầ ả
u khi c h th ng yêu c u công ngh t ra, ta c n ph i xây
d th
ựng mô hình toán học của hệ ống. Việc xây dựng mô hình toán học cho WTS rất
phức tạp, có số lượ ế ề
ng các bi n vào/ra nhi u trong khi các tham s n thiên theo
ố ế
bi thời
gian.
tw(N)
t(s)
Tđ (N)
Vđ (m/s)
vi(m/s)

28. 14
Hình 1.12 ng tâm
Mô hình cơ khí cho WTS theo nguyên lý hướ
Hướ ứ ủ ậ ự ọ ự ệ
ng nghiên c u c a lu n án l a ch n th c hi n ( ):
Hình 1.12
+ WTS có lô t và lô cu ng tâm, v t li u di
ở ộn theo nguyên lý hướ ậ ệ
chuy n theo m t chi u
ể ộ ề
+ V t li u v n chuy ng phim nh a
ậ ệ ậ ển dạ ự
+ Điề ể ữ
u khi n gi tw=Tđ; vậ ố
n t c dài vi=Viđ trong ch p
ế độ xác lậ

29. 15
1.2 T u cho WTS c a lu
ổng quan về các hướng nghiên cứ ủ ận án
WTS là m th
ột hệ ống có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra, phi tuyến có tham số
bi ,
ến thiên do đó việ ế ế điề ể ệ
c thi t k u khi n h th c. N
ống gặp rất nhiều thách thứ ội dung
nghiên c u tr c ti p trong lu n án này g xây d ng mô hình toán h ng t
ứ ự ế ậ ồm ự ọc dạ ổng
quát và đề ất phương pháp điề ể ều lô xem xét đế ảnh hưở
xu u khi n WTS có nhi n ng
c b n.
ủa thông số ất định và biến thiên lớ Để phụ ụ ệ ứ
c v cho vi c nghiên c u và làm rõ
các đóng góp củ ậ ụ ẽ ổ ạ ấ ề ủ
a lu n án, trong m c này s t ng quan l i các v n đ c a các nghiên
c th n v WTS
ứu đã và đang ực thiệ ề các nội dung mô hình hóa , cấu trúc và phương
pháp điề ể
u khi n.
1.2.1 T mô hình hóa WTS
ổng quan về
Để điề ển đượ ệ ố ộ ữ ệ ọng đầ
u khi c h th ng này thì m t trong nh ng công vi c quan tr u
tiên là ph ng mô hình toán h c chi ti t cho h
ải xây dự ọ ế ệ. Đã ấ ề ứ ề
có r t nhi u nghiên c u v
xây d ng mô hình toán h t nhi u thành t
ự ọ đạt đượ ấ
c và đã c r ề ự như
u [6], [14], [15],
[16]. t khô s d t
Để ổng hợp mô hình toán học cho WTS ng chỉ ử ụng một định luậ để
xây d ng và ng h . Trong th các nghiên c u hi
ự tổ ợp, vì đây là cơ hệ ứ
ph c tạp ực tế ứ ện
nay ch n ph i s ng k t h
ỉ ầ
ra c ả ử ụ
d ế ợ ề
p nhi u cơ sở ế cho cơ hệ ứ ạp như
lý thuy t ph c t
WTS.
B ng 1.1
ả lý thuy t xây d ng mô hình hóa
Cơ sở ế ự WTS
Độ ự ọ ạ ậ ệ Độ ự ọ
ng l c h c cho đo n v t li u ng l c h c cho lô
 S d i
ử ụ ị
ng các đ nh luật như bảo toàn khố
lượ ế ợ ớ ị ật như đị
ng k t h p v i các đ nh lu nh
lu e nh lu b [17], [18],
ật Hook , đị ật Coulum
[19], [20], [21]
 S d
ử ụng định lu t b
ậ ảo toàn động
lượng[17], [18]
Các công trình nghiên cứu đều đã áp dụng cơ sở ị ật trên để ế ậ
các đ nh lu thi t l p
xây d ng mô hình toán h c, tuy nhiên m i cách ti p c n và m u khi n khác
ự ọ ỗ ế ậ ục tiêu điề ể
nhau d ng mô hình s xem xét khía c nh c
ẫn đến các dạ ẽ ở ạ ụ thể như sau:
+ V i nghiên c u [17] s d ng thi t l p mô hình toán h n v
ớ ứ ử ụ cơ sở ế ậ ọc cho đoạ ật
li B
ệu và các lô như ảng 1.1. Tuy nhiên mô hình chưa thiết lập cho tất cả các đoạn
v u, u
ật liệ đây là một WTS có nhiều đoạn vật liệu, được chia làm 4 đoạn vật liệ
( ) l
Hình 1.13 có các giá trị ực căng tương ứng 2 3 4 5
, , ,
T T T T. v
Ví dụ ới lực căng 2 3
,
T T
được đo về oadcell để ở
qua l làm cơ s tính u
T , l
tương tự ực căng 4 5
,
T T được đo về
qua l tính
oadcell để làm cơ sở w
T . Trong nghiên cứu này có hai bộ điều khiển cần
phản hồi lực căng, lực căng cho bộ điề ể ề ộ
u khi n truy n đ ng lô tở u
T l
cuộn và ực căng
điề ể ền độ ộ
u khi n cho truy ng lô cu n w
T . Lực căng w
,
u
T T này đượ ằ
c tính b ng trung

30. 16
bình c ng c ng l c cho các lô, nghiên c
ộ ủa lự ạ ề độ
c căng các đo n. V ực họ ứ đã xem
u
xét bi n thiên c a bán kính lô v n li u ch m, và b
ế ủ ậ ệ ậ ỏ qua bi n thiên này trong mô hình.
ế
Hình 1.13 Mô hình nhi n l (ngu n: )
WTS ều phân đoạ ực căng ồ [17]
u [22], [23] nhi n,
+ Nghiên cứ đã đ mô hình độ
ưa ng lực học cho hệ ều phân đoạ
phương trình lực căng đã đượ ổng quát hóa cho các đoạ ậ ệ ặ ệ
c t n v t li u, đ c bi t mô hình
đông lự ọc cho đoạ ậ ệu đã xét cả đế ảnh hưở ố
c h n v t li n ng có tham s chi u
ề dài vật liệu
L(t) là thông số biến thiên theo thời gian. Tuy nhiên xét đến độ ọ
ng h c trên, các nghiên
c qu
ứu bỏ ả thành phần ảnh hưởng bởi biến thiên bán kính các lô vật liệu. Mặc dù
nghiên c t li i chi ti t, k t h p v ng l
ứu đã đưa ra mô hình đoạn vậ ệu tương đố ế ế ợ ớ độ
i ực
các lô để ự ọc cho WTS, nhưng kế ả ứ ớ ừ
xây d ng mô hình toán h t qu nghiên c u m i d ng
l i ph m nghi m mô hình toán h c.
ạ ở ần kiể ệ ọ
u: [18], [19] [20] [21]
+ Các nghiên cứ , , đã đưa ra ợ ế ế
mô hình phù h p cho thi t k
điề ể ện đạ ộ ổ ố ần đây về
u khi n hi i. M t cách t ng quát trong các công b g mô hình hóa
cho h t ph n, nghiên c xét mô hình cu n l i d ng m n v
ệ ộ
m ân đoạ ứ đã
u [18] ộ ạ ạ ột đoạ ật
li d
ệu như Hình 1.14, lực căng đượ ị
c xác đ nh bằng cách sử ụng cảm biến lực (load
cell).
Hình 1.14 Mô hình m n l (ngu n: )
WTS ột phân đoạ ực căng ồ [18]

31. 17
Phương trình lự đượ ịnh là phương trình độ ự
c căng cho Hình 1.14 c xác đ ng l c
học cho đoạn vật liệu. Sau đó xác định các phương trình động lực học cho hai lô vật
liệu như Hình 1.15, trong đó đầu vào là mô men τu, τr, đầ ực căng ậ ố
u ra là l T và v n t c
góc ωu, ωr c a lô t và lô cu n.
ủ ở ộ
Hình 1.15 Mô hình toán h m n (ngu n:
ọc WTS ột đoạ ồ [18])
Mô hình như đã mô tả được quá trình độ ự ọ
trong Hình 1.15 ng l c h c của WTS.
M có d s
ô hình toán học ạng phi tuyến với các hệ ố đặc tả đượ ố
c thông s mô hình, cho
phép nhóm tác giả ế
thi t kế được bộ điề ể ế
u khi n phi tuy n cho hệ trong đó các hệ ố
s k1,
k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9 c th ng.
là các tham số được tính toán theo thông số ủa hệ ố
Tuy nhiên xét v m công ngh c , thì mô hình trên ng quát hóa
ề đặc điể ệ ủa WTS chưa tổ
các bư chưa
ớc thự ệ
c hi n, ki v t li n tham
ểm chứng ận tốc dài của vậ ệu và chưa xét đế
s bi n thiên c t li u.
ố ế ủa mô hình như mô men quán tính trên lô vậ ệ
Như vậ ứ ở đã xem xét đến độ ự ọ ủ ộ đoạ ậ
y các nghiên c u trên ng l c h c c a m t n v t
li u
ệ , một số nghiên cứu cũng đã đưa ra mô hình động l c h u
ự ọc cho nhiều đoạn vật liệ
và độ ự ọ ủ ậ ệ để ứ ế ế điề ể
ng l c h c c a lô v t li u. Tuy nhiên nghiên c u thi t k u khi n chung
cho thì v h g ng l c h
WTS ẫn cần tổng quát hóa mô hình cho cả ệ ồm độ ự ọc các phân
đoạ độ ự ọ ủ ậ ệ ẫ ự ầ ả đượ
n, ng l c h c c a các lô v t li u và lô d n. Mô hình xây d ng c n mô t c
đặ ủa đối tượ như ế ấ ự ế ủ ố
c tính c ng tính phi tuy n trong c u trúc, s bi n thiên c a thông s
mô hình theo th i gian. Vi c mô hình hóa chính xác s giúp cho vi c thi t k
ờ ệ ẽ ệ ế ế điều
khi c chính xác, nâng cao u khi n h ng
ển đượ chất lượng điề ể ệ thố .
Hướ ứ ủ ậ ự ọ ự ệ ự
ng nghiên c u c a lu n án l a ch n th c hi n mô hình hóa WTS d a trên
nghiên c u a lu n án là v n:
ứ [18] tuy nhiên đóng góp củ ậ ề mô hình có xét đế
+ T c xây d ng mô hình cho WTS v i s ng lô
ổng quát hóa các bướ ự ớ ố lượ
và s t li t k .
ố đoạn vậ ệu bấ ỳ
+ Xét đế ố ế ủ ậ ệ
n tham s bi n thiên mô men quán tính c a lô v t li u.
+ Chuy n mô hình v d ng phù h p v i yêu c u công ngh có bi
ể ề ạ ợ ớ ầ ệ ến đầu
ra là l n t c dài.
ực căng và vậ ố
1 2 3
4 5 6
7 8 9
u u u
u r r
r r r
k k T k
T k k T k
k T k k
ω ω τ
ω ω ω
ω ω τ
= + +
= + +
= + +



u
τ
r
τ
T
u
ω
r
ω

32. 18
1.2.2 T n
ổng quan về phương pháp điều khiể
Nghiên c u ng d ng và phát tri u khi n cho v
ứ ứ ụ ển các thuật toán điề ể WTS ẫn đang
đượ ệ ổ ể chia làm hai nhóm chính như sau:
c quan tâm hi n nay. T ng quan ta có th
a) u khi n tuy
Điề ể ến tính
Có thể nói, trướ ầ
c đây đa ph n các bộ điề ể ả ệ
u khi n cơ b n trong công nghi p đều là
các bộ điề ể ế ều phương pháp của điề ển nâng cao đượ
u khi n tuy n tính. Nhi u khi c phát
triển về tư tưở ừ
ng t lý thuy u khi n tuy
ết điề ể ến tính. Trong các nhà máy, kết quả khảo
sát cho th u khi
ấy vẫn đang áp dụng các bộ điề ển kinh điển PID [17], [24], [25], [26],
[27], [28], [29] với yêu cầu công nghệ nhất định thì các bộ điều khiển này vẫn đang
ho d
ạt động đảm bảo các yêu cầu đặt ra, thuật toán ễ dàng đượ ặ
c cài đ t trong các bộ
điề ển đang đượ ụ ạnh đó, ộ điề ể đượ ế
u khi c áp d ng. Tuy nhiên bên c các b u khi n c thi t
kế cho đối tượ ọ ớ ả
ng có mô hình toán h c v i gi thiết tham số không đổi, d i b
ẫn tớ ộ điều
khi v b bi a
ển chưa đáp ứng tốt ới sự ất định và ến thiên củ tham số trong mô hình. Để
c k bù
ải thiện chất lượng bộ điều khiển tuyến tính người ta có thể ết hợp với các bộ
như sau:
+ Phương pháp bù sai lệ ự ế
ch mô hình: Trong th c t hiện nay, để cải thiện các chất
lượ ộ điề ể ế ằ ệ ỹ
ng cho các b u khi n tuy n tính, b ng kinh nghi m các k sư vậ ạ
n hành t i các
nhà máy s tính toán b bù cho l
ẽ ộ ực căng Tsum bằng tổng các Ti được bù theo nguyên
lý bù sai l ch mô hình
ệ Hình 1.16 i thi
, với các bộ bù này đã cả ện đáng kể ất lượ
ch ng
cho điề ể ớ ỗ ệ đòi hỏ ộ ải đượ
u khi n. Tuy nhiên v i m i công ngh i b bù ph c tính toán và
th nghi m bù t
ử ệm để có điể ối ưu.
Hình 1.16 C u trúc b n PID s d ng b bù l (ngu n: )
ấ ộ điều khiể ử ụ ộ ực căng ồ [7]

33. 19
+ Phương pháp ể ể ạ ỏ ễ ủ độ
đi u khi n lo i b nhi u ch ng ADRC (Active Disturbance
Rejection Control) n th ng là
: Phương pháp ADRC so với phương pháp PID truyề ố
chỉ ầ ề đối tượng ta đã có thể tính toán đượ
c n ít thông tin v c bộ điề ể
u khi n [30], [31],
[32], [33], . Việc ướ ự ế ủ ạ ới này đượ ự ệ ằ
c tính tr c tuy n c a tr ng thái m c th c hi n b ng cách
s d r – quan
ử ụng bộ quan sát trạng thái mở ộng (Extended State Observer ESO). Bộ
sá à ó nhi õ à
t n y c ệm vụ theo d i v ước lư c đ
ợ ễ
ng c c nhi
á u tá ộ ự ế ố
ng tr c ti p, c c sai s
á của
vi c mô hình hó ng so v i th nh, cho
ệ a đố ợ
i tư ớ ực tế. Nhờ các ưu điểm như dễ chỉnh đị
đáp ứ ề ữ ố quá trình thay đổ ộ điề ể ạ ỏ
ng nhanh và tính b n v ng khi tham s i, b u khi n lo i b
nhiễu chủ động đang được quan tâm nghiên cứu để thay thế cho bộ điều khiển PID
truy ng. u [34] s d ng b r quan
ền thố Nghiên cứ ử ụ ộ quan sát mở ộng ESO để sát các
thành ph n phi tuy n và nhi ng tuy n tính và thi t k
ầ ế ễu để ừ đó đưa mô hình về ạ
t d ế ế ế
điề ể
u khi n.
Hình 1.17 C u khi n ADRC (ngu n: )
ấu trúc điề ể ồ [34]
M các b d p,
ặc dù ộ điều khiển tuyến tính được sử ụng rộng rãi trong công nghiệ
có c u khi n phân tán, d c hi n, chi phí th
ấu trúc điề ể ễ ự
th ệ ấp. Tuy nhiên chưa phù hợp
khi tham s mô hình bi n thiên ho c có nhi ng. Khó t ng h p b u khi
ố ế ặ ễu tác độ ổ ợ ộ điề ển
và xét ổn đị ả ệ ạ Đặ ệ
nh cho c h d ng MIMO [35], [36], [37], [38], [39], [40]. c bi t khi
v n hành ph thu c nhi u vào kinh nghi m hi u ch nh c
ậ ụ ộ ề ệ ệ ỉ ủa kỹ sư.
b) u khi n phi tuy
Điề ể ến:
V c
ới mô hình hệ ắt cuộn lại một đoạn, các giải pháp điều khiể ế ệ
n phi tuy n hi n
đại như điề ển trượt, điề ể ờ ... đã
u khi u khi n m [41], [42] [43] [44], [35], [45], [46]
, ,
đượ ụ ằ ất lượng đ ề ể ủ
c áp d ng nh m nâng cao ch i u khi n c a các WTS.
+ Phương pháp điề ể ề ững trong đó phả ể đến phương pháp trượ
u khi n b n v i k t
[47], [48] nhi
đây là phương pháp có ưu điểm là bền vững với các yếu tố ễu đầu vào,
ít nh n thiên c a tham s u vào, có kh u t c bi
ạ ớ ự ế
y v i s bi ủ ố đầ ả năng kháng nhiễ ố ặ
t, đ ệt
đáp ứ độ ự ọ ớ ầ ố ỏ khi điề ể ự
ng ng l c h c nhanh. Tuy nhiên v i yêu c u sai s nh u khi n l c

34. 20
căng cho mô hình lự ọ ế ả ỏ ứ ẫn có độ
a ch n, k t qu mô ph ng theo nghiên c u trên v quá
điề ỉ ộ quá điề ỉ ả ữ
u ch nh cao ( ),
Hình 1.18 có đ u ch nh kho ng 10%. Hơn n a, chưa nêu rõ
giải pháp khắc phục hiện tượng chattering, hiện tượng này đặ ệ ẽ ảnh hưở đế
c bi t s ng n
vi tri n khai b n s trên thi th t.
ệc ể ộ điều khiể ố ết bị ậ
Hình 1.18 ng l t (ngu n: )
Đáp ứ ực căng khi áp dụng phương pháp trượ ồ [49]
+ Điề ển thông minh: Điề ể ạ nơ ron có khả năng họ ấ ỉ
u khi u khi n m ng c, x p x hàm
phi tuy n, kh sai s c hi n tích h p hi u qu ng d ng th
ế ử ố ự
[44], [50] th ệ ợ ệ ả ữ ứ
cho nh ng ụ ời
gian thực. Đã có nhi u nghiên c
ề ứu theo hướ ư
ng này nh [51], tuy nhiên cấu trúc tương
đố ứ ạ ụ ải tính đế ả ả năng cài đặ ậ ế ị
i ph c t p, khi áp d ng ph n c kh t thu t toán trên thi t b .
Điề ể ờ cũng được đã đượ ứ ụ ới ưu
u khi n m [52], [53] c nghiên c u áp d ng cho , v
WTS
điể ấu trúc đơn giả ễ ự ầ ều thông tin đầy đủ ề đối tượ
m c n d th c thi, không c n nhi v ng,
nhược điể ả ự ệm điề ể ủ
m là ph i d a trên kinh nghi u khi n c a chuyên gia.
+ Điề ể ấ ề ứ ần đây đã có
u khi n thích nghi: R t nhi u nghiên c u g nhữ ố ề
ng công b v
các cấu trúc điề ể Trong đó thiế ế ộ
u khi n thích nghi cho WTS. t k b điề ể ử ụ
u khi n s d ng
k thu t -stepping g th hu
ỹ ậ back ần đây được nghiên cứu và công bố. Có thể ấy t ật toán
điề ể ứ
u khi n back-stepping theo các nghiên c u [20], [21], [50], [54], [55] và [56] cho
WTS đã phầ ấ ấ ợ ổ ị ủ
n nào cho th y ch t lư ng và tính n đ nh c a hệ đượ ả ả
c đ m b o, kết quả
th hi n cho l u ch nh r t nh (1%) và (
ực ệ ực căng có độ quá điề ỉ ấ ỏ như Hình 1.19).
Hình 1.19 ng l d ng back-stepping (ngu n: )
Đáp ứ ực căng sử ụ ồ [56]

35. 21
Vi -stepping
ệc thiết kế theo phương pháp back này có nhiều ưu điểm, đầu tiên
đây là hệ ả ủ ổn đị ầ ổn đị
qu c a nh Lyapunov, nên không c n xét nh. Tuy nhiên khi áp
d thu
ụng kỹ ật này bộ điều khiển phải khắc phục được hiện tượng nhạy với đạo hàm
bi n thiên [57].
ế
1.3 xu ng th n
Đề ất phương hướ ực hiệ
T th d g n v
ừ các phân tích ở trên có thể ấy việc xây ựng mô hình toán học ầ ới thực
t b n cho WTS nhi bi
ế và thiết kế ộ điều khiể ều lô dẫn có tính phi tuyến, tham số ến
thiên là điề ấ ế ậ đề ấ ớ ứu như sau:
u c p thi t. Lu n án xu t các hư ng nghiên c
+ Với mô hình toán học cần phải tổng quát hóa đưa ra đượ ớ ố
c mô hình v i s lượng
lô d n và s t k phân tích l
ẫ ố đoạ ấ
n b ỳ ừ đó có thể
, t ựa chọ ợc các phương pháp điề
n đư u
khi p. u xu t t ng
ển phù hợ Vì lý do này, l ận án đề ấ ổng quát hóa phương pháp xây dự
mô hình toán h c cho . Mô hình o c c cho t
ọ WTS thu đượ ả ả
c đ m b ả độ ự
ng l c họ ừng
đoạ ậ ệ độ ự ọ
n v t li u và ng l c h c cho các lô gồm cả lô vật li u và các lô d
ệ ẫn. Từ mô hình,
ta có th hân tích ng c a các thông s n ch
ể p ảnh hưở ủ ố ại lượ ảnh hưởng đế
và các đ ng ất
lượ ệ ố ụ ụ ế ế
ng h th ng ph c v thi t k điề ể
u khi n.
+ Nhi ti
ệm vụ ếp theo là xây dựng cấu trúc bộ điề ể
u khi n phù hợp cho WTS WTS
.
có c u hình d ng MIMO, nhi
ấ ạ ều cơ cấ ấ ệ ụ ế ế ộ điề ể
u ch p hành. Nhi m v thi t k b u khi n
có c u trúc phù h p là m t trong nh m v quan tr t là gi
ấ ợ ộ ững nhiệ ụ ọng, đặc biệ ảm lược
các ph c l a ch
ả ồ ạ ằ ệ
n h i tr ng thái b ng vi ự ọ ộ ợ ận án đề
n b quan sát phù h p. Trong lu
xu t xây d ng c u trúc b u khi n trên n n -stepping k t h i b quan sát
ấ ự ấ ộ điề ể ề back ế ợp vớ ộ
đả ảo điề ể ực căng và ậ ố ầ ệ
m b u khi n l v n t c theo yêu c u công ngh .
+ Nâng cao ch cách k
ất lượ ộ điề ể ằ
ng cho b u khi n b ng ế ợ ậ
t h p các thu t toán phù
h nh ng i WTS lu
ợp cũng là một trong ữ hướng phát triển hiện nay. Vớ đặc thù của ận
án đề ấ ấ ộ
xu t c u trúc b điề ể ề ữ ự ế ợ
u khi n thích nghi b n v ng d a trên ing k
b -stepp
ack t h p
v i m ng RBF.
ớ ặt trượt động và mạ
Hướ ứ ủ ậ ự ọ ự ệ ứ ứ ụ ậ
ng nghiên c u c a lu n án l c ch n th c hi n nghiêu c u ng d ng các thu t
toán hi i d a trên nghiên c u [21]:
ện đạ ự ứ
+ Xây d ng b u khi n có c u trúc t p trung s d ng b quan sát l
ự ộ điề ể ấ ậ ử ụ ộ ực
căng.
+ Thi t k u khi ng h th n tính b
ế ế điề ển bền vữ ệ ống xem xét đế ất định của
thông s h th ng.
ố ệ ố
+ Thi t k u khi n thích nghi cho h th ng có thông s biên thiên l n.
ế ế điề ể ệ ố ố ớ

36. 22
1.4 K t lu
ế ận chương 1
N m t c hi n:
ội dung chương ộ đã thự ệ
+ T ng quan vai trò, ng phát tri c thích ng và kh ng
ổ xu hướ ển và năng lự ứ ả năng ứ
d ng th c WTS.
ụ ực tế ủa
+ a WTS
P i, l
hân loạ ựa ch c các c
ọ ớ ệu đượ
n, gi i thi ấ ụ ể ủ
u hình c th c , d báo xu
ự
hướ ể ừ đo lự ọn đượ ối tượ ụ ụ cho hướ ứ ủ
ng phát tri n t a ch c đ ng ph c v ng nghiên c u c a
đề tài.
+ Trình bày t ng quan v th u khi n
ổ ề mô hình hóa và các phương pháp, hệ ống điề ể
WTS, phân tích ưu nhược điểm, tiềm năng ứng dụng của từng phương pháp qua đó
l n ng nghiên c u cho lu n án.
ựa chọ hướ ứ ậ
Trong tài t p trung nghiên c u, phân tích t ng quát hóa mô
chương tiếp theo, đề ậ ứ ổ
hình toán h c cho .
ọ WTS
Nội dung chương 1 đã đượ ố
c công b trong m t s
ộ ố phần trong các bài báo:
[1] Nguy n Tùng Lâm, Nguy
ễ ễn Văn Tài, Tố ị
ng Th Lý, Đỗ Trọ ế ễ
ng Hi u, Nguy n Đức
Hiếu (2021), “Điề ể ực căng hệ ố ậ ể ậ ệ ạng băng
u khi n l th ng v n chuy n v t li u d ” , Tạp
chí khoa h c công ngh thu t, s 149, 22-28.
ọ ệ các trường đại học kỹ ậ ố

37. 23
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO HỆ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DẠNG BĂNG
Vi ng, cho h v
ệc phân tích nguyên lý hoạ ộ
t đ xây dựng mô hình toán học ệ ận
chuy ) th ng
ển vật liệu dạng băng (WTS đóng vai trò đặt nền móng để ực hiện xây dự
bài toán điề ể ệ ố ộ ủ hương
u khi n h th ng. N i dung chính c a c này trình bày nguyên lý
ho WTS, t
ạ ộ
t đ ng của chi tiế các bước t mô
ổng hợp hình toán h ng t ng quát d
ọc dạ ổ ựa
trên các nghiên c u v
ứ ề mô hình độ ự ọ ủ ệ. Qua đó phân tích các ảnh hưở
ng l c h c c a h ng
c h th
ủa các tham số ệ ống lên mô hình, xác định rõ đặc điểm của mô hình toán học
c th , u ph u khi n v thi t sau:
ủa hệ ống các yêu cầ ục vụ bài toán điề ể ới các giả ế
- WTS có lô t và lô cu ng tâm.
ở ộn theo nguyên lý hướ
- C u ng.
ơ cấ chấp hành (động cơ) được coi là lý tưở
- Không xét đế ện tượ ệch băng và chuyển độ ụ ủ ậ ệ
n hi ng l ng ngang tr c c a v t li u.
- Không xét đế ện tượng trượt băng vậ ệ
n hi t li u trên lô.
- Bi n d t li t Hooke.
ế ạng vậ ệu tuân theo định luậ
2.1 Nguyên lý v t li d c a WTS
ận chuyển vậ ệu ạng băng ủ
WTS u th
được xét trong nội dung nghiên cứ chương 2, ực hiện theo nguyên lý
cuộn hướng tâm. Trong nguyên lý hướng tâm, các lô v u
ật liệ đều đượ ẫ ộ ự
c d n đ ng tr c
ti p
ế qua tr có c u t
ục của lô. WTS ấ ạo gồm các thành phần chính như trong ( ),
Hình 2.1
có nhi m v n chuy n và x t li lô t ô d
ệ ụ ậ
v ể ử ậ
lý v ệ ạng băng ừ
u d t ở được qua các l ẫn và
đượ ộ ạ ộn. Trong đó các lô vậ ệu đượ ẫn độ ở ộng cơ,
c cu n l i vào lô cu t li c d ng b i các đ
riêng các lô d n trong t ng h p s lô d (không có
ẫ ừng trườ ợ ẽ ể ỉ ồ
có th ch g m ẫ ị độ
n b ng
dẫn độ ạ ụ
ng t i tr c) hoặc gồ ả ẫ ủ
m c lô d n ch động (có dẫn độ ạ ụ
ng t i tr c). Ngoài ra WTS
còn tích h p các thành ph h th ng, truy n ng, ….
ợ ần khác như ệ ống đo lườ ề độ
Hình 2.1 Các thành ph n chính c a h th ng ng tâm
ầ ủ ệ ố theo nguyên lý hướ

38. 24
Để tổng quát hóa quá trình mô hình hóa cho WTS, ta sẽ xét nguyên lý v n chuy
ậ ển
v ng
ật liệu dạng băng gồ ộ
m các tác đ ảnh hưởng lên vật liệu khi vận chuyển và các
tác độ ữ
ng gi a vậ ệ ậ ệ ở ộ ẫ ộ
t li u lên lô v t li u (lô t và lô cu n) và lô d n. Trong n i dung
chương này để ậ ể ậ ệ ả ẽ ậ ứ
xét nguyên lý v n chuy n v t li u, tác gi s t p trung nghiên c u
nguyên lý các thành ph n chính sau:
ầ
- Lô v t li u: lô t và lô cu n.
ậ ệ ở ộ
- Lô d n: lô d n ch ng và lô b ng.
ẫ ẫ ủ độ ị độ
- L c n v t li u n i.
ự kéo trên đoạ ậ ệ , và độ trượt, độ ổ
2.1.1 Nguyên lý v a lô v t li u và lô d n
ận chuyển củ ậ ệ ẫ
Lô v t li u bao g m lô t và lô cu . Khi v
ậ ệ ồ ở ộ , đây là hai lô chính củ
n a WTS ận
chuy x
ển vật liệu từ lô tở sang lô cuộn để ử lý như cắt, hay in ấn… ta nhận thấy khối
lượ ủ ả
ng c a c WTS không đổ ừ ậ ệ ẽ
i, tuy nhiên xét cho t ng lô v t li u s có khối lượng thay
đổ ờ
i theo th i gian.
a) Lô tở
Lô t u s ng kính lô l n nh ng kính c a lô và ph
ở lúc đầ ẽ có đườ ớ ất gồ đườ
m ủ ần vật
li n, ph gi
ệu được cuộn trên lô. Trong quá trình vận chuyể ần vật liệu sẽ ảm dần theo
th thu quay c n t i g
ời gian phụ ộc vào tố ộ
c đ ủa lô tở, và điều này dẫn đế ạ lô tở ồm hai
chuy Hì .
ển động như nh 2.2
Hình 2.2 Nguyên lý v n chuy t li u d
ậ ển vậ ệ ạng băng qua lô tở
- Chuy á
ể ộ
n đ ng 1: chuyển động quay với mô men qu n tính giảm theo thời
gian ph thu c góc c a lô t .
ụ ộc vào vận tố ủ ở
- Chuy chuy v t
ển động 2: ển động tịnh tiến đi ra khỏi lô của một lượng nhỏ ậ
li n v i cu n ph thu c vào v n t c dài c a lô d n.
ệu theo phương tiếp tuyế ớ ộ ụ ộ ậ ố ủ ẫ
b) n
Lô cuộ
Lô cu ng kính lô nh ng kính c
ộn lúc đầu sẽ có đườ ỏ ất là đườ
nh ủa lô và chưa có
vật liệu được cuộn trên lô. Trong quá trình vận chuyển phần vật liệu sẽ tăng dần theo
th thu c n t i
ời gian phụ ộc vào tố ộ
c đ ủa lô cuộn, và điều này dẫn đế ạ lô cuộn gồm hai
chuy .
ển động như Hình 2.3

39. 25
Hình 2.3 Nguyên lý v n chuy t li u d n
ậ ển vậ ệ ạng băng qua lô cuộ
- Chuyển động 1: chuyển động quay với mô men quan tính tăng theo thời
gian ph thu c góc c a lô t .
ụ ộc vào vận tố ủ ở
- Chuy v
ể ộ
n đ ng 2: chuyể ộ
n đ ng tịnh tiến đi vào lô của một lượng nhỏ ật liệu
theo phương tiế ế ớ ộ ụ ộ ậ ố ủ ẫ
p tuy n v i cu n ph thu c vào v n t c dài c a lô d n.
c)Lô dẫn
Lô d n trong th
ẫ ực tế đa số là các lô dẫ ụ độ ớ ề ệ ố
n th ng, tuy nhiên v i nhi u h th ng
v c th , d ng.
ới yêu cầu công nghệ ụ ể người ta vẫn phải sử ụng thêm các lô dẫn chủ độ
Trong quá trình n chuy n v t li , lô d i vì v t li
vậ ể ậ ệu ẫ ẽ có bán kính lô không đổ
n s ậ ệu
ch ch có
ỉ ạ ẫ Như vậ ạ ẫ
y qua lô d n. y, t i lô d n hai chuy ng:
ển độ
- Chuy Chuy
ển động 1: ển động quay với mô men quán tính không thay đổi
theo th u là lô d
ời gian. Nế ẫn bị độ ể
ng thì chuy n độ ữ ậ ệ
ng quay do ma sát gi a v t li u và
lô, n u là lô d n ch ng chuy ng quay s xét thêm mô men d ng trên tr
ế ẫ ủ độ ển độ ẽ ẫn độ ục
lô.
- Chuy Chuy n d
ể ộ
n đ ng 2: ể động tịnh tiến của vật liệu ạng băng chạy qua lô
v i v n t p tuy n v i lô
ớ ậ ốc v theo phương tiế ế ớ .
Hình 2.4 Nguyên lý v n chuy t li u d n
ậ ển vậ ệ ạng băng qua lô dẫ
Lô d t li u và có th tham gia vào quá trình n v
ẫn đóng vai trò đỡ ậ
v ệ ể v n chuy
ậ ể ật
li v t li
ệu (với lô dẫn chủ động). Tương tác giữa ậ ệu cần vận chuyển và lô dẫn phụ

40. 26
thuộc vào ma sát giữa vật liệu với lô dẫn và góc ôm β như trong Hình 2.4. Trong thực
tế góc ôm của vật liệu và lô dẫn sẽ làm thay đổ ực căng qua lô dẫ
i l n, nếu không có sự
trượ ẫn quay đề ể ự ế ỏ ằ
t và lô d u ta có th coi l c căng đ n và ra kh i lô là b ng nhau và lúc
này ta coi như bỏ ảnh hưở ủ ẫn đế ự ế ủ ại lượ ủ
qua ng c a lô d n s bi n thiên c a các đ ng c a
hệ.Tuy nhiên trong nhiều trường hợp góc ôm lớn kết hợp với ma sát giữa vật liệu và
lô dẫn sẽ làm cho lực căng đi vào và lực căng đi ra khác nhau và sẽ tạo thành hai đoạn
có lực căng tw1 và tw2 khác nhau.
2.1.2 L t n i
ực căng, độ trượ và độ ổ
K d
hông chỉ ừng lại việc chuyển một lượng vật liệu từ lô tở sang lô cuộn mà yêu
cầu của hệ còn cao hơn đó là việ ậ ệ ả
c v t li u luôn ph i đảm b m
ảo có giữ ột lực căng yêu
c c tùy theo tính ch t lý hóa c u này s m b o cho v t li
ầu đặt trướ ấ ủa vật liệu. Điề ẽ đả ả ậ ệu
đi vào cuộ ị nhăn ấ ặ ế ạng. Đồ ờ ố ộ ậ ể
n không b , g p khúc, ho c bi n d ng th i t c đ v n chuy n
vật liệu dạng băng cũng phải được kiểm soát chặt chẽ, tố ộ
c đ quá chậm sẽ gây lãng
phí năng lượng và năng suất không đạ ầ ố ộ ạ ộng năng lớ
t yêu c u, t c đ quá cao t o đ n gây
mất kiểm soát trong an toàn lao độ ử
ng. Tuy nhiên trong quá trình x lý và v n chuy
ậ ển,
v i s
ật liệu sẽ di chuyển qua các lô dẫn, và việc tiếp xúc giữa vật l ệu và lô dẫn có thể ẽ
xu t hi n t n i.
ấ ệ các hiện tượng độ trượ , độ ổ
a) Lực căng
L t i
ực căng ức thờ tw c n v
(tension of web) ủa đoạ ật liệu dạng băng thường được
xem xét như lự ọ ậ ệu khi đượ ậ ển, còn đượ
c d c trên v t li c v n chuy c định nghĩa là giá trị
trung i u di chi
bình được b ể ễn bằng lực trên đơn vị ều rộng của vật liệu dạng băng
[58]. Việc duy trì và kiểm soát lực căng trong vận chuyển và xử lý vật lý dạng băng
là nhi m v m b o cu n ch cho v t li u không b
ệ ụ hàng đầu để đả ả ộ ặ tròn đề ữ
t, u và gi ậ ệ ị
bi n d ng. Trong m t s ng h p vi m b o b o l gây
ế ạ ộ ố trườ ợ ệc không duy trì đả ả ả ực căng sẽ
hi t h ng v t li u….
ện tượng như nhăn, đứ ỏ ậ ệ
c) t
Độ trượ
Trong th u x y ra hi
ực tế ế
n ả ện tượng trượt có các nguyên nhân cơ bả ặ
n ho c là lực
căng chưa đủ ớ ặ ớ ạ ặt lô chưa cao … Trong các phương
l n, ho c do l p t o ma sát trên m
án ch u ch u ch
ố ện tượng trượ ể điề
ng hi t trên thì có th ỉnh tăng lự ặ
c căng ho c điề ỉnh
góc ôm u ch nh góc ôm, các k t k
. Trong trường hợp điề ỉ ỹ sư ế
thi ế có thể tính toán để
đưa ra góc ôm tố ểu để ả ện tượng trượ
i thi tránh x y ra hi t.
b) n i
Độ ổ
Hi , m
ện tượng nổi xảy ra do lực bạt ngang không khí đượ ẩ
c đ y vào giữa bề ặt lô
và v t li c ghi nh n khi h ng ch cao. Theo Hình 2.5
ậ ệu, thường đượ ậ ệ ố
th ạ ở ố ộ
y t c đ ,
chi n thu c
ều cao h đặc trưng cho độ ổi là một hàm phụ ộc vào tố ộ
c đ ủa vật liệu, tốc
độ ủ ủ ực căng củ ậ ệ
c a lô, bán kính c a lô, l a v t li u [58].

41. 27
Hình 2.5 Tương tác giữ ậ ệ ẫ
a v t li u và lô d n
2.1.3. V t li u
ận tốc vận chuyển vậ ệ
V u
ận tốc vận chuyển vật liệ vi (hay còn gọi là v n t
ậ ốc dài, i là ch ) liên quan
ỉ ố
s lô
đến năng suấ ủ ệ ống và đượ ết đị ở ố ộ ủ
t c a h th c quy nh b i t c đ quay c
ω a các lô. Thêm
vào đó, mố ệ ữ ậ ố ậ ể ủ ậ ệ ực căng cũng gây ả
i quan h gi a v n t c v n chuy n c a v t li u và l nh
hưởng đế ất lượ ủ ệ ố ụ ộ ấ ủ ậ ệ
n ch ng c a h th ng và ph thu c vào tính ch t lý-hóa c a v t li u.
2.1 u vào c a h
.4. Mô men đầ ủ ệ thống
Để ệ ố ể ạt độ ệ ự ế ấ cơ khí củ ệ ố
h th ng có th ho ng, ngoài vi c xây d ng k t c u a h th ng,
ta c u khi u vào c ng m t cách h p lý. Các
ần tính toán điề ển các mô men đầ ủa hệ ố
th ộ ợ
mô men đầ ủ ệ
u vào c a h thống bao gồm mô men quay cho lô tở Mu, mô men quay cho
lô cuộn Mr n
và mô men quay cho các lô dẫ Mi i
( s
là chỉ ố lô). Các mô men này có
m i liên h m t thi t v i t c c kéo c t li u.
ố ệ ậ ế ớ ốc độ ủa hệ và lực căng, lự ủa vậ ệ
Qua phân tích nguyên lý trên ta có th th WTS o và nguyên lý ho
ở ể ấy có cấu tạ ạt
động phức tạp. Cấ ủ
u hình c a WTS ph thu
ụ ộc vào số lượng lô b tr á trong
, cách ố í c c lô
h th ng thu v u d i
ệ ố và phụ ộc vào yêu cầu công nghệ ận chuyển vật liệ ạng băng. Đ ều
này gây khó khăn ự ọ ụ
cho quá trình xây d ng mô hình toán h c cho , ph
WTS c vụ cho
bài toán điề ể ầ ế ậ đưa ra phương pháp ổ
u khi n. Ph n ti p theo lu n án t ng quát hóa các
bướ ự để ễ ụng cho các trườ ợ ấ ụ ể
c xây d ng ì
mô h nh d dàng áp d ng h p có c u hình c th .
Đặ ệ ừ ả xem xét đượ ấn đề khó khăn phụ ụ ệ
c bi t t mô hình ph i c các v c v cho vi c phát
tri t n nh t v
ển các thuậ điều khiể ằm nâng cao chất lượng và công suấ ẫn là một vấn đề
c c nghiên c u.
ần đượ ứ
2.2 Tính toán độ ự ọ
ng l c h c cho WTS
Qua phân tích nguyên lý ho ng c ng quát hóa ta s
ạt độ ủa WTS t
, để ổ ẽ đi xác định
mô hình toán h ng h p t m b o yêu c u khi n l
ọc cho trườ ợ ổng quát đả ả ầu điề ể ực căng và
v n t c dài cho c hai ng h p trên, g
ậ ố ả trườ ợ ồm hai bước chính như sau:
Bước 1: Xác đị độ ự ọ cho các đoạ
nh ng l c h c cho n
Bước 2: Xác đị độ ự ọ
nh ng l c h c cho các lô

42. 28
2.2.1 ng l t li a hai lô
Độ ực học của đoạn vậ ệu giữ
Theo [17], [59], v n
các mô hình về ận chuyển vật liệu dạ g băng tính toán lực căng
dự ị
a trên các đ nh luật vật lý, do vật liệu web có đặc tính biến dạng tuyến tính trong
vùng bi i nên có th áp d nh lu t Hooke cho bi n d ng v
ến dạng đàn hồ ể ụng đượ ị
c đ ậ ế ạ ật
liệu web và lô dẫn tương tác lẫ ị ể ấ ệ ạ
n nhau trong quá trình d ch chuy n xu t hi n các d ng
ma sát nên có thể ử ụng mô hình ma sát (theo ma sát Coulomb, ma sát tĩnh và ma
s d
sát nh t), tuy nhiên v i v t li u nghiên c u trong lu n án ta ch xét theo ma sát
ớ ớ ậ ệ ứ ậ ỉ
Coulomb và ma sát tĩnh, còn ảnh hưở ủ ớt không đáng kể ở ữ
ng c a ma sát nh b i gi a lô
dẫn và web chỉ có lớp không khí. Đồ ờ ố ự
ng th i mu n xét s thay đổ ề ự
i v l c căng và biến
dạng của bản thân vật liệu web trong quá trình di chuyển, có thể áp dụng định luật
b t v
ảo toàn khối lượng theo thời gian cho mỗi khoảng xét. Dưới đây là ba định luậ ật
lý đượ ệ ố ậ ể
c xem xét trong quá trình mô hình hóa h th ng v n chuy n web.
a) Đị ậ
nh lu t Hooke
Đị ậ ấ ố ớ ế ạ ằ ế ạ
nh lu t Hooke chính xác nh t đ i v i các bi n d ng n m trong vùng bi n d ng
đàn hồ ủ
i c a vật. Đố ớ ậ ệ ạng băng, lự
i v i v t li u d c căng tỉ ệ
l v bi
ớ ộ
i đ ến dạng nằm trong
miền biến dạng đàn hồi của vật liệu, trong luận án này, định luật Hooke được trình
bày dướ ạng độ ế ạng tương đối. Đố ớ ệ ố ạ ổn đị ậ
i d bi n d i v i WTS, khi h th ng ch y nh, v t
liệu dạng băng cũng chịu một sức căng nhất định, làm co giãn vật liệu, trên phương
biến dạng dọc theo chiều dài vật liệu, lực căng w
t của vật liệu đàn hồ ộ ủ
i là m t hàm c a
độ ế ạng tương đố
bi n d i ε :
0
0
w
L L
ES ES
L
t ε
−
= = (2.1)
Trong đó: tw ), -
là lực căng xuất hiện trên đoạn vật liệu (N E là mô đun đàn hồi
(N/m2
), S (
là diện tích mặt cắt ngang m)2
, ε là độ biế ạng dài tương đố
n d i, L là chiều
dài sau bi ng ( ),
ến dạ m L0 chi n v t li c bi n d ng ( )
ều dài đoạ ậ ệu trướ ế ạ m
b) Đị ậ
nh lu t Coulomb
Hình 2.6 Mô hình cu n t và lô d n 1
ộ ở ẫ

43. 29
Mô hình tương tác giữ ậ ệ ẫ ể ề
a v t li u web và lô d n trong Hình 2.6 có th quy v mô
hình ma sát gi a hai v t r n. Trong vùng ti p xúc c t li u web và l n t n t
ữ ậ ắ ế ủa vậ ệ ô dẫ ồ ại
hai vùng tương tác, thứ ấ ằm trong đoạ
nh t là vùng dính n n [ ]
0,a - vật tốc dài của web
và v n t c ti p tuy a lô d ng nhau, l ng s ; th
ậ ố ế ến củ ẫn bằ ực căng trong vùng dính là hằ ố ứ
hai là vùng trượ ằm trong đoạ
t n n [ ]
,
a b - v i
ận tốc dài của web và vận tốc tiếp tuyến tạ
điể ế ủ ẫ ực căng trong vùng trượ ế ổ ầ ớ ị
m ti p xúc c a lô d n khác nhau, l t bi n đ i d n t i giá tr
l nhánh thoát.
ực căng ở
Độ ế ạ ậ ệu trong đoạ
bi n d ng v t li n [ ]
0,c bao g t qu sau:
ồm các kế ả
1
)
1
2
( , ) ( ) ; 0
= ( ) ;
= ( ) ; b x
x a
u
u
u
x t t x a
t e a x b
t c
µ(θ θ
−
ε = ε ≤ ≤
ε ≤ ≤
ε ≤ ≤
Trong đó:
µ là h s ma sát Coulomb gi t li u web và lô d n thép;
ệ ố ữa vậ ệ ẫ
x
θ là góc ch n cung có chi u dài là x;
ắ ề
a
θ là góc ch n cung có chi u dài là a;
ắ ề
c) Đị ậ ả ối lượ
nh lu t b o toàn kh ng
Đị ậ ả ối lượ ả ố ệ ữ ậ ố ủ ậ ệ ạ
nh lu t b o toàn kh ng mô t m i liên h gi a v n t c c a v t li u d ng
băng và mật độ ậ ệ ậ ệ ạng băng dị ể ớ
v t li u. Khi v t li u d ch chuy n v i vậ ố
n t c trong không
gian có th c mô hình hóa thành các phân t kh ng r t nh c t li u ch
ể đượ ố ối lượ ấ ỏ ủa vậ ệ ảy
liên t ng c n t c.
ục theo hướ ủa vậ ố
Trong Hình 2.7, xét m n v t li u có chi u dài ba u
ột đoạ ậ ệ ề n đầ 0
L , th u
ể tích ban đầ
V , m t li
ậ ộ ậ
t đ v ệu ban đầu 0
ρ , đoạ ậ ệ ứ ấ ề ố ậ ệ
n v t li u ch a r t nhi u các phân t v t li u có vi
phân kh ng
ối lượ dm, th tích
ể dV dxdydz
= . Sau khi bi c theo tr , chi
ến dạng dọ ục x ều
dài và m t li u c n v t li u web l t là
ậ ộ ậ
t đ v ệ ủ ạ
a đo ậ ệ ần lượ ,
L ρ . Do các phân t t li
ố ậ
v ệu
dm đề ển độ ớ ậ ố
u cùng chuy ng v i v n t c v

nên thông lượ ủ ậ ệ
ng c a v t li u là j v
ρ
=
 
, j

là
một trường véc tơ, mô tả cách mà vật liệu chảy được. Khi chuyển động của các phân
t v m
ố ật liệu chưa gắn với bề ặt nào, j

đặc trưng cho tố ộ và hướ ủ ả
c đ ng c a dòng ch y
kh ng.
ối lượ
Khi chuy ng c t li c gán v n tích
ể ộ
n đ ủa các phân tố ậ
v ệu đượ ớ ệ
i di 1
dS r t nh c
ấ ỏ ủa
b m t
ề ặ 1
S v u
thì lưu lượng của khối lượng( số lượng các phân tố ật liệ dm đi qua mặt
1
dS trong một đơn vị thời gian) là 1 (kg/s)
Q j n dS
=

, trong đó n

là véc tơ pháp tuyến
c t
ủa mặ 1
dS . T i th
ạ ời điểm 1
t , t t c
ấ ả các phân tố ối lượng đề ằ ể
kh u n m trong th tích V
, t i th
ạ ời điểm 2
t m v
ột lượng các phân tố ật liệu đã tràn qua 1
S làm tăng thể tích của
đoạ ậ ệu ban đầ
n v t li u.

44. 30
Hình 2.7 Phân t v t li u di chuy n theo th i gian
ố ậ ệ ể ờ
Áp d nh lu t b o toàn kh ng, s ng các phân t t li u thoát ra
ụng đị ậ ả ối lượ ố ợ
lư ố ậ
v ệ
kh m t
ỏi bề ặ 1
S b v tích
ằng số lượng các phân tố ật liệu trong thể V b m
ị ất đi trong
cùng m t kho ng th i gian là
ộ ả ờ 2 1
t t
− . n
Thông lượng khối truyền qua tiết diệ 1
S trong
kho ng th i gian
ả ờ 2 1
t t
− là m t tích phân b m t:
ộ ề ặ
1
1
S
J jndS
= ∫∫


(2.2)
Độ thay đổ ủ ối lượ ậ ệ ể
i c a kh ng v t li u trong th tíchV gi m
ữa hai thời điể 1
t và 2
t
là:
0
V V
dV dV
t t
ρ
ρ
∂ ∂
= <
∂ ∂
∫∫∫ ∫∫∫ (2.3)
Do ( ,0,0)
v v

ng v i
cùng phương, cùng hướ ớ (1,0,0)
n

nên c vi t l i:
(2.2) đượ ế ạ
1
1
S
S
J d
v
ρ
= ∫∫ (2.4)
Đoạ ậ ệ ộ ộ ớ ế ủ
n v t li u là m t hình h p v i hình chi u c a 1
S xuống Oyz là miền D kín,
hình chi t bên xu ng m nh bao quanh mi n D, di
ếu các mặ ống đáy là đường trơn từ ả ề ện
tích toàn ph n v t li u là
ần của đoạ ậ ệ 1 b
S D S S
= + + . M t S là m ng m nh bao
ặ ặt trơn từ ả
quanh miền 3
V R
∈ ; 1
S D
= , 1
S luôn song song với Oyz nên 1
dS dydz
= ; hàm vector
( ,0,0)
j v
ρ

kh vi liên t c trong mi n m
ả ụ ề ở chứa V , áp d nh lý :
ụ ị
ng đ Ostrogradski
1
( )
S S V
v
jdydz jdydz
x
dV
ρ
∂
=
∂
=
∫∫ ∫∫ ∫∫∫ (2.5)
T (2.4) và (2.5) c:
ừ ta có phương trình liên tụ
( )
0
v
x t
ρ ρ
∂ ∂
+ =
∂ ∂
(2.6)

45. 31
Áp d nh lu t b o toàn kh ng cho phân t v t li u trong Hình 2.7
ụng đị ậ ả ối lượ ố ậ ệ trước
và sau th m bi n d
ời điể ế ạng ta được:
0 0
1
1
o
SL SL
ρ
ρ ρ
ρ ε
= ⇒ =
+
(2.7)
Áp d ng (2.6) và (2.7) t li n
ụ cho đoạn vậ ệu trong đoạ [ ]
0,c trong Hình 2.6, thay (2.7)
vào (2.6) y tích phân trên toàn b th tích hai v
và lấ ộ ể V ế phương trình:
1
1 1
V V
v
dV dV
t x
ε ε
= −
+ +
∂ ∂
   
   
∂ ∂
   
∫∫∫ ∫∫∫ (2.8)
Do l , (2.8) c vi t l i:
ực căng nằm theo phương biến dạng là phương x đượ ế ạ
( )
( )
( )
0 0
1
1 ,
,
1 ,
c c
dx dx
t x t
v x t
x x t
ε ε
∂
= −
∂ +
 
  ∂
 
   
∂ +
   
∫ ∫ (2.9)
N u
ếu đoạn vật liệ [ ]
0,b u
có chiều dài nhỏ hơn nhiều so với đoạn vật liệ [ ]
0,c ,
để đơn giả như
n hóa mô hình, coi 1
L c
≈ và độ ế ạ ậ ệu trong đoạ
bi n d ng v t li n [ ]
0,c là
không đổ ằ
i và b ng 2
u
ε .
( ) ( ) ( )
1
0 0
1
1 1
1 1
1 , 1 , 1 ,
c L
dx dx
t x t L t L t
L
ε ε ε
∂
≈ =
∂ + + +
 
 
 
∫ ∫ (2. )
10
Xét
( )
( )
,
( , )
1 ,
v x t
F x t
x t
ε
=
+
ta có:
( )
( )
1
0 0
1
, ( , )
( , )
1 , 0
c L
L
v x t x t
dx dx F x t
x x t
F
x
ε
≅ =
 
∂ 

∂ 
   
 
∂ + ∂
 

∫ ∫ (2.11)
V i
ớ ( ) 1
0, u
t
ε ε
= , ( ) 2
1, u
L t
ε ε
= , (0, ) u
v t v
= , ( ) 1
1,
v L t v
= ta có:
( )
( )
1
0
1 2
1 1
,
1 ,
c u
u u
v v
dx
v x t
x x t ε ε
ε
− = −
+ +
 
∂
 
 
∂ +
 
∫ (2.12)
Thay (2.10) và (2.12) vào (2.9) ta có:
1
2 1 2
1
1 1 1
u
u u u
d v v
dt
L
ε ε ε
= −
+ + +
 
 
 
(2.13)
Do 1 2
1, 1
u u
ε ε
  nên ta áp d sau:
ụng xấp xỉ
1 2
1 2
1 1
1 ; 1
1 1
u u
u u
ε ε
ε ε
≈ − ≈ −
+ +
(2.14)