Luận án Nghiên cứu, đề xuất cấu trúc điều khiển hợp lý chế độ khoan nhằm giảm độ rung cho máy khoan xoay cầu trong công nghiệp khai thác mỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT 
Lê Ngọc Dùng 
NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU 
KHIỂN HỢP LÝ CHẾ ĐỘ KHOAN NHẰM GIẢM 
ĐỘ RUNG CHO MÁY KHOAN XOAY CẦU 
TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC MỎ 
 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Hà Nội - 2020 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT 
Lê Ngọc Dùng 
NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU 
KHIỂN HỢP LÝ CHẾ ĐỘ KHOAN NHẰM GIẢM 
ĐỘ RUNG CHO MÁY KHOAN XOAY CẦU 
TRONG CÔNG NGHIỆP KHAI THÁC MỎ 
 Ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa 
 Mã số: 9520216 
 Người hướng dẫn khoa học: 
1. TS ĐẶNG VĂN CHÍ 
2. TS PHẠM CÔNG HÒA 
Hà Nội - 2020 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu 
sử dụng trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, các kết quả nghiên cứu trong luận 
án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp 
với thực tiễn khai thác mỏ của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được công 
bố trong bất kỳ công trình nào khác. 
 Người cam đoan 
 Lê Ngọc Dùng 
LỜI CẢM ƠN 
Tác giả xin được chân thành cảm ơn TS. Đặng Văn Chí và TS. Phạm Công 
Hòa đã quan tâm, định hướng nghiên cứu, hướng dẫn tận tình NCS trong suốt 
thời gian thực hiện bản luận án này. Tác giả xin cảm ơn về những lời khuyên 
bổ ích và ý kiến đóng góp trong công tác chuyên môn của TS. Nguyễn Chí 
Tình, PGS.TS. Nguyễn Đức Khoát, PGS.TS. Khổng Cao Phong, Quý Thầy, Cô 
trong Bộ môn Tự động hóa, Khoa Cơ điện, Phòng đào tạo sau đại học Trường 
Đại học Mỏ - Địa chất. Đặc biệt là sự giúp đỡ của Lãnh đạo Công ty cổ phần 
than Cao Sơn giành cho NCS trong quá trình tìm hiểu công nghệ khoan, cung 
cấp các tài liệu tham khảo liên quan tới luận án và hỗ trợ khảo sát đo số liệu tại 
khai trường. 
Tác giả xin được cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai, 
Gia đình và bạn bè đồng nghiệp đã không ngừng động viên, giúp đỡ, tạo mọi 
điều kiện thuận lợi để NCS hoàn thành bản luận án này. 
 Tác giả luận án 
 Lê Ngọc Dùng 
MỤC LỤC 
 Trang 
MỞ ĐẦU 1 
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY 
KHOAN XOAY CẦU 6 
1.1. Giới thiệu về máy khoan xoay cầu 6 
1.2. Tình hình sử dụng máy khoan xoay cầu tại các đơn vị khai thác mỏ của 
Việt Nam. 8 
1.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển máy khoan xoay cầu ở Việt Nam 8 
1.3.1. Sơ đồ kênh tạo áp lực trục 9 
1.3.2. Truyền động quay ty trên máy khoan CБШ– 250 và 250T 11 
1.4. Tổng quan các nghiên cứu về hệ thống điều khiển máy khoan xoay cầu 
trên thế giới 12 
1.5. Nhận xét 17 
Chương 2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CỨNG ĐẤT ĐÁ 
ĐẾN RUNG ĐỘNG CỦA MÁY KHOAN XOAY CẦU 19 
2.1. Ảnh hưởng của độ cứng đất đá đến các chế độ khoan 19 
2.2. Các thông số của quá trình khoan 19 
2.3. Rung động trong quá trình khoan 21 
2.3.1. Nguyên nhân dẫn đến rung động 22 
2.3.2. Phân tích rung động 23 
2.4. Thực nghiệm đo rung động 24 
2.4.1. Xác định vị trí đo và đối tượng đo 24 
2.4.2. Chọn thiết bị đo độ rung 25 
2.4.3. Ghi và thu thập dữ liệu rung động 27 
2.5. Nghiên cứu rung động máy trong quá trình khoan 29 
2.5.1. Ảnh hưởng của điều kiện địa chất, tính chất cơ lý của đất đá 29 
2.5.2. Ứng dụng FFT để phân tích phổ rung động máy khoan 30 
2.6. Xây dựng quan hệ thông số quá trình khoan với tín hiệu rung động 48 
2.6.1. Quan hệ tín hiệu rung trục Y với thông số quá trình khoan 49 
2.6.2. Quan hệ tín hiệu rung trục Z với thông số quá trình khoan 53 
2.7. Nhận xét 56 
Chương 3. MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY 
VÀ ÁP LỰC TRỤC TRÊN MÁY KHOAN XOAY CẦU 58 
3.1. Nghiên cứu xây dựng mô hình toán cho động lực học của hệ thống 
điều khiển máy khoan xoay cầu 58 
3.1.1. Ý nghĩa của việc xây dựng mô hình toán cho máy khoan xoay cầu 58 
3.1.2. Hệ thống điều khiển kênh quay ty và mô hình toán 59 
3.1.3. Hệ thống điều khiển lực ấn ty khoan và mô hình toán 76 
3.2. Mô hình toán động lực học của hệ thống điều khiển máy khoan 86 
3.3. Nhận xét 87 
Chương 4. NGHIÊN CỨU, ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỢP 
LÝ CHẾ ĐỘ KHOAN NHẰM GIẢM ĐỘ RUNG CHO MÁY 
KHOAN XOAY CẦU 89 
4.1. Hệ thống điều khiển giảm rung đề xuất cho máy khoan xoay cầu 89 
4.2. Hệ thống điều khiển tốc độ quay ty khoan của máy khoan xoay cầu 92 
4.2.1. Xây dựng bộ nhận dạng biên độ và tần số rung động ứng dụng 
mạng nơron nhân tạo 92 
4.2.2. Thiết kế bộ điều khiển bù mờ α cho kênh quay ty 108 
4.2.3. Sơ đồ điều khiển kênh quay ty ứng dụng bộ bù mờ 112 
4.3. Đề xuất hệ thống điều khiển cho kênh điều khiển lực ấn ty khoan 112 
4.3.1. Thiết kế bộ bù mờ u cho kênh điều khiển lực ấn ty khoan 113 
4.3.2. Sơ đồ điều khiển lực ấn ty khoan ứng dụng bộ bù mờ 117 
4.3.3. Tối ưu lực ấn ty khoan 117 
4.4. Hệ thống điều khiển cho máy khoan xoay cầu và kết quả mô phỏng 119 
4.4.1. Hệ thống điều khiển giảm rung cho máy khoan xoay cầu 119 
4.4.2. Các kết quả mô phỏng 120 
4.5. Nhận xét 126 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 129 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 
PHỤ LỤC 135 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 
TT Ký hiệu, chữ viết tắt Mô tả 
1 n Tốc độ quay ty khoan 
2 F Lực ấn ty khoan 
3 fc Độ cứng đá khoan 
4 freq Tần số của tín hiệu rung động 
5 Iư Dòng điện phần ứng động cơ khoan 
6 Ic Dòng điện cắt của động cơ khoan 
7 Id Dòng điện dừng của động cơ khoan 
8 Udk Điện áp điều khiển 
9 vk Tốc độ khoan 
10 𝛼 Góc mở của thyristor 
11 ANN Artificial Neural Network 
12 BBĐ Bộ biến đổi 
13 CBA Cảm biến điện áp 
14 ĐC Động cơ 
15 ĐK Điều khiển 
16 HTĐK Hệ thống điều khiển 
17 HC Hiệu chỉnh 
18 KĐT Khuyếch đại tổng 
19 KĐTH Khuyếch đại tín hiệu 
20 NI National Instruments 
21 TĐĐ Truyền động điện 
22 FFT Fast Fourier Transform 
23 THKĐ Tổng hợp - Khuyếch đại 
24 MWD Measure while drilling 
25 XP Xung pha 
DANH MỤC CÁC BẢNG 
Trang 
Bảng 1.1. Số lượng máy khoan xoay cầu đang được sử dụng tại 6 công ty ..... 8 
Bảng 2.1. Mức cho phép gia tốc rung toàn thân ở các dãi tần số ốc ta ........... 21 
Bảng 2.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy khoan CБШ-250T ............ 25 
Bảng 2.3. Trích lược số liệu ghi độ rung dạng bảng cơ sở dữ liệu Excel ....... 29 
Bảng 2.4. Phổ tần FFT của trục Y tại độ sâu 3m - 6m -10m -13m................. 43 
Bảng 2.5. Phổ tần FFT của trục Z tại độ sâu 3m - 6m - 10m - 13m ............... 44 
Bảng 2.6. Thông số quá trình khoan và tín hiệu rung trục Y .......................... 49 
Bảng 2.7. Thông số quá trình khoan và tín hiệu rung trục Z .......................... 53 
Bảng 4.1. Bộ dữ liệu vào – ra của mạng ....................................................... 103 
Bảng 4.2. Kết quả điều khiển giảm rung của hệ thống ................................. 122 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 
Trang 
Hình 1.1. Cấu tạo của máy khoan xoay cầu 6 
Hình 1.2. Sơ đồ kênh tạo áp lực trục máy khoan CБШ-250 và CБШ-250T 9 
Hình 1.3. Điều chỉnh lực ấn ty khoan sử dụng van giảm áp kiểu bi 10 
Hình 1.4. Sơ đồ khối truyền động quay ty máy CБШ-250 và CБШ-250T 11 
Hình 1.5. Hệ thống điều khiển tự động khoan xoay 13 
Hình 1.6. Bộ điều khiển tự động cho hệ thống khoan 14 
Hình 1.7. Bộ điều khiển tự động của hệ thống khoan 15 
Hình 1.8. Sơ đồ hồi quy GP lai và cách tiếp cận nhận dạng đá tự động 16 
Hình 2.1. Hướng rung động quy ước gắn trên thiết bị NI-MyRIO 23 
Hình 2.2. Ảnh chụp máy khoan CБШ-250T trên Mỏ than Cao Sơn 24 
Hình 2.3. Card_NI myRIO-1900 26 
Hình 2.4. Giám sát, ghi số liệu trên giao diện LabVIEW 28 
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý xác định tần số dao động máy khoan 34 
Hình 2.6. Đồ thị biên độ rung trục X 35 
Hình 2.7. Đồ thị phổ FFT trục X 35 
Hình 2.8. Đồ thị biên độ rung trục Y 35 
Hình 2.9. Đồ thị phổ FFT trục Y 36 
Hình 2.10. Đồ thị biên độ rung trục Z 36 
Hình 2.11. Đồ thị phổ FFT trục Z 36 
Hình 2.12. Đồ thị biên độ rung trên 3 trục X, Y, Z 37 
Hình 2.13. Đồ thị phổ FFT trên 3 trục X, Y, Z 37 
Hình 2.14. Đồ thị biên độ rung trục X 38 
Hình 2.15. Đồ thị phổ FFT trục X 39 
Hình 2.16. Đồ thị biên độ rung trục Y 39 
Hình 2.17. Đồ thị phổ FFT trục Y 39 
Hình 2.18. Biên độ rung trên trục Z 40 
Hình 2.19. Đồ thị phổ FFT trục Z 40 
Hình 2.20. Đồ thị biên độ rung trên 3 trục X, Y, Z 40 
Hình 2.21. Đồ thị phổ FFT trên 3 trục X, Y, Z 41 
Hình 2.22. Giá trị đo (time) tổng quát trục X 45 
Hình 2.23. FFT phổ biên độ (spectrum) tổng quát trục X 46 
Hình 2.24. FFT phổ pha tổng quát trục X 46 
Hình 2.25. Giá trị đo (time) tổng quát trục Y 46 
Hình 2.26. FFT phổ biên độ (spectrum) - pha (phase) tổng quát trục Y 47 
Hình 2.27. Giá trị đo (time)-FFT phổ biên độ (spectrum) tổng quát trục Z 47 
Hình 2.28. FFT phổ pha (phase) tổng quát trục Z 48 
Hình 2.29. Quan hệ freq - n 50 
Hình 2.30. Quan hệ Freq – F 50 
Hình 2.31. Quan hệ freq – fc 51 
Hình 2.32. Quan hệ n – fc 51 
Hình 2.33. Quan hệ F – fc 51 
Hình 2.34. Quan hệ Amplitude - n 52 
Hình 2.35. Quan hệ Amplitude – F 52 
Hình 2.36. Quan hệ n – F 52 
Hình 2.37. Quan hệ freq - n 54 
Hình 2.38. Quan hệ freq - F 54 
Hình 2.39. Quan hệ freq – fc 54 
Hình 2.40. Quan hệ n – f 55 
Hình 2.41. Quan hệ F – fc 55 
Hình 2.42. Quan hệ Amplitude - n 55 
Hình 2.43. Quan hệ Amplitude – F 56 
Hình 2.44. Quan hệ n – F 56 
Hình 3.1. Sơ đồ khối chức năng của hệ thống 59 
Hình 3.2. Đặc tính tĩnh của hệ thống 61 
Hình 3.3. Sơ đồ khối của hệ thống TĐĐ 62 
Hình 3.4. Quan hệ giữa điện áp điều khiển và góc mở 64 
Hình 3.5. Sơ đồ khối mô tả hệ thống kênh quay ty ở chế độ tĩnh 65 
Hình 3.6. Đặc tính tĩnh hệ thống TĐĐ khi Udk = 24V 66 
Hình 3.7. Đặc tính tĩnh hệ thống TĐĐ khi Udk=12V 66 
Hình 3.8. Sơ đồ mạch KĐTH tín hiệu điều khiển kích thích 67 
Hình 3.9. Sơ đồ mô phỏng hệ thống TĐĐ ở chế độ tĩnh theo kênh kích từ 69 
Hình 3.10. Đặc tính tĩnh hệ thống TĐĐ 70 
Hình 3.11. Sơ đồ cấu trúc động cơ quay ty khoan 72 
Hình 3.12. Sơ đồ mô phỏng điều khiển kênh quay ty ở chế độ động 73 
Hình 3.13. Mô men và tốc độ động cơ khi khởi động với tải định mức 73 
Hình 3.14. Dòng điện Iu, tốc độ động cơ khi Mc vượt 2 lần định mức 74 
Hình 3.15. Mô men và tốc độ động cơ khi Udk = 12V 74 
Hình 3.16. Mô men và tốc độ động cơ khi Mc = 100 (Nm) 75 
Hình 3.17. Khi tải Mc ngẫu nhiên 75 
Hình 3.18. Tốc độ động cơ và dòng điện Iu khi tải Mc ngẫu nhiên 76 
Hình 3.19. Cơ cấu đẩy đối xứng tạo lực ấn ty khoan 77 
Hình 3.20. Sơ đồ khối điều khiển lực ấn ty khoan 78 
Hình 3.21. Sơ đồ nguyên lý Van tỷ lệ 79 
Hình 3.22. Sơ đồ mô tả phương trình toán của van 82 
Hình 3.23. Kết quả mô phỏng với điện áp điều khiển van là 12V 82 
Hình 3.24. Sơ đồ mô phỏng điều khiển van tiết lưu 83 
Hình 3.25. Đáp ứng của Van đối với điện áp đặt là 12v 83 
Hình 3.26. Sơ đồ mô phỏng xi lanh thủy lực và khối subsystem 85 
Hình 3.27. Sơ đồ mô phỏng mạch điều khiển lực ấn ty khoan 85 
Hình 3.28. Khi thay đổi Udk_Van = 24v 86 
Hình 3.29. Khi thay đổi Udk_Van = 12v 86 
Hình 3.30. Sơ đồ mô phỏng điều khiển của hệ thống máy khoan 87 
Hình 4.1. Sơ đồ khối bộ nhận dạng tín hiệu rung động dùng mạng nơron 90 
Hình 4.2. Hệ thống điều khiển giảm rung đề xuất cho máy khoan xoay cầu 91 
Hình 4.3. Hệ thống điều khiển tốc độ quay ty khoan 92 
Hình 4.4. Cấu trúc một mạng nơron 93 
Hình 4.5. Mô hình phần tử xử lý (nơron thứ i) 93 
Hình 4.6. Mô hình toán học tổng quát của mạng nơron 95 
Hình 4.7. Mạng nơron truyền thẳng ba lớp 97 
Hình 4.8. Cấu trúc rút gọn 3 lớp của mạng 104 
Hình 4.9. Cấu trúc rút gọn lớp vào của mạng 104 
Hình 4.10. Cấu trúc lớp vào của mạng 105 
Hình 4.11. Cấu trúc lớp ẩn của mạng 105 
Hình 4.12. Cấu trúc lớp ra của mạng 106 
Hình 4.13. Hiển thị sai lệch trong quá trình huấn luyện mạng 106 
Hình 4.14. Sai lệch trong quá trình huấn luyện mạng - tần số rung freq 107 
Hình 4.15. Sai lệch trong quá trình huấn luyện mạng - biên độ rung A 107 
Hình 4.16. Sơ đồ cấu trúc cho bộ điều khiển mờ 108 
Hình 4.17. định nghĩa tập mờ Tansof 109 
Hình 4.18. định nghĩa tập mờ BiendoA 109 
Hình 4.19. định nghĩa tập mờ Alpha 110 
Hình 4.20. định nghĩa tập mờ BuAlpha 110 
Hình 4.21. Quan hệ giữa các biến đầu vào và tham số đầu ra 111 
Hình 4.22. Kênh quay ty khoan sử dụng bộ điều khiển bù mờ 112 
Hình 4.23. Sơ đồ điều khiển đề xuất cho kênh điều khiển lực ấn ty khoan 112 
Hình 4.24. Sơ đồ cấu trúc cho bộ điều khiển bù mờ u 113 
Hình 4.25. Định nghĩa tập mờ Tansof 114 
Hình 4.26. Định nghĩa tập mờ BiendoA 114 
Hình 4.27. Định nghĩa tập mờ Udk 115 
Hình 4.28. Định nghĩa tập mờ BuUdk 115 
Hình 4.29. Quan hệ giữa các biến đầu vào và tham số đầu ra 116 
Hình 4.30. Kênh điều khiển lực ấn ty khoan ứng dụng bộ bù mờ 117 
Hình 4.31. Lưu đồ thuật toán điều chỉnh tối ưu lực ấn ty khoan 118 
Hình 4.33. Sơ đồ khối điều khiển tối ưu lực ấn ty khoan 119 
Hình 4.34. Sơ đồ điều khiển giảm rung của hệ thống 120 
Hình 4.35. Kết quả điều khiển giảm rung ở độ sâu khoan 1m 120 
Hình 4.36. Kết quả điều khiển giảm rung ở độ sâu khoan 6,5m 121 
Hình 4.37. Kết quả điều khiển giảm rung ở độ sâu khoan 13m 121 
Hình 4.38. Sơ đồ điều khiển giảm rung khi mô men cản thay đổi 123 
Hình 4.39. Mô men cản Mc và kết quả điều chỉnh tốc độ n, lực ấn ty F 124 
Hình 4.40. Tín hiệu rung và kết quả điều khiển khi Mc thay đổi 124 
Hình 4.41. Mô men cản Mc và kết quả điều chỉnh tốc độ n cùng lực ấn F 125 
Hình 4.42. Tín hiệu rung và kết quả điều khiển khi Mc thay đổi lớn 125 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Đặt vấn đề 
Trong ngành công nghiệp khai thác khoáng sản nói chung và khai thác mỏ 
lộ thiên nói riêng. Công tác khoan thăm dò và khoan nổ mìn chiếm một tỉ trọng 
lớn trong toàn bộ khối lượng công việc khai thác. Vì vậy năng suất và sản lượng 
khai thác phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và hiệu quả hoạt động của công 
tác khoan. 
Đặc thù trong công tác khoan ở Việt Nam là máy khoan luôn làm việc và 
tiếp xúc trong môi trường với các điều kiện địa chất khác nhau, tính chất cơ lý, 
độ cứng đất đá thay đổi phức tạp. Đây là những nguyên nhân tiềm ẩn gây ra 
các rung động cho máy, một mặt ảnh hưởng đến sức khỏe của người vận hành, 
mặt khác nó là nguyên nhân phá hỏng các kết cấu cơ khí, giảm tuổi thọ cho 
máy, cho mũi khoan và năng suất khoan. 
Để giảm thiểu sự rung động trong quá trình khoan, nâng cao chất lượng 
và cải thiện hiệu quả hoạt động trong công tác khoan. Trên Thế giới đã có nhiều 
công trình nghiên cứu cho đối tượng với nhiều loại máy khoan khác nhau. 
Nghiên cứu về tác động của môi trường khai thác, sự ảnh hưởng của các điều 
kiện địa chất, ứng dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến và hiện đại, các hệ 
thống điều khiển thông minh bước đầu cũng đã được triển khai trong thực 
tiễn sản xuất. Tuy nhiên việc nghiên cứu tìm giải pháp kỹ thuật phù hợp trong 
điều kiện Việt Nam hiện nay tác giả chưa thấy có một đề tài hoặc công trình 
khoa học nào đề cập được đầy đủ và hoàn thiện. 
2. Tính cấp thiết của đề tài 
Máy khoan xoay cầu là một trong những thiết bị được sử dụng nhiều trong 
công tác khai thác mỏ, đặc biệt là trên các mỏ lộ thiên. Các thiết bị khoan 
thường sử dụng là các loại máy khoan xoay cầu CБШ-200 hoặc CБШ-250T 
của Liên Xô cũ và của Liên Bang Nga sau này. Trong quá trình vận hành, khi 
2 
gặp các nền đất đá có độ cứng với các điều kiện địa chất khác nhau. Người điều 
khiển theo ki ... 0.0429687 
256491 -1.22266 256491 0.171875 256491 -0.0117187 
256492 -0.882812 256492 0.425781 256492 0.234375 
256493 -0.980469 256493 0.453125 256493 -0.0664062 
256494 -1.00391 256494 0.292969 256494 -0.0820312 
256495 -0.980469 256495 0.378906 256495 0.136719 
256496 -1.02344 256496 -0.199219 256496 0.234375 
256497 -0.9375 256497 0.183594 256497 -0.0664062 
256498 -1.00781 256498 0.0078125 256498 -0.117187 
256499 -0.867187 256499 0.128906 256499 0.117187 
256500 -0.929687 256500 -0.0664062 256500 0.0429687 
256501 -0.941406 256501 -0.398437 256501 -0.132812 
256502 -0.980469 256502 0.0351562 256502 0.316406 
256503 -0.921875 256503 0.128906 256503 0.195312 
155 
Samples 
X-Axis 
Acceleration (g) 
X-Axis 
Samples 
Y-Axis 
Acceleration (g) 
Y-Axis 
Samples 
Z-Axis 
Acceleration (g) 
Z-Axis 
256504 -1.00781 256504 0.320312 256504 -0.0234375 
256505 -0.984375 256505 -0.445312 256505 0.078125 
256506 -1.35156 256506 0.398437 256506 -0.0859375 
256507 -0.804687 256507 1.32422 256507 0.222656 
256508 -0.992187 256508 0.492187 256508 0.203125 
256509 -0.871094 256509 0.328125 256509 0.46875 
256510 -1.01953 256510 -0.101562 256510 -0.0390625 
256511 -1 256511 0.359375 256511 0.15625 
256512 -1.03906 256512 -0.390625 256512 0.03125 
256513 -1.16797 256513 0.0585937 256513 0.101562 
256514 -0.96875 256514 0.015625 256514 0.136719 
256515 -1.03516 256515 0.382812 256515 -0.273437 
256516 -1.08203 256516 0.722656 256516 -0.171875 
256517 -1.07813 256517 -0.484375 256517 -0.53125 
256518 -0.835937 256518 0.195312 256518 0.300781 
256519 -0.867187 256519 0.0507812 256519 0.324219 
256520 -1.05078 256520 0.222656 256520 0.015625 
256521 -0.976562 256521 0.015625 256521 -0.132812 
256522 -0.832031 256522 0.449219 256522 -0.167969 
256523 -0.96875 256523 0.371094 256523 0.144531 
256524 -1.04688 256524 -0.101562 256524 0.25 
256525 -0.894531 256525 0.617187 256525 0.195312 
256526 -1.05859 256526 -0.140625 256526 -0.0234375 
256527 -0.960937 256527 0.367187 256527 0.140625 
256528 -0.976562 256528 -0.0429687 256528 -0.0625 
256529 -1 256529 -0.414062 256529 0.128906 
256530 -0.910156 256530 0.199219 256530 -0.265625 
256531 -1.05859 256531 0.230469 256531 -0.105469 
256532 -1.01172 256532 0.144531 256532 0.386719 
256533 -0.90625 256533 -0.164062 256533 0.0507812 
256534 -1.09375 256534 -0.292969 256534 -0.222656 
256535 -0.914062 256535 0.183594 256535 0.453125 
256536 -0.914062 256536 -0.109375 256536 0.246094 
256537 -1.00391 256537 -0.316406 256537 0.0859375 
256538 -0.949219 256538 0.078125 256538 0.0507812 
256539 -1.00781 256539 -0.0859375 256539 0.476562 
256540 -1.00391 256540 -0.125 256540 0.335937 
256541 -0.996094 256541 0.0742187 256541 0.214844 
256542 -1.19141 256542 0.0507812 256542 0.160156 
256543 -1.05469 256543 0.535156 256543 0.210937 
256544 -1.01563 256544 0.0585937 256544 0.121094 
256545 -0.953125 256545 0.445312 256545 0.148437 
256546 -0.917969 256546 -0.0585937 256546 -0.015625 
256547 -0.898437 256547 0.191406 256547 0.113281 
256548 -0.8125 256548 -0.257812 256548 0.078125 
256549 -1.04688 256549 0.417969 256549 0.308594 
256550 -1.05078 256550 -0.0859375 256550 -0.183594 
256551 -1.02734 256551 -0.214844 256551 -0.3125 
256552 -1.02734 256552 0.464844 256552 -0.5625 
256553 -0.992187 256553 0.433594 256553 -0.171875 
256554 -0.992187 256554 0.015625 256554 0.316406 
256555 -1.03516 256555 0.101562 256555 0.308594 
256556 -0.933594 256556 0.242187 256556 -0.300781 
256557 -1 256557 0.210937 256557 -0.300781 
256558 -1.05859 256558 -0.0078125 256558 -0.101562 
256559 -1.06641 256559 0.386719 256559 -0.105469 
256560 -1.11328 256560 0.710937 256560 -0.183594 
256561 -1.16016 256561 0.589844 256561 -0.484375 
156 
PHỤC LỤC 3 
PHỤ LỤC 3.1. LẬP TRÌNH M-FILE MÔ PHỎNG TÍN HIỆU TRONG MIỀN 
THỜI GIAN 
Fs=100; 
L = 1024; 
Tgk = L*1/Fs; 
dt = 0:1/Fs:(Tgk-1/Fs); 
K1 = xlsread('D:\HocFFT\khoan 47',1,'B2:B1023'); 
K2 = xlsread('D:\HocFFT\khoan 47',1,'D2:D1023'); 
K3 = xlsread('D:\HocFFT\khoan 47',1,'F2:F1023'); 
subplot(311); 
plot (dt,K1,'b','LineWidth',1.5); 
title('Tin hieu rung dong theo truc X') 
xlabel('Time (60s)') 
ylabel('Amplitude X') 
grid on 
axis([0,1024,-1.02,1]); 
subplot(312); 
plot (dt,K2,'m','LineWidth',1.5); 
title('Tin hieu rung dong theo truc Y') 
xlabel('Time (60s)') 
ylabel('Amplitude Y') 
grid on 
axis([0,1024,-1.02,1]); 
 subplot(313); 
plot (dt,K3,'r','LineWidth',1.5); 
title('Tin hieu rung dong theo truc Z') 
xlabel('Time (60s)') 
ylabel('Amplitude Z') 
grid on 
axis([0,1024,-1.2,1]); 
157 
PHỤ LỤC 3.2. LẬP TRÌNH M-FILE MÔ PHỎNG TÍN HIỆU TRONG 
MIỀN TẦN SỐ 
Fs = 100; 
Ts = 1/Fs; 
dt = 0:Ts:1000-Ts; 
K1 = xlsread('D:\HocFFT\khoan 46',1,'B2:B1025'); 
K2 = xlsread('D:\HocFFT\khoan 46',1,'D2:D1025'); 
K3 = xlsread('D:\HocFFT\khoan 46',1,'F2:F1025'); 
nff1 = length(K1); 
nfft1 = 2^nextpow2(nff1); 
ff1 = fft(K1,nfft1)/nff1; 
fff1 = ff1(1:nfft1/2); 
xfft1 = Fs/2*linspace(0,1,nfft1/2+1); 
subplot(311); 
plot (xfft1, 2*abs(ff1(1:nfft1/2+1))); 
title('Average Power Spectral Density') 
xlabel('Frequency (Hz)') 
ylabel('Amplitude X(m/s^2)') 
grid on 
axis([0,50,0,2]); 
nff2 = length(K2); 
nfft2 = 2^nextpow2(nff2); 
ff2 = fft(K2,nfft2)/nfft2; 
fff2 = ff2(1:nfft2/2); 
xfft2 = Fs/2*linspace(0,1,nfft2/2+1); 
subplot(312); 
plot (xfft2,2*abs(ff2(1:nfft2/2+1))); 
title('Average Power Spectral Density') 
xlabel('Frequency (Hz)') 
158 
ylabel('Amplitude Y (m/s^2)') 
grid on 
axis([0,50,0,2]); 
nff3 = length(K3); 
nfft3 = 2^nextpow2(nff3); 
ff3 = fft(K3,nfft3)/nfft3; 
fff3 = ff3(1:nfft3/2); 
xfft3 = Fs/2*linspace(0,1,nfft3/2+1); 
subplot(313); 
plot (xfft3, 2*abs(ff3(1:nfft3/2+1))); 
title('Average Power Spectral Density') 
xlabel('Frequency (Hz)') 
ylabel('Amplitude Z(m/s^2)') 
grid on 
axis([0,50,0,2]); 
159 
PHỤC LỤC 4 
LẬP TRÌNH M-FILE NHẬN DIỆN TÍN HIỆU RUNG ĐỘNG DÙNG 
MẠNG NEURON 
n = xlsread('D:\Mophong_Maykhoan\thongsoHT',1,'F3:F18'); 
p = xlsread('D:\Mophong_Maykhoan\thongsoHT',1,'G3:G18'); 
Vk = xlsread('D:\Mophong_Maykhoan\thongsoHT',1,'H3:H18'); 
f = xlsread('D:\Mophong_Maykhoan\thongsoHT',1,'D3:D18'); 
A = xlsread('D:\Mophong_Maykhoan\thongsoHT',1,'E3:E18'); 
n=n'; p = p'; f = f'; A = A'; Vk = Vk'; 
input = [n;p;Vk]; 
goal = [f;A]; %Output gom tan so va bien do rung dong 
net = newff(minmax(input),[18 36 2],{'tansig','tansig','purelin'},'trainrp'); 
net.trainParam.epochs=3000; 
net.trainParam.goal=1e-5; 
[net,tr] = train(net,input,goal); 
out = sim(net,input); 
fnd = out(1,:); 
And = out(2,:); 
figure; 
plot(f,'b') 
hold on 
plot(fnd,'r--') 
grid on 
legend('f','fnd') 
figure; 
plot(A,'b') 
hold on 
plot(And,'r--') 
grid on 
legend('A','And') 
fnd = fnd' 
And = And' 
gensim(net) 
160 
PHỤC LỤC 5 
PHỤ LỤC 5.1. SOẠN THẢO LUẬT HỢP THÀNH CHO BỘ ĐIỀU 
KHIỂN MỜ KHỐI QUAY TY 
[System] 
Name='ControllDrillrig2' 
Type='mamdani' 
Version=2.0 
NumInputs=3 
NumOutputs=1 
NumRules=125 
AndMethod='min' 
OrMethod='max' 
ImpMethod='min' 
AggMethod='max' 
DefuzzMethod='centroid' 
[Input1] 
Name='Tansof' 
Range=[0 22.4] 
NumMFs=5 
MF1='mf1':'trimf',[-5.719 0.08 1.4] 
MF2='mf2':'trimf',[0.0003022 1.4 2.8] 
MF3='mf3':'trimf',[1.4 2.8 5.6] 
MF4='mf4':'trimf',[2.8 5.6 11.2] 
MF5='mf5':'trimf',[5.54074074074074 11.1407407407407 
22.3407407407407] 
[Input2] 
Name='BiendoA' 
Range=[0 1.3] 
NumMFs=5 
MF1='mA1':'trimf',[0 0.325 0.65] 
MF2='mA2':'trimf',[0.325 0.65 0.6842] 
161 
MF3='mA3':'trimf',[0.65 0.6842 0.9009] 
MF4='mA4':'trimf',[0.6842 0.9009 1.254] 
MF5='mA5':'trimf',[0.9009 1.254 1.3] 
[Input3] 
Name='GocAlpha' 
Range=[53.2 88.2] 
NumMFs=5 
MF1='mAlpha1':'trimf',[44.3574074074074 53.1074074074074 
61.8574074074074] 
MF2='mAlpha2':'trimf',[53.2 61.95 70.7] 
MF3='mAlpha3':'trimf',[61.95 70.7 79.45] 
MF4='mAlpha4':'trimf',[70.7 79.45 88.2] 
MF5='mAlpha5':'trimf',[79.45 88.2 96.95] 
[Output1] 
Name='BuAlpha' 
Range=[-35 35] 
NumMFs=5 
MF1='mBualpha1':'trimf',[-52.5 -35 -17.5] 
MF2='mBualpha2':'trimf',[-35 -17.5 0] 
MF3='mBualpha3':'trimf',[-17.5 0 17.5] 
MF4='mBualpha4':'trimf',[0 17.5 35] 
MF5='mBualpha5':'trimf',[17.5 35 52.5] 
[Rules] 
1 1 1, 1 (1) : 1 
1 1 2, 1 (1) : 1 
1 1 3, 1 (1) : 1 
1 1 4, 1 (1) : 1 
1 1 5, 1 (1) : 1 
1 2 1, 1 (1) : 1 
1 2 2, 1 (1) : 1 
1 2 3, 1 (1) : 1 
1 2 4, 1 (1) : 1 
1 2 5, 1 (1) : 1 
1 3 1, 1 (1) : 1 
1 3 2, 1 (1) : 1 
1 3 3, 1 (1) : 1 
1 3 4, 1 (1) : 1 
1 3 5, 1 (1) : 1 
1 4 1, 1 (1) : 1 
1 4 2, 1 (1) : 1 
1 4 3, 1 (1) : 1 
1 4 4, 1 (1) : 1 
1 4 5, 1 (1) : 1 
1 5 1, 3 (1) : 1 
1 5 2, 3 (1) : 1 
1 5 3, 2 (1) : 1 
1 5 4, 2 (1) : 1 
1 5 5, 1 (1) : 1 
2 1 1, 1 (1) : 1 
2 1 2, 1 (1) : 1 
2 1 3, 1 (1) : 1 
2 1 4, 1 (1) : 1 
2 1 5, 1 (1) : 1 
162 
2 2 1, 1 (1) : 1 
2 2 2, 1 (1) : 1 
2 2 3, 1 (1) : 1 
2 2 4, 1 (1) : 1 
2 2 5, 1 (1) : 1 
2 3 1, 1 (1) : 1 
2 3 2, 1 (1) : 1 
2 3 3, 1 (1) : 1 
2 3 4, 1 (1) : 1 
2 3 5, 1 (1) : 1 
2 4 1, 4 (1) : 1 
2 4 2, 3 (1) : 1 
2 4 3, 3 (1) : 1 
2 4 4, 2 (1) : 1 
2 4 5, 1 (1) : 1 
2 5 1, 4 (1) : 1 
2 5 2, 4 (1) : 1 
2 5 3, 3 (1) : 1 
2 5 4, 3 (1) : 1 
2 5 5, 2 (1) : 1 
3 1 1, 1 (1) : 1 
3 1 2, 1 (1) : 1 
3 1 3, 1 (1) : 1 
3 1 4, 1 (1) : 1 
3 1 5, 1 (1) : 1 
3 2 1, 3 (1) : 1 
3 2 2, 3 (1) : 1 
3 2 3, 2 (1) : 1 
3 2 4, 2 (1) : 1 
3 2 5, 1 (1) : 1 
3 3 1, 4 (1) : 1 
3 3 2, 4 (1) : 1 
3 3 3, 3 (1) : 1 
3 3 4, 3 (1) : 1 
3 3 5, 2 (1) : 1 
3 4 1, 5 (1) : 1 
3 4 2, 5 (1) : 1 
3 4 3, 4 (1) : 1 
3 4 4, 4 (1) : 1 
3 4 5, 3 (1) : 1 
3 5 1, 5 (1) : 1 
3 5 2, 5 (1) : 1 
3 5 3, 5 (1) : 1 
3 5 4, 4 (1) : 1 
3 5 5, 4 (1) : 1 
4 1 1, 1 (1) : 1 
4 1 2, 1 (1) : 1 
4 1 3, 1 (1) : 1 
4 1 4, 1 (1) : 1 
4 1 5, 1 (1) : 1 
4 2 1, 1 (1) : 1 
4 2 2, 1 (1) : 1 
4 2 3, 1 (1) : 1 
4 2 4, 1 (1) : 1 
4 2 5, 1 (1) : 1 
4 3 1, 3 (1) : 1 
4 3 2, 3 (1) : 1 
4 3 3, 2 (1) : 1 
4 3 4, 2 (1) : 1 
4 3 5, 1 (1) : 1 
4 4 1, 4 (1) : 1 
4 4 2, 4 (1) : 1 
4 4 3, 3 (1) : 1 
4 4 4, 3 (1) : 1 
4 4 5, 2 (1) : 1 
4 5 1, 5 (1) : 1 
4 5 2, 5 (1) : 1 
4 5 3, 4 (1) : 1 
4 5 4, 4 (1) : 1 
4 5 5, 3 (1) : 1 
5 1 1, 1 (1) : 1 
5 1 2, 1 (1) : 1 
5 1 3, 1 (1) : 1 
5 1 4, 1 (1) : 1 
5 1 5, 1 (1) : 1 
5 2 1, 1 (1) : 1 
5 2 2, 1 (1) : 1 
5 2 3, 1 (1) : 1 
5 2 4, 1 (1) : 1 
5 2 5, 1 (1) : 1 
5 3 1, 1 (1) : 1 
5 3 2, 1 (1) : 1 
5 3 3, 1 (1) : 1 
5 3 4, 1 (1) : 1 
5 3 5, 1 (1) : 1 
5 4 1, 1 (1) : 1 
5 4 2, 1 (1) : 1 
5 4 3, 1 (1) : 1 
5 4 4, 1 (1) : 1 
5 4 5, 1 (1) : 1 
5 5 1, 1 (1) : 1 
5 5 2, 1 (1) : 1 
5 5 3, 1 (1) : 1 
5 5 4, 3 (1) : 1 
5 5 5, 2 (1) : 1
163 
PHỤ LỤC 5.2. SOẠN THẢO LUẬT HỢP THÀNH CHO BỘ ĐIỀU 
KHIỂN MỜ KHỐI ĐIỀU KHIỂN ÁP LỰC TRỤC 
[System] 
Name='ControllDrillrigF_Udk' 
Type='mamdani' 
Version=2.0 
NumInputs=3 
NumOutputs=1 
NumRules=125 
AndMethod='min' 
OrMethod='max' 
ImpMethod='min' 
AggMethod='max' 
DefuzzMethod='centroid' 
[Input1] 
Name='Tansof' 
Range=[0 22.4] 
NumMFs=5 
MF1='mf1':'trimf',[-5.719 0.08 1.4] 
MF2='mf2':'trimf',[0.0003022 1.4 2.8] 
MF3='mf3':'trimf',[1.4 2.8 5.6] 
MF4='mf4':'trimf',[2.8 5.6 11.2] 
MF5='mf5':'trimf',[5.54074074074074 11.1407407407407 
22.3407407407407] 
[Input2] 
Name='BiendoA' 
Range=[0 1.3] 
NumMFs=5 
MF1='mA1':'trimf',[0 0.325 0.65] 
MF2='mA2':'trimf',[0.325 0.65 0.6842] 
MF3='mA3':'trimf',[0.65 0.6842 0.9009] 
MF4='mA4':'trimf',[0.6842 0.9009 1.254] 
164 
MF5='mA5':'trimf',[0.9009 1.254 1.3] 
[Input3] 
Name='Udk' 
Range=[0 24] 
NumMFs=5 
MF1='mUdk1':'trimf',[-6.068 -0.0634 5.932] 
MF2='mUdk2':'trimf',[0 6.005 12] 
MF3='mUdk3':'trimf',[6.005 12 18] 
MF4='mUdk4':'trimf',[12 18 24] 
MF5='mUdk5':'trimf',[18 24 30] 
[Output1] 
Name='BuUdk' 
Range=[-24 24] 
NumMFs=5 
MF1='mBuUdk1':'trimf',[-36 -24 -12] 
MF2='mBuUdk2':'trimf',[-24 -12 0] 
MF3='mBuUdk3':'trimf',[-12 0 12.01] 
MF4='mBuUdk4':'trimf',[0 12.01 24] 
MF5='mBuUdk5':'trimf',[12.01 24 36.01] 
[Rules] 
1 1 1, 3 (1) : 1 
1 1 2, 3 (1) : 1 
1 1 3, 3 (1) : 1 
1 1 4, 3 (1) : 1 
1 1 5, 3 (1) : 1 
1 2 1, 3 (1) : 1 
1 2 2, 3 (1) : 1 
1 2 3, 3 (1) : 1 
1 2 4, 3 (1) : 1 
1 2 5, 3 (1) : 1 
1 3 1, 3 (1) : 1 
1 3 2, 3 (1) : 1 
1 3 3, 3 (1) : 1 
1 3 4, 3 (1) : 1 
1 3 5, 3 (1) : 1 
1 4 1, 3 (1) : 1 
1 4 2, 3 (1) : 1 
1 4 3, 3 (1) : 1 
1 4 4, 3 (1) : 1 
1 4 5, 3 (1) : 1 
1 5 1, 5 (1) : 1 
1 5 2, 4 (1) : 1 
1 5 3, 4 (1) : 1 
1 5 4, 3 (1) : 1 
1 5 5, 3 (1) : 1 
2 1 1, 3 (1) : 1 
2 1 2, 3 (1) : 1 
2 1 3, 3 (1) : 1 
2 1 4, 3 (1) : 1 
2 1 5, 3 (1) : 1 
2 2 1, 3 (1) : 1 
2 2 2, 3 (1) : 1 
2 2 3, 3 (1) : 1 
2 2 4, 3 (1) : 1 
2 2 5, 3 (1) : 1 
2 3 1, 3 (1) : 1 
165 
2 3 2, 3 (1) : 1 
2 3 3, 3 (1) : 1 
2 3 4, 3 (1) : 1 
2 3 5, 3 (1) : 1 
2 4 1, 3 (1) : 1 
2 4 2, 2 (1) : 1 
2 4 3, 2 (1) : 1 
2 4 4, 2 (1) : 1 
2 4 5, 1 (1) : 1 
2 5 1, 2 (1) : 1 
2 5 2, 2 (1) : 1 
2 5 3, 2 (1) : 1 
2 5 4, 1 (1) : 1 
2 5 5, 1 (1) : 1 
3 1 1, 3 (1) : 1 
3 1 2, 3 (1) : 1 
3 1 3, 3 (1) : 1 
3 1 4, 3 (1) : 1 
3 1 5, 3 (1) : 1 
3 2 1, 3 (1) : 1 
3 2 2, 3 (1) : 1 
3 2 3, 3 (1) : 1 
3 2 4, 2 (1) : 1 
3 2 5, 2 (1) : 1 
3 3 1, 3 (1) : 1 
3 3 2, 3 (1) : 1 
3 3 3, 2 (1) : 1 
3 3 4, 2 (1) : 1 
3 3 5, 1 (1) : 1 
3 4 1, 2 (1) : 1 
3 4 2, 2 (1) : 1 
3 4 3, 2 (1) : 1 
3 4 4, 1 (1) : 1 
3 4 5, 1 (1) : 1 
3 5 1, 2 (1) : 1 
3 5 2, 2 (1) : 1 
3 5 3, 1 (1) : 1 
3 5 4, 1 (1) : 1 
3 5 5, 1 (1) : 1 
4 1 1, 3 (1) : 1 
4 1 2, 3 (1) : 1 
4 1 3, 3 (1) : 1 
4 1 4, 3 (1) : 1 
4 1 5, 3 (1) : 1 
4 2 1, 3 (1) : 1 
4 2 2, 3 (1) : 1 
4 2 3, 3 (1) : 1 
4 2 4, 3 (1) : 1 
4 2 5, 3 (1) : 1 
4 3 1, 3 (1) : 1 
4 3 2, 2 (1) : 1 
4 3 3, 2 (1) : 1 
4 3 4, 2 (1) : 1 
4 3 5, 1 (1) : 1 
4 4 1, 2 (1) : 1 
4 4 2, 2 (1) : 1 
4 4 3, 2 (1) : 1 
4 4 4, 1 (1) : 1 
4 4 5, 1 (1) : 1 
4 5 1, 2 (1) : 1 
4 5 2, 2 (1) : 1 
4 5 3, 1 (1) : 1 
4 5 4, 1 (1) : 1 
4 5 5, 1 (1) : 1 
5 1 1, 3 (1) : 1 
5 1 2, 3 (1) : 1 
5 1 3, 3 (1) : 1 
5 1 4, 3 (1) : 1 
5 1 5, 3 (1) : 1 
5 2 1, 3 (1) : 1 
5 2 2, 3 (1) : 1 
5 2 3, 3 (1) : 1 
5 2 4, 3 (1) : 1 
5 2 5, 3 (1) : 1 
5 3 1, 3 (1) : 1 
5 3 2, 3 (1) : 1 
5 3 3, 3 (1) : 1 
5 3 4, 3 (1) : 1 
5 3 5, 3 (1) : 1 
5 4 1, 3 (1) : 1 
5 4 2, 3 (1) : 1 
5 4 3, 3 (1) : 1 
5 4 4, 3 (1) : 1 
5 4 5, 3 (1) : 1 
5 5 1, 3 (1) : 1 
5 5 2, 3 (1) : 1 
5 5 3, 3 (1) : 1 
5 5 4, 2 (1) : 1 
5 5 5, 2 (1) : 
1 
171 
PHỤ LỤC 6. CẤU TRÚC CÁC KHỐI SUBSYSTEM DÙNG MÔ PHỎNG 
1. Cấu trúc khối DONG CO DC 
Khối Subsystem DONG CO DC 
2. Cấu trúc khối Subsystem Alpha 
Khối Subsystem Alpha 
172 
3. Khối điều khiển góc kích α để thay đổi điện áp kích từ động cơ 
Khối Subsystem AlphaKT điều khiển điện áp kích từ động cơ 
4. Khối điều khiển lực ấn ty khoan 
Khối Subsystem Controller_F điều khiển điện áp kích từ động cơ 
173 
5. Khối điều khiển tốc độ quay Controller_n 
Khối Subsystem Controller_n điều khiển tốc độ động cơ 
6. Khối điều khiển Controller_Ud_Ukt và khối Subsystem Controller_Ud_Ukt 
174 
PHỤ LỤC 7. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỦY LỰC MÁY KHOAN CБШ–250T