Luận văn Ứng dụng phương pháp điều khiển tuyến tính hóa chính xác để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy CNC

thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết. 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Tốc độ hành trình thuận được xác định tương ứng bởi chế độ cắt; thường vth = 5 ÷ 120m/ph; tốc độ gia công lớn nhất có thể đạt vmax = 75 ÷ 120m/ph. Để tăng năng suất máy, tốc độ hành trình ngược thường chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận. Truyền động chính trong máy bào mặt phẳng là chuyển động tịnh tiến của bàn máy, bàn máy được kéo bằng một động cơ điện. Chất lượng và năng suất của máy bào mặt phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắt của daonâng cao chất lượng gia công tinh, gia công tinh mỏng thay thế động secvo trục vít bằng động cơ tuyến tính, trực tiếp chuyển động tịnh tiến của bàn máy khi mang phôi và chuyển động tịnh tiến của đầu dao. 1.3.4. Máy mài 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Hình 1.13 Máy mài tròn ngoài Hình 1.14 Máy mài tròn trong Máy mài là nhóm máy đặc biệt sử dụng để gia công tinh các chi tiết bằng dụng cụ chế tạo từ hạt mài. Nó cho phép đạt độ chính xác cấp 5 đến cấp 6. Ở điều kiện gia công bình thường dễ dàng đạt được độ nhám bề mặt Ra = 0,8 đến 0,2 các thong số trên rất khó đạt được trên các loại máy khác. Đá mài quay tròn( chuyển động chính), chuyển động tịnh tiến. Phôi quay tròn và chuyển động tịnh tiến (trên máy mài tròn ngoài) hoặc phôi chuyển động tịnh tiến(trên máy mài phẳng) Hình 1.15 Máy mài phẳng 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN a. Phân loại máy mài: Có máy mài tròn trong, ngoài, máy mài dụng cụ, máy mài phẳng b. Cấu tạo cơ bản của máy mài phẳng: Mặc dù kết cấu của các loại máy mài rất đa dạng nhưng tất cả chúng đều có các bộ phận chính như: than máy, bàn máy, ụ trước, ụ sau, ụ đá, thiết bị thủy lực, hệ thống điện và bảng điều khiển. Ụ trước và ụ sau sử dụng trên các máy mài tròn vì chi tết được gá trên hai mũi tâm, với máy mài lỗ chỉ có ụ trước. Trên trục chính người ta lắp mâm cặp hoặc đồ gá để gá kẹp chi tiết gia công. Trên các máy mài phẳng ụ trước và ụ sau được thay bằng bàn máy, vì vhi tiết gia công được gá trực tiếp lên bàn máy hoặc đồ gá. Đồ gá gá trực tiếp lên bàn máy. Ụtrước dung để tạo chuyển động quay cho chi tết gia công. Thân máy là chi tiết cơ sở của máy.Trên than máy người lắp tất cả cá cụm còn lại, yêu cầu cơ bản với than máy là phải đảm bảo chính xác yêu cầu cho tất cả các cụm lắp trên đó trong suốt thời gian dài làm việc. Trên than máy người ta lắp bàn máy có các dãnh chữ T và dẫn động tạo chuyển động tịnh tiến khứ hồi của bàn Bàn máy có hình dáng chữ nhật và chuyển động tịnh tiến khứ hồi. Trên các máy mài phẳng bàn máy dung để gá chi tiết gia công trực tiếp lên bàn máy hoặc đồ gá; đồ gá gá trực tiếp lên bàn máy. Đối với máy mài tròn ngoài ụ trước ụ sau được gá trên bàn máy. Ụ đá gồm than ổ đỡ trục chính và dẫn động của nó. Trục chính là một chi tiết quan trọng bậc nhất của đá mài, độ chính xác kích thước và hình dáng của chi tết mài phụ thuộc vào trục chính và các ổ đỡ nó. Trục chính có yêu cầu rất cao về độ cứng vững, độ chống rung , độ bền, độ chịu mài mòn của các bề mặt làm việc. Bơm là cơ cấu cung cấp chất lỏng cho công tác cho hệ thống thủy lực. 23 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN c. Nguyên lý làm việc của máy bào phẳng Đối với máy bào phẳng: khi đá mái quay theo chiều mũi tên, còn chi tiết chuyển động tịnh tiến theo chiều mũi tên các hạt mài nằm trên mặt làm việc của đá mài sẽ bóp đi một lớp kim loại mỏng tạo ra bề mặt gia công theo yêu cầu. Hình 1.16 Máy bào phẳng CNC + Bàn xe dao Các nhà cung cấp máy công cụ phải tạo ra một bàn xe dao phù hợp với mỗi máy và có lợi nhất về mặt công suất cũng như thuận lợi cho việc cắt gọt kim loại mà không ảnh hưởng đến độ chính xác khi gia công. Độ cứng vững của bàn xe dao sẽ làm cho công suất của quá trình cắt kim loại được tăng lên. Những nhà chế tạo thiết kế các bàn xe dao cho phép chúng chỉ điều khiển đài dao và chức năng phay. Thêm nữa, nếu các thành phần khác chuyển động thì thành phần nào điều khiển chúng một cách tốt hơn? + Trụcchính 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trục chính là thành phần có tính quyết định nhất trong máy công cụ. Một trục ổn định sẽ hợp nhất với sự điều khiển của động cơ - quyết định độ cứng vững hệ thống, hệ thống bôi trơn và nguồn điện cung cấp, đảm bảo độ chính xác và có thể đoán trước được năng suất của máy. Như vậy, quá trình thiết kế trục và tối ưu tốc độ quay của trục chính sẽ mang lại quá trình cắt gọt được tốt nhất và độ chính xác cao nhất cho máy. + Nguồn (năng lượng) Khi tìm hiểu để mua một máy công cụ cho xưởng sản xuất, thì việc nắm được cấu tạo của máy là một điều quan trọng để lựa chọn một cách phù hợp loại máy đáp ứng được yêu cầu. Đây là cách để bạn đảm bảo thực hiện một cách chính xác cho sự tối ưu hoá quá trình sản xuất. Và nếu xảy ra trục trặc, nhà cung cấp có thể nhanh chóng tìm ra căn nguyên của vấn đề, vì mọi thứ đã được tích hợp sẵn trong máy. 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 1.4. Kết luận Từ những nội dung đã trình bày ở trên cho thấy ưu thế của việc sử dụng ĐCTT trong hệ chuyển động thẳng nói chung. Với những hệ thống đòi hỏi độ chính xác cao như robot công nghiệp, máy công cụ như máy tiện, máy phay, máy bào (CNC,...) thì sử dụng ĐCTT loại ĐB - KTVC là phù hợp. Để điều khiển TTHCX điều khiển ĐCTT loại ĐB - KTVC có đề cập đến những xử lý hiệu chỉnh ngược khi điện áp đi vào vùng giới hạn hay ưu thế khi vận hành ở chế độ phi tuyến. Ngoài ra luận văn còn đề cập phương pháp chọn thời gian ngắn nhất ứng với thời gian dịch chuyển s trên cơ sở tính chọn vận tốc tối ưu cho động cơ. Về thực nghiệm, luận văn đã xây dựng được một mô hình thí nghiệm giúp xác định thời gian ngắn nhất và điều khiển ĐCTT loại ĐB - KTVC đảm bảo đạt được tốc độ cho phép và vận hành trong chế độ đảo chiều. Việc xây dựng hệ thí nghiệm giúp chứng minh cho khả năng hoàn toàn có thể tạo ra được một biến tần điều khiển ĐCTT có sử dụng cấu trúc điều khiển được xây dựng trong luận văn. 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Chương 2 MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH LOẠI ĐB – KTVC 2.1. SO SÁNH GIỮA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU (ĐB-KTVC) VÀ ĐỘNG CƠ CHẠY THẲNG KIỂU ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU (ĐCCT ĐB-KTVC) Bảng 2.1 So sánh phần chuyển động và cố định của động cơ (ĐB-KTVC) và (ĐCCT ĐB-KTVC) Bộ Loại phận ĐC ĐB-KTVC ĐCCT ĐB-KTVC Phần chuyển động Nam châm vĩnh cửu cực ẩn hoặc cực lồi gắn trên lõi thép có dạng khối trụ tròn hoặc khối trụ đa giác, chuyển động quay quanh một trục. Mạch từ và dây quấn 3 pha trải phẳng, chuyển động tịnh tiến(chuyển động thẳng) Phần cố định Mạch từ có kết cấu hình vành trụ tròn, trong có xẻ rãnh đặt dây quấn 3 pha. Nam châm vĩnh cửu gồm nhiều cực từ đặt liên tiếp nhau, cực tính luân phiên nhau. 2.1.2. Nguyên lý làm việc Bảng 2.2 So sánh nguyên lý làm việc của động cơ (ĐB-KTVC) và (ĐCCT ĐB-KTVC) ĐB-KTVC ĐCCT ĐB-KTVC Cảm ứng điện từ. Từ trường quay tròn. Mô men làm quay rô to Cảm ứng điện từ. Từ trường chuyển động tịnh tiến (chuyển động thẳng). 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Lực do tương tác giữa từ trường nam châm và .trong các cuộn dây của động cơ. 2.1.3. Hệ tọa độ biểu diễn đại lượng vật lý ĐCĐB- KTVC Hệ tọa độ quay quanh một tâm o cố định Theo tài liệu (Luận văn tiến sĩ – tác giả Đào Phương Nam) hệ tọa độ có tâm o chuyển động tịnh tiến gắn với bộ phận chuyển động của động cơ. Kết luận: Trên cơ sở các phương trình toán học ĐC ĐB-KTVC ta sẽ suy ra các phương trình toán học mô tả ĐCCT-ĐBKTVC, với việc thay thế các đại lượng vật lý như sau: 2 .e x     (2.1) 2 .e v     (2.2) Động cơ Đại lượng vật lý Động cơ tuyến tính ĐB - KTVC Động cơ ĐB - KTVC Nguyên tắc hình thành các vector , ,sa si u Là như nhau bởi góc lệch về điện giữa các cuộn dây là 2 3  Vector dòng điện si Dịch chuyển thẳng với tốc độ ev pv Quay với vận tốc e mp  Vector từ thông s Dịch chuyển thẳng với tốc độ ev pv Quay với vận tốc e mp  Momen lực đẩy Lực đẩy Momen Điểm gốc của các Vector Vị trí điểm gốc là khác nhau Tất cả các vector có chung 1 gốc 28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Bảng 2.3 Bảng mô tả quan hệ tương đương của các đại lượng vật lý trong 2 loại động cơ ĐB - KTVC quay và tuyến tính. Theo [6], p được định nghía như hình vẽ sau: Hình 2.1 Định nghĩa tham số P 2.2. Mô hình toán học đối tượng MĐĐB-KTVC 2.2.1. Biểu diễn vector không gian các đại lượng 3 pha Trên cơ sở mô hình toán học, đối tượng là động cơ chạy thẳng kiểu ĐB- KTVC. Vì động cơ chạy thẳng KTVC có cấu trúc tương tự như động cơ đồng bộ KTVC, do đó trước hết luận văn sẽ trình bày mô hình toán học của động cơ ĐB-KTVC sau đó chuyển về động cơ chạy thẳng KTVC. Với các loại máy điện xoay chiều ba pha nói chung, MĐKĐBNK nói riêng ta đều có ba dòng điện hình sin cùng biên độ, tần số, lệch pha nhau 120o điện chảy vào stator qua ba cực tương ứng với pha u, v, w. Gọi ba dòng đó là sui , svi , swi . Ba dòng này thỏa mãn phương trình: ( ) ( ) ( ) 0su sv swi t i t i t   (2.3) Trên mặt phẳng cơ học (mặt cắt ngang) của máy điện, ta thiết lập một hệ tọa độ phức có trục thực đi qua trục cuộn dây pha u. Trên hệ tọa độ đó, ta định nghĩa một vector không gian dòng stator như sau (hình 2.1): 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 120 2402( ) ( ) ( ) ( ) 3 o o sj tj j s ssu sv swi t i t i t e i t e i e        (2.4) 1 oj120e oj240e su 2 3 i (t) oj240 sw 2 3 ei (t) oj120 sv 2 3 ei (t) Re Im u v w s (t)i Hình 2.2 Xây dựng vector không gian dòng stator từ các đại lượng pha is(t) là một vector có module không đổi quay trên mặt phẳng phức (cơ học) với tốc độ góc 2s sf  và tạo với trục thực một góc pha st  với sf là tần số mạch stator. Dễ dàng chứng minh được rằng dòng điện của từng pha là hình chiếu của vector dòng stator lên trục của cuộn dây pha tương ứng. Đối với các đại lượng stator khác của máy điện như điện áp stator, từ thông stator ta đều có thể xây dựng các vector không gian tương ứng như đối với dòng điện stator kể trên. Tổng quát thì một đại lượng stator bất kỳ x xác định một vector không gian như sau: 120 2402( ) ( ) ( ) ( ) 3 o o sj tj j ss su sv swx t x t x t e x t e x e        (2.5) Bây giờ ta đặt tên hệ tọa độ phức nói trên là hệ tọa độ  (hình 2.5) với trục  trùng với trục cuộn dây pha u. Đó là hệ tọa độ stator cố định. Các thành phần của vector dòng stator trên 2 trục tọa độ là si  và si  . Dễ dàng chứng minh được rằng hai thành phần dòng si  và si  được xác định từ ba dòng pha nhờ công thức 2.4. Ngược lại, các dòng pha stator của 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN máy điện được xác định từ các thành phần dòng si  và si  theo công thức (2.5): 1 ( 2 ) 3 s su s su sv i i i i i         (2.4) 0,5( 3 ) 0,5( 3 ) su s sv s s sw s s i i i i i i i i                (2.6) Trong công thức (2.4) ta không cần đến dòng pha thứ ba chính là vì các dòng pha có mối quan hệ thông qua phương trình (2.1). Cũng qua (2.4) ta thấy si  và si  là hai dòng hình sin. α jβ si swi su s=i i svi si o 120 o 120 o 120 Cuén d©y pha U Cuén d©y pha V Cuén d©y pha W Hình 2.3 Biểu diễn dòng điện stator dưới dạng vector không gian trên hệ tọa độ  Với MĐĐB - KTVC, ta xây dựng một hệ trục tọa độ quay dq có hướng của trục thực d trùng với trục của từ thông cực và gốc tọa độ trùng với gốc tọa độ của hệ . Hệ tọa độ này quay quanh điểm gốc với tốc độ góc  là tốc độ cơ học của rotor, cũng chính là tốc độ ωs. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN α jβ jq d  s sdi sqi si si s i su Cuén d©y pha U Cuén d©y pha V Cuén d©y pha W Rotor Trôc Rotor  s Trôc ®iÖn ¸p l-íi a jb sai sbi Hình 2.4 Vector dòng stator trên 3 hệ tọa độ αβ, ab và dq Gọi sdi và sqi là hai thành phần trên hai trục tọa độ d, q của vector dòng stator. Vector ( )si t có thể được viết cho hai hệ tọa độ như sau: s s s s f s sd sq i i ji i i ji         (2.7) Các chỉ số phía trên bên phải “s” và “f” để chỉ hệ tọa độ  và dq. Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian: Xét một hệ tọa độ tổng quát xy. Ngoài ra ta hình dung thêm một hệ tọa độ thứ 2 với các trục * *x y có chung điểm gốc và nằm lệch đi một góc * so với hệ xy. Quan sát một vector V bất kỳ ta thu được: - Trên hệ xy: xyV x jy  (2.8) - Trên hệ * *x y : * * *V x jy  (2.9) 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Từ hình 2.8 ta có thể dễ dàng rút ra kết quả sau đây: * * * * * * cos sin sin cos x x y y x y            (2.10) Thay (2.10) vào (2.9) ta có: * * * * *( cos sin ) ( cos sin )V x y j y x       (2.11) ** *( )(cos sin ) xy jx jy j V e       (2.12) Một cách tổng quát, ta thu được công thức chuyển hệ tọa độ như sau: * ** *xy j xy jV V e V V e    (2.13) Thực tế, * có thể là một góc biến thiên với tốc độ góc * * /d dt  , trong trường hợp ấy, hệ tọa độ * *x y là hệ tọa độ quay tròn với tốc độ góc * xung quanh gốc tọa độ của hệ xy. V * * d dt    *x *jy x jy * x * y x y * Hình 2.5 Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian bất kỳ V Từ đó rút ra được mối liên hệ giữa các thành phần dòng stator trên các hệ tọa độ như sau: cos sin sin cos sd s s s s sq s s s s i i i i i i               (2.14) cos sin sin cos s sd s sq s s sd s sq s i i i i i i            (2.15) Hoặc s f s j s si i e  , s s f j s si i e  (2.16a,b) 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Các công thức cho vector dòng stator ở trên cũng đúng với các vector khác như vector điện áp stator, từ thông stator v.v.... Các phương trình của máy điện vốn vẫn được viết cho từng pha u, v, w hay r, s, t. Sau khi xây dựng các vector không gian, kết hợp các phương trình cho từng pha lại với nhau dựa trên công thức (2.4), ta sẽ thu được phương trình cho máy điện dưới dạng các đại lượng vector. 2.2.2. Mô hình trạng thái liên tục của MĐĐB-KTVC Cơ sở để xây dựng mô hình trạng thái liên tục của MĐĐB-KTVC là phương trình điện áp stator trên hệ thống cuộn dây stator. Phương trình điện áp stator: s sss ss s d u R i dt    (2.17) Phương trình từ thông stator : ss s pL i   (2.18) Do các cuộn dây stator và rotor có cấu tạo đối xứng về mặt cơ học nên các giá trị điện cảm là bất biến đối với mọi hệ tọa độ quan sát. Do đó, (2.18) được dùng một cách tổng quát, không cần có các chỉ số phía trên bên phải. Khi sử dụng trên hệ tọa độ cụ thể ta sẽ điền thêm chỉ số. Phương trình mômen:   3 2 sG p sm z i  (2.19) Sau khi chuyển (2.17), (2.18) sang biểu diễn trên hệ tọa độ dq là hệ toạ độ quay với vận tốc góc s so với hệ toạ độ cố định ta thu được hệ phương trình sau: 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN f f sf f ss s s s f ff ss s p d u R i j dt i L              (2.20a,b) với s  (2.21) Chỉ số phía trên bên phải “f ” để chỉ hệ tọa độ quay dq, từ nay về sau, để cho thuận tiện, nếu không gây nhầm lẫn, ta quy ước các đại lượng trên hệ tọa độ dq sẽ không cần viết chỉ số “f” ở phía trên bên phải nữa.ψplà véc tơ từ thông cực từ. Vì trục d của hệ toạ độ trùng với trục của từ thông cực, thành phần vuông góc (thành phần trục q) của ψp sẽ bằng không, do đó, véc tơ từ thông cực từ chỉ có duy nhất thành phần trục thực ψp. Từ đó, ta có: ; 0p pd pq p pqj        (2.22) Đối với máy điện đồng bộ cực lồi, do điện cảm stator dọc trục cực từ và ngang trục cực từ khác nhau (Lsd ≠ Lsq), do đó, ta có các phương trình thành phần từ thông như sau: sd sd sd p sq sq sq L i L i        (2.23) Thay hai phương trình (2.23) vào (2.20a), sẽ thu được: sd sd s sd sd s sq sq sq sq s sq sq s sd sd s p di u R i L L i dt di u R i L L i dt               (2.24) Từ phương trình mô men tổng quát (2.18), biến đổi ta thu được:   3 2 M p sd sq sq sdm z i i   (2.25) Thay (2.23) vào (2.25), ta được:   3 2 M p p sq sd sq sd sqm z i i i L L     (2.26) 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Theo (2.26), mô men quay của MĐ ĐB-KTVC bao gồm hai thành phần: thành phần chính ψp isq và thành phần phản kháng do chênh lệch (Lsd - Lsq) gây nên. Khi xây dựng hệ thống điều khiển, ta sẽ phải điều khiển véc tơ dòng stator sao cho vec tơ dòng đứng vuông góc với từ thông cực, và do đó không có thành phần dòng từ hoá mà chỉ có thành phần dòng tạo mô men quay. Vậy là isd = 0 và ta thu được phương trình mô men như sau: 3 2 M p p sqm z i (2.27) Ta viết lại phương trình (2.24) như sau: sd sd sq sq 1 1 1 1 sq sd s sq sd sd sd psd s sd sq s sq sq sq sq Ldi i i u dt T L L di L i i u dt L T L L                    (2.28) hoặc dưới dạng mô hình trạng thái liên tục: s s ss s p s di Ai Bu Ni S dt       (2.29) trong đó: 1 1 00 0 0 ; ; ; ;11 1 0 0 0 sq sd sd sd sd sq sq sq sq L T L L A B N S L LT L L                                              với: - Lsd, Lsq : là điện cảm ĐB-KTVC theo hướng dọc trục và ngang trục. - isd, isq: là các thành phần dòng điện stator trên hệ toạ độ dq. - ψp : là từ thông cực từ; ωs: tần số góc mạch stator; Tsd=Lsd/Rs ; Tsq=Lsq/Rs - Rs: là điện trở mạch stator. 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 2.2.3. Mô hình toán học động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCCT-ĐBKTVC). Từ( 2.28) với việc thay các đại lượng trong động cơ ĐBKTVC bằng các đại lượng tương ứng trong động cơ chạy thẳng kiểu ĐBKTVC 2 S v     ( 2.30) Và kết hợp với phương trình biểu diễn quan hệ giữa quãng đường dịch chuyển S và tốc độ dịch chuyển v của động cơ. ds v dt  ( 2.31) Ta có hệ phương trình toán học mô tả động cơ chạy thẳng kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu như sau: sd sd sq sq 1 2 1 2 1 1 2 sq sd sq sd sd sd psd sd sq sq sq sq sq Ldi i v i u dt T L L di L v i i u v dt L T L L dS v dt                                       ( 2.32) Theo [2 ] lực điện từ của ĐCTT-KTVC được xác định như sau:   3 p sq sd sq sd sqF i L L i i       (2.33) Phương trình chuyển động của động cơ: c dv F F m dt   (2.34) Fc - Lực cản của ph ần đ ộng ĐCTT – KTVC m: Khối lượng phần động của động cơ. 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 2.2.4. Mô hình ĐCTT loại ĐB - KTVC có xét đến hiệu ứng đầu cuối. Theo [6], ngoài sự khác biệt giữa 2 loại ĐCTT và ĐC quay được mô tả thông qua bảng 2.1 thì điểm khác biệt lớn nhất phải kể đến ở đây là hiệu ứng đầu cuối, chỉ xuất hiện ở ĐCTT. Hiệu ứng đầu cuối được hình thành là do không giống như động cơ quay, vai trò của các điểm dọc theo bề mặt tiếp xúc giữa phần động và phần tĩnh không có sự tương đương, thể hiện ở diễn biến từ thông ở điểm biên so với các điểm nằm trong khu vực tiếp xúc . Đối với ĐCTT loại KĐB sẽ chịu ảnh hưởng mạnh của hiệu ứng đầu cuối bởi nó không chỉ tác động đến phân bố từ thông ở 2 biên mà còn ảnh hưởng dọc theo khe hở giữa 2 phần động và tĩnh (hình 2.6). Ảnh hưởng đó sẽ càng lớn khi tốc độ của động cơ càng nhanh. Sở dĩ có điều này là do hình thành 2 dòng điện xoáy ở 2 biên sinh ra từ trường tác động đến từ trường tổng và phân bố từ thông ở khu vực ở giữa 2 biên này sẽ chịu tác động của từ thông gây ra bởi dòng điện xoáy khi đã suy giảm (hình 2.6). ĐCTT loại KĐB lồng sóc 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Hình 2.6 Mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối đối với ĐCTT loại KĐB. Khác với ĐCTT loại KĐB, ở đây không có sự hình thành dòng điện xoáy ở biên trong ĐCTT loại ĐB - KTVC nên tác động đến phân bố từ thông dọc theo khe hở sẽ giảm đi do ảnh hưởng đó chỉ tồn tại ở khu vực 2 biên. Điều này có thể thấy rõ thông qua mạch từ tương đương (hình 2.7) với sự lưu ý lúc này mạch từ đó không giống như mạch từ tương đương ở động cơ quay do loại bỏ đường nét đứt (hình 2.7) vì đặc điểm của phân bố từ trường ở 2 biên và không có mối liên hệ giữa 2 hệ thống từ trường này. Cũng cần lưu ý mạch từ này đã được đơn giản hóa do bỏ qua thành phần từ thông chạy trong sắt từ và coi rằng toàn bộ từ thông được tập trung ở khu vực khe hở. Thế thì lúc này trên sơ đồ mạch từ thay thế tương đương (hình 2.7) tồn tại các thành phần sau: 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Hình 2.7 (a. Cấu trúc ĐCTT loại ĐB - KTVC, b. Mạch từ tương đương mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối). Sức từ động Nt ,ia,b,c (A.vòng) do dòng điện chảy trong các pha phần sơ cấp và Fpa,b,c do cực từ nam châm vĩnh cửu sinh ra. mR  (A.vòng/Wb) là từ trở khe hở giữa các răng. Rmg là từ trở khe hở giữa răng và phần thứ cấp (cực từ). Tóm lại ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối trong cả 2 trường hợp trên đều gây ra sự biến đổi của từ thông hình thành trong khu vực khe hở giữa hai phần động và tĩnh, kéo theo sự thay đổi lực đẩy được tạo ra bởi sự tương tác giữa dòng điện chảy trong phần động và từ thông nói trên. Như vậy so với mô hình khi chưa xét đến hiệu ứng đầu cuối như trình bày ở trên, sẽ có sự biến đổi của hệ thống phương trình (2.6), (2.7), khi làm việc với ĐCTT loại ĐB - KTVC do ảnh hưởng bởi hiệu ứng đầu cuối (loại bỏ đường nét đứt trên hình 2.7) với việc bổ sung thêm ,sd sq   như sau: sd sd sd p sd sd sq sq sq L i L i              ( 2.35) Việc xác định chính xác ,sd sq   phụ thuộc vào kết cấu cụ thể của máy điện như: cấu trúc dây quấn,...dựa vào các phương pháp mô hình mạch từ hoặc phần tử hữu hạn. Tuy nhiên vì các thành phần nói trên bị chặn nên ngoài những biện pháp xử lý thông thường sau khi có được kết quả tính toán các giá trị này thì một số nghiên cứu đã bàn đến xử lý hiệu ứng đầu cuối khi chưa cần biết chính xác các thành phần đó. 2.4 Kết luận chương 2. Chương này đưa ra mô hình toán của ĐCTT loại ĐB - KTVC với mục đích dựa vào đó thiết kế cấu trúc điều khiển được trình bày trong các nội dung 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN tiếp theo của luận văn. Cũng có bản chất như động cơ quay, ĐCTT có mô hình mang đặc điểm phi tuyến thể hiện ở các khía cạnh như đã phân tích ở trên và luận văn tập trung vào nội dung khắc phục đặc điểm phi tuyến cấu trúc. Ở đây cần có sự phân biệt về việc hình thành một hệ thống vector song song, dịch chuyển tịnh tiến với những điểm gốc tọa độ khác nhau mô tả các đại lượng ba pha trong ĐCTT và một hệ thống các vector quay có chung gốc tọa độ trong ĐC quay. Đó là sự khác biệt thể hiện ở phương pháp mô tả toán học. Ngoài ra điểm khác biệt lớn nhất về mặt vật lý giữa 2 nhóm động cơ này là ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối chỉ xuất hiện trong ĐCTT. Việc tính toán cụ thể các tác động trong việc hình thành những ảnh hưởng này phụ thuộc nhiều vào kết cấu máy điện với phương pháp mô hình mạch từ hoặc phần tử hữu hạn. 41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN Chương 3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CHO ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH Dựa trên đặc điểm phi tuyến trong mô hình ĐCTT loại ĐB - KTVC đã được phân tích ở chương 2, luận văn sẽ trình bày một số phương pháp điều khiển phi tuyến có thể được vận dụng cho ĐCTT này. Đó là phương pháp TTHCX, thiết kế bộ điều khiển vận tốc theo phương pháp mô đun đối xứng. 3.1. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN THEO PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC (PHƯƠNG PHÁP PHI TUYẾN) Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển ĐCTT loại ĐB - KTVC 3 pha sử dụng TTHCX 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 3.2. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI TRẠNG THÁI THEO PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC Quan hệ giữa quãng đường dịch chuyển S và tốc độ dịch chuyển v của ĐCCT-KTVC được xác định theo phương trình: ds v dt  (3.1) Kết hợp giữa phương trình (3.1) ta viết lại hệ phương trình (2.32) như sau: sd sd sq sq 1 2 1 2 1 1 2 sq sd sq sd sd sd psd sd sq sq sq sq sq Ldi i v i u dt T L L di L v i i u v dt L T L L ds v dt                        (3.2) Đưa thêm phương trình (2.32) vào hệ phương trình (3.1) nhằm mục đích đưa mô hình trạng thái của ĐCĐB thoả mãn điều kiện tuyến tính hoá chính xác. Các biến trạng thái Các tín hiệu vào Các tín hiệu ra 1 sdx i 1 sdu u 1 sdy i 2 sqx i 2 squ u 2 sqy i 3x s 3u v 3y s Thay (3.3) vào (3.2) ta có phương trình phi tuyến của ĐCTT-KTVC trên không gian trạng thái là: (3.3) 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN 1 1 2 3 1 1 2 1 3 2 3 3 1 2 1 1 2 1 sq sd sd sd p sd sq sq sq sq Ldx x x u u