Nâng cao chất lượng các hệ truyền động bám công suất nhỏ trên cơ sở điều khiển bù đặc tính tĩnh và thích nghi modal

n lĩnh vực điều khiển hệ bám ĐCV công suất nhỏ Luận án tiếp cận những liên quan đến nghiên cứu với hai vấn đề chính, đó là: điều khiển ĐCV và điều khiển hệ thống bám ĐCV. 1.6.1. Vấn đề điều khiển ĐCV Có rất nhiều các công trình nghiên cứu đề cập đến vấn đề điều khiển ĐCV: điều khiển rời rạc [17], [22], [24], [26], [27], [28], [29]; 7 điều khiển liên tục: [31]; điều khiển tần số dòng điện [16], [31]; điều khiển véc tơ [2], [3], [18], [20], [39], [51], [56]; điều khiển không dùng cảm biến [8], [21], [60]; trong đó cho chất lượng tốt hơn cả là phương pháp ĐKVT [51]. Điều khiển BĐTT cũng là một phương pháp được nhiều công trình chú ý tới trong những năm gần đây. dq/abc KÐCS PMSMCBVT  du dku au bu cu  KBT  ĐCV Với điều khiển BĐTT d dt 1.6.2. Vấn đề điều khiển hệ thống bám Vấn đề này cũng rất đa dạng như: điều khiển PI [6]; BĐK thích nghi [97]; điều khiển backstepping [7]; điều khiển thích nghi bền vững [10], [14], [99]; điều khiển trượt thích nghi [15] và rất nhiều các công trình khác. 1.7. Một số phƣơng pháp điều khiển hệ truyền động bám trên cơ sở có xét đến ảnh hƣởng của cấu trúc phần cơ Điều khiển các HTĐB có xét đến ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyền từ cấu trúc phần cơ nhìn chung là một bài toán động lực học rất phức tạp. Độ chính xác bám phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: mô men cản, mô men ma sát, khe hở bánh răng, mô men đàn hồi giữa các khâu. Các phương pháp phổ biến thường dùng để điều khiển hệ thống này là: điều khiển với mô hình xấp xỉ tuyến tính bằng bộ điều khiển PI [52], [58]; điều khiển PI phản hồi trạng thái [59]; điều khiển thích nghi bù khe hở bằng mạng nơ ron và hệ mờ [55], [61], 65], [81]; điều khiển theo mô hình dự báo [65]. 1.8. Xây dựng bài toán nghiên cứu Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động bám ĐCV công suất nhỏ ứng dụng cho một lớp các đối tượng trên cơ sở áp dụng: I. Điều khiển BĐTT: Để cải thiện chất lượng các đặc tính tĩnh, đơn giản cấu trúc điều khiển, nâng cao hiệu suất động cơ truyền động. II. Điều khiển TNMD: Để giảm sai số bám do tính phi tuyến của cấu trúc phần cơ gây ra nhưng vẫn giữ tính đơn giản của hệ thống. Hình 1.20. Sơ đồ cấu trúc ĐCV với phương pháp điều khiển BĐTT 8 Kết luận của chƣơng 1 Chương 1 đã phân tích một số vấn đề cơ bản gồm: Tổng quan và các tiêu chí đánh giá chất lượng HTĐB, cơ sở khoa học của việc chọn ĐCV cho nghiên cứu, các công trình liên quan đến nội dung nghiên cứu, ảnh hưởng của cấu trúc phần cơ trong HTĐB, các phương pháp điều khiển hệ bám có xét đến ảng hưởng của phần cơ. Trên cơ sở đó xác lập bài toán, mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu. Chƣơng 2 - ĐIỀU KHIỂN BÙ CÁC ĐẶC TÍNH TĨNH ĐCV CÔNG SUẤT NHỎ TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM 2.1. Điều khiển ĐCV trong hệ trục tọa độ dq 2.2. Phƣơng pháp điều khiển BĐTT ĐCV Do dòng điện và điện áp đưa đến khối cơ điện chưa đạt được dạng hình sin nên đã làm xấu đi những đặc tính tĩnh và chỉ tiêu năng lượng chung của hệ thống, vì vậy cần có phương pháp điều khiển để bù lại tác hại từ các ảnh hưởng này. Điều khiển cho dòng di 0 đối với những động cơ có thành phần d qL L là một giải pháp. 2.2.1. Bản chất của phƣơng pháp BĐTT Dưới tác động của điện cảm, dòng điện pha sẽ lệch pha tương đối so với điện áp, mô men vì thế mô men sẽ không đạt giá trị cực đại. Khi thực hiện điều khiển BĐTT, độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp sẽ được bù lại bằng cách làm cho dòng điện ngược pha với đảo của sức phản điện động như trên hình 2.3. [23], [24]. Hình 2.3. Điện áp và dòng điện trong chế độ điều khiển bù  u d qarctg u u  (2.10) Biểu thức dòng điện:       2 d q e d 2 2 T p 1 u ωT C ω T i (2.13) R T p 1 ω u T                Mong muốn ở đây là dòng điện di 0 trong toàn vùng tốc độ, trên cơ sở phương trình (2.13), tại [42] có đưa ra biểu thức tính ud như sau: 9  ed qCu T u   (2.14) Quan hệ u qF ( ,u const)    thể hiện trong các biểu thức (2.10) và (2.14) được đưa ra trên hình 2.4. Hình 2.4. Góc bù ở các chế độ làm việc khác nhau của động cơ. 2.2.2 Các thuật toán điều khiển bù đặc tĩnh tĩnh ĐCV Điều khiển ĐCV thông thường thực hiện theo sơ đồ ĐKVT kinh điển. Với ĐCV công suất nhỏ, sơ đồ đó là tương đối phức tạp. Theo phương pháp điều khiển BĐTT, điện áp (bù) ud được tính toán từ điện áp trên trục q và các tham số động cơ. Các thuật toán bù đã được một số tài liệu [42], [43], [44] và [72] công bố trong đó hầu hết chỉ phụ thuộc vào hằng số thời gian điện tử Te của động cơ. 2.3. Xây dựng thuật toán BĐTT 2.3.1. Xây dựng thuật toán Từ hệ phương trình vi phân mô tả ĐCV [42], [43], [44], [72] và [88], với điều kiện di 0 ta tìm được luật điều khiển bù: e u d q e e C sin1 u u sin (2.30) cos k cos             0 e u e e u u; arctg( T ); arctg( T )             e earctg( T )   và u uarctg( T )   2.3.2. Phân tích ảnh hƣởng của các thông số đến đặc tính bù 2.3.2.1. Ảnh hƣởng của điện áp nguồn Hình 2.6. Đặc tính bù khi điện áp nguồn U 12V 10%  Nhận xét: Ở ngoài vùng tốc độ thấp, sai số bù khoảng 10 %. -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 tan so quay omega (rad/s) go c b u ( do di en ) dac tinh bu khi U=12V dac tinh bu khi U=10.8V dac tinh bu khi U=13.2V sai so goc bu khi U=10.8V sai so goc bu khi U=13.2V 10 2.3.2.2. Ảnh hƣởng của điện cảm pha stato Hình 2.7. Đặc tính bù khi điện cảm của động cơ L 0,8 mH 5%  Nhận xét:Sai lệch điện cảm L ảnh hưởng không nhiều tới sai số bù. 2.3.2.3. Ảnh hƣởng của điện trở pha stato Hình 2.8. Đặc tính bù ở các giá trị thay đổi của điện trở pha động cơ ở dải nhiệt độ từ -40oC đến +80oC Nhận xét: Khi hệ thống làm việc ở dải nhiệt độ rộng, cần phải có biện pháp khắc phục ảnh hưởng của sự biến đổi điện trở đến sai số bù. 2.3.2.4. Ảnh hƣởng của hệ số sức phản điện động Hình 2.9. Đặc tính bù ở các giá trị khác nhau của hệ số sức phản điện động của động cơ Nhận xét: Hệ số sức phản điện động động cơ có ảnh hưởng không nhiều tới sai số bù. dq/abc KÐCS PMSM CB VT *   KBT (pt 2.30) *  R R du qu au bu cu   ĐCV   d dt Hình 2.10. Cấu trúc hệ truyền động bám ĐCV trên cơ sở BĐTT -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 tan so quay omega (rad/s) goc bu (d o d ien ) dac tinh bu khi L=0.8 mH dac tinh bu khi L=0.76 mH dac tinh bu khi L=0.842 mH sai so goc bu khi L giam 5% sai so goc bu khi L tang 5% -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 tan so quay omega (rad/s) goc bu (d o d ien ) dac tinh bu khi R=5 Om (+20 doC) dac tinh bu khi R=5.66 Om (+80 doC) dac tinh bu khi R=4.45 Om (-40 doC) sai so goc bu o nhiet do -40 doC dai so goc bu o nhiet do +80 doC -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 tan so quay omega (rad/s) goc bu (d o d ien ) dac tinh bu khi gia tri Ce danh dinh dac tinh bu khi gia tri Ce tang 5% dac tinh bu khi gia tri Ce giam 5% sai so goc bu khi gia tri Ce giam 5% sai so goc bu khi gia tri Ce tang 5% 11 2.4. Xây dựng sơ đồ điều khiển hệ truyền động bám ĐCV trên cơ sở thuật toán bù các đặc tính tĩnh Cấu trúc BĐTT đề xuất (hình 2.10) có các ưu điểm: không tồn tại các BĐC dòng điện; không phải đo dòng điện các pha; chỉ cần một bộ chuyển đổi hệ trục tọa độ. Kết luận của chƣơng 2 Chương 2 đã phân tích và trình bày các vấn đề cơ bản như sau: 1. Các phương pháp điều khiển ĐCV trong đó có ĐKVT, các điểm không phù hợp khi áp dụng ĐKVT cho các hệ công suất nhỏ; 2. Trình bày bản chất của phương pháp điều khiển BĐTT; 3. Tổng hợp một thuật toán BĐTT từ uqvà ; 4. Phân tích ảnh hưởng của các tham số động cơ đến đặc tính bù; 5. Đề xuất sơ đồ HTĐB ĐCV sử dụng phương pháp BĐTT. Chƣơng 3 - ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MODAL KẾT HỢP BÙ CÁC ĐẶC TÍNH TĨNH NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CÁC HTĐB GÓC SỬ DỤNG ĐCV CÔNG SUẤT NHỎ 3.1. Đặt bài toán nghiên cứu Với mục tiêu xuyên suốt của luận án là nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động bám công suất nhỏ, ở chương 2 áp dụng phương pháp điều khiển BĐTT thay cho ĐKVT kinh điển trong các hệ thống này. Việc sử dụng thuật toán bù (2.30) đã đóng góp một phần cho quá trình hoàn thành mục tiêu luận án. Tuy nhiên, như đã phân tích, các hệ truyền động bám công suất nhỏ trong thực tế luôn đi kèm hộp số cũng như có cấu trúc phần cơ tương đối phức tạp, điều đó dẫn đến việc làm tăng đáng kể sai số bám. Để khắc phục vấn đề này một cách tốt nhất mà vẫn đảm bảo giữ cho hệ thống tính đơn giản trong cấu trúc, luận án tiếp tục sử dụng giải pháp điều khiển TNMD mạch vòng tốc độ. Sau khi tối ưu hóa vòng tốc độ, việc tổng hợp cấu trúc bộ điều chỉnh vị trí được thực hiện bằng các phương pháp hàm chuẩn để đảm bảo độ chính xác bám cho cả hệ thống [53].  *  *uBĐK vị trí ĐCV với điều khiển BĐTT Bộ quan sát trạng thái Các tín hiệu phản hồi trạng thái, thích nghi qu 21  dhM Hộp số BĐK TN Khâu TNMD Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc HTĐB góc điều khiển TNMD kết hợp với BĐTT sử dụng động cơ van công suất nhỏ 12 3.2. Điều khiển TNMD hệ truyền động bám góc sử dụng ĐCV công suất nhỏ Điều khiển modal đã được triển khai rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động TĐĐ do có cấu trúc đơn giản, độ chính xác điều khiển cao và đã được trình bày chi tiết tại các tài liệu [11], [12]. ĐKTNMD được xây dựng dựa trên cơ sở mở rộng phương pháp điều khiển modal.Trong phương pháp ĐKTNMD, khi các tham số của đối tượng (phi tuyến) thay đổi trong quá trình hoạt động, bộ điều khiển modal sẽ được cập nhật lại các tham số bằng một luật điều khiển thích nghi. Luật điều khiển thích nghi được thành lập từ điều kiện đảm bảo tính ổn định và điều kiện bám của hệ thống kín [83]. 3.2.1. Hàm truyền đạt và sơ đồ cấu trúc của ĐCV Để đơn giản trong thiết kế khâu thích nghi modal mà vẫn đảm bảo tính chính xác, trước hết cần thiết lập sơ đồ cấu trúc ĐCV dạng hàm truyền.  dkW (p) 1 j p mCW (p) eC dku (p) cM (p) dkk (p) ik M(p) qi (p)   1 j p mC eC dku (p) cM (p) (p) M(p) qi (p)  e e k T p 1 u 1 R T p 1 a) b) Hình 3.2.a) Sơ đồ cấu trúc ĐCV dạng tổng quát b) Sơ đồ cấu trúc ĐCV khi tốc độ quay nhỏ 3.2.2. Mô hình toán học ĐCV và máy công tác khi tính đến liên kết đàn hồi, khe hở và ma sát Từ hệ phương trình vi phân của động cơ và của cấu trúc phần cơ, hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống đưa ra trên (3.21) trong đó: 1 1dm c1 dm J T M   ; 2 1dmc2 2 dm J T i M   ; 2 dm c 1dm i M T c   ; 1dmc 2 dm b k i M   e e k ; k C  , các thành phần đánh giá sai số liên quan đến ma sát (viết cho gọn) là: 2 2 2 1 1 1F ( , t) F ( ); F ( , t) F ( )     ; Các hàm số: 2 2 dh 21 1 1F ( , t); F (M ,t); F ( , t)  phụ thuộc vào các thành phần bất định biến đổi theo thời gian. 13 2 2 2 2 dm 21 2 2 c 2 1dm 21 1dm 1dm 2 1 dh 212 2 dm dm 1 dm 1 1dm e dm 21 1 dk 1 1 1 1dm dm e 1 1dm d ; dt d i M M F ( , t) M ; dt J dM c c F (M , t); dt i M i M d M 1 J k 1 M M u F ( , t); dt J R M C R J                                   (3.21) 21 p  ck c2 1 T p 1 p 2F ( )  cM  21M  f 2M 1  2  Cấu trúc phần cơ có xét đến đàn hồi, khe hở và ma sát oo o o c 1 T c1 1 T p 1 u 1 R T p 1 e k T p 1 dku eC  21M 1F ( )  Cấu trúc ĐCV Hình 3.4. Sơ đồ cấu trúc của động cơ và cơ cấu công tác. 3.2.3. Phân tích và tổng hợp hệ truyền động bám ĐCV công suất nhỏ ĐKTNMD kết hợp BĐTT có xét đến cấu trúc phần cơ 3.2.3.1. Mô hình toán học của hệ thống trong không gian trạng thái Đặt các biến: y q 1 2 2 2 3 21 4 1u u u ;y x ;x ;x M ;x ;       2 1 212 2 2 2 1 1 2 1 dh 21 2M 21 F ( , t) ( , t); F ( , t) ( , t);F (M ,t) (M ,t);        2 2,  là tốc độ và góc quay của cơ cấu công tác, M21 là mô men đàn hồi, udk là điện áp điều khiển; 2 21 12 2 2M 21 2 1 ( , t); (M , t); ( , t)      là các thành phần trong véc tơ đánh giá sai số của mô hình khi tuyến tính hóa, khi đó hệ phương trình trạng thái như sau: 2 21 1 1 1 1 2 2c22 2 1 1 2M 213 3c c 1 11 1 1 4 4 c1 2 1c1 c1 0 1 0 0 00x x ( , t)0 0 T 0 0x x u 0 (M , t)x x0 T 0 T x x kR T ( , t)0 0 T R T                                                                        (3.24) 14   2 21 1 T 1 2 3 4 1 2 2c2 0 01 1 2M 21c c 1 11 1 1 c1 2 1c1 c1 x x x x x ; 0 1 0 0 00 ( , t)0 0 T 0 0 A ;B ; (x, t) 0 (M , t)0 T 0 T kR T ( , t)0 0 T R T                                                         trong đó các ma trận :    11 12 21A 0; A 1 0 0 ; A 0 0 0   ; 1 c2 1 1 22 c c 1 1 1 c1 c1 0 T 0 A T 0 T 0 T R T                    ; 1 2 1 1 c1 0 B 0; B 0 kR T               được tách ra từ ma trận A0 và B0 ; 2 21 1 2 2 1 2 2M 21 2 1 ( , t) 0; (x, t) (M , t) ( , t)                    được tách ra từ ma trận (x, t) ;  T2 3 4w x x x ; và 1x y; Khi đó ta có:   T 2 3 4y 1 0 0 x x x 0.u    (3.27) 2 21 1 1 c2 2 22 2 1 1 3 c c 3 dk 2M 21 1 1 1 1 1 4 4 2 1c1 c1 c1 0 T 0 ( , t)x x 0 x T 0 T x 0 u (M , t) x x ( , t)0 T R T kR T                                                              (3.28) 3.2.3.2. Xây dựng bộ quan sát trạng thái Xây dựng bộ quan sát giảm bậc, các đại lượng cần quan sát gồm: mô men đàn hồi, tốc độ động cơ và tốc độ của cơ cấu công tác. Ngoài ra, bộ quan sát còn phải tạo tín hiệu thích nghi theo thuật toán được chọn lựa. Hệ phương trình của bộ quan sát tìm được có dạng (3.44) trong đó rv R là véc tơ trạng thái của bộ quan sát, ma trận quan sát N (r x p) chọn theo quá trình động học của bộ quan sát. 15 2 1 1 1 3 2 2 1 4 3 3 1 2 dm 1 1 2 3 1 2 2 2 1dm 1 1dm 2 2 c 2 4 2 2 22 dm dm dm e dm 3 3 2 3 4 3 2 2 1 1dm 1 1dm e 1 1dm xˆ v n x xˆ v n x xˆ v n x i M ˆ ˆ ˆv n x x hh sgn(x x ); (3.44) J c ˆ ˆ ˆv (n T )x x hh sgn(x x ); i M M M k M1 ˆ ˆ ˆ ˆv n x x x u hh sgn(x x ); J R J RC J                                              3.2.3.3. Lựa chọn luật điều khiển Trên cơ sở đã sở đã đạt được mục tiêu quan sát, ta tìm được luật điều khiển thích nghi modal có dạng : B 1 2 2 ˆu M g M y M w B (3.45)     trong đó M1, M2 là các khối có kích thước tương ứng là (m x p) và (m x r) của ma phận modal M ; MB là ma trận hằng số (m x m); 2B  là khối phải của ma trận T 1 T 0 0 0 0B (B B ) B   có kích thước (m r);  là tín hiệu thích nghi . 3.2.3.4. Tính toán các tham số cho khâu thích nghi modal Do sử dụng bộ quan sát giảm bậc, lúc này phương trình trạng thái mô tả đối tượng điều khiển theo (3.43) có các tham số như sau: 1 c2 1 1 0 c c 0 1 1 1 1 1 3c1 c1 c1 0 T 0 0 0 A T 0 T ;B 0 0 (3.53) b0 T R T kR T                                        I. Lựa chọn mô hình mẫu Lựa chọn mô hình mẫu với đa thức đặc trưng mong muốn có dạng như sau [2]: 3 2 2 3 mm 1 0 2 0 0( )          (3.54) II. Tính ma trận modal M Ma trận modal M sẽ được tính từ điều kiện: T mm 0 0 0( ) det[ I A B B M]      (3.55) Giải phương trình (3.55) với A0 và B0 từ (3.53) tìm được m1, m2 và m3 như sau: 16           1 1 3 1 1 0 1 c1 0 c c2 2 1 1 2 1 1 1 c1 0 2 c c2 c1 1 22 2 1 1 1 1 1 1 1 c c2 c1 c c1 R T T T kR T T T T m ; m ; T T kR T T kR T                              1 1 0 1 c1 3 2 1 1 c1 R T m ; (3.57) kR T         III. Tính ma trận quan sát N Để xác định các phần tử của ma trận quan sát N, ta dựa vào điều kiện ổn định của ma trận H 22 12A A NA  . Điều kiện này được lựa chọn sao cho các cực của bộ quan sát i H(A ) nằm trong vùng thỏa mãn bất đẳng thức i H 0max Re (A ) (2 3)    , khi đó đa thức đặc trưng của ma trận AH có dạng: 3 2 2 3H 0 0 0( ) 2(3 ) 2(3 ) (3 )            (3.59) Giải phương trình (3.59) ta tìm được:       3 21 1 1 1 1 1 0 0 c2 c 0 c c2 c c1 1 22 1 1 2 1 c c1 c1 3 2 3 T T 2 3 T T T T n ; n k T T k T                       1 10 c1 3 2 2 3 R T n (3.62) k       IV. Tính các tham số của thuật toán thích nghi Việc xác định các tham số của thuật toán thích nghi (3.37) đồng nghĩa với việc xác định các phần tử ma trận 1 TH P G . Các phần tử của ma trận H được xác định trong quá trình tìm cực tiểu của tập 0 hay từ điều kiện hội tụ của véc tơ trạng thái wˆ so với véc tơ giá trị thực w. Để xác định các phần tử của ma trận H, trước hết cần xác định các phần tử của ma trận 1P từ phương trình (3.35), trong đó ma trận mong muốn AH có dạng: 0 1 0 A 0 0 1 (3.63)H 3 2(3 ) 2(3 ) 2(3 )0 0 0                 ma trận đường chéo  1 2 3Q diag q q q và 12G A . 17 Hệ thống điều khiển TNMD với bộ quan sát giảm bậc có tính đến bù đặc tính tĩnh được mô tả bằng phương trình toán học đầy đủ sau:   2 21 2 3 4 1 2 22 c2 2 1 1 1 3 c c 3 2M 21 2 2 1 1 1 1 1 4 c1 c1 4 c1 32 1 1 2 3 x y 1 0 0 x 0.u x ( , t)x 0 T 0 x 0 h x T 0 T x 0 u (M , t) h h sgne x 0 T R T x kR T h( , t) xˆ xˆ ˆ                                                                                  1 1 1 2 2 4 3 3 B 1 2 2 v n 0 0 x v 0 n 0 0 (3.67) x v 0 0 n 0 ˆu M g M y M w B z                                                   3.7. Tổng hợp bộ điều khiển vị trí cho hệ thống bám ĐCV Với mục đích điều khiển là triệt tiêu các sai số bám trong chế độ tĩnh và bù được những hằng số thời gian có giá trị lớn, bộ điều chỉnh vị trí tìm được là một khâu PI có các hệ số: 5 5 5 2 3 m 2 3 2 3 P I4 3 4 m m m J (1 km ) T J (1 km ) J (1 km ) k ; k (3.72) 172,1T k kc 172,1T k kc 172,1T k kc          2m 1m h  i i 1 ˆk x  1x   1 p 3n 2n 1n 1 c1T 1 1 c1R T   3m u 1 cT  1 p 1 c2T  1 p 1n 3n 1 p 1  k 1 2 cn T  1h2h3h              2xˆ3xˆ4xˆ 1v2v3 v    d dt  1 1 c1R T   Hình 3.5. Sơ đồ cấu trúc khâu thích nghi modal hệ bám ĐCV 18 2 R (p) 2ˆ21Mˆ 1ˆ z BĐCTN pt (3.45) BQSTN pt (3.44) qu*  dcM 21M msM 1 Khâu thích nghi modal BĐC vị trí dq/abc KÐCS PMSM CB VT  du au bu cu 1 KBT pt (2.30) 1 ĐCV với BĐTT 1 p  ck c2 1 T p 1 p 2F ( )  cM  21M  f 2M 1  2  Cấu trúc phần cơ có xét đến đàn hồi, khe hở và ma sát oo o o c 1 T d dt Hình 3.7. Hệ thống điều khiển thích nghi modal kết hợp điều khiển bù đặc tính tĩnh có xét đến cấu trúc phần cơ Kết luận của chƣơng 3 Chương 3 của luận án đã giải quyết được các vấn đề cơ bản sau: 1. Đặt vấn đề cho bài toán nghiên cứu điều khiển thích nghi modal các hệ cơ điện đàn hồi; 2. Trình bày những nét cơ bản nhất khi thiết kế điều khiển thích nghi modal cho một hệ thống động học; 3. Để thuận tiện cho thiết kế điều khiển thích nghi modal, đã tiến hành xây dựng hàm truyền đạt và sơ đồ cấu trúc cho ĐCV; 4. Xây dựng mô hình toán học ĐCV và máy công tác khi tính đến liên kết đàn hồi, khe hở và ma sát; 5. Tổng hợp cấu trúc và tham số BĐK thích nghi modal; 6. Tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí. Chƣơng 4 - MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT HTĐ BÁM GÓC SỬ DỤNG ĐCV ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TNMD KẾT HỢP BĐTT 19 4.1. Mô phỏng đánh giá độ tin cậy thuật toán điều khiển BĐTT Mô phỏng ĐKVT: Có BĐK Rid và không có BĐK Rid (ud = 0) Mô phỏng BĐTT: Có bộ bù KBT và không có bộ bù (ud = 0) 4.1.1. Các sơ đồ mô phỏng trên Simulink 4.1.2. Các kết quả mô phỏng và nhận xét đánh giá Hình 4.3. Dạng dòng điện id và iq trong chế độ ĐKVT (a) và BĐTT Trước 0,5 giây: khởi động đến tốc độ không tải; Tại 0,5 giây: đóng tải (nhảy bậc); Tại 1,0 giây: nối BĐC Rid (a) hoặc KBT (b) Hình 4.4. Đặc tính cơ trong chế độ ĐKVT (a) và BĐTT (b) Hình 4.5. Đặc tính hiệu suất trong chế độ ĐKVT(a) và BĐTT(b) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -2 -1 0 1 2 3 4 thoi gian (s) do ng d ie n( A ) dong dien iq dong dien id 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -2 -1 0 1 2 3 4 thoi gian (s) do ng d ie n (A ) dong dien iq dong dien id 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0 50 100 150 200 250 mo men (N.m) to c do ( ra d/ s) khong co bo dieu chinh Rid co bo dieu chinh Rid 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0 50 100 150 200 250 mo men (N.m) to c do ( ra d/ s) co bu khong bu 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 mo men (N.m) hi eu s ua t( % ) co bo dieu chinh Rid khong co bo dieu chinh Rid 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 mo men (N.m) hi eu s ua t( % ) khong bu co bu Hình 4.3a. Hình 4.3b. Hình 4.4a. Hình 4.4b. Hình 4.5a. Hình 4.5b. 20 Hình 4.6. Đặc tính công suất trong chế độ ĐKVT(a) và BĐTT(b) Hình 4.7b. Phóng to dạng điện áp, đảo của sức phản điện động và dòng điện pha ĐCV trong chế độ điều khiển BĐTT Trước 0,3 giây hệ thống không có bộ bù KBT, đảo của sức phản điện động và dòng điện không ngược pha 1800. Sau 0,3 giây nối bộ bù KBT, đảo của sức phản điện động và dòng điện ngược pha 1800 4.2. Mô phỏng đánh giá chất lƣợng hệ truyền động bám ĐCV 4.2.2. Kết quả mô phỏng hệ thống bám 1. Trƣờng hợp thứ nhất: Đáp ứng góc quay trên cơ cấu công tác khi khe hở 0,005  rad (0,2870) với các tín hiệu vào khác nhau. Hình 4.12. Đáp ứng góc quay với BĐK PID (a) và BĐK TNMD (b) với khe hở bánh răng 0,005  rad, tín hiệu vào là hàm bước nhảy 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 thoi gian (s) co ng s ua t ( W ) cong suat co khi DKVT 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 thoi gian (s) co ng s ua t ( W ) cong suat co khi DKBT 0.27 0.28 0.29 0.3 0.31 0.32 0.33 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 thoi gian (s) die n a p, sp dd (V ), d on g d ien (A ) (dao) spdd dong dien pha 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -15 -10 -5 0 5 10 15 Thoi gian (s) G oc q ua y (r ad ) goc bam goc dat sai so 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -15 -10 -5 0 5 10 15 thoi gian (s) go c qu ay ( ra d) goc bam goc dat sai so Hình 4.6a. Hình 4.6b. Hình 4.12a. Hình 4.12b. 21 Hình 4.13. Đáp ứng góc quay với BĐK PID (a) và BĐK TNMD (b) với khe hở bánh răng 0,005  rad, tín hiệu vào hình sin Hình 4.14. Đáp ứng góc quay với BĐK PID(a) và BĐK TNMD(b) với khe hở bánh răng 0,005  rad, tín hiệu vào là hàm vận tốc Hình 4.15. Đáp ứng góc quay với BĐK PID (a) và BĐK TNMD (b) với khe hở bánh răng 0,005  rad, tín hiệu vào là hàm gia tốc 3. Trƣờng hợp thứ ba: Đáp ứng góc quay trên cơ cấu công tác khi khe hở bánh răng 0,15  rad (8,590) với các tín hiệu vào khác nhau. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -15 -10 -5 0 5 10 15 Thoi gian (s) G oc q ua y (r ad ) goc bam goc dat sai so 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -15 -10 -5 0 5 10 15 Thoi gian (s) G oc q ua y (r ad ) goc bam goc dat sai so 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -5 0 5 10 15 20 25 30 thoi gian (s) go c qu ay ( ra d) goc bam goc dat sai so 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -5 0 5 10 15 20 25 30 Thoi gian (s) G oc q ua y (r ad ) goc bam goc dat sai so 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -5 0 5 10 15 20 25 30 thoi gian (s) go c qu ay ( ra d) goc bam goc dat sai so 0 0.5 1 1.5 2 2.5 -5 0 5 10 15 20 25 30 Thoi gian (s) G oc q ua y (r ad ) goc bam goc dat sai so Hình 4.13a. Hình 4.13b. Hình 4.15a. Hình 4.15b. Hình 4.14a. Hình 4.14b. 22 Hình 4.20. Đáp ứng góc quay với BĐK PID (a) và BĐK TNMD (b) với khe hở bánh răng 0,15  rad, tín hiệu vào là hàm bước nhảy Hình 4.21. Đáp ứng góc quay với BĐK PID (a) và BĐK TNMD (b) với khe hở bánh răng 0,15  rad, tín hiệu vào hình sin Hình 4.22. Đáp ứng góc quay với BĐK PID (a) và BĐK TNMD (b) với khe hở bánh răng 0,15  rad , tín hiệu vào là hàm vận tốc Hình 4.23. Đáp ứng góc quay với BĐK PID (a) và BĐK TNMD (b) v