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
27 trang |
Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 01/03/2022 | Lượt xem: 429 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu 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, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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].
*
*uBĐK
vị trí
ĐCV với điều
khiển BĐTT
Bộ quan sát
trạng thái
Các tín hiệu phản
hồi trạng thái,
thích nghi
qu 21
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)
21
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
oo
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)
2ˆ21Mˆ 1ˆ 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
oo
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
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nang_cao_chat_luong_cac_he_truyen_dong_bam_cong_suat_nho_tre.pdf