Tóm tắt Luận án Nghiên cứu đối tượng động cơ Polysolenoid theo hướng thiết kế bộ điều khiển có khả năng xử lý được hiệu ứng đầu cuối của động cơ KTVC Polysolenoid trong cấu trúc điều khiển

Các nghiên cứu trên thế giới với đối tượng động cơ tuyến tính hình ống dạng stator ngắn tập

trung vào một số nhóm vấn đề như sau:

 Nhóm vấn đề thứ nhất: Mô hình hóa thiết kế động cơ

 Nhóm vấn đề thứ hai: Thiết kế cấu trúc điều khiển

 Nhóm vấn đề thứ ba: Mô tả hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính hình ống ba pha

sử dụng phương pháp thực nghiệm.

Trong các công trình đã được công bố tập trung vào hai hướng chính.

 Hướng thứ nhất: Tập trung vào việc nghiên cứu hiệu ứng đầu với hai hướng tiếp cận

là mô tả dưới dạng mạch từ tương đương và sử dụng FEM. Trong hai phương pháp

trên phương pháp sử dụng FEM mô tả hiệu ứng đầu cuối mang tính trực quan hơn.

Tuy nhiên khi sử dụng FEM phải có được các thông số chính xác của động cơ.

 Hướng thứ hai: Nghiên cứu cấu trúc điều khiển bù bất định hiệu ứng đầu cuối tuy

nhiên trong hệ thống tồn tại cảm biến đo vị trí

pdf24 trang | Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 21/02/2022 | Lượt xem: 291 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu đối tượng động cơ Polysolenoid theo hướng thiết kế bộ điều khiển có khả năng xử lý được hiệu ứng đầu cuối của động cơ KTVC Polysolenoid trong cấu trúc điều khiển, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
đề này nhưng mới chỉ dừng trên mức độ tổng quan về phương pháp điều khiển trên lý thuyết và mô phỏng trên Mathlab Simulink. - Các công trình luận án được nghiên cứu thực nghiệm trên thiết bị thực [2,6] được công bố dưới dạng luận án tiến sĩ kỹ thuật. Tình hình nghiên cứu động cơ tuyến trên thế giới Trong giai đoạn vừa qua, đối tượng trong nhóm động cơ tuyến tính đồng bộ được tập trung nghiên cứu nhiều nhất là nhóm động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu dạng phẳng với Stator ngắn tương ứng với mô hình của động cơ điện xoay chiều ba pha kích thích vĩnh cửu. Các nhóm vấn đề được quan tâm nghiên cứu: Nhóm vấn đề thứ nhất:Áp dụng các phương pháp điều khiển đã được ứng dụng thành công cho nhóm động cơ quay cho động cơ tuyến tính. Nhóm vấn đề thứ 2: Phương pháp xác đỉnh cực của trục tạo từ thông rotor. Nhóm vấn đề thứ 3: Mô hình hóa động cơ. Nhóm vấn đề thứ 4: Nâng cao chất lượng điều khiển. Nhóm vấn đề thứ 5: Trong [31] đề xuất đến một phương pháp không cần nhận dạng hiệu ứng đầu cuối sử dụng bộ điều khiển bền vững thích nghi bù bất định hiệu ứng đâu cuối, tuy nhiên trong mô hình vẫn tồn tại cảm biến đo vị trí. 1.3 Truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid và các phương pháp điều khiển. 1.3.1 Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid thuộc nhóm động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu có cấu tạo hình ống, động cơ có hai pha với hai cuộn dây bố trí lệch nhau 90 độ điện. Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo bên trong ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoid [60] 1.3.2 Điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid Tình hình nghiên cứu trong nước: 5 Với nguồn tham khảo là các bài báo và luận án được lưu trữ tại thư viện quốc gia Việt Nam thì chưa có công trình nào nghiên cứu về điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid. Tình hình nghiên cứu trên thế giới: Các nghiên cứu trên thế giới với đối tượng động cơ tuyến tính hình ống dạng stator ngắn tập trung vào một số nhóm vấn đề như sau:  Nhóm vấn đề thứ nhất: Mô hình hóa thiết kế động cơ  Nhóm vấn đề thứ hai: Thiết kế cấu trúc điều khiển  Nhóm vấn đề thứ ba: Mô tả hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính hình ống ba pha sử dụng phương pháp thực nghiệm. Trong các công trình đã được công bố tập trung vào hai hướng chính.  Hướng thứ nhất: Tập trung vào việc nghiên cứu hiệu ứng đầu với hai hướng tiếp cận là mô tả dưới dạng mạch từ tương đương và sử dụng FEM. Trong hai phương pháp trên phương pháp sử dụng FEM mô tả hiệu ứng đầu cuối mang tính trực quan hơn. Tuy nhiên khi sử dụng FEM phải có được các thông số chính xác của động cơ.  Hướng thứ hai: Nghiên cứu cấu trúc điều khiển bù bất định hiệu ứng đầu cuối tuy nhiên trong hệ thống tồn tại cảm biến đo vị trí. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: Từ những phân tích được thực hiện ở trên ta thấy rằng: ĐCTT có nguồn gốc từ động cơ quay và về cơ bản trong nhiều trường hợp (thiết kế cấu trúc điều khiển, phân tích hiện tượng vật lý,...) có sự tương đương giữa hai nhóm động cơ này. Nhưng ở ĐCTT vẫn tồn tại những đặc điểm riêng mà không có ở động cơ quay là hiệu ứng đầu cuối (end effect) điều này cần tiếp tục nghiên cứu một cách cụ thể hơn trong các phần sau của luận án. Việc thu nhận được những hiểu biết về động cơ tuyến tính giúp ta thực hiện những mục tiêu sau:  Tạo cơ sở cho quá trình mô tả toán học cho động cơ tuyến tính.  Hiểu về đặc tính đầu cuối trong động cơ tuyến tính từ đó tìm ra các phương pháp xử lý hiện tượng này nhằm trong cấu trúc điều khiển. Nội dung của phần 1.3 tập trung làm rõ về tình hình nghiên cứu động cơ tuyến tính Polysolenoid, các vấn đề liên quan đến mô hình và các phương pháp điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid. Điều đó tạo thuận lợi cho việc lựa chọn đề xuất các phương pháp nghiên cứu tiếp theo cho bài toán điều khiển truyền động tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid. CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 2.1 Mô hình toán học của động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu Hình 2.1 Mối tương quan giữa các vector trong ĐCTT Mô hình trạng thái động cơ tuyến tính ĐB - KTVC trên hệ toạ độ dq (hình 2.3) như sau: 1 1 ,i d 2 2 ,i 1 P 2 P 1 1 ,i O 2 2 ,i 2π d 6 với sdf s sq i i         i và sdf s sq u u         u thỏa mãn phương trình:  f f f f f fs s s s e p e d dt      i A i B u Ni S (2.20) f A Ma trận hệ thống. f B Ma trận đầu vào. N Ma trận ghép phi tuyến. S Ma trận nhiễu. 1 0 1 0 sdf sq T T              A 1 0 1 0 sdf sq L L              B 0 0 sq sd sd sq L L L L              N 0 1 sqL            S ev f su p f B S N f A f sd dt i Phần phi tuyến Hình 2.3 Mô hình động cơ tuyến tính ĐB - KTVC trong không gian trạng thái trên hệ toạ độ dq 2.2 Hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính KTVC 2.2.1 Giới thiệu về hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính KTVC Động cơ tuyến tính loại đồng bộ kích thích vĩnh cửu (LPMSM) đang dần trở thành sản phẩm tự động hóa phổ biến do nó cho phép loại bỏ các thiết bị truyền động cơ khí như trục vít vô tận, đai truyền,. Tuy nhiên ở động cơ tuyến tính xuất hiện ảnh hưởng bởi hiệu ứng đầu cuối do kết cấu mạch từ hở. Hình 2.4 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ LPMSM kết cấu phẳng Hiệu ứng đầu cuối được hiểu là sự phân biệt giữa các khu vực đầu và cuối với các điểm nằm giữa về phân bố điện từ gây ảnh hưởng đến từ thông và lực do động cơ tuyến tính sinh ra (do tính chất mạch từ hở của động cơ tuyến tính). Điều đó thể hiện ở đặc điểm: Với động cơ đồng bộ kích 7 thích vĩnh cửu thì là sự phân bố từ trường tại hai đầu của phần kích thích bị suy giảm minh họa trong hình 2.4 Diễn biến này khác nhau phụ thuộc vào tốc độ của động cơ (độ lớn của dòng phía bên kích thích). Sự xuất hiện hay kết thúc đột ngột của dòng phía cảm ứng (tương ứng với sự xuất hiện hay kết thúc của dòng phía kích thích). Gây ra phản ứng dọc trục gây ra sự thay đổi tốc độ của động cơ (nhấp nhô về tốc độ). Đây cũng là một điểm cần phải lưu tâm trong động cơ tuyến tính. 2.2.2 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính đồng bộ hình ống Hình 2.6 Phân bố từ thông thu được khi duy nhất pha C (hình a) hoặc chỉ pha A (hình b) được cấp điện [18] 0 2 2 cos(2 ) 0 0 1 0 0 2 0 1 0 0 cos 2 0 3 0 0 1 2 0 0 cos 2 3 2 2 0 cos 2 cos 2 3 3 2 cos 2 0 cos(2 ) 3 2 cos 2 A A B B C C i L L i i M                                                                                           00 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 cos(2 ) 0 3 A A A B B M B C C C i i i i M i i i i i                                                                    (2.25) Trong phương trình trên thành phần ΔM0 đặc trưng cho cho hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính hình ống. Trong phương trình trên thành phần 0M đặc trưng cho hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính hình ống. Chuyển phương trình từ thông sang tọa độ dq bằng phép biến đổi (2.18) như sau 0 0 0 0 0 2 0 2 0 2 0 1 2 2 2 2 1 cos 2 sin 2 2 3 3 3 3 1 2 2 2 2 1 cos 2 sin 2 2 3 3 3 3 d M d M q q M q M d L L M M i i L L M i i                                                                  (2.26) Đến đây ta tách phương trình (2.26) thành 2 thành phần đại diện cho thanh phần từ thông không chịu tác động và chịu tác động của hiện tượng đầu cuối như sau 8 0 2 0 2 0 1 1 0 1 1 0 2 0 2 1 0 2 1 0 2 d d dq d d q qd q q q L L M M L L i i L L i i L L M M                                         (2.27) 0 2 2 2 2 2 2 1 cos 2 sin 2 3 32 3 2 2 sin 2 1 cos 2 3 3 d d dq d d M q qd q q q L L i i L L i i                                                                     (2.28) Ở đây ta thấy rằng (2.28) chính là mô hình từ thông chịu ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính KTVC 3 pha hình ốngtrên tọa độ dq. Trong đó thanh phần 0M  được ước lượng từ thực nghiệm dựa trên các phương trình (2.23) và (2.24) 2.3 Mô tả toán học động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid 2.3.1 Mô hình mạch từ tương đương A A A A A A A A B B B B B B B B mh g sh bt SN N N N N N N N N NS S S S S S S S bs R’ R’’ Hình 2.11 Mặt cắt động cơ tuyến tính Polysolenoid Trong trường hợp chung ta có công thức tính từ trở: cm c l H R A B  (2.30) Từ trở tản được tính như sau: 0 2 s m s s b R h l    (2.32) Với sh là chiều cao của rãnh cuốn dây. Với kết cấu của của động cơ tuyến tính dạng Polysolenoid: s R' +R'' l =2π 2 (2.33) R', R'' : lần lượt là bán kính ngoài và bán kính trong của phần chứa dây quấn trong các rãnh tính từ tâm theo mặt cắt của động cơ. Phần thứ cấp (Slider) của động cơ được làm từ vật liệu từ NdFeB N38UH. Các thông số dựa theo tài liệu của nhà sản xuất kết hợp tra cứu theo tài liệu [62] ta thu được đặc tính B-H theo Hình 2.12 9 Hình 2.12 Đường cong B-H của vật liệu NdFeB N38UH [61] Dựa vào đặc tính B-H ta có: Từ trở của rãnh cuốn dây: .2 . ' s mt t t h b R B R H   (2.34) Từ trở của cuộn dây: .2 . ' s my s y h b R B R H   (2.35) Từ thông sinh bởi nam châm: ˆ cos ˆ cos 2 pma pm p pmb pm p x x                              (2.36) Sức từ động của nam châm: mpma mg pma mpmb mg pmb F R F R         (2.37) Điện áp trên phần stator được viết như sau (với giả thiết động cơ có 4 cặp cực): 1 2 3 4 1 2 3 4 ( ) ( ) a a t a a a a b b t b b b b d u Ri N dt d u Ri N dt                 (2.38) Từ (2.31),(2.32),(2.34),(2.37),(2.38) ta xây dựng được sơ đồ mạch từ tương đương hình 2.13 Hình 2.13 Mạch từ tương đương của động cơ tuyến tính 4 cặp cực khi có xét đến hiệu ứng đầu cuối 10 2.3.2 Hệ phương trình vi phân đề xuất Dựa trên những tính toán về mạch từ tương đương trong hình 2.13. ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) q dqd d d sd e q q d dq e q q dq d d q q q q dqd q q sq e d d e p q dq e d d dq qs q s d d d R i R di Ldi di L u L L i L L L i L i i i dt dt dt di di L Ldi u L L i L L L i L i i i dt dt dt i                                                                (2.49) Ta đưa Error! Reference source not found. về dạng phương trình vi phân bậc 1 với biến là các vector dòng điện và điện áp trên tọa độ d-q:    1dq dq dq e dq p e d dt        u Ri L i L i G (2.50) Với:   ( ) ( )0 0 ; ; ; ; ( ) ( )0 1 d d d dq dq dq q q dq qs s u i L L u i L LR R                                    u i R L G  1 ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) dqd dq q dq q d dq LL L L L L L L                             L Đưa (2.50) về dạng: 1 1 1 1 1 dq dq dq e p e dq d dt           i L Ri L L i L G L u (2.51)      1 1 1 1 1 2 21 ( ) ( ) ( ) 2 dq dq dq e p e dq pe p q d q d q dq q d c d dt d i L L i i L i i F dt m m                                 i L Ri L L i L G L u (2.56) Từ phương trình vi phân trên ta tiến hành xây dựng cấu trúc mô tả các thành phần trên hệ trục tọa độ dq với mong muốn làm rõ bản chất vật lý cũng như bản chất MIMO của đối tượng. Với cách đặt , q d q d s s L L T T R R   ; 21 /dq d qL L L   ,   1 2 1 1 = 1 dq d d qq dq dq d dqd q dq d q q L L L LL L L L LL L L L L L                           L , 3 41 2 1 2-1 1 3 4 1 23 4 -1 - - ( ) ( ) - 1 - - dq dq dq d d q d d q d d q dq dq dq d q q q d q q d q L L c L cc c L L L L L L L L Lc c c cL L c L cc c L L L L L L L L L                                              L L Phương trình (2.56) dẫn đến 11 3 41 2 1 23 4 1 1 1 1 1 dq dq dq dqsd d q e d e q d q d q d d q d d q d d d q sq dq dq dq q d e d e q e p q q d q d q q d q q q q L c L c L Ldi c c i i i i u u dt T L T L L L L L L L L L di L c L c Lc c i i i i u dt T L T L L L L L L L L                                                                    dq d d q L u L L        (2.57) Hình 2.15 Sơ đồ cấu trúc của động cơ tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid trên hệ tọa độ dq Kết luận chương 2: Kết quả đạt được của Chương 2 đã giải quyết được vấn đề xây dựng mô hình thống nhất của động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối. Với mô hình thu được là tiền đề trong việc thiết kế điều khiển cho hệ truyền động sử dụng động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid. Đây chính là nội dung tiếp theo của luận án. CHƯƠNG 3 : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH DẠNG POLYSOLENOID 3.1 Khái quát về cấu trúc điều khiển Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển FOC áp dụng cho động cơ tuyến tính 2 pha, 2 cuộn dây cấp nguồn độc lập 3.2 Các phương pháp điều khiển lực (điều khiển dòng điện) 3.2.1 Điều khiển theo phương pháp deadbeat mới 12 Trong mục này tác giả trình bày về cách thiết kế bộ điều khiển dòng stator theo hướng hoàn toàn mới nhằm đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng như: tách kênh, giá trị dòng điện stator đạt được giá trị chủ đạo trong khoảng thời gian hữu hạn (FAT) đã được thiết kế thành công theo [1]. Hình 3.2 Sơ đồ khối vòng điều khiển deadbeat dòng điện stator trên tọa độ tựa theo từ thông rotor                       1 1 11 1 12 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 21 1 22 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 z P z P z z P z z P z z P z z P z z P z z P z                                  I R (3.17) 3.2.2 Điều khiển dự báo MPC Khác với điều khiển tối ưu truyền thống nơi mà nghiệm tối ưu được thành lập dựa vào giải các bải toán tối ưu cho trước. Do đó rất khó phản ứng với những thay đổi phi tiền định của hệ thống ví dụ như nhiễu, sai lệch mô hình Tín hiệu điều khiển tối ưu theo MPC là một dãy tín hiệu điều khiển, mỗi phần tử trong dãy đó đại diện cho tín hiệu điều khiển tại thời điểm thứ k nhất định. Bài toán tối ưu được lặp lại tại sau mỗi chu kì với những thông tin mới nhất về hệ thống. Hình 3.1 dưới đây mô ta cấu hình cơ bản của hệ thống điều khiển dự báo mô hình. Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển MPC Thêm vào đó căn cứ vào tính chất của cơ cấu chấp hành hay cụ thể hơn trong luận án này là bộ biến đổi và phương thức điều khiển chúng, trong mục này ta đề xuất 2 phương án điều khiển dự báo được phân biệt dựa vào tính chất liên tục và gián đoạn (hữu hạn) các phần tử trong tập điều khiển. 13 - Nếu coi điện áp đặt vào 2 cuộn dây động cơ là liên tục, do giới hạn về điều chế dẫn đến điện áp sẽ nằm trong tập bị chặn, liên tục. Điều này đưa đến phương pháp điều khiển dự báo với tập điều khiển liên tục (Continuous control set MPC - CCS MPC). - Nếu xét điện áp tức thời trên động cơ, coi bộ biến đổi là lý tưởng dẫn đến tập điện áp điều khiển là hữu hạn phụ thuộc vào cấu hình bộ biến đổi. Điều này đưa trên phương pháp điều khiển dự báo với tập điều khiển hữu hạn (Finite control set MPC - FCS MPC). Điều khiển dự báo MPC với tập điều khiển liên tục Hình 3.5 Mặt phẳng điều chế trên trục tọa độ ,  theo phương pháp CCS-MPC Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán bộ điều khiển CCS-MPC Để hình thành nên miền điều chế ta sử dụng hệ công thức: 1 2 3 4 : ; ; : ; : ; ; : ; s p t p pt t s p dc t dc s p dc t dc pulse pulse pulse pulse p pt t s p dc t dc s p dc t dc pulse pulse pulse pulse p t off pulse T TT T Q U U Q U U T T T T T TT T Q U U Q U U T T T T T T T T                      u u u u u u u u u u u u u u u (3.22) Điều khiển dự báo MPC với tập điều khiển hữu hạn 14 Với các đối tượng có bản chất gián đoạn như các bộ biến đổi công suất, phương pháp FCS MPC tỏ ra rất hữu hiệu. Nó cung cấp một cách tiếp cận hoàn toàn khác đối với các bộ biến đổi công suất. Phương pháp này dựa vào số lượng hữu hạn số tổ hợp van cho phép của bộ biến đổi công suất. Hình 3.7 Mặt phẳng điều chế trên trục tọa độ ,  theo phương pháp FCS-MPC Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán bộ điều khiển FCS- MPC 3.3 Bộ điều khiển vòng ngoài Min-Max MPC 3.4 Thiết kế thích nghi backstepping Từ mô hình động cơ (2.49), kết hợp với luật xấp xỉ (3.42) ta thu được hệ phương trình như sau:                  1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 sin 2 cos2 sin 2 cos2 2 cos2 sin 2 2 cos2 sin 2 sin 2 cos2 sin 2 cos2 sin 2 cos2 sin 2 d s d e dq dq d q q q q e d d d e dq dq q qd d d d dq dq q s q e d d d d dq dq u R i A B i L A B i A B i A B i didi L A B A B dt dt u R i L A B i A B                                                   1 1 1 1 1 1 1 1 cos2 2 cos2 sin 2 2 cos2 sin 2 sin 2 cos2 sin 2 cos2 q p e dq dq d e q q q qd dq dq q q q i A B i A B i didi A B L A B dt dt                                   Viết lại hệ phương trình trên dưới dạng ma trận ta thu được: 15 dq dq d dt    i M u G H (3.43) Trong đó: , T T dq d q dq d qi i u u       i u ;                    1 1 1 1 1 1 1 1 sin 2 cos 2 sin 2 cos 2 sin 2 cos 2 sin 2 cos 2 d d d dq dq dq dq q q q L A B A B A B L A B                    M                               1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 sin 2 cos 2 sin 2 cos 2 2 cos 2 sin 2 2 cos 2 sin 2 sin 2 cos 2 sin 2 cos 2 e dq dq d q q q e q q e d d d e dq dq qs d s q e p e d d d dq dq q e d d A B i A B i L i A B i A B iR i R i A B i A B i L i                                                    G ;H           1 1 1 1 2 cos 2 sin 2 2 cos 2 sin 2 e dq dq d e q q q A B i A B i                                                Trong mục này tác giả đi thiết kế thích nghi trong trường hợp các tham số về điện cảm trong công thức (3.42) là không biết trước. Do  M M là ma trận xác định dương,    , , , ,dq e dq e   G G i H H i , dẫn đến hệ phương trình (3.44),(3.45),(3.46) sẽ có dạng hệ tam giác dưới như sau    1 2 , , e e dq c p dq e dq dq d dt d F dt m d dt              Ei i h i M u (3.47) Trong đó         1, , , , ,e dq dq e dq e     h i M G i + H i . Đến đây, ta đủ cơ sở để để tiến hành thiết kế điều khiển backstepping cho hệ phương trình trên. Lựa chọn tín hiệu điều khiển ảo tốc độ như sau: c r k e    (3.51) Với tín hiệu điều khiển ảo dòng điện như sau: 1 qc ci k a e       (3.56) Đến đây, Ta lựa chọn tín điện áp điều khiển:  ˆ 0 T dq dq     u Γi G Yξ (3.62) Và luật thích nghi có dạng: 16  ˆ ˆ T dq  ξ Π ξ Y i (3.63) Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ tuyến tính Polysolenoid theo phương pháp thiết kế thích nghi backstepping KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 Toàn bộ cấu trúc điều khiển vị trí cho ĐCTT dạng polysolenoid đã được trình bày trong chương 3 bao gồm 2 nhóm phương pháp là MPC và thích nghi backstepping. Trong nhóm phương pháp MPC tác giả đã thiết kế cấu trúc điều khiển vòng trong, vòng ngoài. Mạch vòng điều khiển dòng điện được đề xuất với 3 bộ điều khiển chính là deadbeat, CCS-MPC, và FCS-MPC. Với mạch vòng điều khiển tốc độ và vị trí tác giả sử dụng phương án dùng bộ điều khiển Min-Max MPC. Để giải quyết vấn đề ảnh hưởng của hiện tượng đầu cuối đến ĐCTT, tác sử dụng phương pháp thiết kế thích nghi backstepping với việc xấp xỉ ảnh hưởng của hiện tượng đầu cuối thông qua sự thay đổi trong điện cảm phía stator. Trong phần tiếp theo tác giả sẽ đi trình bày các kết quả mô phỏng và thực nghiệm để so sánh chất lượng của các phương pháp đềxuất. CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM Nội dung mô phỏng được thực hiện theo kịch bản sau:  Tín hiệu đặt: xét với quỹ đạo dạng sin và quỹ đạo với vận tốc dạng xung vuông.  Tải tác động: xét với trường hợp động cơ chạy không tải và có tải.  Mô hình động cơ: xét với trường hợp có hiệu ứng đầu cuối và không có hiệu ứng đầu cuối. 4.1 Kết quả mô phỏng 4.1.1 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng dòng điện FCS- MPC Thông số bộ điều khiển dòng điện FCS-MPC: Chu kì trích mẫu dòng điện  50iT s ; Ma trận   10 1Q diag ; Thông số bộ điều khiển tốc độ, vị trí MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc độ  2000wT s ; Ma trận   10 0.01Q diag ; Tầm dự báo 6wN  ; Ma trận phản hồi trạng thái  800 1K  ; hệ số ma sát 0.1fc  ; 2pN  Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC không xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối 17 Hình 4.2 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối Hình 4.6 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối 4.1.2 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng điều khiển dòng điện CCS-MPC Thông số bộ điều khiển dòng điện CCS-MPC: Chu kì trích mẫu dòng điện  100iT s ; Ma trận   10 1Q diag . Thông số bộ điều khiển tốc độ, vị trí MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc độ  2000wT s ;Ma trận   10 0.01Q diag ; Tầm dự báo 6wN  ; Ma trận phản hồi trạng thái  800 1K  ; hệ số ma sát 0.1fc  ; 1pN  . Hình 4.11 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max- CCS MPC không xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối Hình 4.12 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối Hình 4.16 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin : có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối 18 4.1.3 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng điều khiển dòng điện Dead-beat Thông số bộ điều khiển dòng điện Dead-beat: Chu kì trích mẫu dòng điện  50iT s ; Bậc của đa thức  1L z bằng 2, 1 2 0.5l l  ; Thông số bộ điều khiển tốc độ,vịtrí MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc độ  2000wT s ; Ma trận   10 0.01Q diag ; Tầm dự báo 6wN  ; Ma trận phản hồi trạng thái  800 1K  ; Hệ số ma sát 0.1fc  . Hình 4.21 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển MinMax MPC–Deadbeat không xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối Hình 4.22 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển MinMax MPC–Deadbeat có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối Hình 4.26 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối 4.1.4 Mô phỏng hệ thống bộ điều khiển thích nghi Backstepping Thời gian trích mẫu  0.15sT ms Thông số bộ điều khiển thích nghi: 0.01,  50, 0.01;k k     0.1,...,0.1Π = diag ;   500 500Γ = diag Hình 4.31 Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển thích nghi backstepping không xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối 19 Hình 4.32 Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển thích nghi backstepping có xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối Hình 4.36 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backsteppingtín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối 4.2 Kết quả thực nghiệm hệ thống Phần thực nghiệm của luận án được trình bày chi tiết ở phần phụ lục. Kịch bản chạy thực nghiệm sẽ sử dụng quỹ đạo đặt giống như trong mô phỏng. Có hai dạng quỹ đạo được sử dụng là quỹ đạo hình sin và quỹ đạo có vận tốc dạng bước nhảy. Hình 4.41 Hệ thống thí nghiệm Để kiểm nghiệm khả năng hoạt động của bộ điều khiển, tải sử dụng trong khuôn khổ luận án này là dạng tải thế năng, tức là tải không đổi trong cả quá trình làm việc. 20 Hình 4.44 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải Hình 4.48 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải Hình 4.52 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-Dea

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftom_tat_luan_an_nghien_cuu_doi_tuong_dong_co_polysolenoid_th.pdf
Tài liệu liên quan