tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật sử DỤNG bộ lọc KALMAN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐỘNG cơ bước

Một hệ thống điều khiển động cơ bước bao gồmcác yếu tố cơ bản như trong hình vẽ sau: Hình1.1: Sơ đồ khối điều khiển động cơ bước Bộ vi xử lý tạo ra xung, mạch điều khiển nhận các xung

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

- -LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐỘNG CƠ BƯỚC

Ngành: Kỹ thuật điện tử

Mã số: 60.52.70

Học viên: Trần Văn Hà

Giáo viên hướng dẫn khoa học: TS Cao Xuân Tuyển

Thái nguyên, năm 2012

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

- -LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐỘNG CƠ BƯỚC

Cán bộ hướng dẫn :TS.Cao xuân Tuyển

Người thực hiện: Trần Văn Hà

Thái Nguyên 2012

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Học viên: Trần văn Hà

Lớp: Cao học - K13

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Người hướng dẫn khoa học: TS Cao Xuân Tuyển

Ngày giao đề tài: Tháng 03 năm 2012.

Ngày hoàn thành: tháng 12 năm 2012.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quảnêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của riêng tôi, luận vănnày không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trước đó

Thái Nguyên, tháng 12 năm 2012

Tác giả luận văn

Trần văn Hà

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình củacác thầy cô giáo trong bộ môn Điện tử viễn thông - khoa Điện tử - trường Đại học Kỹ thuậtcông nghiệp - Đại học Thái Nguyên và tôi đặc biệt muốn cảm ơn TS Cao Xuân Tuyển đãtận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của giađình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua

Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiềuhạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ýkiến của các thầy cô cũng như của các bạn bè, đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Trần Văn Hà

LỜI NÓI ĐẦU

Chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên hiện đại và đang được thừa hưởng nhữngthành quả tiến bộ nhất của khoa học kỹ thuật Cùng với sự phát triển của các nghành khoahọc kỹ thuật khác như điện tử, tin học, công nghệ điện tử viễn thông, tự động hóa các dâytruyền sản xuát vì vậy ngành tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ nó góp phần tăng năngxuất lao động và giảm chi phí về giá thành của các mặt hàng vì vậy tự động hóa không chỉhiện đại và đa dạng mà còn có nhiều phương án tối ưu nhằm tiết kiệm chi phí và nâng caohiệu quả trong sản xuất

Một trong những vấn đề tự động hóa em muốn đề cập đến trong đề tài tốt nghiệp này

đó là dùng bộ lọc Kalman để nâng cao chất lượng của động cơ bước

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Cao Xuân Tuyển cùng các thầy cô

giáo trong Khoa điện tử - trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên,

tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung: “Dùng bộ lọc Kalman để

nâng cao chất lượng của động cơ bước” Đề tài gồm các nội dung chính như sau:

Chương I: Tổng quan về động cơ bước

Trong chương này em trình bày một số loại động cơ bước có trên thị trường hiện nay, quá

trình chuyển động của động cơ bước và phạm vi ứng dụng của chúng

Chương II: Mô hình toán học động cơ bước và các đại lượng điều khiển

Nội dung chương này đề cập đén thông số của động cơ bước, các chế độ hoạt động của

động cơ như bước đủ, nửa bước, vi bước , giản đồ xung tại cá chế độ trên và nguyên lí điềukhiển các mạch bipolar, unipolar

Chương III: Ứng dụng bộ lọc Kalman và sử dụng động cơ bước

Trong chương này đề cập đến bộ lọc Kalman ứng dụng các thuật toán của bộ lọc Kalman trong việc điều chỉnh vị trí của động cơ bước Lựa chọn động cơ bước

Chương IV: Thiết kế sơ đồ mạch phần cứng dùng vi điều khiển, viết mã nguồn

để điều khiển động cơ bước có áp dụng bộ lọc Kalman sử dụng PIC 16F877A để tạo ra cácxung điều khiển động cơ ở các chế độ bước đủ quay thuận và ngược, nửa bước quay thuận

và ngược, chọn góc quay, lựa chọn số vòng quay Thiết lập sơ đồ phần mền Viết mă nguồn cho mạch, mã mô phỏng trong MATLAB

Chương V: Kết quả mô phỏng trong Matlab

Trong chươg này chủ yếu đưa ra két quả mô phỏng đối với mạch hở, mạch kín, mạch

dùng bộ lọc Kalman Đưa ra mạch thực nghiệm và chạy các chế độ trên mạch thực nghiệm

MỤC LỤC

Chương I: Tổng quan về động cơ bước

1 Các loại động cơ bước nguyên lí và cấu tạo

1.1 Giới thiệu

1.2 Các loại động cơ bước

1.3 Động cơ bước dùng nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet) (PM)

1.4 Động cơ biến thiên từ trở (Variable Reluctance)

1.5 Động cơ bước lai

2 Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ bước nguyên lí và phạm vi ứng dụng 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ bước

2.2 Ứng dụng động cơ bước

Chương II: Mô hình toán học động cơ bước và điều khiển động cơ bước

1 Mô hình toán học của động cơ

2.Tiêu chí lựa chọn động cơ bước và tính các thông số

2.1 Tiêu chí lựa chọn động cơ bước

2.2 Tính toán các tham số

2.2.1 Mô men xoắn

2.2.2 Tải

2.2.3 Ma sát tăng tốc và ma sát quay

3 Nguyên lí cơ bản điều khiển động cơ bước, mạch điều chỉnh động cơ bước

3.1 Sơ đồ điều khiển động cơ bước bipolar

3.1.1 Cấu trúc động cơ bước bipolar

3.1.2 Sơ đồ mạch động lực điều khiển động cơ bước bipolar

3.1.3 Nguyên lí điều khiển động cơ bipolar

3.1.4.Chế độ bước đủ một pha được cấp xung (một pha ON)

3.1.5 Chế độ bước đủ khi cả hai pha được cung cấp xung

3.2 Sơ đồ điều khiển động cơ bước unipolar

3.2.1 Cấu trúc động cơ bước unbipolar

3.2.2 Sơ đồ nguyên lí điều khiển động cơ unipolar:

Chương IV: Thiết kế sơ đồ mạch phần cứng dùng vi điều khiển, viết mã nguồn và

mô phỏng

1 Giới thiệu

2 Tổng quan Phần cứng

2.1 Động cơ bước

2.2 Phần linh kiện động lực điều khiển động cơ

3 Vi điều khiển (PIC16F877A)

3.1 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A

3.2 Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A

4 Vi mạch truyền thông nối tiếp (MAX202)

5 Màn LCD

6 Phần cứng

6.1 Mạch PIC16F877 nối -202 MAX6.2 Mạch transistor nối L193 Op-Amp

6.3 Mạch kết nối giữa L193 với PIC16F877

6.4 Mạch kết nối giữa PIC16F877 và mạch động lực

Chương V: Mô phỏng trong matlab và kết quả thực nghiệm

1 Sơ đồ mô phỏng trong matlab dùng cho hệ thống mạch hở

1.1 Sơ đồ khối

1.2 Sơ đồ chi tiết hệ mạch hở

1.3 chức năng các khối như sau:

1.4 Dạng điện áp , dòng điện, mô men xoắn, góc bước sau quá trình mô phỏng có dạng như hình vẽ sau:

2 Sơ đồ mô phỏng mạch kín

2.1 Sơ đồ khối mô phỏng mô phỏng

2.2 Sơ đồ chi tiết

3.3 Dạng tín hiệu về điện áp, dòng điện, mô men , góc bước sau quá trình mô phỏng

có dạng như hình vẽ sau:

4 Kết quả thực nghiệm

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.4: Hình 2.4 Nguyên lí điềukhiển động cơ 11

Hình 2.15: Pha của dòng điện trong chế độ vi bước 17Hình 2.16: Giản đồ dạng xung trong chế độ vi bước

Hình 3.1: Thực hiện rời rạc chu trình lọc Kalman 17

Hình 5.2: Sơ đồ khối chi tiết mô phỏng mạch điều chỉnh động cơ

Hình 5.5: Sơ đồ chi tiết mạch kín

Hình 5.6: Dạng điện áp , dòng điện, mô men xoắn, góc bước sau quá

Hình 5.8: Dạng tín hiệu về điện áp, dòng điện, mô men , góc bước sau

Hình 5.9: Ảnh chụp mạch điều khiển mô tơ bước đang làm việc ở chế

Hình 5.10: Ảnh chụp mạch điều khiển mô tơ bước đang làm việc ở

Hình 5.11: Ảnh chụp mạch điều khiển mô tơ bước đang làm việc ở

Hình 5.12: Ảnh chụp mạch điều khiển mô tơ bước đang làm việc ở

Hình 5.13: Ảnh chụp mạch điều khiển mô tơ bước đang làm việc ở

NỘI DUNG LUẬN VĂN

Chương I: Tổng quan về động cơ bước

1 Các loại động cơ bước nguyên lí và cấu tạo

1.1 Giới thiệu

Động cơ bước là một loại động cơ điện có cấu tạo, và ứng dụng khác biệt với đa số các

động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor và có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết

Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ công suất nhỏ và tốc độ quay của rotor phụ thuộcvào thứ tự và tần số của xung chuyển đổi Một hệ thống điều khiển động cơ bước bao gồmcác yếu tố cơ bản như trong hình vẽ sau:

Hình1.1: Sơ đồ khối điều khiển động cơ bước

Bộ vi xử lý tạo ra xung, mạch điều khiển nhận các xung tạo ra công xuất cần thiết cho các cuộn dây của động cơ Động cơ là khâu cuối cùng biến đổi các xung điện tạo ra mô men quay Sau đây sẽ có cái nhìn tổng quan về động cơ bước

1.2 Các loại động cơ bước

Ba loại cơ bản của động cơ bước bao gồm:

- Động bước cơ lai (hybrid)

1.3 Động cơ bước dùng nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet) (PM)

Một động cơ bước hoạt động trên hiệu ứng tương tác giữa rotor là một nam châm vĩnh

cửu và từ trường tạo ra từ các cuộn dây stator Hình vẽ sau cho thấy một sơ đồ điển hình

động cơ bước nam châm vĩnh cửu Rotor là các nam châm vĩnh cửu còn startor là cáccuộn dây, rotor sẽ chuyển động khi cuộn dây của startor nhận được xung điện nó sẽ sinh

ra từ trường để tương tác với từ trường của rotor và làm cho rotor quay

Hình 1.2: Sơ đồ động cơ bước dùng nam châm vĩnh cửu

Các tính năng chính của động cơ nam châm vĩnh cửu là rotor sử dụng nam châm vĩnh cửukhông có tiếp xúc trực tiếp Hạn chế của loại động cơ này là nó có mô-men xoắn tương đốithấp được sử dụng cho các ứng dụng tốc độ thấp Khi không cung cấp dòng điện cho cáccuộn dây , hoặc cung cấp một năng lượng nhỏ, lực từ tính được hình thành giữa rotor vàstator lực từ này tạo ra mô-men xoắn dư

1.4 Động cơ biến từ trở (Variable Reluctance)

Động cơ biến từ trở (VR) cốt lõi của nó về cơ bản khác với PM ở chỗ nó rotor khôngdùng nam châm vĩnh cửu và do đó không có mô-men xoắn còn lại để giữ rotor ở một vị tríkhi tắt Điều này có nghĩa là cường độ trường có thể được thay đổi, cấu trúc lõi cảm ứng

từ các ngăn của stator là các lá thép mỏng Rotor được chế tạo từ các vật liệu từ mềm cócác răng và khe Khi cuộn dây stator được cung cấp dòng điện các răng của rotor xếp thẳnghàng với các điểm cực của stator, khi stator không được cấp năng lượng không có cảm ứng

từ hình thành trong khoảng không giữa stator và rotor vì vậy không có mô men xoắn dưgiữa chúng Vì vậy mỗi khi stator được cấp năng lượng thì rotor sẽ chuyển đến vị trí mới

Hình 1.3: Mặt cắt ngang của động cơ bước biến từ trở

Các động cơ được thể hiện trong hình trên rotor có bốn răng chúng cách nhau 90 độ vàstartor có 6 cực Vì vậy, khi các cuộn dây được cung xung thì mỗi bước động cơ sẽ quaymột góc 30 độ

1.5 Động cơ bước lai (hybrid)

Động cơ bước lai được thực hiện bằng cách kết hợp giữa động cơ bước nam châm vĩnhcửu và động cơ bước từ trở Mô-men xoắn được tạo ra trong động cơ lai tương tác của từtrường của nam châm vĩnh cửu và từ trường sinh ra bởi các cuộn dây stator

Hình 1.4: Sơ đồ mặt cắt ngang của động cơ bước lai

Cấu trúc stator là tương tự như động cơ nam châm vĩnh cửu, và rotor là hình trụ và từhóa như động cơ PM với răng giống như một động cơ VR Điều này làm tăng đặc tính củamô-men xoắn của động cơ hơn so với hai loại động cơ VR và PM động cơ bước lai có gócbước nhỏ hơn so với động cơ nam châm vĩnh cửu, nhưng chúng rất đắt tiền

Động cơ nam châm vĩnh cửu và động cơ lai và được phổ biến hơn so với biến hơn hơn

so với động cơ bước biến từ trở, và quá trình thiết kế mạch điều khiển có thể dễ dàng điều

2 Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ bước nguyên lí và phạm vi ứng dụng

2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ bước

Động cơ bước cung cấp cho việc định vị chính xác và kiểm soát tốc độ mà không sửdụng các cảm biến hồi tiếp Các hoạt động cơ bản của động cơ bước cho phép rotor dichuyển đến một vị trí chính xác các bằng số lượng cấp mỗi lần cấp xung điện được đưa tớiđộng cơ Vị trí của rotor của động cơ di chuyển chỉ số độ bằng số lượng xung được cungcấp Chúng ta có thể kiểm soát các xung được số lượng xung cung cấp như vậy sẽ kiểmsoát được về vị trí và tốc độ Rotor của động cơ sinh ra mô-men xoắn từ sự tương tác từtrường giữa stator và rotor Công xuất của từ trường là tỷ lệ thuận với số lượng xung cungcấp cho stator và số vòng trong cuộn dây , làm cho trục động cơ biến đổi một chính xác Giống như hai cực của một nam châm cùng cực đẩy nhau và khác cực thì hút nhau

Hình 1.5: Mặt cắt ngang của rotor và stator

Hình trên cho thấy mặt cắt ngang điển hình của rotor và stator của một động cơ bước Từ

sơ đồ này, chúng ta có thể thấy stator đó có bốn cực, và rotor có 6 cực Vì vậy rotor cầnđược cung cấp 12 xung điện để di chuyển 12 bước để hoàn thành một vòng Nói một cáchkhác để nói điều này là rotor sẽ di chuyển chính xác 30 độ cho mỗi xung của động cơ điệnnhận được Khi không được cung cấp xung cho động cơ, từ tính còn lại trong các nam

châm rotor sẽ chốt chặt hoặc sắp xếp thiết lập các cực từ của rotor nó với các cực từ củamột trong những nam châm stator Điều này có nghĩa là rotor sẽ có 12 vị trí có thể bị chốtchặn Khi rotor trong chốt chặt vị trí, nó sẽ duy trì lực từ trường để giữ cho trục di chuyểntiếp đến vị trí tiếp theo Khi xung điện được cung cấp, nó tạo ra một từ trường trong cuộndây của stator, khi đó cuộn dây trở thành một nam châm Một trong các cuộn dây cho cáccặp trở thành cực bắc, và cuộn dây khác sẽ trở thành cực nam Khi điều này xảy ra, cuộndây stator là cực bắc sẽ thu hút răng gần nhất rotor có tính phân cực ngược lại, và cuộn dâystator là cực Nam sẽ thu hút răng gần nhất rotor rằng có phân cực đối diện Khi dòng chảythông qua các cực, rotor sẽ có một điểm thu hút mạnh hơn vào các cuộn dây stator, và mô-men xoắn tăng được gọi là moment xoắn giữ Bằng cách thay đổi dòng chảy để các cuộndây stator tiếp theo, từ trường sẽ có thay đổi 90 ° Rotor sẽ chỉ di chuyển 30 ° trước khi từtrường của nó một lần nữa sẽ sắp xếp với sự thay đổi trong cuộn dây stator Từ trườngtrong stator được liên tục thay đổi làm cho rotor di chuyển thông qua 12 bước để góc dichuyển tổng cộng là 360 ° Trong hình trên, chúng ta có thể thấy rằng khi cung cấp cho cáccuộn dây stator trên và dưới, các cuộn dây này sẽ trở thành một nam châm với phần đầucủa cuộn dây là cực bắc, và phần dưới cùng của cuộn dây là cực nam.

Hình 1.6: Bước dịch chuyển của rotor so với vị trí cuộn dây stator

Kết thúc sự đối diện cực rotor, mà là cực bắc, sẽ sắp xếp với cực nam của stator Mộtđường thẳng được đặt trên mảnh cực nam nằm ở vị trí 12 giờ Trong hình a để có thể theodõi chuyển động của nó như dòng điện được chuyển từ một cuộn dây stator tiếp theo.Trong hình b dòng điện các cuộn dây trên và dưới đã được tắt, và dòng điện được cung cấpcho các cuộn dây stator ở bên phải và bên trái của động cơ Cuộn dây phía bên phải là cựcbắc cuộn dây trái là cực nam Trong điều kiện này, cực rotor dịch chuyển đến vị trí tiếptheo sẽ có thể phù hợp với từ trường do stator tạo ra

Trong hình d chúng ta có thể thấy rằng hai bên cuộn dây stator được một lần nữa

trong chiều kim đồng hồ Chúng ta sẽ nhận thấy rằng các rotor đã di chuyển bốn bước mỗi góc bước 30 °, như vậy rotor đã di chuyển tổng cộng 120 ° so với vị trí ban đầu của nó

Chương II: Mô hình toán học động cơ bước và điều khiển động cơ bước

1 Mô hình toán học của động cơ

đây để nghiên cứu cơ cấu điều khiển động cơ bước

Hình 2.1: Mô hình động cơ bước

Khi các cuộn dây được cung cấp xung nó tạo ra hai cực từ ở trong stator Ví dụ như trênhình vẽ cuộn dây 3 sinh ra từ trường là cực bắc và cuộn dây 4 cực nam từ trường này đẩy

vị trí ổn định với từng vị trí chỉ có pha 2 cung cấp Ngoài ra từ trường do các cuộn dâystator sinh ra ngược chiều so với từ trường của rotor

S=NP

S số bước đủ của rotor

N là số cực rotor

P là số pha stator

Góc bước (radian) trên mỗi bước được cho bởi:

θ (t) là vị trí thực tế rotor

Ij (t) là dòng điện cuộn dây là hàm của thời gian

ɸ j là vị trí cuộn dây j trong stator

điện cảm của cuộn dây

Trường hợp, emfj là sức điện động cảm ứng trong pha j

R là điện trở của các cuộn dây

L là điện cảm của cuộn dây

ω là vận tốc quay của rotor

Mô-men xoắn tổng số tạo ra bởi các bước được đưa ra như sau:

(1)

Sử dụng phương trình trên và xem xét các phương trình chuyển động của một động cơ bước

(2)

J là quán tính của rotor và tải

B là ma sát

Vận tốc góc được cho bởi

(3)

Ba phương trình 1,2,3 là cơ sở cho việc mô tả mô hình của một động cơ bước PM Do đó

có 2 vị trí chuyển động cơ PM với Nr là số răng của rotor và hai vị trí (jφ) ) ở mức 0 và (π /2) các phương trình sau sẽ là cơ sở

% vận tốc góc

% dòng điện qua cuộn a

% dòng điện qua qua cuộn b

2.Tiêu chí lựa chọn động cơ bước và tính các thông số

2.1 Tiêu chí lựa chọn động cơ bước

Khi được chọn một động cơ bước, căn cứ vào các yếu tố sau:

- Tốc độ hoạt động các bước / giây

- Mô-men xoắn trong

- Tải quán tính trong

- Yêu cầu của góc bước

- Thời gian tăng tốc

- Thời gian để giảm tốc

- Loại điều khiển được sử dụng

Xem xét kích thước và trọng lượng

2.2.2 Tải

Công thức cho quán tính tương đương để vượt qua ma sát trong hệ thống và men xoắn đủ để bắt đầu hoặc ngừng tất cả các tải quán tính như sau:

T là mô men xoắn

I là mô men tải (1b-In2 )

α là gia tốc góc trong rad/S2

1/24 là hệ số biến đổi để chuyển đổi đơn vị lực hút

2.2.3 Ma sát tăng tốc và ma sát quay

Công thức tính mô-men xoắn cần thiết để luân phiên tăng tốc tải quán tính là:

T là mô men xoắn

I0 là quán tính tải 1b-In2

Π = 3.1316

Ф là góc bước ở bên trong

t là thời gian

3 Nguyên lí cơ bản điều khiển động cơ bước, mạch điều chỉnh động cơ bước

3.1 Sơ đồ điều khiển động cơ bước bipolar

3.1.1 Cấu trúc động cơ bước bipolar

Hình 2.2: Cấu tạo các cuộn dây động cơ bước bipolar

Trong hình vẽ trên chúng thấy rằng các đầu 1-2, và 3-4 được nối vào hai cặp cầu khác nhau còn các đầu A nối với C, B nối với D được nối tại phía trong của động cơ Hoặc mạch ở bên ngoài

3.1.2 Sơ đồ mạch động lực điều khiển động cơ bước bipolar

Hình 2.3 Sơ đồ mạch cầu dùng transistor bipolar Các transistor từ Q1- Q4 tạo thành cặp cầu thứ nhất tạo dòng điện chạy qua cuộn dây 1 Khi có tín hiệu điều khiển từ A1 và C1 Q1vaf Q4 dẫn dòng chạy từ nguồn qua Q1 qua cuộn dây rồi qua Q4 về đất Khi có tín hiệu điều khiển từ B1 và D1, Q2 và Q3 dẫn dòng chạy từ nguồn qua Q3 qua cuộn dây rồi qua Q2 về đất trong rường hợp này dòng chạy theohướng ngược lại

Các transistor từ Q5- Q8 tạo thành cặp cầu thứ nhất tạo dòng điện chạy qua cuộn dây củađộng cơ Khi có tín hiệu điều khiển từ A2 và C2 thì Q5 và Q8 dẫn dòng chạy từ nguồn quaQ5 qua cuộn dây rồi qua Q8 về đất Khi có tín hiệu điều khiển từ B2 và D2, Q6 và Q7 dẫn dòng chạy từ nguồn qua Q7 qua cuộn dây rồi qua Q6 về đất trong rường hợp này dòng chạy theo hướng ngược lại Như vậy căn cứ vào dạng xung từ mạch điều khiển đưa vào đầu vào của các mạch cầu dòng qua các cuộn dây sẽ thay đổi phù hợp với các chế độ cho

3.1.3 Nguyên lí điều khiển động cơ bipolar

Hình 2.4: Nguyên lí điều khiển động cơ

Từ trên hình vẽ chúng ta thấy rằng khi các chuyển mạch A-D đóng dòng điện chạy từ

nguồn qua A rồi qua cuộn dây qua D về đất còn khi các chuyển mạch B-C đóng dòng điện chạy từ nguồn qua C rồi qua cuộn dây qua B về đất, ở mạch trên hình vẽ chỉ sử dụng hai đường tín hiệu điều khiển vì vậy cần dùng thêm hai mach đảo để tín hiệu điều khiển vào các chuyển mạch A-D và B-C là có pha luôn ngược nhau

3.1.4 Chế độ bước đủ một pha được cấp xung (một pha ON)

Hình 2.5: Sơ đồ mô tả chế độ bước đủ một pha được cấp xung

Nhìn trên hình vẽ chúng ta nhận thấy rằng khi pha A được cung cấp xung thì rotor quay

diện với vị trí của cuộn D Tiếp theo khi pha D được cung cấp xung thì rotor quay một góc

của rotor quay lại vị trí ban đầu ( cách dịch chuyển như vậy người ta gọi là một pha ON)

+ Giản đồ xung để điều khiển các cuộn dây như sau:

Hình 2.6 : Dạng xung trong các cuộn dây

+ Sơ đồ mô tả dòng điện chạy trong các cuộn dây

Hình 2.7: Chiều dòng điện trong các cuộn dây

3.1.5 Chế độ bước đủ khi cả hai pha được cung cấp xung

+ Hình vẽ mô tả chế độ bước đủ khi cả hai pha được cung cấp xung:( hai pha ON)

+ Nguyên lí bước tại bước 1 khi cả hai pha A được cung cấp xung rotor sẽ chuyển động

không giữa pha A và B Tuần tự như vậy qua bốn bước rotor quay lại về vị trí ban đầu ( cách dịch chuyển như vậy người ta gọi là hai pha ON)

Hình 2.8 : Chế độ bước đủ hai pha được cung cấp xung

3.2.1 Cấu trúc động cơ bước unbipolar

+ Loại động cơ bước có năm đầu ra

Hình 2.9: Cấu tạo các cuộn dây động cơ bước unipolar Trong hình vẽ trên chúng thấy rằng các đầu 1,2, và 3, 4 được nối vào các transistor khác nhau còn các đầu A , C, B , D được nối với nguồn cung cấp cho động cơ bước Các đầu này có thể nối tại phía trong của động cơ hoặc nối với nhau tại mạch ngoài

+ Cấu trúc động cơ bước unipolar có sáu đầu dây ra

Hình 2.10: Cấu tạo các cuộn dây động cơ bước unipolar

Trong hình vẽ trên chúng thấy rằng các đầu 1,2, và 3, 4 được nối vào các transistor khác nhau còn các đầu A nối với C ( đầu số 3), còn B nối với D ( đầu số 6) được nối với nguồn cung cấp cho động cơ bước Các đầu này có thể nối tại phía trong của động cơ hoặc nối với nhau tại mạch ngoài

3.2.2 Sơ đồ nguyên lí điều khiển động cơ unipolar:

Hình 2.11: Nguyên lí điều khiển động cơ bước unipolar

Sơ đồ trên dùng hai chuyển mạch để điều khiển dòng điện qua các cuộn dây của mô tơ

bước khi chuyển mạch phía bên trái đóng dòng điện từ nguồn chạy qua cuộn dây O-A về điểm đất

Khi chuyển mạch phía bên phải đóng dòng điện từ nguồn chạy qua cuộn dây O-C về điểm đất , như vậy từ nguyên lí trên các chuyển mạch được cung cấp xung dòng điện chỉ chạy theo một chiều nhất định đây chính là dặc điểm riêng của động cơ bước unbipolar

3.3 Chế độ nửa bước

+ Nguyên lí chuyển đổi nửa bước

Nhìn trên sơ đồ chúng ta nhận thấy rằng khi pha A-B được cung cấp xung còn pha C-D

pha A-B không được cung cấp xung còn pha C-D được cung cấp xung góc bước của rotor

là 450

Tại bước thứ tư cả hai pha A-B và C-D đều được cung cấp xung nhưng xung đưa vào pha

được cung cấp xung nhưng xung đưa vào pha A-B đổi cực tính góc bước của rotor lại

tuần tự như vậy sau tám bước rotor sẽ dịch chuyển hết một vòng

+ Bảng thống kê về góc bước, dấu của dòng điện tại các pha:

+ Giản đồ xung cho chế độ nửa bước như sau:

Θcon góc quay đặt trước

Θdics là giá trị đã số hóa

2 phase PMW là mạch tạo thay đổi độ rộng xung

mạch có dạng sau:

Bước đủ và nửa bước trong hoạt động di chuyển động cơ bước có xu hướng hơi giật Sốbước di chuyển cũng được giới hạn bởi số lượng cực mà các rotor có thể có Số lượngbước có thể được tăng lên bằng cách sử dụng bộ điều khiển đưa xung tới động cơ trongquá trình từng bước Ngoài ra để giảm các vấn đề cộng hưởng bằng cách sử dụng với một

sin

Hình 2.15: Pha của dòng điện trong chế độ vi bước

Hình vẽ trên cho thấy rằng dòng điện chạy trong hai cuộn dây tính luôn là lệch pha với nhau Thực tế rằng dòng điện ở pha riêng tăng hoặc giảm tín hiệu hình sin và cô sin cho phép rotor bước các góc bước trung gian Các cuộn dây động cơ sẽ cần một tụ được nối trong ứng dụng này Vi bước một bước công nghệ động cơ tương đối mới điều khiển dòngđiện trong cuộn dây động cơ

Giản đồ dạng xung trong chế độ vi bước như sau:

Hình 2.16: Giản đồ dạng xung trong chế độ vi bước

Ưu điểm sử dụng kỹ thuật vi bước như sau:

1.Chuyển động ở tốc độ thấp

2 Tăng độ phân giải bước định vị như là kết quả của góc bước nhỏ hơn

3 Mômen xoắn cực đại ở cả hai mức bước thấp và cao

Những hạn chế của kỹ thuật vi bước như sau:

Hình 2.17: Sơ đồ khối mạch hở tốc độ và dòng điện

- Mô tơ nhận xung từ mạch điều khiển làm cho rotor quay

Trong sơ đồ trên không có hồi tiếp về tốc độ và dòng điện nên mạch được gọi là hở tốc độ

và dòng điện

4.2 Mạch kín đối với tốc độ và hở dòng điện

Hình 2.18 Sơ đồ khối mạch kín đối với tốc độ và hở dòng điện

+ Giải thích chức năng các khối

Dri ver M

T

Mạch cộng

Hình 2.19 : Sơ đồ khối mạch kín dòng điện và hở

Chức năng các khối các khối có tên tương tự như trong sơ đồ hình vẽ trước Trong sơ đồ này có thêm bộ lọc Kalman lấy dòng điện, điện áp tại các cuộn dây của mô tơ bước qua thuật toán của bộ đưa đến mạch cộng để tiến hành so sánh với tốc độ đặt trước tạo ra sai số, sai số này đưa đến mạch PWM sẽ làm cho góc bước của mô tơ chính xác

Tạo xung kênh B

C ộn

g 1

C ộn

g 2

Tr

ễ 1

Trễ 2

Tạo PWM

Mạch điều khiển

Mô tơ bước

Hình 2.20 Sơ đồ khối mạch kín tốc độ và dòng điện

- Chức năng các khối như sau:

- Mô tơ nhận xung từ mạch điều khiển làm cho rotor quay

- bộ lọc Kalman lấy dòng điện, điện áp tại các cuộn dây của mô tơ bước qua thuật toán của bộ đưa đến mạch cộng để tiến hành so sánh với tốc độ đặt trước tạo ra sai số , sai số này đưa đến mạch PWM sẽ làm cho góc bước của mô tơ chín xác

- PDI là mạch tích phân tỉ lệ tích phân giữa hai tần số dấu của điện áp ra

Chương III: Ứng dụng bộ lọc Kalman và sử dụng động cơ

bước

1 Giới thiệu

Bộ lọc Kalman (KF) là một phương thức để tính toán có độ tin cậy của hệ thống được đại diện bởi Gaussians Trong chương này, sẽ khảo sát quá trình làm việc KF như thế nào và làm thế nào sử dụng Gaussian để khảo sát độ tin cậy của hệ thống

2 Thông tin chung

Tất cả các trạng thái không sử dụng thông tin hồi tiếp trong nhiều trường hợp và một nhu

cầu để dự tính biến không có trạng thái để thực hiện điều khiển thông tin phản hồi trạngthái Dự tính biến trạng thái vô hạn thường được gọi là nhận xét Một thiết bị (hoặc mộtmáy tính chương trình) dự tính hay nhận xét các trạng thái được gọi là một trạng thái nhậnxét hoặc đơn giản chỉ là một nhận xét Nếu nhận xét trạng thái nhận xét tất cả các biếntrạng thái của hệ thống, bất kể cho dù một số biến trạng thái là có sẵn để đo trực tiếp, nóđược gọi là trạng thái đầy đủ để nhận xét Một nhận xét dự tính ít hơn so với kích thướccủa vector- trạng thái được gọi là giảm để nhận xét trạng thái hoặc đơn giản là nhận xéttheo thứ tự nhận xét Nếu thứ tự của các nhận xét trạng thái giảm để có thể tối thiểu,nhận xét được gọi là tối thiểu để nhận xét trạng thái Về cơ bản, có hai hình thức của việcthực hiện các dự tính: vòng lặp mở và vòng lặp đóng Sự khác biệt giữa hai là một thuậtngữ hiệu chỉnh, liên quan đến các lỗi dự toán, được sử dụng để điều chỉnh đáp ứng của các

dự tính Một dự toán khép kín được gọi là một trạng thái Ước lượng vòng lặp mở, đặcbiệt là ở tốc độ thấp, độ lệch tham số có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của cả hai đĩa ởtrạng thái ổn định và quá trình quá độ Tuy nhiên, nó có thể cải thiện mạnh mẽ chống lạikhông phù hợp thông số và tín hiệu tiếng ồn bằng cách sử dụng nhận xét vòng khép kín.Một nhận xét có thể được phân loại theo các loại đại diện được sử dụng với dây chuyềnđược nhận xét thấy Nếu dây chuyền là xác định, sau đó nhận xét là một nhận xét xác định;

nếu không nó là một nhận xét ngẫu nhiên Các nhận xét được sử dụng phổ biến nhất là loại

Luenberger và Kalman Nhận xét Luenberger (LO) là loại xác định, và bộ lọc Kalman(KF) là loại ngẫu nhiên Bộ lọc Kalman cơ bản là chỉ áp dụng cho các hệ thống ngẫu nhiêntuyến tính, và hệ thống không tuyến tính sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng (EKF) cungcấp các dự tính của các trạng thái của một hệ thống và các thông số EKF là một bộ lọc đệquy (dựa trên kiến thức của các số liệu thống kê của trạng thái và đo lường nhiễu), ápdụng cho thời gian phi tuyến tính hệ thống ngẫu nhiên khác nhau Các nhận xétLuenberger cơ bản là áp dụng cho các hệ thống tuyến tính, thời gian xác định và bất biến.Luenberger mở rộng (ELO) là áp dụng cho hệ thống phi tuyến tính Tóm lại, EKF vàELO là phi tuyến tính ước lượng và EKF là áp dụng hệ thống ngẫu nhiên và ELO được ápdụng cho các hệ thống xác định Các thuật toán đơn giản và dễ dàng điều chỉnh của cácELO có thể đưa ra một vài ưu điểm so với EKF thông thường Tuy nhiên, EKF là khôngnhạy cảm với những thay đổi tham số và được sử dụng cho hệ thống ngẫu nhiên (đo lường

và mẫu nhiễu xét) thường được ưa tiên trong lĩnh vực ứng dụng điều khiển động cơ

3 Bộ lọc Kalman

3.1 Giới thiệu

Kalman đã viết bài báo nổi tiếng của ông mô tả một giải pháp đệ quy để các vấn đề dữ

phương pháp bình phương ít nhất Bộ lọc này có ứng dụng quan trọng trong một vài khía cạnh Nó cung cấp dự tính trạng thái trong quá khứ, hiện tại và tương lai Điều này đạt được ngay cả khi các đặc điểm chính xác của mô hình hệ thống chưa được biết Nó là một phần của nền tảng của chuyên ngành khác - lý thuyết điều khiển hiện đại KF là một thủ thuật cực kỳ hiệu quả và linh hoạt trong việc kết hợp các kết quả nhiễu ở đầu ra của cảm biến để ước lượng trạng thái của hệ thống với động thái không chắc chắn , khi áp dụng cho một hệ thống vật lý, hoặc bộ lọc sẽ chịu ảnh hưởng của hai nguồn nhiễu

1.Quá trình nhiễu- ví dụ, nhiễu nhiệt trong một điện trở, mà nó là một phần của hệ thống.

2 Đo nhiễu- ví dụ, lượng tử nhiễu.

- Trạng thái dự tính bằng phương pháp ngoại suy

- Dự tính hiệp phương sai bằng phương pháp ngoại suy

- Bộ lọc được tính toán

- Cập nhật trạng thái dự tính

- Cập nhật hiệp phương sai dự tính

Chúng tôi sử dụng KF để đánh giá trạng thái X(k) ϶ Rn của một hệ thống rời rạc kiểmsoát thời gian Hệ thống này được mô tả bởi một phương trình sai phân tuyến tính ngẫu

nhiên:

3.1 3.2

ở đây V(k) là quá trình nhiễu w(k) là kết quả đo nhiễu trong tiếp theo V(k) và w(k) sẽ đượccoi như là số không có nghĩa, trình tự nhiễu không tương quan với hiệp phương sai lầnlượt Q(k) và R(k) Mục tiêu của thuật toán Kalman là để xác định một ma trận L, giảmthiểu ô vuông trung bình của lỗi

3.3

3.4

Ma trận A (n*n) trong các phương trình khác nhau (3.1) là ma trận chính có liên quan thỏamãn ở bước k thay thế tại bước k + 1 Ma trận B ( nx1) xác lập giữa đầu vào u trạng thái

x Ma trận C trong phương trình đo lường (3.2) xác lập giữa trạng thái đo lường z (k).Khi hiệp phương sai sai số đo R (k) gần bằng không, trọng số bởi K (k) cho phép đo thực

tế z (k) được " đáng tin cậy " nhiều và nhiều hơn, trong khi đo lường dự đoán

được tin cậy ít hơn và ít hơn.Mặt khác, z đo thực tế (k) được tin cậy ít hơn và ít hơn là một

dự toán tiên lỗi hiệp phương sai P (k) phương pháp tiếp cận không, và dự đoán đo lường

được tin cậy hơn và nhiều hơn nữa Thuật toán Kalman bộ lọc có thể được xemnhư là một hình thức dự toán thông tin phản hồi.Các thiết lập của phương trình lọc Kalman

Hình 3.1 Chu trình bộ lọc Kalman

Các phương trình cập nhật thời gian và đo lường được trình bày dưới đây:

phương trình cập nhật thời gian

3.5 3.6

phương trình đo cập nhật:

3.73.8

Phương trình cập nhật thời gian dự đoán trạng thái và hiệp phương sai từ bước thời gian k đến bước k +1 Để tính toán Kalman đạt K (k) là công việc đầu tiên trong phương trình đo cập nhật Sau đó, z (k) thu được bằng cách đo lường thực tế của hệ thống kết hợp các phép đo thực tế và là một trong những ước tính trong phương trình (3.7), chúng tôi tạo ra một dự toán tính sau Bước cuối cùng là tính toán một lỗi hiệp phương sai sau Đây là hoạt động đệ quy của KF Sau khi cặp cập nhật từng thời gian và đo lường, các thuật toán đệ quy được lặp đi lặp lại với trước đó một ước tính sau để dự đoán một ước tính mới Tính chất đệ quy này là lợi thế lớn nhất của

KF Điều này làm cho việc thực hiện thực tế của bộ lọc Kalman dễ dàng hơn nhiều

và khả thi sau đó thực hiện của các bộ lọc Wiener, bởi vì các bộ lọc Weiner có được ước tính bằng cách sử dụng tất cả các dữ liệu trực tiếp Ngược lại, các bộ lọc

Kalman chỉ sử dụng các dữ liệu ngay lập tức trước đó để dự đoán trạng thái hiện tại Thuật toán lọc Kalman tiêu chuẩn được thể hiện trong hình 3.2

Hình 3.2: Thuật toán bộ lọc Kalman tiêu chuẩn

3.2 Tiêu chuẩn thuật toán bộ lọc Kalman

Một số giả thiết của bộ lọc Kalman thời gian rời rạc là:

1 Các trạng thái động là tuyến tính và thời gian bất biến

2 Các phương trình đo là tuyến tính và thời gian bất biến

3 Các số liệu thống kê nhiễu là tĩnh

Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể nhận được các giải pháp trạng thái ổn định của hệ thống ước tính trước khi chạy các thuật toán lọc Kalman Bây giờ sẽ chỉ ra cách để tìm giải pháp trạng thái ổn định cho bộ lọc Kalman

3.10

3.3 Điều chỉnh bộ lọc

Điều chỉnh nhiễu Q (k) và đo lường lỗi hiệp phương sai ma trận R (k) là cần thiết

để thực hiện tốt bộ lọc Kalman Thông thường, họ có thể đo lường gianh giới tách

rời trước khi hoạt động của bộ lọc Đặc biệt hợp lý để đo ma trận hiệp phương sai lỗi R (k), bởi vì chúng ta sẽ có thể mất một số phép đo mẫu gianh giới tách rời để xác định phương sai của sai số đo Đây là giá trị ban đầu cần thiết cho các bộ lọc đo lường hoạt động của hệ thống Q (k) là thường rất khó để có được Ví dụ các nguồn nhiễu thường được sử dụng để đại diện cho những điều không chắc chắn của sự năng động hệ thống Một mẫu xấu có thể trở nên đáng tin cậy hơn bằng cách chọn Q(k) thích hợp Q(k) lớn có nghĩa là không chắc chắn được đưa vào các mô hình dự toán Hoạt động lọc tốt phụ thuộc vào sự lựa chọn thích hợp của R (k) và Q (k) Điều chỉnh thường được thực hiện bằng ngoại tuyến với sự giúp đỡ của các phương pháp thống kê.

4 Bộ lọc Kalman mở rộng

Tiêu chuẩn KF thời gian rời rạc ước tính trạng thái x(k) єRn hệ thống rời rạc bởi Rn hệ thống rời rạc bởi một phương trình tuyến tính khác nhau Trong các ứng dụng thực tế, nhiều hệ thống động và cảm biến không hoàn toàn tuyến tính Do đó, bộ lọc Kalman tiêu chuẩn sẽ không phù hợp với đánh giá hệ thống Một bộ lọc Kalman mở rộng là phương pháp tối ưu giám sát trạng thái có thể được sử dụng cho việc lập trạng thái dự đoán và tham số của một hệ thống phi tuyến tính động trong thời gian thực bằng cách sử dụng theo dõi tín hiệu nhiễu Điều này giả định rằng nhiễu đo lường và nhiễu của hệ thống là không tương quan Các nguồn nhiễu có phép tính toán không chính xác của

đo lường và mô hình hóa Trong giai đoạn đầu tiên của các tính toán, các trạng thái được dự đoán bằng cách sử dụng một mô hình toán học (trong đó có dự tính trước đây) và trong giai đoạn thứ hai trạng thái dự đoán được liên tục sửa chữa bằng cách

sử dụng một chương trình chỉnh sửa bằng thông tin phản hồi Lược đồ này làm cho việc sử dụng các phép đo thực tế bằng cách thêm một thuật ngữ để các trạng thái dự đoán (mà là thu được trong giai đoạn đầu tiên) Thời hạn bổ sung có chứa các khác biệt trọng số của các tín hiệu đo lường và ước tính tín hiệu ra Dựa trên độ lệch từ giá trị ước tính, EKF cung cấp một giá trị đầu ra tối ưu ngay lập tức cho đầu vào tiếp theo Một hệ thống phi tuyến với trạng thái vector x (k) єRn hệ thống rời rạc bởi Rn được đưa ra bởi

phương trình sai phân ngẫu nhiên phi tuyến.

3.12

Với đo lường Z(k) єRn hệ thống rời rạc bởi Rm

3.13

Ở đây, các biến ngẫu nhiên ξ (k) và η (k) là dự kiến và nhiễu đo lường, tương ứng

và được giả định là có và độc lập với nhau với các phân bố xác suất thông thường Trong phương trình động, không tuyến tính chức năng f (.) Liên quan trạng thái tại bước thời gian k cho trạng thái tại bước thời gian k + 1 và bao gồm hàm u(k) và nhiễu ξ (k) bằng không Để đánh giá một quá trình phi tuyến tính khác biệt và mối

quan hệ đo lường, chúng ta bắt đầu bằng cách viết phương trình mới một ước tính

về (3.12) và (3.13)

3.14 3.15

ở đây

x (k +1) và z (k) là trạng thái thực tế và trạng thái đo lường

và các vectơ gần đúng và vectơ đo lường

là một ước tính phía sau của trạng thái tại k bước

các biến ngẫu nhiên w (k) và v (k) đại diện cho quá trình và nhiễu đo lườngA là ma trận Jacobian của các dẫn xuất một phần của f (.) Đối với x

W là ma trận Jacobian của các dẫn xuất một phần của f (.) Liên quan đến w,

H là ma trận Jacobian của các dẫn xuất một phần của h (.) Đối với x,

V là ma trận Jacobian của dẫn xuất một phần của h (.) với đối v,

Lưu ý rằng vì đơn giản trong ký hiệu, chúng tôi không sử dụng các bước thời gian ngắn kvới Jacobians F, W, H, V thậm chí nghĩ rằng nó đang có trong thực tế khác nhau ở mỗibước thời gian Bây giờ chúng ta định nghĩa một ký hiệu mới cho các lỗi tiên đoán,

3.18 3.19

Hoàn thiện thiết lập các phương trình EKF được hiển thị dưới đây:

Thời gian cập nhật phương trình:

3.20

3.21 Cập nhật các phương trình phép đo:

3.22

3.23 3.24

Cơ bản với bộ lọc Kalman rời rạc , các phương trình thời gian cập nhật dự báo trạng thái

và hiệp phương sai ước tính từ bước thời gian k đến bước k + 1 Cập nhật các phương trình

đo lường đúng các ước tính hiệp phương sai với đo lường V là đo đạc Jacobians tại bước

k, và nhiễu đo lường hiệp phương sai ở bước k Các hoạt động cơ bản của EKF của làtương tự như bộ lọc Kalman rời rạc tuyến tính như trong hình 4.2.Hình 4.3 dưới đây cungcấp một cái nhìn hoàn chỉnh của các phép tính của EKF, kết hợp các biểu đồ mức cao

Các thuật toán EKF thực tế sử dụng cho hệ phi tuyến động và xây dựng ước tính, và tínhtoán sai lỗi của các ma trận hiệp phương được dựa trên ma trận Jacobian liên tục được dựatrên dự toán trạng thái mới nhất Phương pháp Jacobians A (k) và đo lường Jacobians H(k) là thời gian khác nhau ma trận dựa trên ước tính trạng thái mới nhất là một ước tính ưu

tiên lỗi hiệp phương sai P (k), là là một ước tính lại lỗi hiệp phương sai P(k) và đạt được

Kalman K (k) ma trận thời gian khác nhau dựa trên ước tính trạng thái mới nhất và nóđang tính toán trực tuyến Việc tăng tính toán của các bộ lọc Kalman mở rộng hơn các bộlọc Kalman tuyến tính EKF có tính toán phức tạp hơn vì việc tính toán ma trận trực tuyến

5 Mẫu động cơ cho bộ lọc Kalman thời gian rời rạc mở rộng

Trong việc điều khiển máy AC-DC điều khiển đầu dò tốc độ cao như máy phát điện, hoặc các bộ mã hóa kỹ thuật số được sử dụng để có được thông tin tốc độ Sử dụng các cảm biến tốc độ có một số nhược điểm

- Thường chúng đắt tiền

- Các cảm biến tốc độ và các dây dẫn tương ứng sẽ mất không gian

- Trong môi trường bị lỗi, cảm biến tốc độ làm giảm độ tin cậy của hệ thống

Các cảm biến dẫn đến là làm giảm độ tin cậy của hệ thống và làm giảm lợi thế của một

bổ sung và các tính toán phức tạp gia tăng đòi hỏi phải có bộ vi xử lý tốc độ cao trong ứng dụng thời gian thực Ngày nay bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số đã trở thành rẻ hơn, và hiệu suất của nó lớn hơn, như một giải pháp nhằm tăng tính hiệu quả và giảm chi phí Một số phương pháp hoàn toàn số hóa tương đối mới, được sử dụng đo tốc độ không dùng cảm biến trong lĩnh vực điều khiển Hệ thống kiểm soát vector truyền thống sử dụng các

phương pháp ước tính thông lượng và độ trượt dựa trên các phép đo của dòng điện pha hoặc chuyển đổi qua điện áp DC, nhưng điều này có một lỗi lớn trong tính toán tốc độ, đặcbiệt là trong phạm vi tốc độ thấp Có hai hình thức thực hiện một tính toán dùng vòng lặp

mở và vòng lặp đóng

Sự khác biệt giữa hai vấn đề trên là một khái niện đúng, liên quan đến các lỗi tính toán,được sử dụng để điều chỉnh đáp ứng của các tính toán Một tính toán vòng khép kín đượcgọi là một nhận xét Sự nhận xét có thể được phân loại theo các loại đại diện được sử dụng

là nhận xét xác định và nhận xét ngẫu nhiên Các nhận xét Luenberger là loại xác định vàcác bộ lọc Kalman là loại ngẫu nhiên Bộ lọc Kalman là áp dụng cho các hệ thống ngẫunhiên tuyến tính , và cho các hệ thống phi tuyến tính có thể được sử dụng các bộ lọcKalman mở rộng, có thể cung cấp các ước tính của các trạng thái của một hệ thống hoặccủa cả hai trạng thái và các thông số EKF là một bộ lọc đệ quy (dựa trên kiến thức củacác số liệu thống kê của trạng thái và nhiễu tạo ra bởi hệ thống đo lường và mô hình hóa),

mà có thể được được áp dụng cho hệ thống phi tuyến tính ngẫu nhiên khác nhau Các nhậnxét Luenberger cơ bản là áp dụng cho tuyến tính, hệ thống bất biến thời gian xác định Cácnhận xét Luenberger mở rộng áp dụng hệ thống phi tuyến thời gian xác định khác nhau.Tóm lại, có thể nhận thấy rằng cả hai EKF và ELO là ước lượng phi tuyến EKF là áp dụngcho các hệ thống ngẫu nhiên và ELO được áp dụng cho các hệ thống xác định Các thuậttoán đơn giản và dễ dàng điều chỉnh của ELO có thể cung cấp cho một số ưu điểm hơn