Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN TỰA THEO THỤ ĐỘNG (Passivity Based)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---TÓM TẮT LUẬN VĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-TÓM TẮT LUẬN VĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN

HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI

TUYẾN TỰA THEO THỤ ĐỘNG (Passivity - Based)

Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA

Học Viên: MAI VƯƠNG SONG

Người HD Khoa học: PGS.TS NGUYỄN NHƯ HIỂN

THÁI NGUYÊN – 2011

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1 Do nhu cầu năng lượng trên thế giới và nước ta ngày càng tăng.Việc nâng cao hiệu suất năng lượng trong các hệ truyền động sửdụng động cơ điện trở nên quan trọng hơn bao giờ hết

2 Động cơ một chiều đã một thời là giải pháp tối ưu trong các hệtruyền động yêu cầu mômen lớn Tuy nhiên một nhược điểm rất khókhắc phục đối với động cơ một chiều đó là hiện tượng đánh tia lửađiện ở chổi than và vành góp Điều này dẫn đến sự mất an toàn trongsản xuất, ngoài ra động cơ một chiều lại có giá thành cao, kích thướclớn, khó sản xuất, phải bảo dưỡng thường xuyên

3 Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử công suất, vi xử

lý và công nghệ máy tính thì việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoaychiều trở nên dễ dàng và đạt được những chất lượng điều chỉnh cao

4 Do đó giải pháp sử dụng động cơ đồng bộ KTVC là cần thiết.Bên cạnh đó các nghiên cứu trước đây thường xấp xỉ đối tượngđộng cơ đồng bộ KTVC trong các hệ truyền đồng bằng một khâutuyến tính, như vậy đã đánh mất bản chất phi tuyến của đối tượng

Vì vậy, đề tài này đưa ra phương pháp điều khiển phi tuyến tựatheo thụ động Mục đích nghiên cứu bản chất thực của đối tượng đểnâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống truyền động

2 ĐỐI TƯỢNG, NGUỒN TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu.

thụ động cho hệ truyền động điện sử dụng động cơ đồng bộ kíchthích vĩnh cửu

2.2 Nguồn tài liệu.

Luận văn đã sử dụng các tài liệu trong và ngoài nước, các tạp chíkhoa học kỹ thuật, các kết quả nghiên cứu liên quan

- Nghiên cứu lý thuyết để đưa ra các thuật toán điều khiển động cơđồng bộ KTVC

- Mô hình hoá và mô phỏng bằng Matlab – Simulink để kiểmnghiệm kết quả nghiên cứu

3 ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN.

Hiện nay xã hội ngày càng phát triển, đất nước ta đang đẩy mạnhcông nghiệp hóa - hiện đại hóa, cơ sở hạ tầng như: Đường giao thông,các tòa nhà cao tầng … được xây dựng với quy mô lớn, đòi hỏi cần cómột nguồn xi măng phục vụ rất lớn đáp ứng được nhu cầu ngày càngtăng Đặc biệt là sự bùng nổ về đầu tư phát triển công nghiệp xi măng ởcác nước đang phát triển, trong đó phải kể đến là Việt Nam Để đáp ứngyêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về chất lượng giá cả sự cạnhtranh trên thị trường, cho nên việc đầu tư cải tiến công nghệ ở các công ty

xí nghiệp đang là một giải pháp tốt cho việc cạnh tranh về giá cả và chấtlượng Ở nước ta nền kinh tế và khoa học kỹ thuật đang trên đà phát triển,phù hợp với sự phát triển chung ở khu vực, với chính sách mở cửa củaĐảng và Nhà nước ta Ở nước ta đang thu hút vốn đầu tư của nước ngoàingày càng nhiều, trong đó phải kể đến việc đầu tư vào công nghệ sảnxuất xi măng trong những năm gần đây

Với bất kỳ một nhà máy xi măng nào, nhất là đối với nhữngnhà máy có mức độ tự động hoá cao thì việc cân băng định lượngdùng giám sát, điều khiển các thành phần phối liệu là vô cùng quantrọng, nó là một trong những yếu tố quyết định đến năng suất của

cả dây truyền và tỷ lệ các thành phần phối liệu nó ảnh hưởng trựctiếp đến chất lượng xi măng sản xuất ra

Do đặc điểm công nghệ sản xuất xi măng có nhiều côngđoạn và hầu hết là cần đến hệ thống cân băng định lượng từ khâunghiền liệu đến khâu nghiền xi măng

Với nhiệm vụ đặt ra cho cân băng định lượng là thoả mãnnhững nhu cầu từ thực tế sản xuất, phải đảm bảo đủ lượng liệu cần

thiết cho công đoạn tiếp theo về khối lượng tỷ lệ các thành phầnphối liệu và tốc độ cấp liệu cho từng thời điểm.

Tuỳ theo vị trí, tính chất, chức năng của các khâu trong dâytruyền sản xuất mà cân băng định lượng ở khâu đó có những đặcđiểm riêng, như chế độ làm việc, sai số cho phép, dải điều chỉnhtốc độ, độ ổn định …vv

Bản luận văn gồm 100 trang với 4 chương, tác giả đã tìmhiểu lý thuyết và mô phỏng kết quả như sau:

+ Tốc độ động cơ thay đổi kịp thời tại các thời điểm khi khốilượng trên băng tải thay đổi (hình 4.2)

+ Sản lượng của cân băng luôn giữ ổn định với thời gian đáp ứngrất nhỏ (hình 4.6)

+ Động cơ vẫn làm việc tốt bám tốc độ để đáp ứng kịp thời khi

Q thay đổi cũng như khối lượng thay đổi (hình 4.3, 4.4 và hình 4.5) + Sản lượng của cân băng vẫn bám tốt lượng đặt khi nóthay đổi (hình 4.7 và hình 4.8)

Như vậy, luận văn đã đóng góp một phần nhỏ đưa vào ứngdụng trong thực tiễn để điều khiển hệ thống cân băng địnhlượng trong sản xuất xi măng

4 KẾT CẤU LUẬN VĂN.

Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Mục lục, luận văn được bố cụcgồm 4 chương, 02 bảng biểu, 38 hình vẽ và 15 tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1: Tổng quan về các hệ thống điều khiển phi tuyến

và áp dụng cho động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCĐBKTVC)

CHƯƠNG 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống

CHƯƠNG 3: Áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity-Based) cho hệ thống.

CHƯƠNG 4: Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển

* Giới thiệu một số phương pháp điều khiển phi tuyến, trọng tâm là

phương pháp điều khiển dựa trên thụ động Passivity-Based (PBC).

- Mô hình toán học, cấu trúc điều khiển động cơ đồng bộ ba pha

- Phương trình của ĐCĐB KTVC trong hệ tọa độ (d, q)

+ Phương trình điện áp Stator

f s s

f s f

+ Phương trình mô men của MĐĐB-KTVC có dạng sau:

 p sq sd sq sd sq 

p sd

sq sq sd p

2

3 ) (

2

3

Chương 2:

Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống

Giới thiệu sơ lược về ngành sản xuất xi măng; công nghệ sản xuất

xi măng; Tìm hiểu công nghệ hệ thống cân băng định lượng dùngtrong nhà máy xi măng; xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống cânbăng dung ĐCĐB KTVC với bộ điều khiển phi tuyến

- Sơ đồ khối cân băng định lượng:

- Sơ đồ nguyên lý kết cấu cân băng tải:

- Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng dùngđộng cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu với bộ điều khiển phi tuyến.

Theo cấu trúc điều khiển như hình 2.8 ta thấy bài toán điều chỉnhsản lượng Q đã điều quy đổi về bài toán điều chỉnh tốc độ cho đối

lượng Như vậy mục tiêu đặt ra khi thiết kế bộ điều khiển phi tuyếncho hệ thống là tốc độ thực tế trên trục động cơ phải bám theo tốc

độ đặt Có nghĩa là từng bước thiết kế bộ điều khiển phi tuyến thỏamãn hai đại lượng mômen quay (M) và dòng từ hóa (ψ’) đạt đếnđại lượng đặt

- Cấu trúc điều khiển:

- Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng:

- Sơ đồ cấu trúc điều khiển phi tuyến:

- Mô hình động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu trên hệ toạ độ dq:

6

vs

5 OmegaS

4 isd

3 isq Toc do n2

1 Omega

2 0.0004s zc/sJ

0.108 tuthong 0.04

0.04s+1 Tsq/(1+sTsq)

0.0153 0.0153s+1 Tsd/(1+sTsd)

Tr2

-K-1 s Tich phan

-K-3 3zc/2

-K-4 MT

* Đặc điểm thụ động của động cơ:

+ Để chứng minh cho khẳng định trên, ta xét hàm tổng năng lượngcủa động cơ sau:

+ Tích phân phương trình trên ta có phương trình cân bằng năng lượng sau:

+ Áp dụng phương pháp Passivity – Based thiết kế bộ điều chỉnhdòng

Qua biến đổi phương trình trên ta được điện áp:

* Tổng hợp bộ điều chỉnh thành phần isq

Tín hiệu điều khiển có dạng:

22

1 2

1



J Li i H

i H

t

H

)()()()

()()

Năng lượng cung cấp

Qua biến đổi bộ điều khiển thành phần irq có thể viết dưới dạng:

(3.42)

Từ các bộ điều chỉnh dòng tựa trên thụ động ta thấy nó đã đảm bảo

bù được các thông số khác như điện áp lưới, từ thông stator và tốc

độ của rotor

Ta có pt bộ lọc điều khiển tốc độ: (3.43)

Trong đó giá trị tốc độ đặt ω*được xác định dựa giá trị sản lượngđặt Qđặt và khối lượng m(Kg) được lấy từ đầu đo khối lượng Nóđược xác định như sau:

(3.44

)

Ta có cấu trúc hệ thống bộ điều khiển tựa theo thụ động cho hệthống cân băng định lượng sử dụng động cơ đồng bộ KTVC nhưhình 3.5:

m z z

2

Chương 4:

Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển

* Sơ đồ bộ điều khiển trong mô hình Matlab-Simulink

- Khối bộ điều khiển dòng

- Khâu tính toán giá trị dòng đặt i sd

sq

i

- Điều khiển tốc độ và tính toán mô men

* Tham số của động cơ

Mômen quán tính: 0,004 Nm

* Tham số của bộ điều khiển

* Kết quả mô phỏng tốc độ

* Kết quả mô phỏng sản lượng Q

- Q thay đổi và m không đổi

- Q không đổi và m thay đổi

- Q thay đổi và m thay đổi

KẾT LUẬN

Từ kết quả mô phỏng, ta có nhận xét ở các chế độ làm việc của hệthống như sau:

* Ở chế độ sản lượng không đổi:

+ Tốc độ động cơ thay đổi kịp thời tại các thời điểm khi khối lượngtrên băng tải thay đổi (hình 4.2)

+ Sản lượng của cân băng luôn giữ ổn định với thời gian đáp ứng rấtnhỏ (hình 4.6)

* Ở chế độ sản lượng thay đổi:

+ Động cơ vẫn làm việc tốt bám tốc độ để đáp ứng kịp thời khi Q thayđổi cũng như khối lượng thay đổi (hình 4.3, 4.4 và hình 4.5)

+ Sản lượng của cân băng vẫn bám tốt lượng đặt khi nó thayđổi (hình 4.7 và hình 4.8)

- Với kết quả mô phỏng như vậy hệ thống điều khiển đã đạt đượccác vấn đề nghiên cứu đặt ra

- Luận văn mở ra một phương pháp thiết kế phi tuyến mới để điềukhiển quá trình làm việc của hệ cân băng định lượng sử dụng động

cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu nói riêng và các hệ truyền động nóichung và là cơ sở lý thuyết để phát triển ứng dụng vào trong thựctiễn

Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

a Ý nghĩa khoa học.

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần bổ sung một phương pháp điềukhiển phi tuyến cho hệ truyền động điện cân băng định lượng trong nhàmáy xi măng có sử dụng động cơ đồng bộ KTVC

b Ý nghĩa thực tiễn.

Kết quả nghiên cứu của đề tài là để đảm bảo chất lượng điều khiển

hệ truyền động sử dụng động cơ đồng bộ KTVC bằng phươngpháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity – based)