NGHIÊN cứu hệ điều KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG TUYẾN TÍNH sử DỤNG ĐỘNG cơ POLYSOLENOID

Tính mới và sáng tạo - Với nguồn tham khảo là các bài báo và luận văn được lưu trữ tại thư viện quốc gia Việt Nam thì chưa có công trình nào trong nước nghiên cứu về điều khiển truyền

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG TUYẾN TÍNH SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ POLYSOLENOID

Mã số: ĐH2015-TN02-05

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Hồng Quang

Thái Nguyên, 2017

NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ThS Nguyễn Hồng Quang – Khoa Điện – Trường ĐHKT Công nghiệp

PGS.TS Nguyễn Như Hiển - Khoa Điện – Trường ĐHKT Công nghiệp

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

Viện Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ - BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ix

MỞ ĐẦU 1

1.Tính khoa học và cấp thiết của đề tài 1

2.Mục tiêu của đề tài 2

3.Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 4

1.1 Những đặc điểm của một hệ truyền động thẳng .4

1.1.1Phương pháp tạo ra chuyển động tuyến tính gián tiếp: 5

1.1.2 Phương pháp tạo ra chuyển động tuyến tính trực tiếp: 5

1.1.3 Những nhược điểm còn tồn tại trong hệ thống sử dụng động cơ tuyến tính: 5

1.2 Lịch sử phát triển và ứng dụng của động cơ tuyến tính 6

1.2.1 Vài nét về lịch sử phát triển của động cơ tuyến tính .6

1.2.2 Những ứng dụng của động cơ tuyến tính đã được áp dụng trong thực tiễn .7

1.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách phân loại động cơ tuyến tính 9

1.3.1 Nguyên lý làm việc của động cơ tuyến tính 9

1.3.2 Các dạng cấu tạo của động cơ tuyến tính 10

1.3.3 Phân loại động cơ tuyến tính 11

CHƯƠNG 2 : ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH KÍCH THÍCH VĨNH CỬU DẠNG LYSOLENOID ĐIỀU KHIỂN CHO TRUYỀN ĐỘNG DẠNG POLYSOLENOID 14

2.1 Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid 14

2.2 Điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid 15

2.3 Khái quát về tình hình nghiên cứu về điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid ở trong nước và trên thế giới 15

2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước: 15

2.3.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới: 15

2.3.3 Kết luận: 16

CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH HÓA ĐCTTĐB KTVC POLYSOLENOIDE 17

3.1 Biểu diễn các vector không gian của động cơ hai pha tuyến tính đồng bộ

kích thích vĩnh cửu 17

3.2 Mô hình toán học động cơ 2 pha tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu 20

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH POLYSOLENOID VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 23

4.1 Nguyên lý tựa phẳng và việc vận dụng cho động cơ Polysolenoid 23

4.1.1 Cấu trúc điều khiển 25

4.1.2 Mô phỏng kiểm chứng 29

4.1.3 Nhận xét: 31

4.2 Phương pháp TTHCX và vấn đề áp dụng cho động cơ tuyến tính ĐB – KTVC 32

4.2.1 Cấu trúc điều khiển 33

4.2.2 Mô phỏng kiểm chứng 37

4.2.3 Nhận xét: 38

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG BÀN THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH KTVC POLYSOLENOID 40

5.1 Đề xuất cấu trúc bàn thí nghiệm 40

5.2 Điều chế vetor không gian cho động cơ 2 pha 40

5.3 Giới thiệu về card DSPACE1104 45

5.3.1 Tổng quan về Card DS1104 45

5.3.2 Thông tin cơ bản về Card DS1104 46

5.3.3 Sơ đồ giao tiếp giữa DSP và PC 46

5.3.4 Giới thiệu các khối điều khiển được sử dụng trong thiết kế 47

5.3.5 Cài đặt Card DS1104 48

5.3.5.1 Cài đặt môi trường làm việc của Card DS1104 trên matlab 48

5.3.5.2 Cài đặt các khối điều khiển được sử dụng trong thiết kế 49

5.3.6 Lưu đồ thuật toán giao tiếp giữa matlab-simulink và control desk 51

5.4 Thiết kế khối driver cho van IGBT 53

5.5 Thiết kế mạch đo 57

5.6 Thiết kế mạch Deadtime 58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 64

DANH MỤC HÌNH VẼ - BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Tạo chuyển động thẳng sử dụng đai truyền 4

Hình 1.2 Tạo chuyển động thẳng sử dụng động cơ tuyến tính 4

Hình 1.3 Tạo chuyển động thẳng sử dụng trục vít 4

Hình 1.4 Các ứng dụng của động cơ tuyến tính 7

Hình 1.5 Các ứng dụng trong một dây chuyền sử dụng động cơ tuyến tính 8

Hình 1.6 Hình ảnh tầu Transrapid trên đoạn đường chạy thử nghiệm 9

Hình 1.7 Nguyên lý chuyển đổi từ động cơ quay sang động cơ tuyến tính 9

Hình 1.8 Single-slided linear motor 10

Hình 1.9 Double-slided linear motor 10

Hình 1.10 Polysonenoid linear motor 11

Hình 1.11 Các biến dạng của động cơ tuyến tính 11

Hình 1.12 Động cơ tuyến tính dạng Stator dài dạng phẳng và dạng ống 12

Hình 1 13 Động cơ tuyến tính dạng Stator ngắn dạng phẳng và dạng ống 12

Hình 1.14 Phân loại động cơ tuyên tính theo nguyên lý làm việc và kết cấu hình học.12 Hình 1.15 So sánh mật độ lực của ĐCTT làm việc theo nguyên lý KĐB và ĐB 13

Hình 2.1 Rotor của động cơ Polysolenoid 14

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo bên trong ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoid 14

Hình 3.1 Vector dòng Stator 18

Hình 3.2 Hệ tọa độ quay dq trên động cơ tuyến tính 19

Hình 3.3 Vector dòng stator trên hệ trục αβ và hệ trục dq 19

Hình 3.4 Góc lệch giữa 2 trục d và  19

Hình 3.5 Mô hình trạng thái ĐCTT ĐBKTVC trên hệ tọa độ dq 22

Hình 4.1 Cấu trúc ĐK động cơ tuyến tính polysolenoid sử dụng phương pháp phẳng 28 Hình 4.7 Kết quả mô phỏng với quỹ đạo đặt x(t)=0.1t 30

Hình 4.8 Kết quả mô phỏng với x(t)=0.5sin(2t) 31

Hình 4.9 Cấu trúc của đối tượng phi tuyến sau khi đã TTHCX(chuyển tọa độ trạng thái) 32

Hình 5.1 Cấu trúc bàn thí nghiệm sử dụng động cơ Polysolenoid 40

Hình 5.2 Nghịch lưu 4 nhánh van cho động cơ 2 pha 41

Hình 5.3 Nghịch lưu đơn có thể chế tạo được 4 trạng thái logic, ứng với 4 vector điện áp chuẩn : u1 (logic 10: hình a), u2 (logic 01: hình b), u0,u3 (logic 00,11) là 2 vector có module bằng 0 (hình c,d) 41

Hình 5.4 Sơ đồ bố trí các vector chuẩn trên không gian vector 43

Hình 5.5 Mẫu xung điều khiển van thuộc các góc phần tư Q1-Q4 44

Hình 5.6 Sơ đồ giao tiếp giữa DSP và PC 47

Hình 5.7: Cài đặt môi trường làm việc cho Card DS1104 49

Hình 5.8 : Hình ảnh về khối DS1104MUX_ADC 49

Hình 5.9: Hình ảnh về khối DS1104SL_DSP_PWM3 50

Hình 5.10 : Lưu đồ thuật toán giao tiếp giữa matlab-simulink và control desk 51

Hình 5.11 Giao diện kết nối 52

Hình 5.12 Cổng kết nối BNC 52

Hình 5.13 Cổng kết nối Icremental Encoder 53

Hình 5.14 Cổng vào ra số và PWM 53

Hình 5.15 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 53

Hình 5.16 Sơ đồ khối chức năng của IR21531 54

Hình 5.17 Mạch ứng dụng HCPL 3120 55

Hình 5.18 Cấu tạo của INA129/128 58

Hình 5.19 Mạch deadtime 58

Hình 5.20 Cấu trúc tổng thể bàn thí nghiệm 60

Hình 5.21 Mạch Driver của bàn thí nghiệm 60

Bảng 1.1 So sánh các hệ chuyển động theo [20] (+: tốt; -: xấu) 6

Bảng 1.2 Mật độ lực của ĐCTT làm việc theo các nguyên lý khác nhau 13

Bảng 5.1 Giá trị logic của các vector chuẩn 42

Bảng 5.2 Các vector chuẩn cho từng sector 43

Bảng 5.3 Thông số cơ bản của IC 54

Bảng 5.4 Thông số của IRG4BC20KD 59

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Lsd, Lsq H điện cảm stator dọc trục và ngang trục

us, is V, A vector điện áp stator, dòng điện stator

ifs ,is A vector is : Trên hệ tọa độ dq, αβ

Ψs, Ψp Wb từ thông stator và rotor

x, x0 mm vị trí và vị trí ban đầu động cơ tuyến tính

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung

- Tên đề tài: Nghiên cứu hệ điều khiển chuyển động tuyến tính sử dụng động cơ Poloysolenoid

- Mã số: ĐH2015-TN02-05

- Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Hồng Quang

- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên

- Thời gian thực hiện: từ tháng 01/năm 2015 đến tháng 12/năm 2016

Mô phỏng và kiểm chứng kết quả trên máy tính Đề xuất cấu trúc và xây dựng bàn thí nghiệm sử dụng để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết với động cơ Polysolenoid

3 Tính mới và sáng tạo

- Với nguồn tham khảo là các bài báo và luận văn được lưu trữ tại thư viện quốc gia Việt Nam thì chưa có công trình nào trong nước nghiên cứu về điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid được thực hiện

- Đề tài đã nghiên cứu tổng quan về các phương pháp điều khiển cho động cơ tuyến tính dạng Polysolenoid Xây dựng được mô toán học và đề xuất các phương pháp điều khiển phi tuyến cho động cơ Polysolenoid Các kết quả được cụ thể trong các công bố bài báo trên tạp chí quốc tế Đề xuất cấu trúc và xây dựng thành công bàn thí nghiệm

sử dụng động cơ tuyến tính Polysolenoid

4 Kết quả nghiên cứu

- Đã xây dựng được mô tả toán học cho động cơ Polysolenoid

- Nghiên cứu và phát triển thuật toán điều khiển cho hệ phi tuyến nhiều vào nhiều

ra có ảnh hưởng xen kênh lớn

- Thiết kế bộ điều khiển cho động cơ Polysolenoid

- Mô phỏng và kiểm chứng kết quả trên máy tính

- Xây dựng bàn thí nghiệm thiết bị thực

- Tiến hành thí nghiệm trên thiết bị thực để chứng minh tính đúng đắn của thuật toán điều khiển

5 Sản phẩm

5.1 Sản phẩm khoa học

(1) Quang NH, Nam DP, Ty NT, Hung NM, Hien NN, Tan VD (2016), “Flatness

Based Control Structure for Polysolenoid Permanent Stimulation Linear

Motors”, SSRG International Journal of Electrical and Electronics Engineering

(SSRG-IJEEE), Volume 03 Issue 12, pp 57-63

(2) Quang NH, Nam DP, Hung NM, Hien NN, Ty NT, Chi NP (2017), “Design an

Exact Linearization Controller for Permanent Stimulation Synchronous Linear

Motor Polysolenoid”, SSRG International Journal of Electrical and Electronics

Engineering (SSRG-IJEEE), Volume 04 Issue 1, pp 7-12

5.2 Sản phẩm đào tạo

Sản phẩm đào tạo gồm 2 luận văn thạc sĩ và 2 đồ án tốt nghiệp sinh viên Cụ thể như sau:

(1) Phan Trọng Đạt (2015), Thiết kế bộ điều khiển cho hệ truyền động tuyến tính sử

dụng động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid, Đề tài luận văn

thạc sĩ ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

(2) Nguyễn Ngọc Liêm (2016), Thiết kế điều khiển tách kênh cho truyền động

tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid, Đề tài luận văn thạc sĩ ngành

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

(3) Trần Phúc Huy (2016), Mô hình hóa mô phỏng động cơ Polysolenoid, Đồ án tốt

nghiệp ngành Tự Động Hóa

(4) Triệu Đình Thắng (2016), Xây dựng nguyên lý bàn thí nghiệm động cơ

Polysolenoid, Đồ án tốt nghiệp ngành Tự Động Hóa

5.3 Sản phẩm ứng dụng

- Chương trình mô phỏng hệ thống

- Thuật toán điều khiển

- Bàn thí nghiệm sử dụng động cơ tuyến tính dạng Polysolenoid

6 Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu

- Kết quả của đề tài là hệ thống thiết bị thí nghiệm thực dùng làm bàn thí nghiệm cho môn học điện tử công suất, truyền động điện tại trường đại học kỹ thuật công nghiệp

- Kết quả của đề tài là tài liệu hữu ích cho học viên cao học, sinh viên ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, kỹ thuật điện, điện tử

- Hướng phát triển của đề tài được dùng để hướng dẫn tối thiểu 04 đề tài cho học viên cao học

- Trên cơ sở của hệ thống thiết bị thí nghiệm đã có kết hợp với các phương pháp điều khiển phi tuyến khác có thể cụ thể thành các công bố khoa học quốc tế tiếp theo

Xác nhận của tổ chức chủ trì

KT HIỆU TRƯỞNG PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS.TS Vũ Ngọc Pi

Chủ nhiệm đề tài

Nguyễn Hồng Quang

- Project director: M.Sc Nguyen Hong Quang

- Organization: TNU- Thai Nguyen University of Technology

- Duration: from January 2015 to December 2016

2 Objectives

- Modeling linear motors Proposing a coordinate transformation method using mathematical description in order to utilize a direct channel separation (decoupling) in control structure

- Introducing a nonlinear control method for the structure of direct channel separation Applying these methods to linear motors aims at improving the quality of the kinetics and the dynamics

- Undertaking simulations and verifications on computers

- Designing system and experimental test bench to validate results obtained from theoretical research with Polysolenoid motors

3 Creativeness and innovativeness

- With bibliography of research work in Vietnam National Library, the study on linear motion controllers using Poloysolenoid motors has not been mentioned yet

- An overview of studies on control measures for linear motors with Polysolenoid type is written in this project Mathematical models and non-linear control methods for Polysolenoid motor is proposed The results are collected and published in international journals Design and implementation of an experimental table useing linear Polysolenoid motor is done

4 Research results

- Constructing mathematical model of Polysolenoid motors

- Studying and developing a control algorithm of nonlinear MIMO system with huge coupling effects

- Designing controllers for Polysolenoid motors

- Simulating and checking results on the computer

- Building a real experimental test bench

- Undertaking experiments on the real system to verify workability of the

control algorithm

5 Products

5.1 Scientific product

(1) Quang NH, Nam DP, Ty NT, Hung NM, Hien NN, Tan VD (2016), “Flatness

Based Control Structure for Polysolenoid Permanent Stimulation Linear

Motors”, SSRG International Journal of Electrical and Electronics Engineering

(SSRG-IJEEE), Volume 03 Issue 12, pp 57-63

(2) Quang NH, Nam DP, Hung NM, Hien NN, Ty NT, Chi NP (2017), “Design an

Exact Linearization Controller for Permanent Stimulation Synchronous Linear Motor Polysolenoid”, SSRG International Journal of Electrical and Electronics

Engineering (SSRG-IJEEE), Volume 04 Issue 1, pp 7-12

5.2 Academic product

Academic products include two master theses and two final projects of students,

as follows:

(1) Phan Trong Đat (2015), Design of controller for linear drive system using

Polysolenoid linear motor, Thesis topic in Automation and control engineering

(2) Nguyen Ngoc Liem (2016), Decoupling control design for the drive system

using Polysolenoid linear motor, Thesis topic in Automation and control

engineering

(3) Tran Phuc Huy (2016), Modelling and simulation of Polysolenoid linear motor,

Final project in Automation and control engineering

(4) Trieu Đinh Thang (2016), Building of Polysolenoid linear motor experimental

system, Final project in Automation and control engineering

6 Transfer alternatives, applications, impacts and benefits of research results

- The result of this project is an experimental system used for some courses such as power electronics and electric drive systems

- The project contents are useful postgraduates, undergraduates majoring in control engineering and automation, electrical and electronics engineering

- The development orientation of the project is to have at least 04 master thesis topics

- A combination between the installed experimental system and other nonlinear control methods would lead to other future international publications

MỞ ĐẦU

Truyền động điện có vai trò vô cùng quan trọng trong tất cả các nghành công nghiệp, chúng tạo thành các thành phần cốt lõi của máy móc ở các nhà máy Các hệ thống truyền động điện với nhiệm vụ tham gia thực hiện các công đoạn của quá trình công nghệ Trong đó phần tử trung tâm không thể thiếu được trong các hệ thống truyền động điện chính là động cơ điện Các loại động cơ được sử dụng trong hệ thống truyền động điện rất đa dạng có thể được kể ra ở đây như động cơ một chiều (ĐCMC), động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB), động cơ bước, động cơ servo,… Với sự phát triển của khoa học công nghệ các dây chuyền công nghệ lắp ráp tự động ngày càng trở nên linh hoạt, yêu cầu cao về độ chính xác vị trí, tốc độ và tác động nhanh Sự xuất hiện của tay máy Robot, máy nâng hạ, máy công cụ kỹ thuật số CNC trong các dây chuyền

đã trở thành một điều tất yếu Chính điều đó đã thúc đẩy truyền động điện phải quan tâm tới một dạng chuyển động mới không còn bó buộc trong chuyển động quay tròn truyền thống nữa đó chính là truyền động thẳng Động cơ Polysolenoid là động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu với kết cấu hình ống Việc nghiên cứu nó không thể tách rời được với những tính chất cơ bản của động cơ tuyến tính đã được nghiên cứu phát triển

1 Tính khoa học và cấp thiết của đề tài

Chuyển động tuyến tính là một dạng chuyển động được gặp nhiều trong đời sống và công nghiệp Ở dải công suất lớn chúng hiện diện trong cơ cấu truyền động dùng trong các phương tiện giao thông như tàu điện Trong dải công suất trung bình và nhỏ nó được ứng dụng trong việc điều khiển tự động máy công cụ kỹ thuật số CNC, điều khiển tay máy Robot, máy nâng hạ, điều khiển các hệ thống sản xuất linh hoạt yêu cầu cao về độ chính xác vị trí, tốc độ và tác động nhanh

Khi sử dụng động cơ tuyến tính hệ thống sẽ khắc phục được những nhược điểm của phương pháp tạo chuyển động tuyến tính gián tiếp Được thể hiện trong những mặt sau: Đơn giản về mặt kết cấu cơ khí do loại bỏ được các phần tử trung gian do đó giảm được chi phí bảo dưỡng vận hành Hiệu suất của hệ thống được nâng cao do vậy độ chính xác của hệ cũng nâng lên Đặc tính động học của hệ được nâng cao, loại được các dao động riêng của các phần tử trung gian

Động cơ tuyến tính đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới song tại Việt Nam vấn đề này mới được đề cấp tới trong một vài năm gần đây Để vận dụng được động cơ tuyến tính trong thực tiễn công nghiệp thì việc tìm hiểu nguyên lý làm việc, nắm vững được kỹ thuật vận hành là điều cần được trang bị cho những người làm

về truyền động điện và tự động hóa

Với các hệ thống động cơ tuyến tính được thương mại hóa thì tổng thể của một

hệ thống được chia làm 3 phần: động cơ, driver, phần mềm điều khiển Trong tổng thể

phân bố về chi phí thì phần driver và phần mềm điều khiển chiếm đến 60% giá thành của một hệ thống (động cơ thường được trợ giá với chi phí tương đối sát giá trị sử

dụng) Các hệ thống thương mại có tính chất đóng, khi sử dụng các sản phẩm driver

thương mại có sẵn thì người làm nghiên cứu cũng như sinh viên không thể cài đặt được các thuật toán điều khiển động cơ của mình, không thể kiểm tra được đáp ứng

của các mạch vòng điều khiển cũng như thay đổi được chế độ vận hành

Mục tiêu được đặt ra của đề tài “Nghiên cứu hệ điều khiển chuyển động tuyến

tính sử dụng động cơ polysolenoid” là xây dựng được hệ thống driver và làm chủ

phần mềm điều khiển của một hệ thống thí nghiệm động cơ tuyến tính với mục đích thay thế phần driver và phần mềm điều khiển của hãng

Về mặt khoa học: Ý nghĩa của đề tài đem lại sẽ loại bỏ được những hạn chế

trong driver thương mại làm chủ công nghệ có thể can thiệp sâu vào cấu trúc điều khiển Điều đó giúp cho những người nghiên cứu, sinh viên nắm bắt được cấu trúc điều khiển cũng như có thể nghiên cứu phát triển và triển khai các cấu trúc điều khiển

Về mặt kinh tế: Làm giảm giá thành của một hệ thống sử dụng động cơ tuyến

tính khi đưa vào sản xuất Dễ dàng sửa chữa, nâng cấp cho hệ thống

2 Mục tiêu của đề tài

Mô hình hóa động cơ Polysolenoid

Nghiên cứu và phát triển thuật toán điều khiển cho hệ phi tuyến nhiều vào nhiều

ra có ảnh hưởng xen kênh lớn

Thiết kế bộ điều khiển cho động cơ Polysolenoid

Mô phỏng và kiểm chứng kết quả trên máy tính

Xây dựng mô hình thực bàn thí nghiệm

Tiến hành vận hành bàn thí nghiệm, áp dụng các thuật toán điều khiển

3 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

Động cơ Polysolenoid kích thích vĩnh cửu và các hệ thống chuyển động tuyến tính

Phân tích các phương pháp thiết kế cấu trúc điều khiển cho hệ thống truyền động tuyến tính sử dụng động cơ Polysolenoid kích thích vĩnh cửu

Tiến hành thực nghiệm trên thiết bị thực

- Phương pháp nghiên cứu:

Từ những nghiên cứu về các phương pháp điều khiển động cơ tuyến tính, phân tích tìm ra ưu nhược điểm của từng phương pháp từ đó đánh giá được phương pháp điều khiển phù hợp nhất với đặc điểm riêng của động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid

Nghiên cứu trong tài liệu (từ các sách, bài báo, tạp chí khoa học ) Thừa kế, tham khảo các kết quả nghiên cứu gần và có liên quan

Tham gia các diễn đàn, hội thảo khoa học trong và ngoài nước, trao đổi các ý tưởng

và kết quả nghiên cứu với các nhà khoa học trong và ngoài nước

Thử nghiệm trên mô hình hoá bằng máy tính và trên thiết bị thực tế

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

1.1 Những đặc điểm của một hệ truyền động thẳng

Để tạo ra truyền động thẳng cho các đối tượng công nghệ có hai phương pháp

là phương pháp gián tiếp và phương pháp trực tiếp

Hình 1.1 Tạo chuyển động thẳng sử dụng đai truyền

Hình 1.3 Tạo chuyển động thẳng sử dụng động cơ tuyến tính

Hình 1.2 Tạo chuyển động thẳng sử dụng trục vít

Từ các hình ảnh sử dụng các phương pháp để tạo ra chuyển động thẳng trên ta

có một số nhận xét như sau:

1.1.1 Phương pháp tạo ra chuyển động tuyến tính gián tiếp

Nguồn động lực được sử dụng ở đây là các động cơ quay tròn Để tạo ra chuyển động thẳng đưa tới cơ cấu sản xuất thông qua các phần tử cơ khí trung gian như (đai truyền, hộp số, trục vít,…) do vậy nó tồn tại những nhược điểm đáng kể

- Kết cấu cơ khí phức tạp do tồn tại các phần tử trung gian, độ chính xác của hệ thống thấp do sai số tích lũy của các phần tử có trong toàn hệ thống,

- Hiệu suất của hệ thống thấp

- Khả năng động học của hệ thống thấp do tồn tại những dao động riêng của các phần tử trung gian

1.1.2 Phương pháp tạo ra chuyển động tuyến tính trực tiếp:

Ở phương pháp này động cơ tuyến tính được sử dụng để tạo ra chuyển động thẳng trực tiếp Khi sử dụng động cơ tuyến tính hệ thống sẽ khắc phục được những nhược điểm của phương pháp tạo chuyển động tuyến tính gián tiếp Được thể hiện trong những mặt sau:

- Đơn giản về mặt kết cấu cơ khí do loại bỏ được các phần tử trung gian do đó giảm được chi phí bảo dưỡng vận hành

- Hiệu suất của hệ thống được nâng cao do vậy độ chính xác của hệ cũng nâng lên

- Đặc tính động học của hệ được nâng cao, loại được các dao động riêng của các phần tử trung gian

- Tăng được giới hạn trên về lực đẩy và gia tốc

- Ít gây ồn khi làm việc, bảo dưỡng cũng dễ dàng hơn, tuổi thọ trung bình dài hơn

1.1.3 Những nhược điểm còn tồn tại trong hệ thống sử dụng động cơ tuyến tính:

Bảng 1.1 So sánh các hệ chuyển động (+: tốt; -: xấu) Thiết bị

1.2 Lịch sử phát triển và ứng dụng của động cơ tuyến tính

1.2.1 Vài nét về lịch sử phát triển của động cơ tuyến tính

Theo [3-6] nguyên lý cơ bản của động cơ tuyến tính được đưa ra vào khoảng năm 1840 bởi Charles Wheatstone là một nhà khoa học người Anh Năm 1989 hai nhà khoa học người Mỹ là Schuyler S Wheeler và Charles S Bradley đã xin cấp bằng sáng chế về việc ứng dụng nguyên lý của động cơ tuyến tính đồng bộ và dị bộ vào hệ thống tàu điện Bằng sáng chế tại Mỹ đầu tiên được cấp cho nhà sáng chế người Đức

là Alfred Zehden vào năm 1902 và 1907 là việc sử dụng động cơ tuyến tính trên hệ

thống đường sắt Một loạt các bằng sáng chế tại Đức cho tàu đệm từ được cấp cho Hermann Kemper từ năm 1935 đến 1941 Đến cuối những năm 1940 giáo sư Eric Laithwaite tại viện nghiên cứu Hoàng gia Anh đã đưa ra được mô hình thực tế động cơ làm việc được và nó được ứng dụng trong hệ thống máy dệt công nghiệp Với việc chế tạo thành công động cơ tuyến tính đầu tiên này đã dành được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học và nó được coi là Máy điện của tương lai

1.2.2 Những ứng dụng của động cơ tuyến tính đã được áp dụng trong thực tiễn

Động cơ tuyến tính hiện đã được ứng dụng trong thực tiễn ở mọi dải công suất

Ở dải công suất lớn chúng hiện diện trong cơ cấu truyền động dùng trong các phương tiện giao thông như tàu điện, xe bus nhanh (Metro) Trong dải công suất trung bình và nhỏ nó được ứng dụng trong việc điều khiển tự động máy công cụ kỹ thuật số CNC, điều khiển tay máy Robot, máy nâng hạ, điều khiển các hệ thống sản xuất linh hoạt yêu cầu cao về độ chính xác vị trí, tốc độ và tác động nhanh Trong dải công suất nhỏ được sử dụng trong thiết bị như máy in, máy cắt laser sử dụng trong phẫu thuật,…

Các ứng dụng của động cơ tuyến tính

Thiết bị bảo vệ và kiểm soát hệ thống điện Máy công cụ

Thiết bị y tế

Kỹ thuật máy tính Hệ thống giao

thông Robot

Factory transport systems: hệ thống khí nén, hệ thống chuyển động linh hoạt.

Hệ thống định lượng: đóng gói, sắp xếp, phân loại.

High-speed transport: tàu cao tốc, xe điện nhanh Metro

có độ chính xác cao

Máy cắt laser, máy

đo phối hợp đa trục….

Máy cắt cao áp, thiết

bị đóng cắt đường dây phân phối tự động

Hình 1.4 Các ứng dụng của động cơ tuyến tính

Hình 1.5 Các ứng dụng trong một dây chuyền sử dụng động cơ tuyến tính

Các động cơ tuyến tính khi được kết hợp vào modul, chúng được kết hợp một cách nhanh chóng để tạo thành một hệ thống chuyển động đa trục Việc can thiệp vào dây chuyền cũng như tùy chỉnh quá trình công nghệ sẽ trở nên đơn giản hơn khi các động cơ được kết nối với hệ thống điều khiển trung tâm

Ngoài những ứng dụng trong các hệ thống máy móc trong công nghiệp động cơ tuyến tính được quan tâm đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải tại các nước phát triển Có thể kể ra một số ứng dụng điển hình:

• Tàu điện nhanh sân bay JFK Newyork (2003)

• Tuyến metro 4 Quảng Châu (2005)

• Tàu điện nhanh sân bay Bắc Kinh (2008)

• Green Line Yokohama (2008)

Đặc biệt tàu đệm từ sử dụng động cơ truyền động thẳng giữa sân bay và trung tâm Thượng Hải có tốc độ 500 km/giờ Tàu đệm từ HSST Limo line ở Aichi Nhật bản năm 2005

Hình 1.6 Hình ảnh tầu Transrapid trên đoạn đường chạy thử nghiệm

1.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách phân loại động cơ tuyến tính

1.3.1 Nguyên lý làm việc của động cơ tuyến tính

Để hiểu rõ hơn về động cơ tuyến tính chúng ta có thể hình dung ra một động cơ quay tròn bất kỳ nào khi tăng bán kính của động cơ đến vô cùng ta sẽ thu được hình ảnh Rotor và Stator song song với nhau Trong chuyển động tương đối khi chọn gốc tọa độ gắn với hệ quy chiếu nào ta sẽ suy ra được chuyển động tương đối của thành phần còn lại so với gốc tọa độ Với quan điểm như vậy động cơ tuyến tính sẽ gồm hai thành phần: Thành phần thứ nhất nhận dòng năng lượng điện đi tới (phần sơ cấp), thành phần thứ hai là dòng năng lượng đưa ra dưới dạng cơ năng (phía thứ cấp) Từ quan điểm trên ta có thể thấy với động cơ tuyến tính phần tạo chuyển động thẳng có thể là phần Stator hay phần Rotor của máy điện quay truyền thống, từ đó tạo ra những động cơ tuyến tính tương ứng

Hình 1.7 Nguyên lý chuyển đổi từ động cơ quay sang động cơ tuyến tính

Từ nguyên lý cơ bản trên động cơ tuyến tính được phát triển với cấu tạo khác nhau tương ứng dựa vào mục đích sử dụng Việc lựa chọn động cơ tuyến tính phụ thuộc vào thuộc tính và nguyên tắc hoạt động của chúng

Ban đầu động cơ tuyến tính chủ yếu được sử dụng cho hệ thống giao thông vận tải Hiện nay động cơ tuyến tính được sử dụng để thay thế một hệ thống sử dụng động

cơ quay và các thiết bị cơ khí để tạo ra một chuyển động thẳng trực tiếp

1.3.2 Các dạng cấu tạo của động cơ tuyến tính

Từ nguyên lý cơ bản như trên ta chế tạo được các dạng động cơ tuyến tính khác nhau từ yêu cầu thực tế công nghệ Tuy nhiên ta có thể chia làm ba dạng chính như sau

Dạng thứ nhất: Single-sided (Động cơ tuyến tính phẳng với một mặt trượt

đơn) Động cơ này bao gồm một thành phần sơ cấp (phần động), một thành phần thứ cấp (Phần tĩnh)

Hình 1.8 Single-slided linear motor

Khái niệm Stator thường được dùng để chỉ phần tĩnh trong máy điện tuy nhiên ở động cơ tuyến tính Stator lại là phần động Trong trường hợp này Stator mang ý nghĩa là phần nhận điện năng từ nguồn cung cấp Với động cơ tuyến tính đại đa số hệ thống cuộn dây đều nằm ở phần động Phần Rotor lúc này đóng vai trò là phần tĩnh, trải dài theo toàn bộ chiều dài của máy điện (Hệ thống vòng ngắn mạch của động cơ tuyến tính không đồng bộ, hệ thống nam châm vĩnh cửu của động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu)

Dạng thứ hai: Double-sided (Động cơ tuyến tính phẳng có dạng kết cấu răng

lược) Thông thường phần sơ cấp chính là thành phần Stator được bố trí đối xứng(dạng răng lược) phần tạo chuyển động là phần Rotor (phần thứ cấp)

Hình 1.9 Double-slided linear motor

Dạng thứ ba: Polysolenoid linear motor (Động cơ tuyến tính có kết cấu dạng

hình ống) Xuất phát từ ý tưởng cuộn tròn động cơ tuyến tính dạng phẳng một mặt trượt đơn quanh một trục thẳng, kết quả thu lại sẽ được một động cơ hình ống

Hình 1.10 Polysonenoid linear motor

Hình 1.11 Các biến dạng của động cơ tuyến tính

1.3.3 Phân loại động cơ tuyến tính

Như đã phân tích ở phần trước động cơ tuyến tính được được phát triển từ động

cơ động cơ quay tròn truyền thống nên nó có những nét tương đồng với những động

cơ tương ứng tuy nhiên nó cũng có những đặc điểm khác biệt đặc trưng

Các loại động cơ tuyến tính chủ yếu được phát triển từ bốn loại động cơ : Động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ, động cơ đồng bộ, động cơ một chiều không chổi than (BLDC), động cơ Servo

Hai cấu hình được sử dụng tương ứng được triển khai tương ứng có thể được triển khai ở đây được đưa ra

Dạng Stator dài : Chiều dài của phần cung cấp thường lớn hơn nhiều lần phần

kích thích (cảm ứng), đa số trong các trường hợp thì phần kích thích chính là phần chuyển động

Hình 1.12 Động cơ tuyến tính dạng Stator dài dạng phẳng và dạng ống

Dạng Stator ngắn: Chiều dài của phần cung cấp ngắn hơn phần kích thích

(cảm ứng), đa số trong các trường hợp thì phần cung cấp chính là phần chuyển động

Hình 1.13 Động cơ tuyến tính dạng Stator ngắn dạng phẳng và dạng ống

Tổng hợp lại ta có cách phân loại động cơ tuyến tính theo nguyên lý cấu tạo và kết cấu hình học như sau

Hình 1.14 Phân loại động cơ tuyên tính theo nguyên lý làm việc và kết cấu hình

học

Ta có bảng so sánh tổng thể lực đẩy sinh ra của các loại động cơ tuyến tính có thể sinh ra

Bảng 1.2 Mật độ lực của ĐCTT làm việc theo các nguyên lý khác nhau

Động cơ tuyến tính loại không đồng bộ 1-2 N/cm2

Động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu

(kiểu răng lược)

Lên đến 6 N/cm2

Động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu

(dạng phẳng)

Lên đến 3 N/cm2

Động cơ tuyến tính thông lượng ngang 3 N/cm2

Mật độ lực của hai ĐCTT loai đồng bộ và không đồng bộ được so sánh bởi hình dưới:

Hình 1.15 So sánh mật độ lực của ĐCTT làm việc theo nguyên lý KĐB và ĐB Xét về khả năng tạo lực đẩy thì động cơ tuyến tính làm việc theo nguyên lý đồng bộ kích thích vĩnh cửu có khả năng tạo lực đẩy lớn hơn động cơ tuyến tính làm việc với nguyên lý không đồng bộ Tuy vậy giá thành cũng là một yếu tố cân nhắc khi lựa chọn động cơ tuyến tính cho đối tượng công nghệ

CHƯƠNG 2 ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH KÍCH THÍCH VĨNH CỬU DẠNG LYSOLENOID ĐIỀU KHIỂN CHO TRUYỀN ĐỘNG DẠNG POLYSOLENOID

2.1 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 dạng Stator ngắn và có cấu tạo hình ống

Hình 2.1 Rotor của động cơ Polysolenoid

Rotor động cơ quay(a)

Rotor được cắt và trải ra từ (a) Rotor được cuộn lại từ (b) Khi cho dòng điện xoay chiều vào dây quấn sơ cấp làm xuất hiện từ trường chạy trong khe hở giữa phần sơ cấp và phần thứ cấp Từ trường này quét qua các thanh dẫn của phần thứ cấp làm xuất hiện trong chúng sức điện động cảm ứng Do dây quấn thứ cấp ngắn mạch nên sinh ra dòng điện ứng Từ trường chạy tác dụng với dòng điện phần ứng sinh ra lực điện từ có xu hướng kéo phần thứ cấp chạy cùng chiều từ trường

Vì thứ cấp cố định nên tạo ra phản lực có tác dụng đẩy phần sơ cấp chạy theo chiều ngược với từ trường

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo bên trong ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoid

2.2 Điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid

Cùng nằm trong nhóm đối tượng động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu dạng stator ngắn nhưng đối tượng được tập trung nghiêm cứu nhiều trong thời gian vừa qua tập trung vào nghiên cứu cho đối tượng động cơ có kết cấu phẳng Với nhóm động cơ hình ống chưa nhận được sự quan tâm nhiều, cho đến thời gian gần đây động cơ tuyến tính hình ống đã được phát triển dưới dạng sản phẩm thương mại mà đi đầu là hãng Linmot đã cho ra đời một họ động cơ tuyến tính hình ống Điều này đã thúc đẩy nhiều hơn các nghiên cứu để nâng cao chất lượng điều khiển cho nhóm động cơ này

2.3 Khái quát về tình hình nghiên cứu về điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid ở trong nước và trên thế giới

2.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Với nguồn tham khảo là các bài báo và luận văn 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

2.3.2 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 hình ống sử dụng giải thuật di

truyền và phương pháp phần tử hữu hạn

Nhóm vấn đề thứ hai: Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích quá trình

điện từ xảy ra trong động cơ tuyến tính hình ống phân tích từ trường, lực cogging và lực chốt chặn tồn tại trong động cơ tuyến tính hình ống

Nhóm vấn đề thứ ba: Thiết kế cấu trúc điều khiển cho động cơ tuyến tính hình ống

sử dụng phương pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng tiêu chuẩn Lyapulov dựa vào sai lệch vận tốc so với giá trị đặt

Nhóm vấn đề thứ tư: Đề xuất phương pháp mô tả hiệu ứng đầu cuối của động cơ

tuyến tính hình ống

Kết luận: 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

2.3.3 Kết luận

Trong nội dung phần này đi phân tích 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 dạng Polysolenoid

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA ĐCTTĐB KTVC POLYSOLENOIDE

ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoid làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Khi các cuộn dây được cấp nguồn thì dòng xoay chiều 2 pha trên 2 cuộn dây sẽ tạo thành vector dòng di chuyển theo phương nằm ngang và thành phần dọc trục q của nó

sẽ tương tác với từ thông ψp của nam châm vĩnh cửu, tạo lực đẩy các cuộn dây trong

bộ phận sơ cấp của ĐCTT ĐBKTVC Có 1 điểm cần lưu ý trong ĐCTT là đối với các vector (is, ψs, …) mô tả các đại lượng vật lý thì điểm gốc cũng có ý nghĩa quan trọng Điều này có thể thấy rõ thông qua ví dụ sau : giả sử có 2 vector dòng điện is bằng nhau xuất phát từ 2 vị trí P1, P2 khác nhau sẽ cho ta 2 phân bố từ thông ở 2 vị trí khác nhau Khi đó 2 vector bằng nhau này sẽ ánh xạ với 2 vector khác nhau trong hệ trục tọa độ quay tương ứng về mặt điện Đây là điểm khác so với động cơ quay, do trong động cơ quay, hầu hết các vector (is, ψs, … ) đều có gốc từ tâm O của động cơ

3.1 Biểu diễn các vector không gian của động cơ hai pha tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu

Trước khi biểu diễn các vector không gian của ĐCTT cũng như xây dựng mô hình toán học cho động cơ ta đưa ra một số quy ước:

+ Chỉ số viết nhỏ ở góc phải phía trên:

f : đại lượng quan sát trên hệ tọa độ từ thông vĩnh cửu (hệ tọa độ dq )

s : đại lượng quan sát trên hệ tọa độ 

+ Chỉ số viết nhỏ ở góc phải phía dưới:

Chữ cái đầu tiên: s đại lượng của mạch stator

Chữ cái thứ hai: (d q, ): phần tử thuộc hệ dq ( , ): phần tử thuộc hệ 

Động cơ tuyến tính 2 pha được cấp bởi hai dòng điện pha hình sin phía stator có dạng:

Lúc này, hai dòng pha sẽ là hình chiếu của vector is xuống trục của các cuộn dây tương ứng:

lượng hai pha khác như ir, us, s,btrên hệ tọa độ cố định  như sau:

Hệ tọa độ dq được chọn để trục d trùng với trục của vector từ thông rotor (vector

từ thông cực) Khi đó thành phần trục q của từ thông sẽ mất đi Trục d cách trục q một

Hình 3.2 Hệ tọa độ quay dq trên động cơ tuyến tính Vector dòng stator có thể được biểu diễn trên hệ tọa độ cố định  và trên hệ

tọa độ dq như hình vẽ

Hình 3.3 Vector dòng stator trên hệ trục αβ và hệ trục dq

Do dòng điện mà các cảm biến đo được là dòng điện trên hệ thống hai cuộn dây pha isα và isβ , do đó để chuyển từ hệ tọa độ  sang hệ tọa độ dq ta dùng công thức



3.2 Mô hình toán học động cơ 2 pha tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu

Phương trình điện áp stator

3.3 Thiết lập phương trình tính lực đẩy của động cơ

Năng lượng đưa vào 2 pha của 2 cuộn dây stator:

v dt

;

100

sq sd

L L

L

L L

Hình 3.5 Mô hình trạng thái ĐCTT ĐBKTVC trên hệ tọa độ dq

Nhận xét: nhìn vào mô hình ta thấy tín hiệu vào của hệ thống không chỉ có

vector điện áp us mà còn có cả tốc độ v Như vậy biến trạng thái dòng điện không chỉ phụ thuộc vào các giá trị điện áp usd, usq mà còn phụ thuộc cả vào tốc độ động cơ Tính chất phi tuyến của ĐCTT ĐBKTVC thể hiện ở tích giữa biến trạng thái is và biến vào

v qua thành phần N i v .s với yếu tố quyết định là ma trận N

Ngoài đặc điểm phi tuyến mang cấu trúc nói trên, tính phi tuyến của ĐCTT ĐBKTVC còn thể hiện ở 2 đặc điểm chính sau:

Các tham số phụ thuộc vào biến trạng thái theo quan hệ bão hòa (L(i),…) Điều này khiến cho mô hình động cơ mang đặc điểm phi tuyến, không có tính xếp chồng Một số hiện tượng phi tuyến khác có thể được loại bỏ khi phân tích hệ thống như hiện tượng mặt ngoài, điện trở phi tuyến, dòng xoáy Foucault,…Nhìn vào mô hh

ta thấy tín hiệu vào của hệ thống không chỉ có vector điện áp us mà còn có cả tốc độ v Như vậy biến trạng thái dòng điện không chỉ phụ thuộc vào các giá trị điện áp usd, usq

mà còn phụ thuộc cả vào tốc độ động cơ Tính chất phi tuyến của ĐCTT ĐBKTVC thể hiện ở tích giữa biến trạng thái is và biến vào v qua thành phần N i v .s

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

POLYSOLENOID VÀ MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

4.1 Nguyên lý tựa phẳng và việc vận dụng cho động cơ Polysolenoid

Theo [13] khái niệm hệ phẳng được đưa ra năm 1992 bởi Flies M., Levine J.,

Martin P., Rouchon P với nội dung sau đây: Xét hệ phi tuyến ,

2

(4.1) 2

Điều kiện (1) được thỏa mãn bởi

2

2

;

(4.2)2

Do lực cản F c

phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài, chế độ vận hành nên không

thể biểu diễn chúng khi chỉ dựa trên 2 biến của bản thân động cơ i sd,F c

Vì vậy

,i sd,F c

là độc lập tuyến tính Có thể thấy (4.3) mô tả việc tính toán phức tạp các giá trị đầu vào từ biến đầu ra phẳng, gây khó khăn cho việc thiết kế cấu trúc đk Để giảm bớt những khó khăn này ta có thể thiết kế cấu trúc đk dựa trên việc tách biệt mô hình ĐCTT 2 pha Polysolenoid thành 3 hệ con (4.4 4.6) mà mỗi thành phần thỏa mãn tính chất của hệ phẳng Việc chứng minh tính chất phẳng của 3 hệ con này được tiến hành tương tự như đã nêu khi thực hiện với hệ đầy đủ (4.3)

Thành phần v được mô tả bởi (4.5) với x v u, i sd,i sq T

Biến phẳng được lựa chọn

là F i c, sd,v

Thành phần x p

được mô tả bởi (4.6) với x x u p, v

Biến phẳng được lựa chọn là

p

x

.Từ những kết luận trên, 1 cấu trúc đk chi tiết đã được đưa ra (hình 1) với 03 vòng

điều chỉnh dòng điện (Ri), tốc độ (Rv

), vị trí (Rx

)

4.1.1 Cấu trúc điều khiển

a Xây dựng mạch vòng điều chỉnh dòng điện với các bộ phận sau:

phản hồi từ động cơ như sau:

tác động đến động cơ thì sẽ xuất hiện

sự sai lệch giữa dòng điện i sd,i sq

được sinh bởi động cơ và lượng đặt dòng điện

) được dùng trong bộ ĐK Do vậy cần có sự bổ sung của khâu

„Xử lý sai lệch dòng“ Khi đó với lượng điện áp thực tế đưa vào động cơ u**sd,u**sq

xem Lˆsd,Lˆsq,Rˆs

là các tham số ước lượng và xét: