ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - NGUYỄN THỊ TÂM 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 CUỐN CHIẾU (BACKSTEPPING) Chuyên ngành: Tự Động Hóa TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2011 Luận văn hoàn thành trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái Nguyên Cán HDKH : PGS.TS Nguyễn Như Hiển Phản biện : TS Phạm Hữu Đức Dục Phản biện : TS Nguyễn Duy Cương Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Vào 9h 00 phút ngày 25 tháng 10 năm 2011 Có thể tìm hiển luận văn Trung tâm Học liệu Đại học Thái Nguyên Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên MỞ ĐẦU Việc sử dụng tối ưu hiệu lượng hệ thống sản xuất công nghiệp vấn đề giới quan tâm Trong vấn đề làm để nâng cao hiệu suất lượng hệ truyền động sử dụng động điện trở nên quan trọng hết Với mục đích bảo tồn lượng hệ truyền động, Yaskawa Electric phát triển loại động hiệu suất cao có đặc điểm mơmen quay tăng cường kích cỡ nhỏ so với động điện cảm ứng AC thông thường Động đồng IPM sử dụng nam châm vĩnh cửu bên gắn với rôto (khối quay) nhằm tạo mật độ thông lượng khả phân phối mạnh góp phần làm cho mơmen quay tốt Ứng dụng điển hình ứng dụng có mơmen quay cao, hệ truyền động thang máy, cần trục, trục quay Trong ứng dụng mômen quay lớn, IPM đem lại nhiều lợi ích Chẳng hạn máy cơng cụ, giảm thiểu lượng nhiệt thất thốt, khơng góp phần tiết kiệm lượng mà cịn giúp trì độ xác máy cơng cụ Hiện hệ truyền động sử dụng động đồng kích thích vĩnh cửu, mơ hình phi tuyến động tuyến tính hố, sau sử dụng để định luật điều khiển lý thuyết điều khiển tuyến tính (bộ điều khiển tuyến tính) Do ta phá vỡ cấu trúc vật lý đối tượng Vì việc đưa phương pháp điều khiển phi tuyến đem lại kết mong đợi Trong đề tài tác giả lựa chọn phương pháp điều khiển phi tuyến Backstepping để điều khiển hệ truyền động sử dụng động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu (VD hệ truyền động thang máy, cần trục, trục quay ) nhằm nâng cao chất lượng hệ thống Phương pháp Backstepping đánh giá công cụ thiết kế đầy triển vọng cho số lớp hệ thống phi tuyến Phương pháp dựa cách thiết kế bước điều khiển phản hồi thoả mãn ổn định Lyapunov Bằng việc sử dụng phương pháp thiết kế để xây dựng hàm điều chỉnh, backstepping cho phép xây dựng luật điều khiển phản hồi chế ngự tính phi tuyến đối tượng Từ vấn đề trên, việc ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến Backstepping cho hệ truyền động sử dụng động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu cần thiết thiết thực Trong thời gian qua đã có một số công trình nghiên cứu tổng hợp kỹ thuật, thuật toán điều khiển hệ thớng điều khiển động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu nhằm khai thác tốt tính vượt trội vơ cùng quý giá này Trong khuôn khổ đề tài này, đưa thuật toán thiết kế điều khiển phi tuyến chiếu (Backstepping) nhằm thấy tính khả thi việc áp dụng phương pháp để tạo mật độ thông lượng khả phân phối mạnh góp phần làm cho mơmen quay tốt hơn, từ cải thiện chất lượng hệ thống điều khiển Sau kiểm tra tính đắn thuật tốn hệ thớng điều khiển động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu mô Matlab-Simulink.- Plecs Nội dung đề tài chia làm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển phi tuyến áp dụng cho động động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống Chương 3: Áp dụng phương điều khiển Backstepping cho hệ thống Chương 4: Mô đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển Tơi xin trân trọng bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Như Hiển người hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cám ơn thầy Đặng Danh Hoằng thầy cô Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đóng góp nhiều ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp tạo điều kiện thuận lợi mặt để tơi hồn thành khóa học Tôi xin chân thành cám ơn! Thái Nguyên, ngày 20 tháng 10 năm 2011 Người thực Nguyễn Thị Tâm 1 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN VÀ ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN: Các phương pháp điều khiển phi tuyến hệ thống tự động hóa hình thành, phát triển đạt nhiều kết quan trọng Đặt móng ban đầu phải nói đến phương pháp điều khiển phi tuyến kinh điển phân tích mặt phẳng pha, tính ổn định tuyệt đối, cân điều hịa… Sau đến phương pháp tuyến tính hố lân cận điểm làm việc, điều khiển bù phi tuyến phân tích hệ thống nhờ đa tạp trung tâm, điều khiển tuyến tính hình thức, kỹ thuật Gain scheduling … sau công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển tốt, giải toán tốc độ xử lý thời gian tính tốn Do kỹ thuật máy tính, kỹ thuật vi xử lý phát triển vượt bậc, người có khả tính nhiều phép tính phức tạp nhanh gấp hàng triệu lần so với trước thi phương pháp điều khiển đại, điều khiển thông minh đời điều khiển chiếu (Backstepping), điều khiển thích nghi, điều khiển mờ, điều khiển thụ đợng (Passitivy-based), … Đây mảng lý thuyết điều khiển ứng dụng năm gần áp dụng để thiết kế điều khiển thông minh kể đến thuyết điều khiển logic mờ, lý thuyết mạng Nơron, thuật toán di truyền, vector khơng gian 1.1.1 Phương pháp điều khiển phân tích mặt phẳng pha 1.1.2 Kỹ thuật Gain scheduling GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm 2 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa 1.1.3 Phương pháp tuyến tính hố lân cận điểm làm việc Bản chất tuyến tính hố xấp xỉ mơ hình hệ thống xung quanh điểm làm việc x v thay đổi đoạn đường cong f ( x , u ) lân cận điểm x v đoạn thẳng tiếp xúc với đường cong điểm x v w ~ d~ u x - dt = A ~ + B~ x u ~ u R Hình 1.2: Ổn định hệ phi tuyến 1.1.4 Điều khiển tuyến tính hình thức 1.1.5 Điều khiển bù phi tuyến 1.1.6 Nguyên lý điều khiển tựa theo thụ động (PBC) Điều khiển tựa theo thụ động (Passivity Based Control) thuật điều khiển mà nguyên lý dựa đặc điểm thụ động hệ với mục tiêu làm cho hệ kín hệ thụ động với hàm lưu giữ lượng mong muốn Nguyên lý PBC xem mở rộng kỹ thuật chọn hàm lượng (Energy shaping) kỹ thuật phun tín hiệu suy giảm (Damping injection) Kỹ thuật chọn hàm lượng trình thay đổi hệ thống để cho hàm nhỏ trạng thái cân Tiếp theo trình GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 3 Chun ngành: Tự động hóa phun tín hiệu giảm, giai đoạn làm thay đổi lượng tiêu thụ (dissipation energy) để đảm bảo tính ổn định tiệm cận hệ thống 1.1.7 Phương pháp Backstepping a Thiết kế điều khiển sở hàm Lyapunov Điểm cân bằng: Điểm cân x e hệ thống nghiệm phương trình: dx = f ( x, u , t ) u = = dt Ổn định Lyapunov: Một hệ thống với mơ hình khơng kích thích: ~ dx = f ( x, u , t ) u = = f ( x , t ) dt (1.9) với điểm cân gốc toạ độ gọi là: • Ổn định Lyapunov điểm cân • Ổn định tiệm cận Lyapunov điểm cân Thuật toán thiết kế điều khiển sở hàm điều khiển Lyapunov Bây thêm đầu vào điều khiển xét hệ thống:  x = f ( x, u ) (1.11) Nhiệm vụ toán điều khiển đặt luận văn thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái u = α (x) trạng thái mong muốn hệ kín  x = f ( x,α ( x )) điểm cân ổn định tiệm cận toàn cục(ổn định tuyệt đối) Từ phân tích ổn định Lyapunov trên, để đạt mục đích đặt ra, ta cần thực bước sau: • Tìm hàm V (x ) xác định dương, khả vi • Xác định hàm u = α (x) để có: < 0khi x ≠ dV ( x) ∂V = LfV = f ( x, α ( x)) =  dt ∂x = 0khi x = Một hàm xác định dương, khả vi V (x ) thỏa mãn điều kiện gọi hàm điều khiển Lyapunov (CLF) Như hàm xác định dương, trơn GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm 4 Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa hàm CLF hệ (1.11) tồn quan hệ u = α (x) cho:  ∂V ( x )  inf L f V = inf   ∂ x f ( x, u )  <  khix ≠  u u   b Phương pháp thiết kế điều khiển sở Backstepping Xét hệ thống mô tả (1.12) x = cos x − x + ξ   ξ = u  Có thể biểu diễn (1.12) dạng sơ đồ khối sau: u ∫ ξ x ∫ + + + x3 x − (.)3 Cos(x Cos(.) ) Hình 1.7: Sơ đồ khối cho hệ (1.12) Ta thấy chất phương pháp dựa hàm điều khiển Lyapunov kỹ thuật Backstepping để thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái nhằm làm ổn định hệ GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 5 Chuyên ngành: Tự động hóa thống, mà chưa quan tâm tới chất lượng tĩnh động hệ thống Do áp dụng PĐSG, ta phải thực hiện: • Quan tâm tới chất lượng tĩnh thông qua biện pháp khử sai lệch tĩnh • Quan tâm tới chất lượng động thơng qua tổng hợp điều khiển thích nghi 1.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU 1.2.1 Tổng quan động đồng kích thích vĩnh cửu Đề tài nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển hệ truyền động sử dụng hệ máy điện đồng kích từ nam châm vĩnh cửu điều khiển theo phương pháp chiếu (Backsteppping) Đề tài này với số cơng trình nghiên cứu khác điều khiển hệ thống động điện đồng ba pha nhằm tạo các kỹ thuật điều khiển mới, công nghệ đại để ứng dụng rộng rãi vào quá trình chế tạo, vận hành, điều khiển quản lý hệ thống thiết bị động đồng kích thích vĩnh cửu khiến cho việc điều chỉnh tốc độ động đồng có trình độ kỹ thuật hồn hảo, có quy mơ phát triển hợp lý có triển vọng thương mại hóa cao, có hiệu kinh tế thiết thực, có thể sử dụng rộng rãi để mang lại lợi ích kinh tế cho xã hội 1.2.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển * Phát biểu toán Xây dựng vector không gian     disq ψp Lsd 1 = −ωs isd − isq + u sq − ωs dt Lsq Tsq Lsq Lsq   L disd 1 =− isd + ωs sq isq + u sd dt Tsd Lsd Lsd Với phương trình từ thơng: ψ sd = Lsd isd + ψ P   (1.39 ) ψ sq = Lsq isq  Trong đó: GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật 9 Chuyên ngành: Tự động hóa Hình 2.1: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất xi măng lị đứng giới hố nhà máy xi măng 2.2.1 Chế tạo phối liệu 2.2.1.1 Chế biến sơ đồng nguyên liệu 2.2.1.2 Cân định lượng Nguyên liệu chế biến sơ sau đưa tới Silô chứa, chuẩn bị cho công đoạn cân Vì yêu cầu cho băng tải vận chuyển : • Điều chỉnh ổn định tốc độ với u cầu khơng cao • Có thể đảo chiều quay • Khởi động có tải làm việc liên tục GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật  10  Chuyên ngành: Tự động hóa 2.2.1.3 Nghiền bi 2.2.1.4 Trộn ẩm vê viên 2.2.2 Nung clinker Khi nung clinker lị nung chia thành q trình sau : • Q trình sấy khơ nung nóng nhiệt : tăng từ 25 ÷ 30oC q trình thực vùng sấy nhờ dịng khí nóng từ vùng nung lên • Q trình phân huỷ cấu tạo nguyên tử nguyên liệu, nung nóng cấu trúc Cacbonat bị phân huỷ thành Ơxít kim loại CO Khi liệu đạt 3000÷ 900oC q trình cịn diễn khử nước cấu trúc tinh thể khoáng sét, phân huỷ chúng thành Al2O3 hoạt tính, SiO2 hoạt tính • Phản ứng pha rắn hình thành pha lng clinker xy nhit 6000ữ 1300oC ã Tổng hợp C3S pha lỏng: Quá trình xảy nhiệt độ 13000÷1450oC khoảng thời gian từ 20 - 40 phút • Sự kết tinh pha lỏng tạo clinker : Sau trình tổng hợp pha lỏng xảy hoàn toàn nhiệt độ t max = 1450oC clinker chuyển sang giai đoạn kết tinh pha lỏng nhờ giảm nhiệt độ Trong trình nhiệt độ giảm nhanh tốt (nhiệt độ giảm từ 14500C xuống 1200oC) • Làm nguội clinker vùng làm nguội nhiệt độ giảm từ 1200oC xuống 150oC trình xảy biến đổi thù hình clinker qua nhiều giai đoạn 2.2.3 Nghiền xi măng Đây giai đoạn công nghệ cuối sản xuất xi măng, xi măng phải nghiền tới độ mịn cao đảm bảo thành phần cỡ hạt, để nghiền xi măng người ta dùng hệ thống máy nghiền bi nhiều ngăn theo chu trình kín có hệ thống phân ly trung gian thu hồi sản phẩm nghiền mịn, tránh tượng bột mịn làm giảm khả nghiền bi đạn 2.3 TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG ĐƯỢC DÙNG TRONG NHÀ MÁY XI MĂNG GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật  11  Chuyên ngành: Tự động hóa Trong dây chuyền sản xuất hầu hết nhà máy xi măng trang bị hệ thống tự động làm việc liên tục, xác ổn định đạt suất cao như: • Hệ thống cân băng định lượng • Hệ thống tự động đo mức clinker • Hệ thống lọc bụi tĩnh điện • Hệ thống cân đóng bao xi măng 2.3.1 Hệ thống cân băng định lượng Trong công nghệ sản xuất xi măng thiết bị định lượng chuyên dùng có nhiều kiểu, phân loại thiết bị định lượng sau: • Theo chế độ vận hành có : Định lượng liên tục định lượng gián đoạn • Theo phương pháp định lượng người ta chia thành : Định lượng theo thể tích (đong) theo định lượng (cân) dạng hỗn hợp (cân đong) • Theo phương pháp điều khiển định lượng : Thiết bị định lượng thủ công, thiết bị định lượng từ xa, thiết bị định lượng tự động (theo chương trình đặt sẵn) 2.3.2 Sơ đồ nguyên lý kết cấu băng tải cân băng Băng tải cân (9) Khung cân (8) Chân đế (10) GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Con lăn cân (1)  12  Chuyên ngành: Tự động hóa Động (7) Đầu đo khối lượng (5) Đối trọng (2) Lò xo căng băng (4) Bộ truyền đai (3) Tang chủ động (6) 2.3.3 Các đặc tính kỹ thuật hệ thống cân băng định lượng Hệ thống cân băng định lượng nhà máy xi măng có đặc tính kỹ thuật sau: • Hình thức định lượng: Cân băng tải theo định mức • Năng suất đạt 25 tấn/h (có thể mở rộng đến 40 tấn/h) • Cho phép thay đổi suất cân theo tình hình sản xuất tiêu thụ sản phẩm bàn phím máy tính • Tốc độ tối đa bng ti cõn: 1,0 ữ 10,0 m/ph (tu cõn) ã Sai số cân : ≤ 2% • Có số tốc độ băng tải trọng lượng tức thời băng tải hộp điều khiển hình máy tính đặt phịng điều khiển • Có chương trình cân, kiểm định cân chỉnh định hồn tồn tự động Chương trình quản lý kèm với phần mềm điều khiển GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm  13  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa 2.4 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG DÙNG ĐỘNG CƠ ĐB KTNCVC VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN 2.4.1 Sơ đồ khối nguyên lí điều khiển 2.4.2 Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng dùng động ĐB KTNCVC với điều khiển phi tuyến is u Mơ hình điện động PBC BPC m* - ω* ω mT mM zc sJ Bộ lọc Mơ hình động ĐBKTVC Qđặt Quy đổi ÷ Đầu đo khối lượng Hình 2.6: Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng CHƯƠNG ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BACKSTEPPING CHO HỆ THỐNG Như chương trước, chương vào áp dụng cụ thể phương pháp điều khiển Backstepping để thiết kế điều khiển phi tuyến cho hệ thống cân băng định lượng sử dụng động đồng kích thích vĩnh cửu 3.1 ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ ĐBKTVC 3.1.1 Cấu trúc điều khiển GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm  14  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Nội dung việc thiết kế điều khiển dòng động gồm cơng việc sau - Tổng hợp điều khiển dịng backstepping động đồng kích thích vĩnh cửu gồm: Tổng hợp điều khiển thành phần ird irq miền liên tục - Kiểm tra chất lượng điều khiển thông qua mô Matlab - Simulink 3.1.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển 3.1.2.1 Phát biểu toán Động đồng kích thích vĩnh cửu có mơ hình mơ tả phương trình (1.38) - (1.39), với vector trạng thái [i sT,ϑ,ω]T, điện áp cung cấp cho hệ thống cuộn dây stator vector điện áp u Tốc độ đầu điều khiển ω Thiết kế điều khiển backstepping (BPC) cho tốc độ từ thông rotor thoả mãn: lim | ω − ω * |= tất trạng thái bị giới hạn t →∞ 3.1.2.2 Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng is BPC Mơ hình điện động u mT - zc sJ 3.1.2.2 Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng mM m* - ω* ω Bộ lọc Mơ hình động ĐBKTVC Qđặt Quy đổi ÷ Đầu đo khối lượng Hình 3.2: Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm  15  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa u isd* DC Khâu ĐCD usd MTu isq* - usq usa ejϑs tr ts tt usb ĐCVTKG isa isd e-jϑs Lọc isb isu isv ϑs ω * 3~ ω ĐCĐB Khâu ĐCω ω IE Qđặt Quy đổi ÷ Đầu đo khối lượng Hình 3.3- Sơ đồ cấu trúc điều khiển phi tuyến GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm  16  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa MT /L sd T sd /(1 + sT sd ) Us -K - In 0 P ro d u c t4 -K - 0 s+ usd 0 0 s L sd - L sq zc/sJ z c/2 -K Uv In P ro d u c t1 -K Om ega Uw In P ro d u ct usq /L sq Om egaS -K T r2 -K - v s1 0 Q uy doi nguon tu th o n g 0 s+ T sq /(1 + sT sq ) s T ic h p h a n vs -K - Q uy doi i sq Toc n i sd 3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING TRÊN HỆ TỌA ĐỘ TỪ THÔNG ROTOR 3.2.1 Thiết kế điều khiển Backstepping thành phần isd Từ hệ phương trình mơ tả trình động học động đồng kích thích vĩnh cửu (chương 1):     disq ψp  Lsd 1 = −ωs isd − isq + usq − ωs dt Lsq Tsq Lsq Lsq   L disd 1 =− isd + ωs sq isq + usd dt Tsd Lsd Lsd (3.6) Với phương trình từ thơng: ψ sd = Lsd isd + ψ P   ψ sq = Lsq isq  (3.7) Phương trình mơ men MĐĐB-KTVC có dạng sau đây: GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật mM =  17  Chuyên ngành: Tự động hóa [ 3 z p (ψ sd isq −ψ sq isd ) = z p ψ p isq + isd isq ( Lsd − Lsq ) 2 ] (3.8) Vậy ta điều khiển dòng isd sau: a b di* K usd = − isd − isq + sd − z1 c c c dt c (3.13) 3.2.2 Thiết kế điều khiển Backstepping thành phần isq Ta điều khiển dòng isq sau: * a' b' d di K usq = − isd − isq − ψ p + sq − Z c' c' c' c' dt c' (3.23) 3.2.3 Thiết kế điều khiển Backstepping theo phương pháp tuyến tính hố xác tách kênh trực tiếp Bước1: Thực tuyến tính hố xác Khi mơ hình tốn học động đồng kích thích vĩnh cửu có dạng sau:  disd  dt = w1    disq = w  dt  (3.25) Trong đó: w1 = aisd + bisq + cusd (3.26a) w2 = a' isd + b' isq + c' u sq + d ψ p (3.26b) Bước 2: Từ phương trình (3.25), áp dụng thủ tục thiết kế Backstepping để xây dựng điều khiển: 3.2.4 Thiết kế điều khiển isd 3.2.5 Thiết kế điều khiển isq 3.2.6 Thiết kế điều khiển isd isq có đưa thêm khâu tích phân GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm  18  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa CHƯƠNG MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 4.1 SƠ ĐỒ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG MƠ HÌNH MATLAB- SIMULINK In1 Isd* is d* Out1 Step Usd tinh gia tri dong i sd* In1 Isd Out2 n W 'p Isq* Isq* In2 Out3 T o Workspace2 Usq m* thong tu Toc quay is q Out4 In3 tinh gia tri dong i sq* So sanh toc omega Out5 Vs Toc goc In4 W*p Out6 Bo dieu khien dong Subsystem In1 mom endat In mom entai In3 Subsystem t Cl ock T o Workspace1 Qtt 40 Out1 Divide 40 Gai n2 Out2 He so quy doi toc Subsystem Di vide1 Product So sanh Q 0.002s+1 Bo loc1 Q T o Workspace 4.1.1 Sơ đồ điều khiển BPC mơ hình Matlab-Simulink 4.1.1.1 Khối điều khiển dòng is d* isd* Is d Isd Is q i sq Usd om ega_s Sa tu tion Usd 20 00 Ks K1 Kt1 10 00 om eg a K1 P rod uct T han h pha n isd W*p isd Is q* Isq* Is q 4.1.1.2 Các khâu tính toán giá trị đặt om ega_s U sq S aturatio n1 Usq W *p 20 00 GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm Ks K2 Kt2 10 00 K2 Pro duct1 T han h pha n isq s Inte grator Vs  19  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa * * Khâu tính tốn giá trị dòng đặt i sd Tu thong dat -C1 Tu thong Isd* Divide -CLsd * * Khâu tính tốn giá trị dòng đặt isq 1 W'p Divide Saturation1 Isq* 1/3 m* Gain2 m* tu thong * Điều khiển tốc độ tính tốn mơ men -K- w* s Gain2 Integrator w Gain3 du/dt -K- Derivative1 mM* Gain4 Mt MT Step1 Step2 * Khâu tính tốn vận tốc đặt ω * Out1 Divide Omega dat Q dat 4.2 THAM SỐ CỦA ĐỘNG CƠ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN Out1 GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển Loadcell HV: Nguyễn Thị Tâm  20  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa 4.2.1 Tham số động 4.2.2 Tham số điều khiển 4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.3.1 Kết mô tốc độ 1200 1000 800 600 400 200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4.2: Tốc độ đặt tốc độ động hệ thống hoạt động với sản lượng đặt Q = 100 kg/ms khối lượng không đổi 1200 1000 800 600 400 200 0 0.5 1.5 2.5 Hình 4.3: Tốc độ đặt tốc độ động hệ thống hoạt động với sản lượng đặt Q = 100 kg/ms khối lượng m nhảy bậc từ 2kg/m2 lên 3kg/m2 GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm  21  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 10 Hình 4.4: Tốc độ đặt tốc độ động hệ thống hoạt động với sản lượng đặt Q = 150 kg/ms khối lượng thay đổi liên tục 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5 0 10 Hình 4.5: Khối lượng thay đổi liên tục 4.3.2 Kết mô sản lượng Q Q m không đổi GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm  22  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4.6: Kết mơ sản lượng Q Q m không đổi Q thay đổi m không đổi 160 140 120 100 80 60 40 20 0 10 Hình 4.7: Kết mô sản lượng Q Q thay đổi m không đổi Q không đổi m 160 đổi thay 140 120 100 80 60 40 20 0 10 Hình 4.8: Kết mô sản lượng Q Q không đổi m thay đổi GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm  23  Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Q thay đổi m thay đổi 160 140 120 100 80 60 40 20 0 10 Hình 4.9: Kết mơ sản lượng Q Q thay đổi m thay đổi 4.4 KẾT LUẬN Từ kết mô phỏng, ta có nhận xét chế độ làm việc hệ thống sau: * Ở chế độ sản lượng không đổi: + Tốc độ động thay đổi kịp thời thời điểm khối lượng băng tải thay đổi (hình 4.2) + Sản lượng cân băng giữ ổn định với thời gian đáp ứng nhỏ (hình 4.6) * Ở chế độ sản lượng thay đổi: + Động làm việc tốt bám tốc độ để đáp ứng kịp thời Q thay đổi KL thay đổi (hình 4.3, 4.4 hình 4.5) + Sản lượng cân băng bám tốt lượng đặt thay đổi (hình 4.7 hình 4.8) - Với kết mơ hệ thống điều khiển đạt vấn đề nghiên cứu đặt - Luận văn mở phương pháp thiết kế phi tuyến để điều khiển trình làm việc hệ cân băng định lượng sử dụng động khơng đồng kích thích vĩnh cửu nói riêng hệ truyền động nói chung sở lý thuyết để phát triển ứng dụng vào thực tiễn GVHD: PGS.TS Nguyễn Như Hiển HV: Nguyễn Thị Tâm ... pháp điều khiển phi tuyến Backstepping để điều khiển hệ truyền động sử dụng động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu (VD hệ truyền động thang máy, cần trục, trục quay ) nhằm nâng cao chất lượng hệ thống... cao chất lượng điều khiển hệ truyền động sử dụng hệ máy điện đồng kích từ nam châm vĩnh cửu điều khiển theo phương pháp chiếu (Backsteppping) Đề tài này với số cơng trình nghiên cứu khác điều khiển. .. tới chất lượng động thông qua tổng hợp điều khiển thích nghi 1.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU 1.2.1 Tổng quan động đồng kích thích vĩnh cửu Đề tài nghiên cứu nâng cao