Nghiên cứu đáp ứng động học và điểu khiển động cơ một chiều không chổi than tuyến tính sử dụng giải thuật điều khiển PI PID

TĨM TẮT Nội dung luận văn tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động động chiều không chổi than Loại động ngày phổ biến với ƣu điểm so với động thƣờng Tiếp theo ta tổng hợp phƣơng pháp điều khiển, chọn phƣơng pháp điều khiển sáu bƣớc đơn giản ứng dụng nhiều thực tế Từ đó, ta xây dựng mơ hình động chiều khơng chổi than để phân tích đáp ứng động học động hệ hở, hệ vịng kín vịng tốc độ hệ vịng kín gồm vịng dịng điện bên Để tiến hành mơ hình thực nghiêm, ta phải nhận dạng tham số động BLDC Sau đó, ta thiết kế điều khiên IMC -PI/PID cho vòng điều khiển cho ổn định bền vững Tiếp theo thực mơ hình thực nghiệm dựa lý thuyết kết thực nghiệm để kiểm tra, so sánh, đánh giá, nhận xét vii MỤC LỤC Trang tựa TRANG Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách hình ix Danh sách bảng xi Chƣơng TỔNG QUAN ……………………………………………… 1.1 Giới thiệu 1.2 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu ……………………………… 1.2.1 Sơ lƣợc BLDC ……………………………………………… 1.2.2 Tình hình nghiên cứu BLDC giới …………………… 1.2.3 Tình hình nghiên cứu BLDC nƣớc …………………… … 1.3 Tính cấp thiết đề tài ………………………………………………… 1.4 Mục đích nghiên cứu, khách thể đối tƣợng nghiên cứu ………… 1.5 Nghiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài ……………………………… 1.6 Nội dung nghiên cứu đề tài ……………………………………… 1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu ……………………………………………… 4 10 11 11 11 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT …………………………………………… 13 2.1 Động BLDC ………………………………………………………… 13 2.1.1 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động ……………………………………… 2.1.2 Truyền động điện …………………………………………………… 2.1.3 Đặc tính cơ, điện …………………………………………………… 2.1.4 Suất phản điện động ……………………………………………… 2.1.5 Phƣơng pháp điều khiển biến đổi điện tử …………………… 2.2 Mơ hình tốn học BLDC ………………………………………………… 2.3 Bộ điều khiển PID PID ghép tầng …………………………………… 13 18 18 19 20 24 28 viii 2.3.1 Bộ điều khiển PID …………………………………………………… 2.3.2 PID ghép tầng ……………………………………………………… 2.4 Phƣơng pháp hiệu chỉnh tham số PID IMC-PID …………………… 2.4.1 Các phƣơng pháp hiệu chỉnh tham số PID ……………………… 2.4.2 Phƣơng pháp IMC-PID …………………………………………… 28 30 32 32 38 Chƣơng THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN, MÔ PHỎNG MATLAB SIMULINK .……………………… 44 3.1 Nhận dạng tham số mơ hình …………………………………………… 3.2 Thiết kế điều khiển ghép tầng ba vòng …………………………… 3.2.1 Thiết kế PI/PID vòng điều khiển dòng điện ……………………… 3.2.2 Thiết kế IMC-PI/PID vòng điều khiển tốc độ …………………… 3.3 Nghiên cứu thêm sớm trễ pha nối tiếp IMC-PID …………………… 3.3.1 Luật điều khiển mơ hình bậc ………………………………… 3.3.2 Luật điều khiển mơ hình bậc hai ………………………………… 3.3.3 Thiết kế điều khiển dòng điện ……………………………… 3.3.4 Thiết kế điều khiển tốc độ …………………………………… 44 47 47 51 53 55 56 58 60 Chƣơng THỰC NGHIÊM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ…………… … 65 4.1 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm ………………………………………… 4.2 Cấu trúc mơ hình thực nghiệm …………………………………………… 4.3 Các thiết bị thực nghiệm ……………………………………………… 4.4 Kết thực nghiệm ……………………………………………………… 4.5 Đánh giá, so sánh ………………………………………………………… 65 66 67 71 72 Chƣơng KẾT LUẬN, HƢỚNG PHÁT TRIỂN ……………………….… 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT TRANG DC : Động chiều thông thƣờng AC : Động xoay chiều PMSM : Động đồng từ trƣờng vĩnh cửu SRM : Động từ trở đồng BLDC: Động chiều không chổi than FOC : Điều khiển hƣớng từ trƣờng PWM : Điều chế độ rộng xung PID : Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ FUZZY : Bộ điều khiển mờ PSO : Giải thuật tối ƣu bầy đàn GA : Giải thuật di truyền IMC : Điều khiển mơ hình nội MOSFET : đóng ngắt hiệu ứng từ GTO : thiết bị đóng ngắt cổng IGBT : đóng ngắt áp SVM : Điều chế vector khơng gian SPWM : Điều chế độ rộng xung dạng sin x 1 4 9 13 13 13 13 20 20 20 26 26 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Động DC thƣờng Hình 1.2: Động điện xoay chiều ba pha Hình 2.1: Thành phần động BLDC Hình 2.2: Stator động chiều không chổi than Hình 2.3: Suất điện động BLDC hình thang (trái) hình sin (phải) Hình 2.4: Các dạng rơto BLDC Hình 2.5: Hƣớng chiều tác dụng hiệu ứng Hall Hình 2.6: Mặt cắt ngang BLDC Hình 2.7: Chuyển mạch hai cực tính BLDC Hình 2.8: Đặc tính tố độ-mơmen động BLDC Hình 2.9: Ngun lí điều khiển BLDC Hình 2.10: Mạch tƣơng đƣơng cho hai chế độ hoạt động Hình 2.11: Chế độ hoạt động dạng sóng vng Hình 2.12: Dạng sóng sin lý tƣởng dịng điện pha Hình 2.13: Giản đồ khối đơn giản FOC Hình 2.14: Mơ hình mạch điện động BLDC Hình 2.15: Mạch tƣơng đƣơng pha đơng BLDC Hình 2.16: Mơ hình tƣơng đƣơng động BLDC pha Hình 2.17: Cấu trúc điều khiển PID Hình 2.18: Điều khiển hồi tiếp PID dạng chuẩn Hình 2.19: Cấu trúc điều khiển ghép tầng tổng quát Hình 2.20: Đáp ứng nấc hệ hở có dạng S Hình 2.21: Xác định số khuếch đại tới hạn Hình 2.22: Đáp ứng nấc hệ kín k = kth Hình 2.23: Đáp ứng nấc hệ thích hợp cho phƣơng pháp C-H-R Hình 2.24: Ƣớc lƣợng tham số dựa mơ hình bậc độ trễ Hình 2.25: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển IMC Hình 2.26: Thiết kế IMC-PID Hình 2.27: Vịng cấu trúc IMC đƣợc xếp Hình 2.28: Cấu trúc điều khiển theo IMC đƣợc xếp Hình 3.1: Thu thập liệu dòng điện với hàm bƣớc điện áp Hình 3.2: Thu thập liệu dịng điện, tốc độ Hình 3.3: Cấu trúc chuẩn thiết kế IMC-PID hai vịng Hình 3.4: Đáp ứng vịng hở Gp2 xi 13 14 15 15 16 17 18 19 20 21 22 22 23 25 27 28 28 29 32 33 33 34 34 36 39 41 41 41 45 45 46 47 Hình 3.5: Cấu trúc thiết kế vịng điều khiển dịng điện Hình 3.6: Đáp ứng dịng điện IMC-PID = 0.001,0.01,0.1,1,2,4 Hình 3.7: Cấu trúc thiết kế vịng tốc độ Hình 3.8: Đáp ứng IMC-PID = 0.01,0.1,1,2,4,6,10 Hình 3.9: Khảo sát đáp ứng vịng kín dịng điện Hình 3.10: Đáp ứng hàm truyền tƣơng đƣơng vịng kín dịng điện Hình 3.11: Khảo sát đáp ứng hàm truyền tốc độ Hình 3.12: Khảo sát đáp ứng vịng kín dịng điện Hình 4.1: Mơ hình thực nghiệm điều khiển động chiều khơng chổi than Hình 4.2: Chi tiết động chiều không chổi than Hình 4.3: Mạch nguồn, mạch cơng suất mạch điều khiển Hình 4.4: Cấu trúc mơ hình thực nghiệm Hình 4.5 : Mạch cơng suất điều khiển BLDC Hình 4.6 : Mơđun cảm biến dịng điện ACS712 Hình 4.7 : Mạch điện mơđun cảm biến dịng điện ACS712 Hình 4.8 : Nguồn tổ ong 24V,10A Hình 4.9: Vi điều khiển Arduino Mega 2560 xii 47 51 52 53 60 61 62 64 65 65 66 67 68 68 69 69 70 DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: So sánh động DC BLDC Bảng 2.2: Đặc tính phƣơng pháp điều khiển biến đổi BLDC Bảng 2.3: Đặc tính tham số PID Bảng 2.4: Chỉ tiêu điều khiển Bảng 2.5: Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ Bảng 2.6: Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ hai Bảng 2.7: Các tham số PID theo phƣơng pháp C-H-R Bảng 2.8: Các tham số PID theo phƣơng pháp C-H-R Bảng 2.9: Các tham số PID theo phƣơng pháp C-H-R Bảng 2.10: Các tham số PID theo phƣơng pháp C-H-R Bảng 2.11: Xác định tham số dựa phƣơng pháp Cohen-Coon Bảng 2.12: Công thúc hiệu chỉnh tối thiểu tích phân lỗi với nhiễu đầu vào Bảng 3.1 Quy luật điều khiển điều khiển đƣợc đề nghị với mơ hình khơng trễ Bảng 4.1: Tham số động chiều không chổi than ba pha Bảng 4.2: Kết vòng điều khiển dòng điện độc lập chạy khơng tải Bảng 4.3: Kết vịng điều khiển tốc độ có vịng dịng điện bên xiii 18 24 30 31 33 34 35 35 36 36 37 38 62 71 71 72 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Ngày với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật tạo thành tựu to lớn, ngành điện tử góp phần khơng nhỏ vào thành cơng Một vấn đề quan trọng ngành công nghiệp truyền động lƣợng Trong đó, động điện thiếu truyền động tiêu tốn lƣợng nhiều ngành công nghiệp Động điện giúp chuyển đổi điện thành Cơ đƣợc sử dụng để quay bánh công tác bơm, quạt quạt đẩy, chạy máy nén, nâng vật liệu… Các động điện đƣợc sử dụng dân dụng công nghiệp Công suất động điện đƣợc gọi “sức ngựa” ngành cơng nghiệp ƣớc tính động sử dụng khoảng 70% tồn tải điện ngành cơng nghiệp [1] Việc điều khiển động để đáp ứng nhu cầu truyền động hiệu cao tiết kiệm lƣợng quan trọng Vì lí nên đề tài chọn đối tƣợng nghiên cứu điều khiển động điện Các loai động đƣợc phân loại dựa nguồn cung lƣợng, cấu trúc động chế vận hành Động điện đƣợc chia làm hai loại động điện chiều (động DC) động điện xoay chiều (động AC) Động điện DC chia làm bốn loại cách thức kích từ: kích từ độc lập, kích từ nối tiếp, kích từ song song kích từ hỗn hợp Động AC gồm hai loại chính: động cảm ứng động đồng Động cảm ứng gồm loại động diện pha, động điện ba Động đồng gồm loại động từ trƣờng vĩnh cửu động từ trở [2-4] Động chiều gồm ba thành phần nhƣ hình 1.1 sau: Cực từ: Tƣơng tác hai từ trƣờng tạo quay động chiều Động chiều có cực từ đứng yên phần ứng đặt ổ đỡ quay không gian cực từ Một động chiều đơn giản có hai cực từ: cực bắc cực nam Các đƣờng sức từ chạy theo khoảng mở từ cực bắc tới cực nam Với động phức tạp lớn hơn, có vài nam châm điện Những nam châm đƣợc cấp điện từ bên ngồi đóng vai trị hình thành cấu trúc từ trƣờng Hình 1.1: Động DC thƣờng Phần ứng: Khi có dịng điện qua, phần ứng trở thành nam châm điện Phần ứng có dạng hình trụ, đƣợc nối với với trục để kéo tải Với động chiều nhỏ, phần ứng quay từ trƣờng cực tạo ra, cực bắc cực nam nam châm hoán đổi vị trí tƣơng ứng với góc quay phần ứng Khi hốn đổi hồn tất, dịng điện đảo chiều để xoay chiều cực bắc cực nam phần ứng Cổ góp: Bộ phận thƣờng có động chiều Cổ góp có tác dụng đảo chiều dịng điện phần ứng Cổ góp hỗ trợ truyền điện phần ứng nguồn điện Ƣu điểm động chiều khả điều khiển tốc độ mà không làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng điện cung cấp Có thể điều khiển động loại cách điều chỉnh: điện áp phần ứng – tăng điện áp phần ứng làm tăng tốc độ, dịng kích thích – giảm dịng kích thích làm tăng tốc độ Động chiều kích từ độc lập có dịng kích từ đƣợc cấp từ nguồn riêng Động kích từ song song, cuộn kích từ đƣợc nối song song với cuộn dây phần ứng Vì vậy, dịng điện tồn phần đƣờng dây tổng dịng kích từ dịng điện phần ứng Dƣới số đặc tính tốc độ động kích từ song song Tốc độ động thực tế không đổi, không phụ thuộc vào tải Vì vậy, loại động thích hợp với ứng dụng với mơmen khởi động thấp, nhƣ máy cơng cụ Có thể điều khiển tốc độ cách lắp thêm điện trở nối tiếp với phần ứng (giảm tốc độ) lắp thêm điện trở nối tiếp với mạch kích từ (tăng tốc độ) Động kích từ nối tiếp, cuộn kích từ đƣợc nối nối tiếp với cuộn dây phần ứng Nhờ vậy, dịng kích từ với dịng phần ứng Sau số đặc điểm tốc độ động nối tiếp Tốc độ giới hạn 5000 vòng/phút Cần tránh vận hành động nối tiếp chế độ khơng tải động tăng tốc khơng thể kiểm sốt đƣợc Động kích từ hỗn hợp chiều kết hợp động nối tiếp động kích từ song song Ở động kích từ hỗn hợp, cuộn kích từ đƣợc nối song song nối tiếp với cuộn dây phần ứng Nhờ vậy, động loại có mơmen khởi động tốt tốc độ ổn định Tỷ lệ phần trăm đấu hỗn hợp cuộn kích từ cao mô men khởi động động cao Ƣu điểm động chiều so với động xoay chiều dễ điều khiển tốc độ động xoay chiều Bù lại, động xoay chiều đƣợc lắp thêm điều khiển biến đổi tần số Tuy nhiên dù thiết bị giúp cải thiện việc điều khiển tốc độ nhƣng chất lƣợng điện lại giảm Hình 1.2: Động điện xoay chiều ba pha Động AC hình 1.2 sử dụng dịng điện đổi chiều theo chu kỳ, gồm hai loại đồng không đồng Động không đồng động thông dụng, đƣợc sử dụng cho thiết bị khác cơng nghiệp Vì chúng có thiết kế đơn giản, rẻ tiền dễ bảo trì, nối trực tiếp với nguồn xoay chiều Một động khơng đồng có hai phận điện Một rơto, có hai loại rơto Rơto lồng sóc bao gồm dẫn dày đặt rãnh song song Đầu đƣợc nối vào vịng đoản mạch Rơto dây quấn có ba pha, hai lớp cuộn dây quấn Rôto đƣợc quấn nhiều cực nhƣ stato Ba pha đƣợc nối dây bên đầu dây đƣợc nối vào vành trƣợt treo trục có chổi than Hai stato đƣợc ghép từ vịng dập định hình với rãnh để chứa cuộn dây ba pha Chúng đƣợc quấn cho số cực định Bố trí không gian cuộn dây lệch 1200 Hình 4.3: Mạch nguồn, mạch cơng suất mạch điều khiển 4.2 Cấu trúc mơ hình thực nghiệm Động chiều không chổi than loại ba pha có ba cuộn dây, có tích hợp sẵn cảm biến Hall bên động Cảm biến Hall có năm sợi dây, hai sợi nguồn ba sợi tín hiệu pha A, B, C động Tất dây động đƣợc nối với mạch công suất điều khiển động chiều không chổi than ba pha, có cảm biến Hall Mach lấy nguồn 24 VDC từ nguồn tổ ong 24VDC Mạch có chân VDC để cấp nguồn cho cảm biến Hall Nó nhận tín hiệu analog từ tới V để điều khiển tốc độ động cơ, đồng thời phát 12 xung vòng động quay Cảm biến dòng điện ACS mắc nối tiếp với nguồn để đọc dòng điện cấp cho động cơ, cảm biến cho tín hiệu vi điều khiển 0-2.5V tƣơng ứng 0-10A Vi điều khiển Arduino 2560 đóng vai trò trung tâm điều khiển động cơ, giao tiếp trực tiếp với máy tính qua Simulink Máy tính chạy chƣơng trình đổ xuống vi điều khiển thu thập liệu thực để vẽ đồ thị Cấu trúc hình 4.4 sau: 65 Hình 4.4: Cấu trúc mơ hình thực nghiệm 4.3 Các thiết bị thực nghiệm Động chiều khơng chổi than ba pha nhƣ sau: Điện áp Dịng điện Công suất Tốc độ Mômen 13 A 24 Vdc 210 W 3000 rpm 0.7 N.m Dòng Tốc độ Số cực Cân nặng Đƣờng khơng tải khơng tải kính 1.3 A 5000 1.2 kg 112 mm Mạch công suất điều khiển động chiều không chổi than ba pha nhƣ sau: Sử dụng nguồn cấp cho động khoảng 12-36 VDC Mạch nhận tín hiệu điên áp vào 0-5 VDC để kích chu kì đóng ngắt IGBT cho điện áp đông tầm điện áp nguồn Một số chân quan trọng hình 4.5 nhƣ sau: VCC,GND: điện áp nguồn động MC,MB,MA: ba chân nối với ba đầu dây động GND,5V : điện áp 5V mạch cấp nguồn cho cảm biến Hall HA,HB,HC: thứ tự ba cảm biến Hall tƣơng ứng ba pha động 0V, VR: điện áp điều khiển đầu vào 0-5 VDC M: Tín hiệu xung tỉ lệ với tốc độ quay, 12 xung/vòng 66 ZF: tín hiệu đảo chiều quay động Hình 4.5 : Mạch công suất điều khiển BLDC Kết nối nguồn 24 VDC vào chân GND,VCC, ba dây động vào ba chân MA, MB, MC theo thứ tự Hai dây nguồn ba dây cảm biến Hall từ động kết nối vào chân khu vực HALL nhƣ hình 4.5 theo thứ tự pha động Tín hiệu điều khiển analoag 0-5 VDC từ vi điều khiển đƣa vào chân VR Tín hiệu xung đƣa vi điều khiển đọc tốc độ động Cảm biến dòng điện ACS: Mơ đun cảm biến dịng điện ACS712 dùng IC hiệu ứng Hall chuyển dòng điện cần đo thành hiệu điện Dòng điện 0-5A cho điện áp 0-2.5V đƣa vi điều khiển xử lí Hình 4.6 : Mơ đun cảm biến dịng điện ACS712 67 Hình 4.7 : Mạch điện mơ đun cảm biến dòng điện ACS712 Mạch nguồn: Nguồn tổ ong cách gọi khác nguồn xung Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn từ hình dạng lỗ thơng nhiệt nguồn xung đƣợc đục lỗ lục giác giống với cấu tạo tổ ong nên dân gian gọi cho thân thuộc dễ nhớ Nguồn xung nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện chiều chế độ dao động xung tạo mạch điện tử kết hợp với biến áp xung Ƣu điểm nguồn tổ ong có giá thành rẻ, gọn, nhẹ dễ tích hợp cho thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất cao Nhƣợc điểm chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết kế phức tạp, việc sửa chữa khó khăn cho ngƣời học, ngồi tuổi thọ thƣờng khơng cao cấu tạo chủ yếu linh kiện bán dẫn Hình 4.8 : Nguồn tổ ong 24V,10A 68 Mạch điều khiển Arduino: Hình 4.9: Vi điều khiển Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 phiên đƣợc sử dụng rộng rãi ứng dụng nhiều Với chip ATmega2560 có nhớ flash memory 256 KB, 8KB cho nhớ SRAM, KB cho nhớ EEPROM Giúp cho ngƣời dùng thêm khả viết chƣơng trình phức tạp điều khiển thiết bị lớn nhƣ máy in 3D, điều khiển robot Arduino Mega 2560 vi điều khiển hoạt động dựa chip ATmega2560 bao gồm:  54 chân digital có 15 chân có chức PWM  ngắt ngồi  16 chân vào analog  cổng Serial giao tiếp với phần cứng  thạch anh với tần số dao động 16 MHz  cổng kết nối USB  jack cắm điện  đầu ICSP  nút reset Matlab Arduino Mega 2560 chọn lựa tuyệt vời Vì đƣợc tích hợp sẵn thƣ viện dành cho MatLab Với việc kết hợp Matlab Arduino kết hợp thú vị Simulink kết nối trực tiếp để điều khiển thu thập liệu, thuận lợi cho việc nghiên cứu 69 4.4 Kết thực nghiệm Bảng 4.1: Tham số động chiều không chổi than ba pha Tham số Giá trị Điện áp định mức 24 VDC Dịng điện định mức 13A Cơng suất định mức 210 W Tốc độ định mức 3000 Vịng/phút Mơmen định mức 0.7 N.m Dịng điện khơng tải 1.3A Tóc độ khơng tải 5000 Vịng/phút Số cực Khối lƣợng 1.2 Kg Chiều dài trục 115 mm Áp dụng tham số thiết kế điều khiển chƣơng vào mơ hình thực nghiêm Sử dụng cảm biến ACS đọc dịng điện mạch cơng suất phát 12 xung/vịng để đọc tốc độ Bảng 4.2 : Kết vòng điều khiển dịng điện độc lập chạy khơng tải Tham số Giá trị đặt Giá trị đo Sai số Dòng điện (A) 210 mA 204mA 2.8% 3.92 VDC Tín hiệu điều khiển 70 Bảng 4.3: Kết vòng điều khiển tốc độ có vịng dịng điện bên Tham số Giá trị đặt Giá trị đo Sai số Dòng điện (A) 81mA 87 mA 7.4% 1.68 VDC 7.1% 2023 vòng/phút 1.2% Tín hiệu điều khiển dịng điện 1.7 VDC Tốc độ 2000 vịng/phút 0.055 Tín hiệu điều khiển tơc độ Tín hiệu điều khiển tốc độ nhỏ 0.055 nên thực nghiệm ta phải nhân hệ số khuếch đại lên 530 lần Hệ thống vòng điều khiển dòng điện cho kết sai số nhỏ 2.8% Tuy nhiên đƣa vào vịng điều khiển tốc độ sai số tăng lên 7.4% Nhƣng mục đích thiết kế vịng tốc độ tối thiểu sai số tốc độ 1.2%, kết chấp nhận đƣợc Vòng điều khiển dòng điện chấp nhận độ vọt lố cao chủ yếu làm hệ thống ổn định lập tức, không tăng cao gây ổn định tới vòng tốc độ Hệ thống hai vịng điều khiển dịng điện tốc độ có ƣu việt với động chạy dòng nhỏ hơn, 87mA so với 204mA Tín hiệu điều khiển dịng điện nhỏ hơn, 1.68V so với 3.92V 4.5 So sánh, đánh giá Phƣơng pháp nghiên cứu PID có sớm trễ pha nghiên cứu cho chất lƣơng đáp ứng không khác nhiều phƣơng pháp IMC theo khai triển Mac-Laurin Lee[37] Các thiết bị đo dòng điện tốc độ chuyên dụng nhƣng kết đo trạng thái xác lập cho giá trị đo giá trị đặt sai số nhỏ 3% Kết luận dựa vào sở lý thuyết chƣơng nhận dạng mô hình, thiết kế điều khiển IMC-PI/PID chƣơng nên tiến hành thực nghiệm cho đáp ứng hệ thống ổn định, đầu bám theo đầu vào tốt, giúp tiết kiệm chi phí thời gian tiến hành mơ hình thực nghiệm 71 CHƢƠNG KẾT LUẬN, HƢỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài nghiên cứu nội dung sở lý thuyết đối tƣợng động BLDC, phƣơng pháp điều khiển đối tƣợng từ chọn phƣơng pháp thích hợp Tiếp đến tìm hiểu mơ hình tốn học đối tƣợng, phân tích đáp ứng động học đối tƣợng Trên sở phát triển điều khiển PID để tìm tham số thỏa yêu cầu thiết kế Kết có đƣợc đáp ứng tốc độ nhƣ mong muốn nhƣng đáp ứng dòng điện độ vọt lố cao Để tránh bị ảnh hƣơng nhiễu tới đáp ứng dòng điện dẫn tới ảnh hƣởng không tốt đến đáp ứng tốc độ, ta xây dựng hệ thống điều khiển nhiều vịng lặp Vịng ngồi IMC-PI/PID điều khiển tốc độ, vòng IMC-PI/PID điều khiển dòng điện khử độ vọt lố dòng điện Đề tài tìm hiểu phƣơng pháp điều khiển IMC để áp dụng tìm hệ số điều khiển PI/PID Triển khai tính tốn thực IMC-PID khai triển Maclaurin, thiết kế mô Matlab/Simulink Sau đó, nghiên cứu cải tiến đáp ứng loại bỏ nhiễu cách thêm hiệu chỉnh sớm trễ pha nối tiếp với điều khiển PI/PID Cuối thực mơ hình thực nghiệm, thu thập liệu, đánh giá so sánh để rút nhận xét Một số hạn chế đề tài kết thực nghiệm chƣa tốt tín hiệu điều khiển nhỏ phải khuếch đại tín hiệu lên Triển khai cân chỉnh hệ thống thực so với mơ hình mơ khó khăn Hệ thống có trễ nhƣng khơng đáng kể nên trình nhận dạng xấp xỉ bỏ qua Các thiết bị loại phổ biến thị trƣờng loại chuyên dụng nên chất lƣợng chƣa đánh giá đƣợc Hƣớng phát triển đề tài nghiên cứu đối tƣợng có trễ Phƣơng pháp IMC-PI/PID nghiên cứu cho loại động chiều không chổi than ba pha kết chấp nhận đƣợc Nghiên cứu phƣơng pháp thiết kế PI/PID khác cho phù hợp, tối ƣu Phƣơng pháp áp dụng cho loại động khác Trong trình thực nghiệm phải cân chỉnh tín hiệu điều khiển cho thích hợp với hai vòng điều khiển 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Electric Motors - Energy Efficiency Guide for Industry In Asia Internet: www.energyefficiencyasia.org/docs/ee_modules/Chapter-Electric%20Motors.pdf [2] Carl Keyes, P.Eng., of Kinectrics Inc Electric Motors CEA Technologies Inc., 2007 [3] Nasser Hashernnia and Behzad Asaei Comparative Study of Using Different Electric Motors in the Electric Vehicles, Proceedings ofthe 2008 International Conference on Electrical Machines,2008, Paper ID 1257 [4] The Electric Motor .Internet: http://www.edisontechcenter.org/electricmotors.html [5] Austin Hughes Electric Motor and Drive Elsevier Linacre House, Jordan Hill, 2006 [6] Midwest Research Institute Kansas City, Mo 64110 for Technology Utilization Office Brushless Dc Motors, National Aeronautic S And Space Administration Washington , D.C January 197 [7] History of Brushless DC Motors Internet: http://www.nmbtc.com/brushless-dc-motors/brushless-dc-motors/ [8] Nasser Hashernnia and Behzad Asaei Comparative Study of Using Different Electric Motors in the Electric Vehicles, Proceedings ofthe 2008 International Conference on Electrical Machines,2008, Paper ID 1257 [9] Shiyoung Lee,Ph.D and Tom Lemley,Director of Engineering Moog Inc A comparison study of the commutation methods for the three-phase permanent magnet brushless dc motor [10] Dal Y.Ohm and Jae H.Park About commutation and current control methods for brushless motors, 29th annual IMCSD symposium, San Jose,July 26-29,1999 [11] Vinod KR Singh Patel, A.K.Pandey Modeling and Performance Analysis of PID Controlled BLDC Motor and Different Schemes of PWM Controlled BLDC Motor International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 3, Issue 4, April 2013 [12] Mehmet Çunkaş, Omer Aydoğdu Realization of fuzzy logic controlled brushless dc motor drives using matlab/simulink Mathematical and Computational Applications, Vol 15, No 2, pp 218-229, 2010 [13] A Purna Chandra Rao, Y P Obulesh and Ch Sai Babu Mathematical modeling of bldc motor with closed loop speed control using pid controller under various loading conditions ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, vol 7, no 10, october 2012 [14] A Sneha Reduction of Harmonics and Torque Ripples of BLDC Motor by Cascaded H-Bridge Multi Level Inverter Using Current and Speed Control Techniques International Journal of Research in Electrical & Electronics Engineering, Volume 3, Issue 2, April-June, 2015, pp 24-32 [15] Stefán Baldursson Institutionen för Energi och Miljö, International masters program in Electric Power Engineering, CHALMERS TEKNISKA HƯGSKOLA Gưteborg, Sverige BLDC Motor Modelling and Control – A Matlab®/Simulink® Implementation Master Thesis, May, 2005 [16] Omar Mohammed , University of Toledo A study of control systems for brushless DC motors Thesis and Dissertations, 2014 [17] S.Rambabu, Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela Modeling And Control Of A Brushless Dc Motor Master of Technology In Power Control and Drives, 2007 brushless DC motors Thesis and Dissertations, 2014 [18 Raja Sit1nur Adiimah Binti Raja Aris, Faculty of Electrical and Electronic Engineering Universiti Tun Hussein Onn Malaysia Simulation Of A Variable Speed Brushless Dc Motor Using Neural Network Controller A project report submitted in partial fulfillment of the requirement for the award ofthe Master of Electrical Engineering, May, 2011 [19] James P Johnson, M Ehsani, Yilcan Giizelgiinler Review of Sensorless Methods for Brushless DC [20] An1946 application note Sensorless bldc motor control and bemf sampling methods with st7mc.ST Microelectronics, 2007 [21] Position and Speed Control of Brushless DC Motors Using Sensorless Techniques and Application Trends Internet: http://www.mdpi.com/1424-8220/10/7/6901 [22] Padmaraja Yedamale Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals AN885,Microchip Technology Inc.2003 [23] Nguyễn Đức Hƣng Đại học Kỹ thuật Công Nghệ Nghiên Cứu Hệ Truyền Động Điện Dùng Động Cơ Một Chiều Không Chổi Than Luận văn thạc sĩ kỹ thuậtnăm 2010 [24] Nguyễn Đức Dũng Đại học Công Nghệ Nghiên Cứu Triển Khai Điều Khiển Động Cơ Một Chiều Không Chổi Than (Brushless Dc Motors) Và Ứng Dụng Trong Lĩnh Vực Cơ Điện Tử Luận văn thạc sĩ-năm 2011 [25] Nguyễn Quốc Chiến Đại học Kỹ thuật Công Nghệ Nghiên Cứu Phƣơng Pháp Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Một Chiếu Không Chổi Than Luận văn thạc sĩ – năm 2015 [26] Justin Youney University of Central Florida A Comparison And Evaluation of common Pid Tuning Methods Masters thesis – 2007 [27] Mohammad Shahrokhi and Alireza Zomorrodi, Department of Chemical & Petroleum Engineering Sharif University of Technology Comparison of PID Controller Tuning Methods [28] Neil Kuyvenhoven, Calvin College ENGR PID Tuning Methods An Automatic PID Tuning Study with MathCad [29] PID/PI tuning for Minimal Overshoot of PM Brushless DC Motor Drive Using Swarm Optimization Internet: https://www.researchgate.net/publication/260219921 [30] Changliang Xia, Peijian Guo, Tingna Shi and Mingchao Wang Speed Control of Brushless DC Motor Using Genetic Algorithim Based Fuzzy Controller Proceedingsof the 2004 InternationalConference on IntelligentMechatronics and Automation, Chengdu,China August 2004 [31] S Naga Santosh, Dr N Prema Kumar Modelling Of Brushless Dc Motor Using Pid, Pwm And Cascaded Controllers IJISET - International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology, Vol Issue 4, June 2014 [32] Umut Karapinar, Zafer Esen, Murat Şahin, Furkan Kanburoğlu Cascaded Controller Algorithm Design for a Brushless DC Motor with Matlab/Simulink and MCU Implementation [33] O.A Dahunsi, J.O Pedro and M.M Ali On Pid Control For Nonlinear Active Vehicle Suspension Systems [34] F.-S Wang , W.-S Juang & C.-T Chan Department of Chemical Engineering, National Chung Cheng University, Chiayi 621, TAIWAN, R.O.C Institute of Automatic Control Engineering, Feng Chia University, Taichung 407, Taiwan, R.O.C Optimal Tuning Of Pid Controllers For Single And Cascade Control Loops [35] Sihai Song, Lihua Xie and Wen-Jim Ca Auto-tuning of Cascade Control Systems Proceedings of the 4& World Congress on Intelligent Control and Automation, June 10-14, 2002, Shanghai, P.R.China [36] Daniel E Rivera, Sigurd Skogestad Internal model control PID controller design January 1986 [37] Yongho Lee and Sunwon Park, Moonyong Lee PID Controller Tuning To Obtain Desired Closed Loop Responses for Cascade Control Systems Ind Eng Chem Res 1998, 37, 1859-1865 [38] Daniel E Rivera Internal Model Control: A Comprehensive View October 27, 1999 [39] S Naga Santosh, Dr N Prema Kumar Single Parametric Control of Cascade Brushless DC Motor Drive International Review of Automatic Control (I.RE.A.CO.), Vol.5, N.6, November 2012 PHỤ LỤC Kết thu thập liệu tiến hành làm thực nghiệm: Trƣờng hợp 1: Cấu trúc nhƣ hình 3.5 có vịng điện thực nghiệm Kết dịng điện từ 0-300mA tƣơng ứng 0-100%, tín hiệu điều khiển 0-255 tƣơng ứng 0-5V Dap ung vong dien 250 200 %mA 150 100 50 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình P1: Đáp ứng tín hiệu điều khiển dịng điện mơ hình điều khiển dòng điện Trƣờng hợp 2: Cấu trúc nhƣ hình 3.9 vịng dịng điện trong, tốc độ ngồi thực nghiệm Kết dòng điện từ 0-300mA tƣơng ứng 0-100%, tín hiệu điều khiển dịng điện 0255 tƣơng ứng 0-5V Dap ung vong dong dien 120 100 Dong dien %mA 80 60 40 20 0 10 15 20 25 30 Thoi gian (s) 35 40 45 50 Hình P2: Đáp ứng dịng điện mơ hình điều khiển dịng điện-tốc độ Dap ung vong toc ngoai 2500 Toc vong/phut 2000 1500 1000 500 -500 10 15 20 25 30 Thoi gian (s) 35 40 45 50 Hình P3: Đáp ứng tơc độ mơ hình điều khiển dịng điện-tốc độ Tin hieu u dieu khien toc 0.07 0.06 Tin hieu dieu khien u 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 10 15 20 25 30 Thoi gian (s) 35 40 45 50 Hình P4: Tín hiệu điều khiển tốc độ mơ hình điều khiển dịng điện-tốc độ ... khách thể đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu đáp ứng động học đối tƣợng điều khiển Khách thể nghiên cứu động cơ, cụ thể động chiều khơng chổi than Mục đích nghiên cứu nhằm tìm hiểu, phân... hàng không, y học, dân dụng phƣơng tiện vận tải Động không chổi than thay động chiều sử dụng chổi than ƣu điểm sau [1-5,22]: - Đặc tính tốc độ mơ men tốt - Đáp ứng động học nhanh quán tính nhỏ... lƣợng điều khiển động 10 chiều không chổi than điều khiển IMC -PI/ PID hai vòng tốc độ dòng điện để triển khai, ứng dụng cho hệ thông yêu cầu chất lƣợng điều khiển cao 1.5 Nghiệm vụ nghiên cứu giới