Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến

Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.Nghiên cứu hệ điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục không dùng cảm biến.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ MẠNH TÙNG NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ MẠNH TÙNG NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Quang Đăng PGS.TS Nguyễn Huy Phương LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn tập thể hướng dẫn Tài liệu tham khảo luận án trích dẫn đầy đủ Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tập thể hướng dẫn khoa học TS Phạm Quang Đăng PGS.TS Nguyễn Huy Phương Nghiên cứu sinh Ngô Mạnh Tùng i LỜI CẢM ƠN Trải qua thời gian dài, với nhiều khó khăn thử thách mặt chuyên môn, kinh nghiệm nghiên cứu, kinh nghiệm sống, nghiên cứu sinh hồn thành luận án Trong suốt q trình đó, tác giả ln nhận giúp đỡ, hỗ trợ vô lớn lao thầy tập thể hướng dẫn, đơn vị chuyên môn đơn vị đào tạo đơn vị công tác, nhà khoa học, đồng nghiệp, anh chị học nghiên cứu sinh, bạn sinh viên gia đình Qua tác giả muốn gửi lời cảm ơn chân thành trân trọng tới thầy TS Phạm Quang Đăng, PGS.TS Nguyễn Huy Phương PGS.TS Nguyễn Quang Địch, tập thể hướng dẫn có định hướng sâu sắc để nghiên cứu sinh khơng hồn thành luận án mà cịn trưởng thành lên tư tưởng thái độ trước vấn đề chuyên môn nghiên cứu khoa học Tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy thuộc Viện Kĩ thuật điều khiển & tự động hóa mơn Tự động hóa cho nghiên cứu sinh nhiều góp ý buổi báo cáo chun mơn định kì Viện Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng ban Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt trình thực đề tài luận án Tác giả xin cảm ơn tới Đảng ủy, Ban giám hiệu -Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đồng ý chủ trương, tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh học; cảm ơn tới Ban chủ nhiệm Khoa, anh chị đồng nghiệp Khoa Điện hỗ trợ để nghiên cứu sinh xếp thời gian, vừa hoàn thành nhiệm vụ chuyên môn vừa nghiên cứu luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Viện Nghiên cứu phát triển công nghệ cao Kĩ thuật công nghệp - Trường Đại học Kĩ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh khảo sát đối tượng nghiên cứu luận án Đặc biệt tác giả muốn gửi lời cám ơn tới gia đình, bố mẹ hai bên, vợ hai hết lòng ủng hộ, bên cạnh để nghiên cứu sinh hồn thành nội dung nghiên cứu Ngơ Mạnh Tùng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .ix DANH MỤC HÌNH VẼ x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 Những đóng góp luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn .3 Bố cục nội dung luận án .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC 1.1 Giới thiệu động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục 1.1.1 Khái quát động ổ từ 1.1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục .8 1.2 Tổng quan nghiên cứu điều khiển động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục 1.3 Định hướng nghiên cứu luận án 14 1.4 Kết luận chương .14 CHƯƠNG MƠ HÌNH VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC 15 2.1 Mô hình tốn học động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục 15 2.2 Cấu trúc hệ điều khiển động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục……………………………………………………………………………… 24 2.2.1 Nguyên tắc xác định dòng điện đặt cho hai stator 24 2.3 Thiết kế hệ điều khiển ứng dụng quan sát nhiễu thành phần bất định dựa thuật toán Backstepping cải tiến 28 2.3.1 Đặt vấn đề 28 2.3.2 Thiết kế quan sát High-gain ước lượng thành phần nhiễu hệ thống 30 2.3.3 Thiết kế điều khiển vị trí dọc trục dựa thuật toán Backstepping cải tiến……… 32 2.3.4 Thiết kế điều khiển tốc độ dựa thuật toán Backstepping cải tiến 34 2.3.5 Chứng minh tính ổn định tồn hệ thống 35 2.3.6 Mô kết .37 2.3.7 Nhận xét 47 2.4 Kết luận chương .47 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC 49 3.1 Đặt vấn đề 49 3.2 Thiết kế quan sát High-gain ứng dụng điều khiển không dùng cảm biến tốc độ…………………………………………………………………………………50 3.3.1 Bộ quan sát High-gain ước lượng sức điện động cảm ứng 50 3.2.2 Chứng minh tính ổn định quan sát High-gain .54 3.2.3 Kết mô hệ sử dụng quan sát High-gain ước lượng sức điện động………… 55 3.2.4 Nhận xét 64 3.3 Thiết kế quan sát trượt ứng dụng điều khiển không dùng cảm biến tốc độ ……………………………………………………………………………….65 3.3.1 Bộ quan sát trượt ước lượng sức điện động cảm ứng .66 3.3.2 Chứng minh ổn định hệ thống sử dụng quan sát trượt .70 3.3.3 Kết mô 71 3.3.4 Nhận xét 81 3.4 Kết luận chương .81 CHƯƠNG MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG THỜI GIAN THỰC 83 4.1 Khái niệm mô thời gian thực HIL 83 4.2 Thiết lập hệ mô thời gian thực cho động đồng KTVC TTDT 84 4.2.1 Thiết bị Typhoon HIL402 84 4.2.2 Thiết bị card DSP Interface TSM320F2808 87 4.3 Thiết lập hệ thống mô HIL cho động đồng KTVC TTDT 88 4.4 Kết luận chương .94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO .99 PHỤ LỤC .106 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Danh mục từ viết tắt STT Từ viết tắt Ý nghĩa tiếng anh KTVC Kích Thích Vĩnh Cửu TTDT Từ trường dọc trục PLL Phase-Lock Loop Vịng khóa pha HGO High-gain Obsever Bộ quan sát hệ số khuếch đại lớn AFM Axial Flux Motor Động từ thông dọc trục INFORM Indirect Flux Detection Xác định từ thông gián by Online Reactance tiếp việc đo điện Measurement kháng trực tuyến PMSM Pemanent Magnet Động đồng kích từ Synchronous Motor nam châm vĩnh cửu HIL Hard ware in the loop simulation Ý nghĩa tiếng việt Mơ hệ có thiết bị phần cứng Danh mục ký hiệu STT Ký Hiệu Đơn vị Ý Nghĩa 01 Lsd mH Điện cảm pha stator trục d 02 Lsq mH Điện cảm pha stator trục q 03 Lsl mH Điện cảm rò 04 g mm Khe hở rotor stator 05 g0 mm Khoảng cách khe hở rotor vị trí cân so với hai stator 06 z mm Độ lệch vị trí rotor so với vị trí cân 07 Lm mH Hỗ cảm cuộn dây rotor với cuộn dây stator 08 λm wb Từ thơng móc vịng từ trường rotor với stator 09 λf wb Từ thơng rotor 10 isd A Dịng điện stator trục d 11 isq A Dòng điện stator trục q 12 λsd wb Từ thông stator trục d 13 λsq wb Từ thông stator trục q 14 usd V Điện áp stator trục d 15 usq V Điện áp stator trục q 16 ꞷe rad/s 17 θe rad Vị trí vector từ trường rotor 18 isα A Dòng điện stator trục α 19 isβ A Dòng điện stator trục β 20 usα V Điện áp stator trục α 21 usβ V Điện áp stator trục β 22 Rs Ω Điện trở stator 23 T Nm 24 J Kg.m2 Momen quán tính động 25 F N Lực tổng tác động dọc trục Tốc độ góc rotor Momen tổng sinh chuyển động quay 26 p Số đôi cực từ 27 id0 A Dòng điện offset 28 W N Năng lượng từ trường động 29 KT Hệ số momen 30 KR Hệ số momen 31 KFd Hệ số lực dọc trục 32 KFd Hệ số lực dọc trục 33 FL N 34 TL Nm 35 d1 N Thành phần gồm nhiễu tải dọc trục thông số bất định 36 d2 Nm Thành phần gồm nhiễu tải momen thông số bất định 37 esα V Sức điện động cảm ứng trục α 38 esβ V Sức điện động cảm ứng trục β 39 ɛ1 40 ɛ2 Hệ số quan sát nhiễu tải dọc trục thông số bất định Hệ số quan sát nhiễu tải momen thông số bất định 41 ɛα Hệ số quan sát sức điện động cảm ứng trục α 42 ɛβ Hệ số quan sát sức điện động cảm ứng trục β 43 kt Hệ số quan sát trượt Nhiễu tải lực dọc trục Nhiễu momen tải ... vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hệ điều khiển động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục Phạm vi nghiên cứu: - - Hoàn thiện hệ điều khiển động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục. .. TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC 15 2.1 Mơ hình tốn học động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục 15 2.2 Cấu trúc hệ điều khiển động đồng kích thích. .. CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU TỪ TRƯỜNG DỌC TRỤC 1.1 Giới thiệu động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục 1.1.1 Khái quát động ổ từ 1.1.2