Luận án tiến sĩ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa nghiên cứu, thiết kế hệ điều khiển động cơ tự nâng stator không lõi thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Đức Nhân NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN Lu ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG STATOR KHÔNG LÕI THÉP ận vă Ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa n Mã số: 9520216 hó -k LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA a TS Nguyễn Trường Giang HÀ NỘI-2023 ận PGS.TS Nguyễn Quang Địch lu NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân tơi hướng dẫn giáo viên hướng dẫn Các số liệu kết nghiên cứu trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN tháng Nghiên cứu sinh ận Lu Võ Đức Nhân PGS TS Nguyễn Quang Địch n vă a hó -k TS Nguyễn Trường Giang ận lu i năm 2023 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Đại học Bách Khoa Hà Nội cho phép thực luận án Cảm ơn Phòng Đào tạo, Viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa ln hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình tơi thực luận án Tơi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thầy, người giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Quang Địch, TS Nguyễn Trường Giang tận tâm, tận lực hỗ trợ, động viên, hướng dẫn mặt chun mơn suốt q trình tơi thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ, nghiên cứu sinh Viện Kỹ thuật điều Lu khiển Tự động hóa giảng viên Khoa Tự động hóa, Đại học Bách Khoa Hà Nội đưa góp ý, dẫn giúp tơi hồn thành mơ hình thử nghiệm phần ận cứng cho luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Phạm Thị Lý, Trường Đại học Giao thông Vận tải ThS Nguyễn Xuân Biên, Trường Đại học Thủy lợi trợ giúp thực đề tài luận án vă n Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duyệt góp ý kiến quý báu để tơi hồn -k thiện luận án định hướng nghiên cứu tương lai a hó Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, Lãnh đạo Bộ Khoa học Cơng nghệ, Lãnh đạo Vụ anh chị, em Vụ Phát triển khoa học công nghệ địa phương, Bộ Khoa học Công nghệ bạn bè bên động viên, giúp đỡ suốt q trình tơi tham gia khóa học ận lu Nghiên cứu sinh Võ Đức Nhân ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT v CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU Lu Chương TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG STATOR KHÔNG LÕI THÉP ận 1.1 Tình hình nghiên cứu động tự nâng stator không lõi thép 1.2 Tổng quan động tự nâng stator không lõi thép theo nguyên lý lực vă Lorentz 10 1.2.1 Cấu tạo động tự nâng stator không lõi thép 10 n 1.2.2 Khái quát lực Lorentz áp dụng cho động tự nâng stator không lõi thép 16 -k 1.2.3 Cơ chế tạo lực ổ từ 17 hó 1.2.4 Cơ chế sinh mơ men quay 20 1.3 Cấu trúc điều khiển động tự nâng stator khơng lõi thép………… …………21 a 1.4 Mơ hình nghiên cứu đề tài luận án 23 lu ận CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG STATOR KHƠNG LÕI THÉP 25 2.1 Mơ hình động tự nâng stator không lõi thép (TNSKLT) dây quấn rải 25 2.1.3 Phân tích ngun lý điều khiển mơ men quay động tự nâng stator không lõi thép dây quấn rải 32 2.2 Mơ hình mạch lực truyền động động tự nâng stator không lõi thép 35 2.3 Động lực học trình điện từ động tự nâng stator không lõi thép 36 2.3.1 Động lực học mạch phần ứng 36 2.3.2 Động lực học mạch vòng điều khiển lực 36 2.3.3 Động lực học chuyển động 37 2.4 Mơ hình điều khiển động tự nâng stator không lõi thép 39 2.5 Cấu trúc điều khiển động tự nâng stator không lõi thép dạng I 40 iii 2.6 Phân tích điều khiển lực ổ từ cho động TNSKLT dây quấn rải (dạng II).….43 2.7 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc điều khiển có khử nhiễu cho động tự nâng stator không lõi thép dạng II……………………………………………….…………… 47 2.8 Phân tích chọn mơ hình điều khiển 49 CHƯƠNG THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG STATOR KHÔNG LÕI THÉP 51 3.1 Khái quát chung 51 3.1.1 Đặt vấn đề 51 3.2 Cấu trúc điều khiển động TNSKLT 53 3.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 55 ận Lu 3.4 Phân tích phương án điều khiển phản hồi đầu với điều khiển PID mạch vịng vị trí 56 3.4.1 Đặc điểm mạch vịng vị trí: 56 vă 3.4.2 Phân tích lựa chọn phương án 57 3.4.3 Tổng hợp mạch vòng điều khiển vị trí 58 n 3.4.4 Đánh giá mạch vịng vị trí theo tiêu chí bám lượng đặt kháng nhiễu 59 -k 3.4.5 Thiết kế bù nhiễu ngoại 61 hó 3.5 Mô hệ điều khiển động TNSKLT 63 a CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ TNSKLT VÀ THỰC NGHIÊM 68 lu 4.1 Khái quát chung 68 ận 4.2 Giới thiệu thiết bị thực nghiệm 69 4.3 Thực nghiệm xác định thông số ban đầu 73 4.4 Thử nghiệm điều khiển 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 88 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT a-d cuộn dây stator b-e cuộn dây stator c-f cuộn dây stator d- trục cực từ B (T) Cường độ từ trường D Nhiễu E (V) sức điện động F (N) lực từ Lu Fad Lực từ Lorentz tác động lên cuộn dây a-d Fbe Lực từ Lorentz tác động lên cuộn dây b-e ận Fcf Lực từ Lorentz tác động lên cuộn dây c-f F (A vòng) Sức từ động vă G Hàm truyền -k I (A) dòng điện n GF Hàm truyền Feedforwward Iad (A) Dòng điện chạy qua cuộn dây stator a-d hó Ibe (A) Dịng điện chạy qua cuộn dây stator b-e a Icf (A) Dòng điện chạy qua cuộn dây stator c-f I bef (A) Dòng điện sinh lực từ cuộn dây stator b-e I cff (A) Dòng điện sinh lực từ cuộn dây stator c-f ận lu I adf (A) Dòng điện sinh lực từ cuộn dây stator a-d T (A) Dịng điện sinh mơ men cuộn dây stator a-d I ad T (A) Dịng điện sinh lực mơ men cuộn dây stator b-e I be T (A) Dòng điện sinh lực mô men cuộn dây stator c-f I cf k hệ số kfx (N/A) hệ số tỷ lệ lực với dòng điện trục X kfy (N/A) hệ số tỷ lệ lực với dòng điện trục km (Nm/A) hệ số tỷ lệ mô men v L (H) điện cảm cuộn dây ℓ (mm) chiều cao cuộn dây stator M (Nm) mô men động n (v/p) tốc độ động q- Trục tọa độ R (Ω) điện trở r (mm) bán kính rotor U (V) Điện áp X trục X x(mm) khoảng cách khe hở rotor stator động theo trục X Lu y(mm) khoảng cách khe hở rotor stator động theo trục Y ận Z Trục Z Δ (mm) khe hở khơng khí rotor stator động vă γ (rad) góc lệch véc tơ từ trường véc tơ dòng điện n Ψ (rad) góc quay cực từ rotor -k ω (rad/s) tốc độ góc động Β (rad) góc lệch lực Lorentz cuộn dây a-d với trục X gia số a x (mm) sai lệch trục X hó  lu y (mm) sai lệch trục Y ận y (mm) sai lệch trục y Fx (N) Biến thiên lực trục X Fy (N) Biến thiên lực trục Y I x (N) Biến thiên dòng trục X I y (N) Biến thiên dòng trục Y TNSKLT: Động tự nâng stator không lõi thép vi CHỮ VIẾT TẮT ABM : Active Magnetic Bearing SSBM : Slotless Self-Bearing Motor TN SKLT: Tự nâng stator không lõi thép ận Lu n vă a hó -k ận lu vii DANH MỤC BẢNG BIỂU B 2.1 Thơng số kích thước động B 3.1 Thông số động B 4.1 Số liệu thí nghiệm sức điện động động ận Lu n vă a hó -k ận lu viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Động sử dụng ổ từ thông thường Hình 1.2 Động tích hợp với ổ từ ngang trục Hình 1.3 Động tích hợp ổ từ ngang trục theo nguyên lý Lorentz……………… Hình 1.4 Động tự nâng stator không lõi thép theo nguyên lý Lorentz không rãnh …………… .9 Hình 1.5 Động tự nâng stator không lõi thép theo nguyên lý Lorentz………….10 Hình 1.6 Mơ hình động tự nâng stator khơng lõi thép … ……………… 11 Hình 1.7 Cấu trúc rotor động tự nâng stator không lõi thép .12 Lu Hình 1.8 Đường sức từ có vỏ sắt 12 Hình 1.9 Cấu tạo stator động tự nâng stator không lõi thép 13 ận Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo vịng dây dẫn động 14 Hinh 1.11 Sơ đồ bố trí dây dẫn stator động tự nâng stator không lõi thép 14 vă Hình 1.12 Sơ đồ mơ tả động tự nâng stator không lõi thép 15 n Hình 1.13 Đồ thị véc tơ lực cặp cuộn dây a-d tác động lên rotor 17 -k Hình 1.14 Mơ tả lệch tâm rotor động tự nâng stator không lõi thép 19 hó Hình 1.15 Phân tích thành phần lực tạo mơ men động TNSKLT 20 Hình 1.16 Cấu trúc điều khiển động tự nâng stator khơng lõi thép ……… 22 a Hình 1.17 Sơ đồ dây stator mơ hình nghiên cứu động TNSKLT 23 26 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý nối dây cuộn dây stator ận Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo động TNSKLT lu Hình 2.1 Mơ hình nghiên cứu động tự nâng stator không lõi thép 25 27 Hình 2.4 Sức từ động cặp dây thứ k 28 Hình 2.5 Sơ đồ véc tơ sức từ động cuộn dây stator 28 Hình 2.6 Đồ thị véc tơ dòng điện đẳng trị cho ba cặp cuộn dây (a) Đồ thị véc tơ lực ổ từ rotor tác động lên ba cặp cuộn dây (b) 29 Hình 2.7 Đồ thị véc tơ dòng điện đẳng trị cho ba cặp cuộn dây chiếu lên trục XY 29 Hình 2.8 Lực ổ từ động TNKLT hệ đứng im đồng tâm (a) lệch tâm (b) tọa độ X-Y 31 ix Kết luận chương Qua kết thí nghiệm cho thấy: - Mơ hình thực nghiệm động TNSKLT thiết kế chế tạo chạy, minh chứng việc thiết kế chế tạo mơ hình động hướng - Kết thí nghiệm cho thấy việc phân tích lý thuyết trình điện động TNSKLT việc xây dựng mơ hình động với hai kênh điều khiển tốc độ vị trí đắn, minh chứng hệ điều khiển động có chức ổ từ - Với việc thử nghiệm thuật điều khiển PD có bù nhiễu cho mạch vịng vị trí PI cho mạch vòng tốc độ cho đáp ứng đảm bảo yêu cầu Nhiễu kênh điều khiển tốc độ lực ly tâm ảnh hưởng tới vị trí giảm Điều minh Lu chứng thiết kế điều khiển đáp ứng yêu cầu đề Tuy nhiên sử dụng điều khiển PD có bù nhiễu mạch vịng vị trí chưa khắc phục hết tác động nhiễu ận tần số cao sai số rotor cịn giá trị lớn điều cần phải nghiên cứu thêm, đặc biệt liên quan đến kết cấu khí cân động động vă Vấn đề tồn tại: n Sau q trình thử nghiệm ta thấy có số vấn đề cần hoàn chỉnh để nghiên cứu tiếp, cụ thể: -k hó - Thay đổi khuếch đại: Do sử dụng khuếch đại có điện áp ± 12 V, nên hạn chế tốc độ động Đồng thời hạn chế cơng suất động cần nghiên cứu thiết kế chế tạo biến đổi a - Chưa có biến dịng nên khơng thiết lập mạch vòng dòng điện điều ảnh hưởng tới chất lượng điều khiển mô men lực nâng lu ận - Sai số quỹ đạo lớn ≤0,2 mm (4%) cần phải giảm sai số quỹ đạo giá trị e ≤ 2% (0,1mm) Điều ba yếu tố: Thiết bị đo khoảng cách cách gá lắp, vấn đề lắp ráp khí cân rotor vấn đề điều khiển kháng nhiễu - Vấn đề tải cho mơ hình chưa giải triệt để, cần phải có hướng khắc phục - Tiếp tục nghiên cứu thuật toán điều khiển vị trí để có khả chống nhiễu tốt hơn, để giảm sai số quỹ đạo chuyển động Kết luận chung: Kết thử nghiệm cho thấy mơ hình nghiên cứu động tự nâng stator không lõi thép thiết kế chế tạo với cấu trúc điều khiển đề xuất thực minh chứng khả sinh mô men quay động chức có chức ổ từ (khả tự nâng) Tuy nhiên để nâng công suất để triển khai ứng dụng cần phải đầu tư nghiên cứu tiếp 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Khái quát nội dung nghiên cứu Luận án giải nội dung sau: - Khái quát nguyên lý cấu tạo, làm việc động tự nâng stator không lõi thép Phân tích rõ thêm tính tạo lực ổ từ động TNSKLT theo nguyên lý cấu tạo dẫn - Xuất phát từ mơ hình nghiên cứu động TNSKLT phịng thí nghiệm có dây stator rải (không phải dẫn), luận án đề xuất mơ hình điều khiển lực ổ từ mơ men, làm rõ mơ hình ổ từ động - Thiết kế điều khiển động TNSKLT theo phương án cấu trúc Lu phương án điều khiển khác nhau, đồng thời nhiễu hệ phương pháp thiết kế điều khiển chống nhiễu ận - Các kết nghiên cứu minh chứng qua mô thực nghiệm mơ hình phịng thí nghiệm vă Những đóng góp mới: n 1- Đề xuất phương pháp xây dựng mơ hình điều khiển động tự nâng stator khơng lõi thép dây quấn rải, gồm: - Mơ hình tạo lực nâng rotor với lượng tác động dòng chiều cấp cho ba cuộn dây stator, có giá trị ban đầu khơng đổi I0 để trì lực nâng rotor Đề xuất phép biến đổi véc tơ lực nâng quay tọa độ ba pha sang véc tơ lực nâng hệ tọa độ tĩnh hai pha, từ xây dựng mơ hình chức ổ từ động với hai cặp lực tĩnh hai trục trực giao X Y, tương tự lực nâng ổ từ chủ động a hó -k ận lu - Sử dụng phép biến đổi véc tơ máy điện để xây dựng mơ hình động lực học sinh mô men quay động thuận tiện cho việc tổng hợp điều khiển tốc độ 2- Điều khiển vị trí rotor cho động tự nâng stator không lõi thép dây rải, thiết kế trện hệ trục X-Y có điểm mới: - Dùng điều khiển vị trí PD kết hợp với điều khiển Feedforward bù nhiễu lực ly tâm - Hai tín hiệu đầu hai điều khiển vị trí chuyển đổi thành ba tín hiệu biến đổi tọa độ tĩnh (2 →3) tạo tín hiệu tỷ lệ với ba dòng chiều cấp cho ba cuộn dây stator động để tạo lực nâng 3- Chế tạo thành cơng mơ hình thử nghiệm động tự nâng stator khơng lõi thép dây rải phịng thí nghiệm chạy thành cơng với cấu hình điều khiển đề xuất 81 Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp: - Kết nghiên cứu luận án dừng lại minh chứng nguyên lý động TNSKLT có chức ổ từ Chưa chạy tốc độ cao điều giới hạn mơ hình nghiên cứu với điện áp nguồn cấp biến đổi ± 12V Vì cần xây dựng hồn chỉnh mơ hình nghiên cứu phịng thí nghiệm: Nâng công suất động cơ, thay biến đổi cơng suất để chạy tốc độ cao, hồn chỉnh thiết bị đo tải mơ hình - Về điều khiển cần giải hai vấn đề tồn tại: Trong luận án giải vấn đề xen kênh mạch vòng điều khiển tốc độ lên mạch vịng điều khiển vị trí rotor, chưa nghiên cứu tác động mạch vịng vị trí rotor tới mạch vịng điều ận Lu khiển tốc độ như: Khi rotor quay lệch tâm làm biến thiên mơ men qn tính, đồng thời ảnh hưởng tới dao động mô men động n vă a hó -k ận lu 82 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyen Huy Phuong, Nguyen Xuan Bien, Vo Duc Nhan “A Study on Control of Slotless Self-Bearing Motor”, Journal of Science & Technology, 136 (2019) 019025 Quang Dich Nguyen, Huy Phuong Nguyen, Kien Trung Nguyen, Duc Nhan Vo, Xuan Bien Nguyen, Satoshi Ueno, Van Nam Giap, “Robust Sliding Mode Control for Slotless-Self Bearing Motor System,” J Electr Eng Technol (2022) https://doi.org/10.1007/s42835-022-01214-z Lu Quang Dich Nguyen, Huy Phuong Nguyen, Duc Nhan Vo, Xuan Bien Nguyen, Satoshi Ueno, Shyh-Chour Huang, Van Nam Giap, ‘‘Robust sliding mode control based a novel super-twisting disturbance observer and fixed-time state observer for slotless-self bearing motor system’’, IEEE Access, vol 10, pp 23980–23994, (2022) https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3155121 ận Võ Đức Nhân, Nguyễn Xuân Biên, Vũ Văn Học, Phạm Thị Lý, Nguyễn Quang Địch, “Một cách tiếp cận xây dựng mơ hình động học điều khiển cho động tự nâng không lõi thép”, Chuyên san Đo lường, điều khiển Tự động hóa Vol (1) (2023)-ISSN 1859-0551 vă n Võ Đức Nhân, Nguyễn Xuân Biên, Phạm Thị Lý, Nguyễn Quang Địch, “Nghiên cứu giải pháp khử nhiễu vị trí hệ điều khiển động tự nâng không lõi thép”, Chuyên san Đo lường, điều khiển Tự động hóa, Vol (2) (2023)-1859-0551 a hó -k ận lu 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ận Lu [1] G Schweitzer, "Active magnetic bearings–chances and limitations, 8th Int," in Symp Magnetic Bearings, Mito, Japan, 2002 [2] Schmied “Experience with magnetic bearings support in gas pipeline compressor”, Proc Of the 10th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2006, Martigny, Switzerland, pp 292-297 [3] Cheol Hoon Park, Jun Young Park, Euisoo Yoon “Design and Evaluation of Hybrid Magnetic Bearings for Turbo Compressors”, ASME Turbo Expo 2018: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, June 2018 [4] M Neff, N Barletta and R Schoeb “Bearingless Centrifugal Pump for Highly Pure Chemicals”, Proc Of the 8th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2002, Mito, Japan, pp.283-287 [5] B Warberger, R Kaelin, T Nussbaumer, and J W Kolar, “50Nm/2500-W Bearingless Motor for High-Purity Pharmaceutical Mixing,” IEEE Trans Ind Electron., vol 59, no 5, pp 2236 –2247, May 2012 [6] T Shinshi et al., “A Mini-Centrifugal Blood Pump Using 2-DOF Controlled Magnetic Bearing” Proc Of the 11th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2008, Nara, Japan, pp 274-279 [7] O Masahiro et al., “Miniaturized Magnetically Levitated Motor for Pediatric Artificial Heart”, Proc Of the 12th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2010, Wuhan, China, pp 674-679 [8] Okada, Y et al., “Mixed flow artificial heart pump with axial self-bearing motor”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol 10, No 6, Dec 2005, pp 658 – 665 [9] Li Dong et al., “Principle Test of Active Magnetic Bearings for the Helium Turbomachine of HTR-10GT”, Proc Of the 12th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2010, Wuhan, China, pp 594-601 [10] Luc Burdet, “Active Magnetic Bearing Design and Characterization for High Temperatute Applications”, Thesis 2006, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland [11] Zhaohui Ren, Stephens, L.S., “Closed-loop performance of a six degree-offreedom precision magnetic actuator”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol 10, No 6, Dec 2005 pp 666 – 674 [12] T Fukao, “The evolution of motor drive technologies Development of bearingless motors”, in Proc of the Third International Power Electronics and Motion Control Conference, Vol 1, pp.33-38, Aug 2000, Beijing China [13] Schneider, T.; Binder, A., “Design and Evaluation of a 60 000 rpm Permanent Magnet Bearingless High Speed Motor”, Int Conference on Power Electronics and Drive Systems, Nov 2007, pp – [14] T Ishikawa, K Matsuda, R Kondo and T Masuzawa "5-DOF Controlled SelfBearing Motor", Journal of System Design and Dynamics, Vol 3, No 4, pp 483-493, July 2009 n vă a hó -k ận lu 84 ận Lu [15] Okada, Y., S Miyamoto, and T Ohishi, Levitation and torque control of internal permanent magnet type bearingless motor IEEE Transactions on Control Systems Technology, 1996 4(5): p 565-571 [16] Grabner, H.; Amrhein, W.; Silber, S.; Gruber, W., “Nonlinear Feedback Control of a Bearingless Brushless DC Motor”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol 15, No 1, Feb 2010, pp 40 – 47 [17] J Bichsel, “The bearingless electrical machine,” in Proc Int Symp Magnetic Suspension Technology ’91, Aug 1991, pp 561–573 [18] T Noguchi, H Sugimoto, Y Fujii and A Chiba, "A Novel Combined Winding and Test Result of a 20-Pole/24-Slot Consequent-Pole Bearingless Motor With Parallel Motor Winding," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol 57, no 6, pp 6880-6891, Nov.-Dec 2021 [19] J Asama, Y Kamiya and A Chiba, "Asymmetrical Four-Phase Combined Winding Arrangement for Bearingless PM Motors," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol 57, no 6, pp 6870-6879, Nov.-Dec 2021 [20] S Zhang, F L Luo, "Direct Control of Radial Displacement for Bearingless Permanent-Magnet-Type Synchronous Motors," IEEE Trans on Industrial Electronics, vol 56, no 2, pp 542-552, Feb 2009 [21] Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno, "Analysis and Control of Non-Salient Permanent Magnet Axial-Gap Self-Bearing Motor", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 58, No 7, July, 2011 [22] Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno, "Modeling and Control of Salient-Pole Permanent Magnet Axial Gap Self-Bearing Motor", IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol 16, No 3, pp 518-526, 2011 [23] Mojtaba Alamdar Yazdi, Seyed Amin Saied, Seyyed Mehdi Mirimani “Design and construction of new axial-flux permanent magnet motor”, IET Electric Power Applications, Vol 14, No 2, pp 2273-2546 [24] Junichi Asama, Tek Kee Tai, Akira Chiba, "Development of Axial-Flux SingleDrive Bearingless Motor With One-Axis Active Positioning", IEEE Transactions on Industry Applications, vol.57, no.6, pp.6792-6800, 2021 [25] B Li, S Ueno and C Zhao, "Data-Driven Iterative Learning LQG Control of Axial-Gap 5-DOF Self-Bearing Motor," 2022 International Conference on Advanced Mechatronic Systems (ICAMechS), Toyama, Japan, 2022, pp 2631 [26] Y Chen, J Shen, Z Fang, “Topology and preliminary design of slotless brushless DC motor,” IEMDC 1997, pp.WB2/7.1 - WB2/7.3, 1997 [27] M Markovic, Y Perriard, “Simplified Design Methodology for a Slotless Brushless DC Motor,” IEEE Trans Magn., Vol.42, No.12, pp.3842-3846, 2006 [28] J M Seo, J H Kim, and I S Jung, “Design and Analysis of Slotless Brushless DC Motor,” IEEE Trans on Industry Applications, Vol.47, No.2, pp.730-735, 2011 n vă a hó -k ận lu 85 ận Lu [29] J Bichsel, “The bearingless electrical machine,” in Proc Int Symp Magnetic Suspension Technology , Aug 1991, pp 561–573 [30] D Steinert, T Nussbaumer and J W Kolar, "Evaluation of One- and Two-PolePair Slotless Bearingless Motors With Toroidal Windings," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol 52, no 1, pp 172-180, Jan.-Feb 2016 [31] Steele, B.A and L.S Stephens A Test Rig for Measuring Force and Torque Production in a Lorentz, Slotless Self Bearing Motor in 7th International Symposium on Magnetic Bearings 2000 Zurich, Switzerland: ETH Zurich, Switzerland [32] Stephens, L.S and D.G Kim, Analysis and Simulation of a Lorentz-Type Slotless, Self-Bearing Motor IFAC paper, 2000 [33] Stephens, L.S and D.G Kim Dynamic Modeling and Validation of a Lorentz, Self Bearing Motor Test Rig in ASME International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition 2001 New Orleans, LA., USA [34] L S Stephens and D -G Kim, “Force and torque characteristics for a slotless Lorentz self-bearing servomotor,” IEEE Trans Magn., vol 38, no 4, pp 1764– 1773, Jul 2002 [35] Z Ren, L.S Stephens, “Force characteristics and gain determination for a slotless self-bearing motor,” IEEE Transactions on Magnetics, vol.42, no.7, pp 1849-1860, July 2006 [36] H.-Y Kim, C.-W Lee, “Design and control of active magnetic bearing system with Lorentz force-type axial actuator”, Mechatronics 16 (2006) 13–20 [37] T.M Lim, D Zhang, “Control of Lorentz force-type self-bearing motors with hybrid PID and robust model reference adaptive control scheme”, Mechatronics 18 (2008) 35–45 [38] T Grochmal, A Lynch, “Control of a self-bearing servomotor,” IEEE Control Systems Magazine, vol.29, no.5, pp.74-92, Oct 2009 [39] T I Baumgartner, A Looser, C Zwyssig and J W Kolar, "Novel high-speed, Lorentz-type, slotless self-bearing motor," 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Atlanta, GA, USA, 2010, pp 3971-3977 [40] Thomas Baumgartner, Ralph M Burkart, Johann W Kolar, "Analysis and Design of a 300-W 500 000-r/min Slotless Self-Bearing Permanent-Magnet Motor", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.61, No.8, pp.43264336, 2014 [41] S Ueno and T Kato, "A novel design of a Lorentz-force-type small self-bearing motor," 2009 International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS), Taipei, Taiwan, 2009, pp 926-931 [42] S Ueno, S Uematsu, T Kato, “Development of a Lorentz-Force-Type Slotless Self-Bearing Motor,” Journal of System Desing and Dynamics, Vol 3, No 4, 2009 [43] HP Nguyen, XB Nguyen, TT Bui, S Ueno, QD Nguyen, “Analysis and Control of Slotless Self-Bearing Motor,” Actuators, Vol 8, No 3, pp 57, 2019 n vă a hó -k ận lu 86 ận Lu [44] Q D Nguyen et al., "Robust Sliding Mode Control-Based a Novel SuperTwisting Disturbance Observer and Fixed-Time State Observer for SlotlessSelf Bearing Motor System," in IEEE Access, vol 10, pp 23980-23994, 2022 [45] Quang dich Nguyen, Huy phuong Nguyen, Kien trung Nguyen, Duc nhan Vo, Xuan bien Nguyen, Satoshi Ueno & Van nam Giap “Robust Sliding Mode Control for Slotless-Self Bearing Motor System” Journal of Electrical Engineering & Technology, 2022 [46] A.V Ivanov Smolenski, Máy điện tập I, II, III, Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật, 1993 [47] A E Fitzgerald, C Kingsley Jr., and S D Uman, Electric Machinery, 5th edition, McGraw-Hill, New York,1992 [48] G Terörde, Electrical Drives and Control Techniques, first edition, ACCO, Leuven, 2004 [49] John Chiasson: Modeling and High-Performance Control of Electric Machines A John Wiley & sons INC Publication 2005 [50] K Kovacz and I Racz Transiente Vorgrange in Wechselstrommachinen (Ban I,II) Budapest Verlag der Ungarischenie Akademie der Wissenschaften 1959\ [51] F Blaschke The Principle of field orientaition as applied to the new transvector closed loop control system for rotating field machinens [52] Khánh B.Q, Vinh D.Q, Đăng P.Q, Địch N.Q ; Điều khiển truyền động điện công nghiệp NXB KHKT Hà nội 2020 [53] Khang.N.V Động lực học hệ nhiều vật NXB KHKT Hà nội 2017 [54] Tường D.G Nguyên lý máy Hà nội NXB Giáo dục [55] A Chiba, T Fukao, O Ichikawa, M Oshima, M Takemoto and D G Dorrell, Magnetic Bearings and Bearingless Drives, first edition, Elsevier, Burlington, 2005 [56] G Schweitzer and E H Maslen, Magnetic Bearings - Theory, Design, and Application to Rotating Machinery, Springer, Heidelberg, 2009 [57] John J D’Azzo, Constantine H Houpis and Stuart N Sheldon, Linear Control system analysis and design with Matlab, Marcel Dekker, 2003 [58] Hooi-Mei Chin, L Scott Stephens, “Closed loop performance of a slotless lorentz self bearing motor,” Journal of Computing and Information Science in Engineering Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control Journal of Electrochemical Energy Conversion and Storage, GT2003-38750, 2009, Feb 4, 2009, pp 583-591; pages, doi: 10.1115/GT2003-38750 [59] Casemore, M.A and L.S Stephens, Actuator Gains for a Toothless n vă a hó -k ận lu Permanent-Magnet Self-Bearing Motor IEEE Transactions on Magnetics, November, 1999 35(6) [60] Okada, Y., S Miyamoto, and T Ohishi, Levitation and torque control of internal permanent magnet type bearingless motor IEEE Transactions on Control Systems Technology, 1996 4(5): p 565-571 87 [61] Stephens, L.S., Design and Control of Active Magnetic Bearings for a High Speed Machining Spindle, in Mechanical Engineering 1995, University of Virginia [62] T.M Lim, D Zhang, “Control of Lorentz force-type self-bearing motors with hybrid PID and robust model reference adaptive control scheme”, Mechatronics 18 (2008) 35–45 [63] H.-Y Kim, C.-W Lee, “Design and control of active magnetic bearing system with Lorentz force-type axial actuator”, Mechatronics 16 (2006) 13–20 [64] N.F.All-Muthairi, and Mribi, “Sliding mode control of a magnetic levitation system,” Mathematical problems in Engineering, Vol 2004, No 2, pp 93-104, 2004 ận Lu [65] Giap VN, Huang S.-C (2020) Effectiveness of fuzzy sliding mode control boundary layer based on uncertainty and disturbance compensator on suspension active magnetic bearing system Meas Control 53(5–6): 934–942 vă [66] Giap VN et al (2020) Time varying disturbance observer based on sliding mode control for active magnetic bearing system Int Conf Material, Machines and Methods for Sustainable Development: 929935 n [67] Giap VN, Huang S-C (2021) Generalized proportional integral disturbance observer-based fuzzy sliding mode control for active magnetic bearing system In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol 1113, no 1, p 012006 IOP Publishing, 2021 hó -k [68] J Shi et al., “Synchronous disturbance attenuation in magnetic bearing systems a using adaptive compensating signals”, Control Engineering Practice 12 (2004) 283– lu 290 ận [69] Chen, K.-Y et al., “A self-tuning fuzzy PID-type controller design for unbalance compensation in an active magnetic bearing, Expert Systems with Applications (2009)”, doi:10.1016/j.eswa.2008.10.055 [70] B Lu et al., “Linear parameter-varying techniques for control of a magnetic bearing system”, Control Engineering Practice 16 (2008) 1161–1172 [71] Tài liệu hướng dẫn sử dụng Card DS 1104 88 PHỤ LỤC PHỤ LỤC I KHÂU BIẾN ĐỔI TỌA ĐỘ DÒNG ĐIỆN  ix ad  be  cf iad ibe i y icf x, y Lu Hình 1PLI Khâu biến đổi tọa độ Tính biến thiên dịng điện ba cặp cuộn dây a-d, b-e c-f từ biến thiên dòng ận trục X Y ix , i y vă Ta tính được: n i  i  i x y   i  sin   y i  hó -k Chia hệ tọa độ X-Y làm bốn góc phần tư tám phần nhau: a Vùng I (1 2): ix  0, i y  lu Vùng II (3 4): ix  0, i y  ận Vùng III (5 6)_ ix  0, i y  Vùng IV ( 8) ix  0, i y  Vị trí véc tơ i xác định góc  theo bốn góc phần từ trình bày Hình PLI (a,b,c,d) 89 Y Y i y i I  ix X X II i y ix Y Y i  a) b) Y Y Y Y ix X X ix  X i y i  X i y III X X i IV d) c) Vùng Giá trị góc    (  )  iad  i cos(   iad  i cos(     (  ) 4    be  i cos(     ) iad  i cos(   iad  i cos(  iad  i cos( ibe  i cos(  ) ibe  i cos(   ) ibe  i cos(  2 )  2 )   2 ) ibe  i cos(   )  ) iad  i cos( III    (  )  icf  i cos(    icf  i cos(   icf  i cos(    2 ) 2 )   2 )      2  2 ) icf  i cos(    ) ận   ( 0 ) ibe  i cos( icf Dòng lu II  ) a    (  )  hó iad  i cos( -k  Dòng ibe Dòng iad n   (  )  vă   (  ) I Bảng 1- PL Tính chuyển đổi tọa độ ận Lu Hình PLI Xác định vị trí véc tơ dịng theo góc  bốn góc phần tư    2 2 ) ) icf  i cos(    3   2  2 ) icf  i cos(    )   ) i  i cos(     2 ) ibe  i cos(     2 ) be IV    ( 0 ) iad  i cos(  ibe  i cos(  ) 90    2 ) icf  i cos(    2 ) Phần mềm tính tốn chuyển tọa độ int8 delta_I; double g; for g=0:pi/2 % g=(0->pi/4): if (g>=0)&(gpi/2): ận if (g>=pi/4)&(gpi/4): a if (g>=pi/2)&(g0): if (g>=pi/4)&(gpi/4): if (g>=0)&(gpi/2): if (g>=pi/4)&(g=pi/4)&(gpi/2): delta_Iad7=inline('-delta_I*cos(pi/2-g)'); hó delta_Ibe7=inline('-delta_I*cos(pi/2-g+2*pi/4)'); a delta_Icf7=inline('-delta_I*cos(pi/2-g-2*pi/3)'); ận lu end % g=(pi/4->0): if (g>=pi/4)&(g