ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC VÀO/RA .... Một hướng tiếp cận mới trong thuật toán điều khiển động cơ đó là các phương phá
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -BÙI VĂN SƠN THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC Chuyên ngành: Điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH NGUYỄN PHÙNG QUANG Hà Nội – 2013 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132149711000000 LỜI CAM ĐOAN Sau hồn thành tín chương trình đào tạo thạc sỹ kỹ thuật lớp 10BĐKĐ-DK khóa 2010 với chuyên ngành “Điều khiển Tự động hóa”, tơi nhận định giao đề tài luận văn: “Thiết kế điều khiển động DC sử dụng phương pháp tuyến tính hóa xác” GS TSKH Nguyễn Phùng Quang hướng dẫn Đề tài thực chất giới Việt Nam Hướng đề tài dựa sở đề tài có trước hồn thiện cấu trúc điều khiển thích nghi với tải Tơi xin cam kết luận văn hồn tồn khơng chép luận văn nào, số liệu tính tốn tự thực Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2013 Học viên thực Bùi Văn Sơn LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn GS TSKH Nguyễn Phùng Quang bảo tận tình, ln sẵn lịng giúp đỡ tơi lúc khó khăn, vướng mắc để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành tất thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn, dạy dỗ tơi suốt q trình học cao học Cuối xin cảm ơn tạo điều kiện mặt thời gian, động viên người gia đình, quan, đồng nghiệp suốt thời gian làm luận văn Danh mục ký hiệu, viết tắt MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ CHƯƠNG TỔNG QUAN 12 1.1 Lý chọn đề tài: 12 1.2 Mục đích đối tượng nghiên cứu: 12 1.3 Tóm tắt nội dung đề tài: 13 1.4 Phương pháp nghiên cứu: 14 CHƯƠNG MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 15 2.1 Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập: 15 2.2 Phương trình tốn học động điện chiều kích từ độc lập: 16 2.3 Phương trình trạng thái động điện chiều kích từ độc lập: 18 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC VÀO/RA 22 3.1 Cơ sở toán học: 22 3.1.1 Phương pháp tuyến tính hóa xác: 22 3.1.1.1 Phân biệt phương pháp tuyến tính hóa xác tuyến tính hóa điểm làm việc: 22 3.1.1.2 Các phương pháp tuyến tính hóa xác : 24 3.1.2 Phương pháp tuyến tính hóa xác vào/ra: 25 3.1.2.1 Phương pháp tuyến tính hóa xác vào/ra cho hệ SISO: 25 Thiết kế điều khiển ĐCĐMC sử dụng phương pháp TTHCX Trang Danh mục ký hiệu, viết tắt 3.1.2.2 Phương pháp tuyến tính hóa xác vào/ra cho hệ MIMO: 28 3.2 Tuyến tính hóa xác vào/ra cho động điện chiều kích từ độc lập: 31 3.2.1 Xác định phép chuyển trục tọa độ: 31 3.2.2 Xác định khâu bù tuyến tính hóa mơ hình động cơ: 34 3.2.3 Thiết kế điều khiển tốc độ động cơ: 37 3.2.4 Thiết kế điều khiển từ thông động cơ: 39 3.3 Thiết kế điều khiển thích nghi với nhiễu tải: 40 3.4 Thiết kế quan sát mô men tải: 44 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TRONG SIMULINK 46 4.1 Thông số mô phỏng: 46 4.2 Mơ hình động điện chiều kích từ độc lập: 47 4.3 Mô hình khâu bù phần phi tuyến: 51 4.4 Mơ hình khâu tọa độ: 52 4.4.1 Khâu tọa độ trục X: 52 4.4.2 Khâu tọa độ trục : 54 4.4.3 Khâu tọa độ trục Z: 55 4.5 Mơ hình điều khiển thích nghi với nhiễu tải: 55 4.6 Mơ hình khâu ước lượng nhiễu tải: 57 4.7 Mơ hình khâu quan sát mô men tải: 60 4.8 Mơ hình điều khiển đặt điểm cực cho điều khiển tốc độ điều khiển từ thông: 60 4.9 Sơ đồ khối mô điều khiển tốc độ từ thông phương pháp gán điểm cực: 64 4.10 Sơ đồ khối mơ điều khiển MIMO thích nghi với nhiễu tải: 65 Thiết kế điều khiển ĐCĐMC sử dụng phương pháp TTHCX Trang Danh mục ký hiệu, viết tắt CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 66 5.1 Mô phỏng: 66 5.1.1 Tín hiệu đặt: 66 5.1.2 Mô với tải số: 68 5.1.3 Mô với tải số có nhiễu: 72 5.1.4 Mô với tải dạng Ramp: 76 5.1.5 Mô với tải thay đổi có tính chu kỳ: 79 5.1.7 Mô đảo chiều động cơ: 81 5.1.7.1 Tạo tín hiệu đặt: 81 5.1.7.2 Đảo chiều không tải: 83 5.1.7.3 Đảo chiều có tải: 83 5.2 Kết luận 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Thiết kế điều khiển ĐCĐMC sử dụng phương pháp TTHCX Trang Danh mục ký hiệu, viết tắt DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT ua điện áp đặt vào phần ứng ia dòng điện động La điện cảm dây quấn phần ứng Ra điện trở dây quấn phần ứng eb sức điện động cảm ứng u f điện áp kích từ i f dịng điện kích từ L f điện cảm dây quấn kích từ R f điện trở dây quấn kích từ f từ thơng cuộn kích từ r tốc độ động Te mô men điện từ động TL mô men tải động TLN mô men tải ổn định động (coi số) J mơ men qn tính động gia tốc động j đạo hàm gia tốc động d TL TLN nhiễu mô men tải d d dˆ sai lệch nhiễu giá trị nhiễu ước lượng C1, C2 , C3 , C4 , C4 , C6 hệ số vị trí góc động Thiết kế điều khiển ĐCĐMC sử dụng phương pháp TTHCX Trang Danh mục ký hiệu, viết tắt va , v f biến đầu vào khâu bù thiết kế điều khiển thích nghi với nhiễu w1 , w2 biến đầu vào khâu bù thiết kế điều khiển đặt điểm cực varef , vbref giá trị đặt cho đầu vào va , v f ref , ref , jref giá trị đặt cho tốc độ, gia tốc đạo hàm gia tốc động ref ,ref ,ref giá trị đặt cho từ thông, đạo hàm từ thông đạo hàm bậc hai từ thông A, B, C ma trận hệ thống sau thực tuyến tính hóa G ma trận tách kênh hệ thống sau tuyến tính hóa G11 s , G12 s , G21 s , G22 s hàm ma trận G Am , Bm ma trận mơ hình mẫu K a1, K a , K a hệ số điều khiển tốc độ K f , K f hệ số điều khiển từ thông K1, K2 , K3 , K4 hệ số ma trận mơ hình mẫu l1 , l2 hệ số quan sát ra1 , ra , ra lác điểm cực điều khiển tốc độ rf , rf điểm cực điều khiển từ thông a1, a2 , a3 , a4 điểm cực mơ hình mẫu p1 , p2 điểm cực quan sát n bậc hệ thống r bậc tương đối hệ thống Thiết kế điều khiển ĐCĐMC sử dụng phương pháp TTHCX Trang Danh mục ký hiệu, viết tắt m x ma trận nhiễu tải g1 x ma trận hàm biến đầu vào điện áp phần ứng g2 x ma trận hàm biến đầu vào điện áp kích từ x véc tơ biến trạng thái kích thước [n x 1] u véc tơ biến đầu vào kích thước [m x 1] y véc tơ biến điều khiển đầu kích thước [m x 1] f x véc tơ hàm phi tuyến có kích thước [n x 1] g x ma trận hàm phi tuyến có kích thước [n x m] h x véc tơ hàm phi tuyến có kích thước [m x 1] J x ma trận tách kênh hệ MIMO P, Q ma trận đối xứng xác định dương phương trình Lyapunov P11 , P12 , P13 , P14 hệ số hàng ma trận P véc tơ phép chuyển trục tọa độ kích cỡ [r x 1] véc tơ hệ thống nội kích cỡ [(n-r) x 1] z véc tơ chuyển trục tọa độ có tính thêm nhiễu tải kích cỡ [r x 1] hệ số phương trình Lyapunov hàm động học nội SISO hệ thống đầu vào, đầu MIMO hệ thống nhiều đầu vào, nhiều đầu ĐCĐMC động điện chiều KTĐL kích từ độc lập TTHCX tuyến tính hóa xác Thiết kế điều khiển ĐCĐMC sử dụng phương pháp TTHCX Trang Danh mục bảng DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Mô tả Bảng 4.1 Thông số động 46 Bảng 4.2 Tham số mơ hình tốn học mơ tả động 46 Thiết kế điều khiển ĐCĐMC sử dụng phương pháp TTHCX Trang Trang