LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA luận văn đã hoàn thành với đề tài MÔ HÌNH HÓ
XE ĐỆM TỪ [15-18]
Tốc độ
Khả năng vận chuyển an toàn ở tốc độ cao lên đến 500 km/h (hoặc cao hơn) và xấp xỉ gấp bốn lần tốc độ tối đa cho phép ở các đường cao tốc trên thế giới (trên 100 km/h) Hệ thống xe đệm từ trường rất tiện lợi cho việc giao thông vận chuyển giữa các thành phố.
Mức độ an toàn
Dù di chuyển với tốc độ cao, nhƣng lại rất an toàn khi so sánh với các loại hình vận tải khác Do khi hoạt động xe luôn nâng và giữ ổn định bằng các lực điện từ, nên ít có khả năng trật đường ray Việc nâng xe lên khỏi đường ray ở một khoảng cách nhất định, đảm bảo khi di chuyển sẽ không va chạm với các chướng ngại vật trên đường ray Hầu như không có việc đụng nhau do sử dụng đường dẫn riêng và hành khách không phải cài dây an toàn.
Hạn chế ô nhiễm cho môi trường
Khi xe di chuyển nó không xả khí vào môi trường như máy bay, ô tô, gần như không có tiếng ồn.
Tiêu thụ năng lƣợng ít
Do không thất thoát năng lƣợng do ma sát, trọng lƣợng xe nhẹ do hạn chế các thành phần cơ khí nên tiêu thụ năng lƣợng rất ít, ngoài ra xe còn sử dụng năng lƣợng điện …
CÁC HỆ THỐNG XE ĐỆM TỪ TRƯỜNG HIỆN ĐANG CÓ [10]
Hình 1.1: Hệ thống xe Maglev của Đức EMS (Electro Magnetic Suspension)
Hình 1.2: Hệ thống xe Maglev của Nhật EDS (Electro Dynamic Suspension)
Hình 1.3: Hệ thống xe Maglev của Mỹ AMT và của Anh Mặc dù đƣợc nghiên cứu từ thế kỷ 19 nhƣng đến năm 1969 ở Đức mới thiết kế mô hình hoàn thiện về xe đệm từ trường và tiếp sau đó là Nhật, Mỹ, Anh, và gần đây là Trung Quốc, Brazin, và các nước khác
Hai hệ thống xe đệm từ trường EDS, EMS có nguyên tắc hoạt động khác nhau:
Hệ EDS hiện đang hoạt động tại nhật, sử dụng nam châm siêu dẫn có khoảng cách nâng lên từ 10 đến 15 cm khi di chuyển nhƣng vẫn sử dụng bánh xe khi vào ga hay dừng lại, loại tàu này chỉ đƣợc nâng lên khi chuyển động tới vận tốc nhất định, năng lượng sử dụng bao gồm cung cấp cho tàu và cung cấp cho đường dẫn, lực nâng của tàu là lực đẩy cùng cực tính của các nam châm siêu dẫn[11]
Hệ EMS do Đức chế tạo, có khoảng cách nâng tối đa 10 mm và luôn duy trì khoảng nâng khi hoạt động, di chuyển
Sau đây là các mốc thời gian phát triển tại hai quốc gia hàng đầu
Transrapid 01 1969- Built by Krauss-Maffei, first practical EMS levitation vehicle Transrapid 02 1971- Operated by K-M on a 93km track with EMS, max speed 164km/h Transrapid 03 1972- Operated by K-M on 93km track, max speed 140km/h
Transrapid 04 1973- Operated by K-M on a 2.4km track, EMS support HMB1 1975- First vehicle with long armature LSM and EMS by T-H HMB2 1976- First passenger-carrying vehicle by Thyssen-Henshel Transrapid 05 1979- Emsland Test Facility started; Carried passengers up to 75km/h Transrapid 06 1983/4- First 21.5 km of Emsland opened; 302km/h achieved
Transrapid 07 1993- Achieves speed of 450 km/h Transrapid 08 1999- Current system; Is the only COTS system available today
1972- Experimental superconducting maglev test vehicle ML-100 succeeded in 10 cm levitation
1977- Test run of ML-500 vehicle on inverted-T guideway 1979- Unmanned ML-500 test vehicle achieved speed record of 517 km/h (321 mph) 1980- Test run of MLU001 vehicle of U-shaped guideway
1987- Speed of 400.8 km/h (249 mph) ahieved by 2-car manned vehicle 1990- Yamanashi Maglev Test Line construction plan approved
1996- 18.4km section of YMTL completed; MLX01 (3 cars) delivered 1997- Tests of MLX01 started Speed record of 550 km/h (342 mph) on 12/24/97 1999- New speed record of 552 km/h (343 mph) in TMTL
“Nguồn tài liệu từ Internet HTTP://MAGLEV.IR”
NHỮNG ĐỀ XUẤT VỚI XE ĐỆM TỪ [8]
Năm 2006 New Zealand và Sweden đề xuất loại Maglev taxi cho 4 người, vận tốc di chuyển là 100 km/h và tối đa là 300km/h
Hình 1.4: Xe đệm từ (Taxi 2000) Năm 2009 NASA giới thiệu trên Internet loại xe (the creators of flying car) với vận tốc tương đương 150 mph như hình sau[8]:
Hình 1.5: Xe bay NASA Thế hệ xe vận chuyển hành khách tới sân bay của Anh
Hình 1.7 Xe đệm từ của tương lai do Wolkwagen, Citroen, Nisan đề xuất[9]
Ngoài ra còn có một số nước khác đang nghiên cứu và phát triển hệ thống xe và xe đệm từ trường cho giao thông công cộng như Hà Lan, Anh, Korea…
Trường đại học bang Georgia Mỹ đang cho hoạt động mô hình thử nghiệm xe đệm từ AMT M3, ở Old Dominion University in Norfolk Virginia [10], hiện đang thử nghiệm mô hình Magnemotion trong nhà với chiều dài 48 m.
ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI
TP Hồ Chí Minh chiếm 8% dân số cả nước nhưng lượng xe máy lại chiếm đến 15% lượng xe máy cả nước Trong thời điểm hiện nay, việc phát triển các loại hình vận tải chở nhiều hành khách mà vẫn bảo đảm các yếu tố về môi trường, diện tích chiếm dụng nhỏ sẽ là một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông
Mục tiêu của hệ thống giao thông công cộng là vào giai đoạn cuối năm 2020 sẽ giúp
TP Hồ Chí Minh giảm một nửa lượng xe gắn máy lưu thông trên đường Viện trưởng Viện Quy hoạch và Quản lý GTVT (Trường đại học GTVT Hà Nội) TS
Khuất Việt Hùng phân tích, metro và các tuyến xe điện được xem là 'xương sống' của giao thông công cộng của TP Hồ Chí Minh trong tương lai, đáp ứng nhu cầu đi lại của người dân Các dự án này sẽ giảm được tình trạng ùn tắc giao thông kéo dài
Giá trị sử dụng đất tại khu vực chung quanh nhà ga sẽ tăng lên nhờ các dịch vụ khác phát triển Ðiều này cũng sẽ kéo theo cơ hội tạo việc làm cho nhiều lao động Metro và các tuyến xe điện khi vận hành đều sử dụng điện nên hiển nhiên sẽ giảm thấp nhất tác động của khí thải, khói bụi tới môi trường sống của người dân
Việc tiếp cận các công nghệ mới về phương tiện vận tải hiện đại cũng sẽ giúp ngành công nghiệp chế tạo của Việt Nam phát triển.Tại các thành phố lớn của nước ta đang có nhu cầu xây dựng hệ thống giao thông công cộng để giải quyết tình trạng quá tải, do đó nhu cầu xây dựng hệ thống là có thật và lợi ích mà hệ thống đem lại là rất lớn
Nguồn từ “http://www.nhandan.com.vn/xahoi/giao-thong/item/12772902-.html”
MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG XE ĐỆM TỪ
Hình 2.1: Mô hình hệ thống xe đệm từ [13]
MÔ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG
Hình 2.2: Mô hình hệ thống nâng xe [17]
Hệ phương trình lực nâng:
Lực nâng nâng xe lên và giữ cách đường ray một khỏang không gian h đƣợc điều khiển bởi giá trị dòng điện một chiều I
Phương trình mô tả là một hàm của I theo chiều dọc khe hở h
Trong đó: o Am Diện tích mặt cực của nam châm điện = ab (dài nhân rộng) o Bm= Mật độ từ thông xuyên qua khe hở không khí o à 0 = Độ từ thẩm của khụng khớ Theo Meisenholde and Wang (1972, and p37) [13]
Ta có biểu thức lực nâng
* ( )+ (2.4) o h : Khe hở không khí giữa nam châm và đường ray o mmf : Sức từ động o à i : Hệ số từ thẩm của sắt từ o w,g,a,b : Thông số kích thước của mạch từ (theo hình 2.2)
Lực nâng tác động theo hướng đi lên, cường độ từ thông được giới hạn tại giá trị lớn nhất (bão hoà từ) của vật liệu sắt từ vì vậy cũng đƣợc giới hạn
𝑚𝑚 𝑁𝐼 𝑗 (2.5) o N : Số vòng dây quấn trong cuộn dây nam châm o I : Dòng điện chạy trong cuộn dây hút nam châm o Khoảng không cho phép o : Dòng điện cho phép trong cuộn hút nam châm o : Khe hở không khí giữa hai cuộn dây nam châm
Với : à 0 =4πì10 -7 henry/meter, B sat (giỏ trị mật độ từ thụng của sắt từ khi ở ngưỡng bóo hũa), h>>(à 0 /à i )(w+g+2a)
Khi đó công thức (2.4) sẽ là
Biểu thức (2.6) trên đã đƣợc Nagurka and Wang (1995) áp dụng với nam châm điện có các thông số nhƣ sau: à 0 =4πì10 -7 henry/meter, a=5 cm, bcm, 𝑚𝑚 = 4,67ì10 8 amp
Và có kết quả tổng hợp nhƣ (hình 2.3) sau đây
Hình 2.3: Mối quan hệ lực nâng nam châm điện theo khoảng cách Mỗi bộ nâng bao gồm hai phần, một phần có nhiệm vụ cung cấp lực nâng cân bằng với trọng lƣợng của xe giữ cho xe ổn định tại vị trí quy định [19], phần còn lại đƣợc điều khiển bằng điện áp có nhiệm vụ giữ cho xe không trƣợt ra ngoài điểm quy định(bộ giữ), với xe đệm từ trường có từ hai bộ nâng trở lên nên việc điều khiển các bộ nâng coi nhƣ nhau
Khi hoạt động bộ nâng luôn hoạt động để giữ cho xe có đƣợc vị trí thích hợp trên đương dẫn, bộ giữ chỉ hoạt động khi xe lệch khỏi vị trí quy định trên đường dẫn
(𝑁 𝐼 𝑁 ) (2.7) o N m : Số nam châm cho một bộ nâng o N c : Số vòng của nam châm cung cấp lực nâng o N t : Số vòng của nam châm cung cấp lực giữ.
MÔ HÌNH HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG II
MÔ HÌNH LỰC HAI BÊN THÂN XE Mô hình sử dụng cho hệ thống có dẫn hướng, Xe gồm có hai mạch từ, mỗi
− F left_guid là lực phía bên trái của thân xe
− F right_guid là lực phía bên phải của thân xe
Do lực định hướng tác dụng lên xe cân bằng =0, do vậy lực từ hai sườn xe đối xứng nhau qua đường dẫn |F left_guid |=|F right_guid |
Hình 2.5: Mô tả các mạch điện từ của hệ lực định hướng
II.2 Hệ phương trình lực ở hai sườn xe
HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG III
Hình 2.6: Mô hình hệ thống chuyển động xe [20] Để truyền động cho xe ta sử dụng động cơ tuyến tính không đồng bộ 3 pha
Phần rotor được gắn cố định lên đường dẫn, stator được gắn lên thân xe Để điều khiển chuyển động cho xe ta dùng nguồn 3 pha và tốc độ chuyển động phụ thuộc vào tần số dòng điện
Ta có mô hình động cơ điện trong hệ tọa độ dq nhƣ sau:[6]
Trong đó (isd, isq), (usd, usq), (Ψrd, Ψrq) lần lƣợt là các thành phần của dòng điện stator [A], điện áp stator [V], và từ thông rotor chuẩn hóa [A] trong hệ tọa độ dq, ω là tốc độ động cơ [rad/s], Te là momen điện [Nm], TL là momen tải [Nm], ω s là tốc độ đồng bộ [rad/s], Ψr là modul của từ thông rotor
Từ phương trình tính cho động cơ trên ta có tốc độ của xe đệm từ phụ thuộc vào thông số ω s
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LQR.[2]
Xét hệ thống với phương trình trạng thái: ̇ (3.1)
Vấn đề: Xác định luật điều khiển hồi tiếp trạng thái
Kx u (3.2) Để đƣa vectơ trạng thái x về 0 sao cho hàm mục tiêu J đạt cực tiểu
Q: là ma trận đối xứng xác định không âm
R: là ma trận đối xứng xác định dương
Do Q đối xứng và xác định không âm, nên ta có thể tìm đƣợc ma trận C sao cho:
Giả thiết (A, B) ổn định hóa đƣợc và (A, C) phân tách đƣợc
Luật điều khiển tối ƣu đƣợc xác định bởi (3.2) với
P là ma trận (n x n) đối xứng xác định dương và là nghiệm của phương trình đại số Riccati:
Nghiệm của phương trình Riccati:
Ma trận H (2n x 2n) có các tính chất sau:
H có n trị riêng với phần thực dương và n trị riêng với phần thực âm
2 1 p p là trị riêng và vectơ riêng bên phải của H, thì – λ và [p 1 T – p 2 T ] là trị riêng và vectơ riêng bên trái của H
Gọi là ma trận đường chéo (nxn) chứa các trị riêng với phần thực âm của H và X là ma trận (2nxn) của vector riêng tương ứng
X 1 và X 2 là các ma trận (nxn) Ta có:
Nghiệm của phương trình Riccati (3.6) được cho bởi:
P: là ma trận đối xứng xác định dương
Với luật điều khiển (3.2), (3.5) thì hệ thống hồi tiếp ổn định tiệm cận
PA A P Q PBR B P PA A P Q PBK P A BK A BK P Q K B P
P là nghiệm của phương trình Lyapunov
P đối xứng và xác định dương Ma trận trạng thái của hệ thống vòng kín đƣợc cho bởi
(3.14) là phân hoạch trị riêng của ma trận trạng thái của hệ thống vòng kín:
A-BK có các trị riêng là các phần tử của hệ thống vòng kín ổn định
Bài toán ổn định đƣợc đặt ra nhƣ sau:
Xét hệ thống với phương trình trạng thái
(3.15) Định nghĩa hàm mục tiêu J
Với R là ma trận đối xứng xác định dương Giả thiết (A,B) ổn định hóa được và (A,C) phân tách đƣợc Luật điều khiển hồi tiếp trạng thái cực tiểu hóa J đƣợc xác định bởi (3.2),(3.5),(3.6)
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT[3]
Hình 3.1 Sơ đồ mô hình điều khiển trƣợt Xét đối tượng phi tuyến SISO bậc n mô tả bởi phương trình trạng thái:
x x x n T R n x 1 2 là vector trạng thái của hệ thống
Ry là tín hiệu ra
R x f ( ) , ( ) là vector hàm trơn mô tả động học của hệ thống
R x h ( ) là hàm trơn mô tả quan hệ giữa biến trạng thái và tín hiệu ra
Bài toán đặt ra là điều khiển tín hiệu ra y (t ) bám theo tín hiệu đặt y d (t ) Nếu đối tượng có bậc tương đối bằng n, bằng cách lấy đạo hàm của phương trình n lần có thể biểu diễn quan hệ vào ra của đối tượng dưới dạng: u x b x a y ( n ) ( ) ( ) Trong đó:
Trong đó k i đƣợc chọn sao cho 2 1
s s n ks n k n s k n là đa thức Hurwitz, vị trí nghiệm của ( s ) 0 quyết định đặc tính quá độ quá trình
(s gọi là đa thức đặc trƣng của mặt trƣợt
Bài toán điều khiển tín hiệu ra y (t ) bám theo tín hiệu đặt y d (t ) đƣợc chuyển thành bài toán tìm tín hiệu điều khiển u(t) sao cho 0
V Đạo hàm hàm Lyapunov V Để 0 cần chọn tín hiệu điều khiển u (t ) sao cho V 0
Với luật điều khiển trên ta có:
Trình tự thiết kế bộ điều khiển trƣợt bám quỹ đạo Bước 1: Biểu diễn quan hệ vào ra của đối tượng dưới dạng: u x b x a y ( n ) ( ) ( ) Bước 2: Chọn mặt trượt e ( n 1 ) k 1 e ( n 2 ) k n 2 ek n 1 e
Trong đó k i đƣợc chọn sao cho 2 1
s s n k s n k n s k n là đa thức Hurwitz, nghiệm của ( s ) 0 càng nằm xa trục ảo thì e ( t ) 0 nhanh hơn khi 0 Bước 3: Viết biểu thức bộ điều khiển trượt:
Trong đó K > 0, K càng lớn thì σ → 0 càng nhanh
Có thể thay hàm Sign bằng Hàm Sat hoặc các hàm trơn để giảm hiện tƣợng chattering
Có nhiều phiên bản điều khiển trƣợt khác nhau tùy theo mô tả vật lý và toán học của đối tƣợng phi tuyến và yêu cầu cùng mục đích của điều khiển
Nguyên tắc cơ bản khi thiết kế bộ điều khiển trƣợt là:
Định nghĩa tín hiệu trƣợt là hàm của sai số bám hoặc trạng thái của hệ thống
Chọn hàm Lyapunov là hàm toàn phương của mặt trượt
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG[6,7]
Phương trình vi phân của ĐCKĐB ba pha Phương trình điện áp trên 3 cặp cuộn dây stator
Biểu diễn điện áp dưới dạng vector:
Thay các phương trình điện áp pha (3.22a,b,c) vào (3.23) ta có được phương trình điện áp áp stator dưới dạng vector như sau:
Tương tự như với điện áp :
Tương tự như với cuộn dây stator, ta thu được phương trình điện áp của mạch rotor khi quan sát trên hệ qui chiếu rotor (Rotor ngắn mạch):
Phương trình của từ thông stator và từ thông rotor:
⃗⃗ (3.28b) Đối với ĐCKĐB là 1 hệ có điện nên ta có phương trình cơ:
Và phương trình chuyển động:
Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ stator Áp dụng công thức chuyển hệ tọa độ ta có
(3.31) Đạo hàm bậc nhất của (3.31)
(3.32) là góc giữa trục thực của hệ tọa độ bất kì „k‟ và trục α của hệ tọa độ stator
Thay (3.31) vào phương trình (3.23) ta thu được phương trình tổng quát cho điện áp stator
Tương tự ta có phương trình tổng quát cho điện áp rotor trên hệ tọa độ „k‟ bất kỳ:
Phương trình điện áp rotor trên hệ tọa độ αβ:
Vậy từ các phương trình (3.23), (3.28), (3.29) và (3.35) ta có hệ phương trình:
(3.36f) Để xác định dòng điện stator và từ thông rotor từ phương trình (3.36c,d) ta có:
Thay (3.37) và (3.38) vào (3.36a,b) đồng thời sử dụng các tham số sau:
Chuyển sang dạng các thành phần của vector trên hai trục tọa độ ta đƣợc:
Chia 2 vế (3.45c,d) cho L m đồng thời đặt: ́ ́ ( )
Hệ phương trình (3.46) và phương trình (3.47) và(3.30) trở thành:
Khâu hiệu chỉnh tốc độ PID và xác định tốc độ đồng bộ.[2]
Tác dụng của khâu hiệu chỉnh tốc độ vòng kín dùng PID nhằm mục đích ổn định hệ thống và hiệu chỉnh hệ số đệm của đáp ứng quá độ tốc độ ở giới hạn mong muốn, giúp đạt sai số tĩnh giữa tốc độ đặt và tốc độ hồi tiếp bằng zero nhờ khâu tích phân và lọc nhiễu Điều này giúp rút ngắn thời gian quá độ , độ vọt lố nhỏ
Các bộ hiệu chỉnh PID được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dưới dạng các thiết bị điều khiển hay thuật toán phần mềm Hàm truyền của bộ điều khiển có dạng:
Trong đó K P , K I, K D là các hằng số và s là toán tử Laplace Phương trình vi tích phân mô tả mối tương quan giữa tín hiệu ra u(t) và tín hiệu vào e(t) của bộ điều khiển PID:
Trong đó e(t) là sai lệch của hệ thống : e(t) = r(t)-y(t) Việc thiết kế hiệu chỉnh là xác định giá trị của K P , K I, K D sao cho hệ thỏa mãn các yêu cầu về chất lƣợng của hệ thống.
Xác định tốc độ đồng bộ
Tốc độ trượt được xác định từ phương trình
THIẾT KẾ CƠ KHÍ VÀ MẠCH ĐỘNG LỰC I
Hình 4.1 Thiết kế cơ khí của xe đệm từ
Hình 4.2 Thiết kế hoàn chỉnh của xe đệm từ
Hình 4.3 Khối điều khiển trung tâm
Hình 4.4 Chi tiết cho một bộ nâng từ tính của xe đệm từ
Hình 4.5 Thiết kế của bộ tạo chuyển động
THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT II
Mạch khuếch đại công suất Để đảm bảo đủ công suất để điều khiển cho bộ nâng và điều khiển chuyển
Mạch gồm 2 IC BTS7960 là mạch bao gồn 2 nửa cầu điều khiển độc lập
Nguồn làm việc của board : 6 27 VDC
Tín hiệu logic điều khiển 3.3 5 V có cách ly bảo vệ
Tự ngắt nguồn khi thấp áp
Có bảo vệ chống quá nhiệt
Sơ đồ nguyên lý của mạch:
Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất
Mạch đệm cách ly
Công dụng chính của mạch là đệm và cách ly giữa vi xử lý và mạch khuếch đại công suất nhằm tránh hƣ hỏng cho VXL
Hình 4.8 Mạch đệm chuyển mức tín hiệu 3.3-5.0
-Mạch dùng Mosfet chuyên dụng BSS138 -Phạm vi mức chuyển đổi 1,8-6V
-VCCA cấp nguồn 3,3V -VCCB cấp nguồn 5,0V
Sơ đồ nguyên lý của board:
Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch đệm cách ly
THIẾT KẾ CẢM BIẾN CHO MÔ HÌNH III
Để đảm bảo cho việc điều khiển các bộ nâng của xe đệm từ hoạt động ổn định tại điểm dừng, không tiếp xúc với đường dẫn, vai trò của các cảm biến khoảng cách rất quan trọng, sau đây em xin nêu lên một vài loại cảm biến có thể sử dụng đƣợc:
-Cảm biến khoảng cách Lazer -Cảm biến khoảng cách từ tính -Cảm biến khoảng cách siêu âm
-Cảm biến khoảng cách quang(hồng ngoại)
Mục đích phản ánh khoảng cách không tiếp xúc cần đo chính xác, tốc độ đo đủ nhanh, tối thiểu bằng 10 ms có độ ổn định cao trong môi trường có dao động, giá trị điện áp điều khiển phù hợp với vi xử lý, kích thước gọn, dễ lắp đặt, giá thành hợp lý
Với các lại cảm biến nêu trên, để phục vụ tốt nhất cho yêu cầu đặt ra các loại cảm biến khoảng cách lazer là thích hợp thỏa mãn hầu hết các yêu cầu đặt ra, nhƣng giá thành rất cao nên không sử dụng trong mô hình này.[20]
Cảm biến đề xuất sử dụng trong luận văn là cảm biến không tiếp xúc Analog distance sensor do nhà sản xuất Baluff có mã hiệu “BAW29 BAW M18MG- UAC16F-S04G-K” với các thông số kỹ thuật đƣợc cho ở bảng nhƣ sau:
Hình 4.10 Bảng thông số kỹ thuật của cảm biến khoảng cách[12]
THIẾT KẾ VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN IV
Bắt buộc lựa chọn
-Số kênh ADC vào tối thiểu là 6, trong đó 4 kênh (theo mô hình), dùng cho điều khiển nâng tạo khoảng cách giữa xe và đường dẫn, trong đó mỗi bộ nâng tạo khoảng cách có 1 kênh dùng cho cảm biến khoảng cách (Air-Gap), dùng cho việc xác định vị trí điểm dừng, kênh tiếp theo sử dụng để nhận hồi tiếp giá trị dòng điều khiển, các kênh còn lại dùng cho điều khiển chuyển động vị trí, vận tốc
-5 kênh PWM dùng cho các cuộn dây tạo khoảng cách nâng phía trái và phía phải (2*PWM) và điều khiển chuyển động linear motor (3*PWM)
-Giao tiếp truyền và nhận tín hiệu điều khiển với máy tính và các thiết bị ngoại vi khác nhƣ (encoder, switch)
-Tốc độ vi xử lý không thấp hơn 100hz nhằm đảm bảo cho tính toán xử lý số học, vì trong mô phỏng trên Matlab tần số lấy mẫu tương đương 10 ms
-Có độ tin cậy cao, ổn định và thông dụng.
Tùy chọn
-Giá thành hợp lý, thích hợp cho nghiên cứu ứng dụng -Bố cục gọn tiện lợi sử dụng thuận tiện cho lập trình ứng dụng với các ngôn ngữ phổ biến (Matlab-simulink, C++) -Thƣ viện ứng dụng phong phú thuận tiện đơn giản cho thiết kế
-Có tính phổ biến cao trong trường học, nghiên cứu
-Được hướng dẫn trong quá trình học tập.
Lựa chọn vi điều khiển
Theo các yêu cầu đã nêu trên, đối với vi điều khiển, việc chọn vi xử lý TMS320F28335 của Texas Intruments là hợp lý nhất và cũng là ý định sử dụng của học viên ngay khi bắt đầu thực hiện đề tài
Tổng quan về vi điều khiển được chọn:
Hình 4.11 Sơ đồ các khối chức năng của TMS320F28335[13]
Theo sơ đồ khối chức năng DSP 28335 có các thành phần nhƣ sau:
-CPU 32 bit 150 MHZ Ploating point -Ram 512 KB
-16 PWM (6 PWM,10HPWM) -16 ADC 12 bit
-88 GPIOs -16 K bộ nhớ cho lập trình -Giao tiếp với máy tính qua cổng USB Có sẵn Target support package cùng các khối chọn lựa sẵn trong Matlab Simulink
Vi xử lý loại F28335 là một thành viên của của họ (C28x + FPU) / F2823x (C28x) với nền tảng TMS320C2000 ™ điều khiển kỹ thuật số tín hiệu (DSC)
Bộ điều khiển 32-bit F28335 + FPU có kiến trúc điểm cố định nhƣ C28x DSC hiện có của Texas Instruments(TI), nhƣng cũng bao gồm 754 đơn vị dấu chấm động IEEE(FPU)
Nó là một CPU rất hiệu quả, cho phép các thuật toán toán học đƣợc phát triển sử dụng cho các ngôn ngữ cấp cao nhƣ C / C ++, Tốc độ xử lý lên đến 64-bit 32 x 32-bit MAC cho phép bộ điều khiển để xử lý các vấn đề về độ phân giải số tốc độ cao và hiệu quả
Thêm vào đó là phản ứng ngắt nhanh, tự động của các thanh ghi quan trọng, kết quả là một thiết bị có khả năng phục vụ nhiều sự kiện đồng bộ với độ trễ tối thiểu
Thiết bị này có lớp bảo vệ 8 cấp sâu với bộ nhớ pipelined truy cập pipelining Điều này cho phép nó để thực hiện ở tốc độ cao mà không cần đến bộ nhớ tốc độ cao đắt tiền Đặc biệt phần cứng dự đoán trước giảm thiểu độ trễ cho sự gián đoạn có điều kiện
Khối điều rộng xung (PWM module):
Trong mỗi bộ DSP có 6 kênh PWM và 10 kênh HPWM độc lập với nhau
Hình 4.12: Sơ đồ khối của bộ PWM
Hình 4.13 Khối PWM trong Matlab-simulink của DSP28335 Với các công thức tính tần số thông dụng ta có :
Theo công thức (4.2) để có xung điều khiển với tần số 10 Khz phải chọn giá trị của TBPRD nhƣ sau:
Ngoài ra khi chọn điều khiển chuyển động cần phải chọn DB(dead-band) để cho các khóa hoạt động tốt hơn
Hình 4.14 Sơ đồ khối của ADC
Hình 4.15 Khối ADC trong Matlab-Simulink của DSP28335
DSP 28335 có thể thực hiện các giao tiếp với thiết bị ngoại vi nhƣ: eCAN, MCBSP, SCI, SPI, I2C
Kết hợp với khối nhận dữ liệu SCI receiver ta có thể theo dõi các giá trị điều khiển, giá trị vào của vi xử lý rất tiện lợi
Ngoài ra đối với DSP Matlab- Simulink còn hỗ trợ sẵn các khối điều khiển động cơ:
Hình 4.17 Thƣ viện các khối điều khiển có sẵn trong Matlab-Simulink
Ứng dụng của DSP trong Matlab
So với các họ vi xử lý khác, TMS320F28335 của TI có rất nhiều tiện ích khi kết hợp CCS đặc biệt là phiên bản CCS -3.3, cho phép thiết kết chương trình điều khiển trong Matlab-Simulink rồi build thẳng xuống vi điều khiển, việc này rất tiện lợi mà các họ vi điều khiển khác không có đƣợc
Ngoài việc xây dựng các khối điều khiển, TI còn hỗ trợ các khối thiết kế sẵn giúp cho lập trình đơn giản hơn rất nhiều, ngoài ra TMS320F28335 còn hỗ trợ giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB
THIẾT KẾ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN
Hình 5.1: Mô hình vật lý cho một bộ nâng từ tính cho XE ĐỆM TỪ
MÔ HÌNH HỆ THỐNG NÂNG BẰNG TỪ TRƯỜNG I
Mô hình hệ thống điện Áp dụng định luật Kirchoff‟s cho dòng điện và điện áp ta có
Lấy biến đổi Laplace (5.1) ta có hàm truyền hệ thống điện nhƣ sau:
Phương trình chuyển động của bộ nâng từ tính
Trọng lƣợng của hệ thống nâng
Trong đó Fg trọng lƣợng khối nam châm và phần trọng lƣợng của xe
Lực nâng của bộ nam châm điện Tổng ngoại lực tác dụng lên nam châm nâng là:
(5.5) Áp dụng định luật Newton ta có phương trình chuyển động của nam châm :
Tại điểm cân bằng đạo hàm bằng 0 phương trình trở thành:
Suy ra quan hệ giữa dòng điện và vị trí hệ thống nâng tại điểm cân bằng
Với lực nâng của nam châm điện tại điểm cân bằng ( 𝐼 ) đƣợc coi như hằng số, từ phương trình (5.7) ta có:
Theo Meisenholder and Wang (1972), Công thức tính lực nâng của bộ nam châm điện nhƣ sau, áp dụng công thức [19]
Với henry/mét (hệ số thẩm từ của vật liệu)
A = Diện tích các cực từ = Chiều rộng × Chiều dài × số cực
mmf = Tổng số vòng dây × dòng điện cung cấp cho cuộn dây
h = Khoảng cách khi ở vị trí ổn định 0.005 m
F lev 154,4 N Do vậy lực nâng của nam châm điện đủ để nâng mỗi bên của xe tới điểm đặt, theo thiết kế mô hình xe bao gồm 2 khối nam châm nâng, do vậy tổng hợp lực nâng của hệ thống nâng đủ để nâng xe và bộ phận tạo chuyển động của xe đệm từ.
Thông số của mô hình Với thiết kế nhƣ trên ta có các thông số thực của mô hình Xe đệm Từ nhƣ sau
Stt Ký hiệu Miêu tả Giá trị Đơn vị
1 I cmax Giá trị dòng điện qua cuộn dây lớn nhất 20.0 A
2 L c Cảm kháng cuộn dây 50 mH
4 R I Điện trở cảm biến dòng 0.2 Ω
5 N c Số vòng dây cuộn dây(*4) 280 vòng
7 a Chiều dài lõi thép cuộn dây 0,035 m
8 b Chiều rộng lõi thép cuộn dây 0,035 m
11 M mag Khối lƣợng 1 bộ nam châm nâng (4) 6,0 kg
12 M car Khối lƣợng khung xe 2,2 kg
13 L car Chiều dài của xe 90 cm
14 W car Chiều rộng của xe 9 cm
15 M mov Khối lƣợng cuộn tạo chuyển động 4 kg
16 h Khoảng di chuyển khi nâng lên 0,005 m
19 F lev Lực từ tác dụng lên đường dẫn 154,4 N/m
Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật của xe đệm từ
THIẾT KẾ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN LQR
Xây dựng bộ điều khiển LQR
Thiết kế bộ điều khiển
(Theo lý thuyết đã được nêu ở chương 3 trang 25) Đặt :
Tuyến tính hóa quanh điểm cân bằng ta có phương trình trạng thái: x Ax Bu y Cx
Với u là điện áp điều khiển và coi R c = R m +R I (tổng giá trị điện trở cho mỗi cuộn nâng từ tính của xe đệm từ)
Chỉ tiêu chất lƣợng của hệ thống:
Q: là ma trận xác định dương hay bán xác định dương
R: là ma trận xác định dương
Thiết kế bộ điều khiển với luật hồi tiếp: uKx
Hệ số hồi tiếp K đƣợc tính bằng hàm LQR_MAGLEV.m với các thông số đƣợc cập nhật từ bảng 5.1, kết quả thu đƣợc áp dụng cho mô phỏng bằng Matlab- Simulink nhƣ sau :
Hình 5.2 Sơ đồ mô phỏng LQR Kết quả của bộ điều khiển sẽ được nêu ở chương tiếp theo
THIẾT KẾ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT III
Phương trình vi phân của hệ thống
) ) ( ( h C i dt mg m dv dt i h L Ri d u dt v dh
Chọn biến trạng thái nhƣ sau: x 1 = h, x 2 = v, x 3 = i (5.15)
Véctơ trạng thái của hệ thống X = (x 1 , x 2 , x 3 ) T
(Theo lý thuyết đã nêu ở chương 3 trang 28 ta có)
Chọn mặt trƣợt nhƣ sau: e a e a e
Với a 1 , a 0 được chọn sao cho đa thức đặc trưng của phương trình S = 0
Lấy đạo hàm của S theo thời gian ta đƣợc:
Chọn luật điều khiển u nhƣ sau:
Nếu chọn W là hằng số dương thì ta sẽ được S S 0 Do vậy biến trạng thái Z sẽ hội tụ về zero khi t thoả yêu cầu đề ra
Ta có thể viết lại mặt trượt S dưới dạng hàm của x 1 , x 2 , x 3 như sau:
Và luật điều khiển u là:
Mô phỏng bằng Matlab-simulink
Hình 5.3 Sơ đồ mô phỏng điều khiển trƣợt Kết quả của bộ điều khiển sẽ được nêu ở chương tiếp theo
THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỀN CHUYỂN ĐỘNG IV
Phương trình vi phân của Linear motor như sau
Biểu diễn điện áp dưới dạng vector:
(áp dụng lý thuyết đã nêu ở chương 3 trang 30) IV.2 Áp dụng điều khiển trƣợt vào mô hình
Hình 5.5: Sơ đồ khối bộ điều khiển trƣợt Áp dụng diều khiển trƣợt vào mô hình chuyển động trong hệ tọa độ αβ
Với : ω ref là tốc độ đặt Ψ ref là từ thông đặt Φ ref là bình phương từ thông đặt Đặt:
Ta định nghĩa các mặt trƣợt nhƣ sau : ̇ (5.29) Φ r T r
Bộ ƣớc lƣợng từ thông và moment i sβ /i sq ω ω i sα /i sd +
Với : là sai số từ thông là sai số moment IV.3 Mô phỏng bằng Matlab
Hình 5.6 Sơ đồ Simulink điều khiển trƣợt motor
Hình 5.7 Simulink điều khiển định hướng trường (FOC) Kết quả điều khiển sẽ được nêu ở chương tiếp theo
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH V
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH V.
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG I
ĐIỀU KHIỂN LQR a: Kết quả thu đƣợc từ Mfile (LQR_MAGLEV.m)
R= 10000 1.Với các giá trị của xe đệm từ có trong bảng 5.1, với h = 0.01 m (10 mm) K = lqr(A,B,Q,R)
2.Với các giá trị của xe đệm từ có trong bảng 5.1, với h = 0.008 m (8 mm) K = lqr(A,B,Q,R)
3.Với các giá trị của xe đệm từ có trong bảng 5.1, với h = 0.005 m (5 mm) K = lqr(A,B,Q,R)
4.Với các giá trị của xe đệm từ có trong bảng 5.1, với h = 0.003 m (3 mm) K = lqr(A,B,Q,R)
5.Với các giá trị của xe đệm từ có trong bảng 5.1, với h = 0.001m (1 mm)
>>K = 1.0e+004 * [ -5.4701 -0.0496 0.0012 1] Áp dụng các giá trị ở trên vào sơ đồ Matlab-Simulink của bộ điều khiển LQR
Hình 6.1 Sơ đồ Simulink bộ điều khiển LQR
Hình 6.2 Đáp ứng vị trí của bộ nâng khi điểm đặt bằng 10mm
Hình 6.3 Đáp ứng vị tri của bộ nâng khi điểm đặt bằng 8mm
Hình 6.4 Đáp ứng vị tri của bộ nâng khi điểm đặt bằng 5mm
Hình 6.5 Đáp ứng vị tri của bộ nâng khi điểm đặt bằng 3mm
Mô phỏng bằng LQR cho kết qủa với các vị trí đặt khác nhau có nhận xét nhƣ sau:
Tốc độ đáp ứng khi mô phỏng tại các vị trí điểm đặt nhỏ, mặc khoảng cách di chuyển tăng so với vị trí ngƣng không hoạt động, các giá trị đó lần lƣợt là (trục x)
Sự vọt lố xuất hiện khi khoảng cách điểm đặt nhỏ thấy rõ nhất khi điểm đặt bằng 1mm, tuy nhiên hệ thống vẫn ổn định khi đến điểm dừng, điều này có thể giải thích là do dao động khi vận tốc giảm về bằng không
Các giá trị dòng điện và điện áp cũng giảm tỷ lệ, khi đặt điểm dừng gần so với đường dẫn, tuy nhiên tại các vị trí điểm dừng khác nhau đều xuất hiện hiện tượng dao động trước khi đạt được vị trí quy định, Đề xuất với thực nghiệm sơ đồ nhúng một bộ điều khiển nâng vào mạch vi xử lý đƣợc thiết kế cho mô hình thực TMS320F28335 Tần số xung PWM điều khiển các cuộn nâng đƣợc chọn nhƣ sau: áp dụng công thức 4.1a,4.1b,4.2 trang 48 ta có
Giả sử chọn tần số bằng 6,25 Khz => TBPRD = 12000 Trong đó chọn CLKDRV = 1, HSPCLKDIV = 1
Hình 6.7 Sơ đồ nhúng 1 bộ điều khiển LQR
Hình 6.8 Sơ đồ nhúng cho toàn bộ hệ thống nâng xe Nhận xét:
Với sơ đồ nhúng cho vi xử lý, thông qua giá trị thu thập đƣợc từ cảm biến khoảng cách và cảm biến dòng, thông qua bộ biến đổi ADC học viên có nhận xét nhƣ sau: Để giá trị thu thập đƣợc áp dụng cho điều khiển cần phải qua bộ biến đổi số, lý do phải qua bộ biến đổi số là vì giá trị khoảng cách đƣợc mã hóa 12 bit, khi qua các cổng nhập của Vi xử lý, các bộ biến đổi ADC (phụ lục của dsp), cho ra giá trị khá lớn (max@95), trong khi đó yêu cầu nhận về giá trị là đơn vị mm hay A
Ngoài ra tần số xung điều khiển qua PWM cũng ảnh hưởng đáng kể đến sự ổn định của vị trí, khi điều khiển nâng lên
Hình 6.9 Bộ biến đổi số cho vi xử lý
BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƢỢT
Hình 6.10 Sơ đồ Simulink mô phỏng điều khiển Trƣợt
Hình 6.11 Tín hiệu đặt cho mô phỏng điều khiển Trƣợt
Hình 6.12 Kết quả vị trí và tốc độ bằng mô phỏng điều khiển Trƣợt
Hình 6.13 Giá trị điện áp và dòng điện qua mô phỏng điều khiển Trƣợt
Hình 6.14 Kết quả thu đƣợc với mặt trƣợt Nhận xét:
Với giá trị nhận được thông qua mô phỏng ta nhận thấy phương pháp cho kết quả tốt, Mặt trƣợt dao động xung quanh điển không, tín hiệu ra bám sát với giá trị đặt, mặc dù tốc độ và giá trị điểm đặt thay đổi khá nhanh, giá trị dòng điện và điện áp biến thiên tỷ lệ thuận với nhau, không bị vọt lố hay dao động, hiện tƣợng chattering khá nhỏ không đáng kể, không vọt lố với vị trí điểm đặt
Nhƣợc điểm là khi thay đổi giá trị trọng lƣợng vị trí ổn định bị mất, điều này không đúng với phương pháp điều khiển trượt, để khắc phục ta thay đổi giá trị của các hệ số a 1 ,a 0 ,K… Đề xuất với thực nghiệm:
Hình 6.15 Sơ đồ nhúng 1 bộ nâng
Hình 6.16 Sơ đồ nhúng 2 bộ nâng Nhận xét:
Cũng nhƣ sơ đồ nhúng bộ điều khiển LQR với SMC các giá trị hồi tiếp điều khiển cũng qua bộ biến đổi số.
BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG
Bộ điều khiển trượt linear motor
Hình 6.17 Sơ đồ Simulink điều khiển trƣợt motor Với giá trị :τ ϕ =0.05s,ToW=0.1s, k10, k25,K P &,K I =0.8, K D =0.0001
Hình 6.19 Kết quả vị trí mặt trƣợt khi mô phỏng với giá trị danh định Nhận xét:
-Đáp ứng tốc độ rất nhanh và chính xác Độ vọt lố và sai số xác lập nhỏ -Đáp ứng moment nhanh Có dao động nhƣng nhỏ
-Từ thông bám theo từ thông đặt nhanh và rất ổn định
-Hai mặt trƣợt S 1 và S 2 dao động xung quanh điểm 0 và có trị số nhỏ Với kết quả trên ta có thể kết luận bộ điều khiển có đáp ứng danh định rất tốt
Các tiêu chí chất lƣợng tốt Hạn chế về bộ điều khiển là dòng khởi động khá cao và có hiện tƣợng chattering Để hạn chế dòng điều khiển thì ta có thể giảm hệ số k1 và k2 nhƣng khi giảm hệ số k 1 và k 2 thì tính bền vững của hệ thống sẽ giảm theo Còn để hạn chế hiện tƣợng Chattering ta sử dụng hàm Sat sẽ đƣợc khảo sát sau
Thay đổi của moment quán tính J của động cơ
Trong các mô phỏng sau, Moment quán tính đƣợc tăng lên đến 300% so với giá trị danh định trong khi bộ điều khiển trƣợt đƣợc thiết kế với giá trị danh định và kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
Hình 6.20 Kết quả thu đƣợc khi thay đổi moment
Khi thay đổi moment các thông số vẫn ổn định không thay đổi nhiều so với trường hợp sử dụng các giá trị danh định
Hình 6.21 Kết quả thu đƣợc khi mô phỏng Nhận xét đánh giá:
So với phương pháp điều khiển trượt, phương pháp FOC xuất hiện dao động ở điện áp điều khiển, ngƣợc lại với giá trị dòng điều khiển ổn, định tuy nhiên tốc độ không được ổn định như phương pháp trượt
Hiện nay học viên chỉ mới thực hiện việc nhúng trên vi xử lý với phương pháp
FOC, lý do chỉ thực hiện bằng phương pháp trên là do bộ điều khiển FOC đơn giản hơn, nên việc rời rạc cũng đỡ phức tạp, nếu có điều kiện thời gian sẽ thực hiện bằng điều khiển trƣợt
Đề xuất với thực nghiệm trên mô hình chuyển động
Hình 6.22 Sơ đồ nhúng linear motor theo phương pháp FOC
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH II
Với bộ điều khiển nâng xe đệm từ
Bộ điều khiển nâng bằng LQR(hình 6.7)
Hình 6.23 Kết quả thực tế với mô hình khi điểm đặt ở 1 mm
Hình 6.24 Kết quả thực tế với mô hình khi điểm đặt ở 5 mm
Hình 6.25 Kết quả thực tế với mô hình khi điểm đặt ở 8 mm
Nhận xét và giải thích Áp dụng với các vị trí điểm đặt khác nhau từ 1 đến 5mm cho kết quả không đƣợc nhƣ ý muốn, mặc dù kết quả mô phỏng rất tốt, tuy nhiên để điều khiển chuyển động nâng lên thì đây là phương pháp có một số nhận xét như sau:
Đơn giản đễ thực hiện, cho kết quả nhanh
Không đòi hỏi nhiều trong quá trình rời rạc giải thuật
Tác giả đã dùng máy hiện sóng cùng với giá trị thu thập đƣợc thông qua giao tiếp với vi xử lý qua cổng USB
Hình 6.23,6.24, 6.25 phản ánh giá trị dòng điện và vị trí di chuyển của bộ nâng, có thể nhận xét nhƣ sau:
Khi áp dụng điểm đặt tương đương 1 mm cho một cuộn nâng hình 6.7 giá trị dòng điện thay đổi rất nhiều, kết quả là bộ nâng dao động mạnh, thay đổi cách đặt với các giá trị là 5mm, 8mm cho giá trị dòng ít dao động nhƣ trên hình 6.23,6.24 tuy nhiên đây là các trường hợp giá trị điều khiển không làm thay đổi vị trí của bộ nâng (dao động tại vị trí chết), không thay đổi đổi khoảng cách đặt, nhƣng khi tăng giá trị đặt khoảng cách như yêu cầu cũng cho kết quả dao động tương tự như trường hợp điểm đặt là 1 mm
LQR không sử dụng đƣợc trong điều khiển nâng xe đệm từ
Bộ điều khiển trượt (hình 6.14a,b)
Hình 6.26 Kết quả thực tế với mô hình khi điểm đặt ở 5 mm
Giải thích và nhận xét:
Khi thực hiện phương pháp điều khiển trượt cho một bộ nâng như (hình 6.24), cho kết quả thực hiện tốt vị trí điểm đặt chính xác so với yêu cầu, khi nâng lên tới vị trí quy định, do lực hút của cuộn nâng có xu hướng kéo xe về phía đường dẫn nên khi thiết kế mô hình tác giả không cần bộ dẫn hướng cho xe Bằng phương pháp trƣợt cũng có một vài nhận xét nhƣ sau: Ưu điểm của phương pháp
So với LQR bộ điều khiển trƣợt phức tạp hơn khi thực hiện việc rời rạc để nhúng vào Vi xử lý, nhưng vẫn còn đơn giản hơn các phương pháp khác
Tốc độ đáp ứng nhanh và chính xác
Nếu chọn tần số điều khiển thích hợp với mạch từ để hạn chế hiện tƣợng bão hòa sẽ cho kết quả tốt
- Do nhiễu của bộ điều khiển nên khi sử dụng bộ điều khiển nâng nhƣ hình 6.14b, cho kết quả không khả thi, giải pháp là sử dụng 2 bộ vi xử lý
- Phải khắc phục hiện tƣợng chattering
Có thể thấy kết quả của các bộ điều khiển phụ thuộc rất nhiều và các thông số của bộ điều khiển Thông số càng chính xác thì bộ điều khiển cho kết quả càng tốt và ngƣợc lại Từ kết quả của các bộ điều khiển dễ thấy bộ điều khiển chế độ trƣợt cho đáp ứng tốt nhất, thời gian đáp ứng nhanh và không bị vọt lố, sau đó đến bộ điều khiển LQR
Kết luận: Trong mô phỏng các bộ điều khiển đều cho kết quả rất tốt, song trong thực tế lại có một khoảng cách khá xa so với mô phỏng Nguyên nhân, cụ thể trong đề tài này là do trong mô phỏng các tín hiệu hồi tiếp là chính xác và hoàn toàn không bị nhiễu, còn trong thực tế các tín hiệu hồi từ các cảm biến là có độ sai số và nhiễu rất nhiều (mặc dù tín hiệu đã đƣợc lọc qua các bộ lọc), ngoài ra các cuộn nâng của xe cũng gây nhiễu cho nhau Chính vì điều này đã ảnh hưởng trực tiếp và không nhỏ đến chất lƣợng của các bộ điều khiển, làm cho đáp ứng không thực sự tốt và còn dao động nhiều.
Với bộ điều khiển chuyển động Mục đích chính của luận văn là điều khiển nâng xe đệm từ, do vậy trong điều
Với kết quả thực hiện trên mô hình thực bộ linear motor không tạo đƣợc chuyển động do một số nguyên nhân sau:
- Khe hở giữa rotor và stator quá lớn dẫn đến không tạo đủ công suất cho chuyển động
- Từ trường do rotor tạo ra không đủ để tạo ra lực đẩy
- Gia công cơ khí của rotor chƣa đạt yêu cầu
Kết luận và đề xuất
Mặc dù với kinh phí có hạn cùng với thời gian ngiên cứu nhất định, trong luận văn, tác giả đã thiết kế và thi công mô hình xe đệm từ với các hệ thống nâng bằng từ trường (hai khối nam châm ở hai đầu), và hệ thống truyền động bằng động cơ tuyến tính không đồng bộ, bằng phương pháp điều khiển ĐCKĐB ba pha
Tác giả đã mô hình hóa và thiết kế các giải thuật cho hệ thống dùng lý thuyết điều khiển SMC Kết quả thực nghiệm cho hệ thống nâng hoạt động tốt
Tác giả cũng đã mô hình hóa hệ thống truyền động, dùng động cơ tuyến tính và thiết kế giải thuật điều khiển định hướng từ thông rotor trong hệ tọa độ anpha,beta
Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động tốt Tuy nhiên trong việc chế tạo mô hình, do sử dụng các vật liệu thông dụng, cùng với mô hình trong chuyển động, khoảng nâng của xe so với đường dẫn chưa đủ cao để loại bỏ được lỗi vật lý của đường dẫn, do cảm biến sử dụng trong đề tài là cảm biến phổ thông, nên độ chính xác chỉ đạt được mức độ tương đối, ngoài ra mạch từ dùng để chế tạo các cuộn hút là mạch từ thông dụng dùng ở tần số công nghiệp 50Hz, thanh dẫn của mô hình có độ đồng đều từ thấp, do vậy khi điều khiển nâng dễ dẫn đến bão hòa từ làm cho chất lƣợng điều khiển không đƣợc nhƣ ý muốn Chính điều này cũng gây ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của các bộ điều khiển, mặc dù đã thực hiện nhiều phương pháp khác nhau nhằn cải thiện chất lượng
Các thông số của các bộ điều khiển được tìm chủ yếu dựa trên phương pháp thử sai, nên cũng chƣa phải là tối ƣu nhất
Chưa thực hiện tạo chuyển động của xe so với đường dẫn
Chƣa điều khiển đƣợc vị trí của xe đệm từ nhƣ trong thực tế đang sử dụng trên thế giới tương đương 10 mm so với đường dẫn
Khuyến nghị và hướng phát triển
Xây dựng xe đệm chuyển động trên đường dẫn cong, để có thể điều khiển chuyển hướng trên đường dẫn mong muốn
Thay đổi tốc độ và di chuyển nhƣ mong muốn
Thiết kế nhiều loại điều khiển chuyển động để đáp ứng các yêu cầu chuyển động tại nhiều vị trí của đường dẫn
Xây dựng mô hình lớn hơn để thực nghiệm với xe có thể chuyên chở đƣợc người, hành lý.