nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển hệ truyền động sử dụng động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (passivity - based)

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  1  MAI VƢƠNG SONG ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TƢ̣ ĐỘ NG HÓ A NGÀNH: TƢ̣ ĐỘ NG HÓ A NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƢƠNG PHÁ P ĐIỀ U KHIỂ N PHI TUYẾN TƢ̣ A THEO THỤ ĐỘ NG (Passivity - Based) MAI VƢƠNG SONG TN 2011 THÁI NGUYÊN 2011 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  2  ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƢƠNG PHÁ P ĐIỀ U KHIỂ N PHI TUYẾN TƢ̣ A THEO THỤ ĐỘ NG (Passivity - Based) Ngành: TƢ̣ ĐỘ NG HÓ A Học Viên: MAI VƢƠNG SONG Ngƣời HD Khoa học: PGS.TS. NGUYỄ N NHƢ HIỂ N THÁI NGUYÊN – 2011 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  3  LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : Mai Vƣơng Song Ngày tháng năm sinh : Ngày 03 tháng 08 năm 1976 Nơi sinh : Thị xã Phú Thọ - Tỉnh Phú Thọ Nơi công tác : Trƣờng Cao đẳng nghề Công nghệ và Nông lâm Phú Thọ Cơ sở đào tạo : Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Chuyên ngành : Tự động hóa Khóa học : K12- TĐH Ngày giao đề tài : Ngày hoàn thành đề tài : TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN TƢ̣ A THEO THỤ ĐỘ NG (Passivity - Based) Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển HỌC VIÊN Mai Vƣơng Song BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  4  MỞ ĐẦU Năng lƣợng là một vấn đề cực kỳ quan trọng trong xã hội chúng ta. Ở bất kỳ quốc gia nào, năng lƣợng nói chung và năng lƣợng điện nói riêng luôn luôn đƣợc coi là ngành công nghiệp mang tính chất xƣơng sống cho sự phát trển của nền kinh tế. Việc sản xuất và sử dụng điện năng một cách hiệu quả luôn đƣợc coi trọng một cách đặc biệt. Ý nghĩa quan trọng và cũng là mục tiêu cao cả nhất của ngành công nghiệp then chốt này là nhằm nâng cao đời sống của mỗi ngƣời dân. Xã hội không ngừng phát triển, sinh hoạt của nhân dân không ngừng đƣợc nâng cao nên cần phải phát triển nhiều loại máy điện mới. Tốc độ phát triển của nền sản xuất công nông nghiệp của một nƣớc đòi hỏi sự phát triển tƣơng ứng của ngành công nghiệp điện lực. Do đó yêu cầu ngành chế tạo máy điện có những yêu cầu cao hơn. Do nhu cầu năng lƣợng trên thế giới và nƣớc ta ngày càng tăng. Việc nâng cao hiệu suất năng lƣợng trong các hệ truyền động sử dụng động cơ điện trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Với mục đích bảo tồn năng lƣợng trong các hệ truyền động, Yaskawa Electric đã phát triển một loại động cơ hiệu suất cao mới có những đặc điểm mômen quay tăng cƣờng và kích cỡ nhỏ hơn so với các động cơ điện cảm ứng AC thông thƣờng. Động cơ đồng bộ IPM mới sử dụng nam châm vĩnh cửu bên trong đƣợc gắn với rôto (khối quay) nhằm tạo ra mật độ thông lƣợng và khả năng phân phối mạnh hơn góp phần làm cho mômen quay tốt hơn. Trong những ứng dụng mômen quay lớn, IPM đem lại rất nhiều lợi ích. Chẳng hạn đối với máy công cụ, nó giảm thiểu lƣợng nhiệt thất thoát, do đó không chỉ góp phần tiết kiệm năng lƣợng mà còn giúp duy trì độ chính xác của máy công cụ. Tƣ̀ nhƣ̃ ng đá nh giá quan trọ ng trên chú ng ta cầ n phả i tiế n hà nh nghiên cƣ́ u các phƣơng pháp ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại vào việc đ iều khiển động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu (hay kích thích vĩnh cửu viết tắt là KTVC) sao cho có hiệu suất và chất lƣợng cao. Từ đó góp phần xây dựng đất nƣớc ngày càng văn minh, giàu đẹp và hiện đại. Trong thờ i gian qua đã có mộ t số công trì nh nghiên cƣ́ u tổ ng hợ p kỹ thuậ t , thuậ t toá n điề u khiể n trong hệ thố ng điề u khiể n động cơ đồng bộ KTVC nhằ m khai thác tốt những tính năng vƣợt trội vô cng qu giá này. Trong khuôn khổ đề tài này, tôi đƣa ra các thuật toán thiết kế bộ điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  5  (Passivity – Based) nhằm thấy đƣợc tính khả thi của việc áp dụng phƣơng pháp này để tạo ra mật độ thông lƣợng và khả năng phân phối mạnh hơn góp phần làm cho mômen quay tốt hơn, từ đó cải thiện chất lƣợng của hệ thống điều khiển. Sau đó đƣợc kiểm tra tính đúng đắn của các thuật toán trên hệ thố ng điề u khiể n động cơ đồng bộ KTVC bằng mô phỏng Matlab-Simulink Plecs. Nội dung của đề tài được chia làm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về các hệ thống điều khiển phi tuyến và áp dụng cho động cơ động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu (hay kích thích vĩnh cửu). Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống. Chương 3: Áp dụng phƣơng điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động cho hệ thống. Chương 4: Mô phỏng và đánh giá chất lƣợng hệ thống điều khiển. Trong quá trình tiến hành làm luận văn, mặc d đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo hƣớng đẫn PGS.TS Nguyễn Như Hiển và bản thân em cũng cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu và các công trình đã nghiên cứu, công bố trên các tạp chí và ấn phẩm khoa học, xong luận văn không thể tránh khỏi đƣợc các thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc những  kiến đóng góp và nhận xét đánh giá qu báu của các thầy cô giáo, những nhà nghiên cứu khoa học quan tâm và đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện hơn. Em xin trân thành cảm ơn sâu sắc tới sự hƣớng dẫn tận tình và chu đáo của thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Như Hiển cng các thầy, cô giáo khác nhƣ thầy Đặng Danh Hoằng và cá c Thầ y , Cô giá o khá c đã giúp đỡ về chuyên môn và các tài liệu làm cho em có đƣợc một luận văn hoàn chỉnh, sâu sắc. Em xin trân thành cảm ơn Khoa Sau đại học, Ban giám hiệu trƣờng Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để em hoàn thành khóa học. Em xin trân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2011 Ngƣời thực hiện Mai Vƣơng Song Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  6  CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN VÀ ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN: L thuyết điều khiển kinh điển ra đời rất sớm và có nhiều đóng góp trong các lĩnh vực của điều khiển học kỹ thuật nhƣ: Trong lĩnh vực điện, điện tử, quốc phòng, an ninh, hàng hải, hàng không, Việc tổng hợp các hệ điều khiển kinh điển có thể chia thành hai loại: Tổng hợp hệ điều khiển tuyến tính và hệ điều khiển phi tuyến. Mọi hệ thống điều khiển phải đảm bảo trƣớc hết độ ổn định của trạng thái vòng kín. Trong các hệ thống tuyến tính, điều này có thể đạt đƣợc bằng cách thay thế trực tiếp các cực. Các hệ điều khiển phi tuyến sử dụng các l thuyết đặc biệt (thƣờng dựa trên học thuyết của Aleksandr Lyapunov) để đảm bảo độ ổn định mà không cần phải quan tâm đến các quá trình động học bên trong hệ thống. Khả năng đáp ứng các biến đổi chức năng khác nhau từ việc nhận dạng mô hình và việc chọn phƣơng thức điều khiển. Khi khảo sát các hệ tuyến tính, đại đa số phần tử của nó là phần tử tuyến tính, cho nên việc phân tích và tổng hợp theo phƣơng pháp tuyến tính chỉ đúng trong những điều kiện nhất định. Chỉ cần có một phần tử trong hệ là phi tuyến thì hệ phải đƣợc xem là phi tuyến. Hệ phi tuyến tồn tại dƣới hai hình thức: Một là các khâu phi tuyến có sẵn trong hệ điều khiển đã đƣợc xem nhƣ là phần tử tuyến tính; Một khuếch đại điện tử hay bán dẫn đƣợc xem là phần tử tuyến tính vẫn có vng kém nhạy và bão hòa, nên xét cho cng cũng là một phần tử phi tuyến. Hai là các khâu phi tuyến đƣợc ngƣời thiết kế đƣa vào nhằm đạt đƣợc một chế độ hay một kết quả mong muốn trong điều khiển. Do đó việc tổng hợp bộ điều khiển cho một đối tƣợng tuyến tính đã có đủ công cụ l thuyết để thực hiện, công việc còn lại chỉ là chọn một phƣơng pháp điều khiển ph hợp cho từng đối tƣợng cần điều khiển cụ thể mà thôi. Khi mà l thuyết điều khiển phi tuyến chƣa phát triển thì việc tổng hợp một bộ điều khiển phi tuyến là rất khó khăn. Do đó, cách giải quyết trong đa số các trƣờng hợp đối tƣợng phi tuyến là qua các bƣớc, đầu tiên mô hình của đối tƣợng phi tuyến sẽ đƣợc tuyến tính Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  7  hoá, sau đó mô hình xấp xỉ tuyến tính đó sẽ đƣợc sử dụng để quyết định luật điều khiển bằng l thuyết điều khiển tuyến tính. Tuy nhiên, trong nhiều trƣờng hợp, đặc biệt khi yêu cầu về tối ƣu trong hệ thống đƣợc đặt ra thì việc sử dụng l thuyết điều khiển tuyến tính để thiết kế một bộ điều khiển cho đối tƣợng phi tuyến là rất khó. Bởi vì nếu sử dụng mô hình xấp xỉ tuyến tính của đối tƣợng thì có nghĩa là ta đã phá vỡ đi cấu trúc vật l của đối tƣợng. Vì vậy, xuất phát từ các nhu cầu thực tế, việc phát triển một hệ thống l thuyết điều khiển phi tuyến là hết sức cần thiết và thiết thực. Nhiều năm trở lại đây đã có nhiều tác giả xây dựng một cách có hệ thống các công cụ và l thuyết để giải quyết các bài toán điều khiển áp dụng cho các đối tƣợng phi tuyến. Tuy nhiên, không giống nhƣ hệ tuyến tính, các hệ phi tuyến rất phức tạp và đa dạng, nên việc xây dựng một hệ thống l thuyết điều khiển phi tuyến cho mọi hệ phi tuyến là không thể. Vì thế nhiều tác giả thấy rằng để l thuyết điều khiển phi tuyến có thể ứng dụng một cách thiết thực trong thực tế thì cần phải phân loại ra thành các hệ phi tuyến riêng biệt có những tính chất nhất định, đặc trƣng cơ bản cho lớp các đối tƣợng thuộc một hệ phi tuyến cụ thể, để rồi từ đó đi xây dựng một hệ thống l thuyết có khả năng ứng dụng cho hệ thống phi tuyến đó. Để có thể phát triển l thuyết điều khiển phi tuyến một cách thực dụng, thì đầu tiên ta phải xem xét những đối tƣợng có  nghĩa thực tế mà cấu trúc vật l của nó phải đƣợc tính đến từ đầu trong quá trình thiết kế. Các phƣơng pháp điều khiển phi tuyến trong hệ thống tự động hóa đã đƣợc hình thành, phát triển và đạt đƣợc nhiều kết quả rất quan trọng. Đặt nền móng ban đầu phải nói đến các phƣơng pháp điều khiển phi tuyến kinh điển nhƣ phân tích tính ổn định tuyệt đối, mặt phẳng pha, cân bằng điều hòa, điều khiển trƣợt, …. Sau đến là các phƣơng pháp điều khiển tuyến tính hóa xấp xỉ, phân tích hệ thống nhờ đa tạp trung tâm, điều khiển tuyến tính hình thức, kỹ thuật Gain scheduling … và sau này do công nghệ chế tạo linh kiện điện tử phát triển tốt, giải quyết đƣợc bài toán về tốc độ xử l và thời gian tính toán. Do kỹ thuật máy tính, kỹ thuật vi xử l phát triển vƣợt bậc, con ngƣời có khả năng tính đƣợc nhiều các phép tính phức tạp và nhanh hơn gấp hàng triệu lần so với trƣớc kia thi các phƣơng pháp điều khiển hiện đại, điều khiển thông minh ra đời Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  8  nhƣ điều khiển cuốn chiếu (Backstepping), điều khiển thích nghi, điều khiển mờ, điều khiển thụ độ ng (Passitivy-based), …. Đây là mảng l thuyết điều khiển mới và đƣợc ứng dụng trong những năm gần đây đƣợc áp dụng để thiết kế các bộ điều khiển thông minh có thể kể đến là các thuyết điều khiển logic mờ, l thuyết mạng Nơron, thuật toán di truyền, vector không gian, .… Để giải các phƣơng trình phi tuyến, ngoài các phƣơng pháp giải tích và đồ thị ngày nay dng phƣơng pháp phổ biến dng máy tính số để mô hình hóa và tìm đáp số của bài toán dựa vào các phần mềm ngày càng hoàn thiện nhƣ MATLAB. Sau đây chúng ta có thể phân tích khái quát một số phƣơng pháp điều khiển. 1.1.1 Điều khiển tuyến tính hóa chính xác. Khi phân tích, khảo sát một đối tƣợng phi tuyến ngƣời ta thƣờng tìm cách tuyến tính hoá đối tƣợng đó bởi vì đối tƣợng tuyến tính do thoả mãn nguyên l xếp chồng nên việc phân tích và khảo sát nói chung rất tiện lợi. Hơn nữa ta có thể áp dụng các phƣơng pháp tổng hợp bộ điều khiển tuyến tính vốn rất phong phú và sẵn có nhƣ hiện nay. Tuy nhiên các phƣơng pháp tuyến tính hoá mà chúng ta đang sử dụng vẫn còn nhiều bất cập và hạn chế. Nội dung của phƣơng pháp tuyến tính hoá chính xác là thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái (ĐKPHTT) cho đối tƣợng phi tuyến (ĐTPT) sao cho hệ kín trở thành tuyến tính. Khác với việc tuyến tính hoá xấp xỉ trong lân cận điểm làm việc, bộ điều khiển tuyến tính hoá chính xác đảm bảo tính chất tuyến tính cho hệ thống trong toàn bộ không gian trạng thái. Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hoá chính xác hệ phi tuyến, hệ mới có đặc điểm vào-ra tuyến tính trong toàn bộ không gian trạng thái. Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  9  Bộ điều khiển đƣợc thiết kế theo phƣơng pháp tuyến tính hóa hứa hẹn mang lại chất lƣợng cao trong các phƣơng pháp điều khiển phi tuyến. Điều khiển hệ phi tuyến bằng phƣơng pháp tuyến tính tuyến tính hóa là dựa trên cơ sở “hình học vi phân”. Theo phƣơng pháp này ta phải thiết kế bổ điều khiển phản hồi trạng thái thông qua phép đổi trục tọa độ thích hợp để đƣa đối tƣợng phi tuyến về dạng tuyến tính trong toàn bộ không gian trạng thái mới (trong hệ tọa độ mới). Ở phƣơng pháp này ta phải xác định đƣợc giá trị của các biến trạng thái cần phản hồi có thể đo trực tiếp nhờ các thiết bị cảm biến hoặc có thể đo gián tiếp thông qua bộ quan sát trạng thái, quan sát trong một khoảng thời gian đủ lớn. Phƣơng pháp này có triển vọng rất lớn song cũng không phải là không có nhƣợc điểm. Nhƣợc điểm ở đây là phải xác định đƣợc chính xác giá trị của các biến trạng thái của đối tƣợng (thông thƣờng đo trực tiếp bằng các sensor) để phản hồi về bộ điều khiển, nhƣng trong thực tế không phải lúc nào các biến trạng thái có thể đo trực tiếp đƣợc mà phải thông qua bộ quan sát trạng thái. Điều này làm khó khăn trong quá trình thiết kề bộ điều khiển, do thông qua bộ quan sát có sai số trong quá trình tính toán, do vậy khi thiết kế bộ điều khiển theo phƣơng pháp này sẽ rất khó khăn trong quá trình tính toán trong việc tính toán thiết kế bộ quan sát trạng thái. 1.1.2 Kỹ thuật Gain scheduling Kỹ thuật gain scheduling là một dạng đặc biệt của phản hồi phi tuyến. Tuy nó chƣa có một định nghĩa chặt chẽ nào hoàn hảo về thuật ngữ gain scheduling nhƣng ta có thể hiểu đó là một bộ điều chỉnh tuyến tính mà các tham số của nó đƣợc thay đổi nhƣ là một hàm của các điểm làm việc theo một cách đã đƣợc lập trình trƣớc. Toàn bộ kỹ thuật Gain scheduling đã đƣợc [1] trình bày trong nhiều trƣờng hợp, các động học của quá trình thay đổi theo các điều kiện của quá trình đó, các tham số của bộ điều khiển có thể thay đổi bằng cách quan sát các điều kiện làm việc của quá trình đó. Toàn bộ kỹ thuật Gain scheduling đƣợc thể hiện bằng sơ đồ khối sau: Hình 1.2 Kỹ thuật Gain scheduling Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Tự động hóa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn  10  1.1.3 Phƣơng pháp điều khiển phân tích mặt phẳng pha. Dùng cho các hệ phi tuyến bậc 2, phƣơng pháp này dựa trên các thông tin cần thiết của hệ thống từ mô hình hoặc sơ đồ khối nhƣ là “điểm cân bằng hoặc điểm dừng của hệ thống”, “tính ổn định và xác định miền ổn định tương ứng của hệ” và khả năng tồn tại dao động để phân tích hệ thống từ đó rút ra những những kết luận cơ bản về tính chất động học của hệ thống. Bằng việc phân tích các đƣờng quỹ đạo trạng thái khép kín để rút ra kết luận về chất lƣợng phi tuyến. Phƣơng pháp này tƣởng nhƣ đơn giản, song việc phân tích chất lƣợng động học của hệ thống trên cơ sở phân tích dạng các đƣờng quỹ đạo trạng thái. Do đó nó sẽ có hạn chế là chỉ áp dụng đƣợc cho những hệ thống có tối đa là hai biến trạng thái vì chúng ta chỉ có thể xây dựng đƣợc đồ thị đƣờng cong trong mặt phẳng một cách tƣơng đối chính xác. Cụ thể cách phân tích, đánh giá và xây dựng phƣơng pháp điều khiển đƣợc [1] thể hiện rất rõ. 1.1.4 Phƣơng pháp backstepping Xuất hiện vào những năm cuối của thập kỷ 80, Phƣơng pháp backstepping (hay còn đƣợc gọi là phƣơng pháp cuốn chiếu) đƣợc đánh giá là công cụ thiết kế đầy triển vọng cho một số lớp hệ thống phi tuyến. Dựa trên cách tính toán đệ qui, phƣơng pháp cho phép tính dần hàm điều khiển Lyapunov (clf-control Lyapunov function). Theo P.Kokotovíc và M.Arcak (tài liệu [7]), tƣ tƣởng về thiết kế theo kiểu cuốn chiếu tích phân đã xuất hiện trong các công trình của Tsinias (1989), Sontag và Sussmann (1988). Tuy nhiên, tƣ tƣởng này thực sự thể hiện sức mạnh của nó khi đƣợc áp dụng cho hệ thống có những thành phần không chắc chắn (uncertaintly). Với phƣơng pháp cuốn chiếu bền vững (robust backstepping), Kanellakopoulos đã hực hiện xây dựng bộ điều khiển ổn định cho đối tƣợng với tham số mô hình không rõ (unknown parameters). Với hệ có nhiễu loạn (disturbance), Freeman và Kokotovíc đƣa ra phƣơng pháp xây dựng bộ điều khiển phản hồi bằng cuốn chiếu thích nghi (adaptive backstepping). Với mô hình đối tƣợng có tham số không chắc chắn (uncertainty), phƣơng pháp cuốn chiếu tích phân (integral backstepping) đƣợc áp dụng kết hợp với biện pháp tắt dần phi tuyến (nonlinear damping). [...]... đị nh ̣ ̃ ́ ̉ ́ Đề tài này nghiên cứu nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ truyền động tốc độ động cơ đồng bộ đồng bộ ba pha kích thích vĩnh cửu bằng phƣơng pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity – Based) và áp dụng vào hệ thống điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ , đề tài nay cùng với một số công trình nghiên cứu khác về ̀ điều khiển hệ thống động cơ điện đồng bộ ba pha nhằm tao ra cac... loại chính: - Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu có từ thông dạng hình sin, cực từ bố trí mặt ngoài (SPM: Sinusoidal Surface Magnet Machine) (xem hình 1.5) Stato N S Khe hở không khí S N Hình 1.5: Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại SPM (Sơ đồ cắt ngang của một động cơ 4-cực, không chổi than với bề mặt được gắn nam châm vĩnh cửu) - Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu có từ thông... hệ số công suất và ổn định điện áp cho lƣới điện Thông thƣờng các máy điện đồng bộ đƣợc tính toán sao cho chúng có khả năng phát ra công suất phản kháng bằng công suất tác dụng Trong động cơ điện xoay chiều đồng bộ có động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (thƣờng là loại cực ẩn) và động cơ kích từ bằng nam châm điện (cực lồi) Mỗi loại động cơ đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm nhất và các phƣơng pháp. .. tự nhƣ động cơ đồng bộ cực lồi - Tồn tại từ thông phần ứng Đối với loại SPM có khe hở không khí đồng đều Ldm = Lqm tƣơng tự nhƣ động cơ đồng bộ cực ẩn từ trƣờng phản ứng phần ứng rất nhỏ thƣờng bỏ qua Tuy vậy khi vận hành với tốc độ cao cần quan tâm độ bền cơ Ở đây chúng ta chọn động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại SPM Máy điện đồng bộ là các máy điện xoay chiều có tốc độ của rôto bằng với... là thống hệ truyền động điện sử dụng động cơ đồng bộ KTVC 1.1.5.3 Phƣơng trình Euler-Lagrange Đầu tiên phƣơng trình EL đƣợc sử dụng chủ yếu để mô tả động học của các hệ thống cơ Về sau này nó cũng đƣợc sử dụng để mô tả các hệ vật lý, ví dụ nhƣ hệ cơ - điện Ƣu điểm khi sử dụng phƣơng trình EL để mô tả động học của hệ thống là các công thức của chúng độc lập với hệ tọa độ đƣợc sử dụng Phƣơng trình EL... khi thiết kế bộ điều khiển PBC là làm cho hệ ổn định bằng cách thay đổi năng lƣợng của hệ thống và năng lƣợng tiêu thụ sao cho hệ kín vẫn xác định một quan hệ thụ động với hàm năng lƣợng mong muốn Nhƣ vậy khi lắp bộ điều khiển vào hệ thống thì hệ kín vẫn phải là hệ thụ động và vì vậy vẫn giữ nguyên các đặc điểm của hệ EL Do đó yêu cầu khi thiết kế bộ điều khiển PBC là hệ kín vẫn phải là một hệ EL và hàm... Chuyên ngành: Tự động hóa 1.1.5 Tổng quan phƣơng pháp điều khiển Passivity-Based 1.1.5.1 Hệ Euler – Lagrange Một thụ động dựa trên bộ điều khiển, đƣợc phát triển để cung cấp theo dõi chặt chẽ tốc độ thời gian khác nhau và quỹ đạo thông lƣợng trong từ vùng bão hòa cao Thụ động điều khiển dựa trên đề xuất thực nghiệm xác minh Thụ động là gì? Vì sao lại gọi hệ Euler-Lagrange là thụ động? Trƣớc khi trả... ứng mong muốn thì cần tác động đến cả động năng của hệ thống, do đó trong công thức điều khiển phải có thành  phần phụ thuộc x Ngoài ra ý tƣởng cơ bản của phƣơng pháp điều khiển PBC là làm cho hệ kín vẫn là một hệ thụ động Do đó động học của hệ kín đƣợc mô tả bằng phƣơng trình sai số phải xác định một quan hệ thụ động Theo [4] thì với phƣơng pháp thiết kế PBC động học của hệ kín đƣợc đƣa về dạng ... khác” Từ định nghĩa trên ta thấy hệ thụ động có liên quan mật thiết đến bản chất vật lý của hệ thống, đặc biệt là đặc tính ổn định Theo quan điểm ổn định vào - ra thì hệ thụ động là hệ ổn định, bởi vì năng lƣợng nội tại của hệ không thể lớn hơn năng lƣơng do nguồn ngoài cung cấp Vậy Hệ Euler-Lagrange thụ động là hệ mà động học của chúng đƣợc mô tả bởi các phƣơng trình Euler-Lagrange (EL) và bản thân hệ. .. với tốc độ của từ trƣờng quay Dây quấn stato đƣợc nối với lƣới điện xoay chiều, dây quấn rôto đƣợc kích thích (kích từ ) bằng dòng điện một chiều Ở chế độ xác lập, máy điện đồng bộ có tốc độ quay của rôto luôn không đổi khi tải thay đổi Động cơ đồng bộ đƣợc sử dụng khi cần công suất truyền động lớn, có thể đến hàng chục MW Ngoài ra, động cơ đồng bộ còn đƣợc dùng làm các máy bù đồng bộ (có khả năng . NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƢƠNG PHÁ P ĐIỀ U KHIỂ N PHI TUYẾN TƢ̣ A THEO THỤ ĐỘ NG (Passivity -. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƢƠNG PHÁ P ĐIỀ U KHIỂ N PHI TUYẾN TƢ̣ A THEO THỤ ĐỘ NG (Passivity -. động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu (hay kích thích vĩnh cửu) . Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống. Chương 3: Áp dụng phƣơng điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động cho hệ thống.