thiết kế bộ quan sát trượt

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI VIỆN ðÀO TẠO SAU ðẠI HỌC          NGUYỄN VĂN LINH ¬ THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT TRƯỢT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ðiện khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn Mã số : 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN XUÂN MINH Hà Nội – 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ii LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Nguyễn Văn Linh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iii LỜI CẢM ƠN Tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Phan Xuân Minh, giảng viên trường ðại học Bách Khoa Hà Nội, người ñã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện công trình khoa học này. Tôi muốn gửi lời cảm ơn trân trọng tới các thầy, cô giáo trong Bộ môn ðiện Kỹ thuật, Khoa Cơ ðiện, ðại học Nông nghiệp Hà Nội, ñã tạo ñiều kiện, giúp ñỡ, ñộng viên tôi, và có những góp ý hết sức bổ ích và cần thiết cho công trình nghiên cứu này. Tôi muốn gửi lời biết ơn chân thành tới các thầy, cô giáo trong Bộ môn ðiều khiển tự ñộng, Khoa ðiện, ðại học Bách Khoa Hà Nội về những ñóng góp quý báu cho luận văn này. Một lời cảm ơn nồng nhiệt tôi muốn gửi tới các ñồng nghiệp, bạn bè của tôi ñã thường xuyên thăm hỏi, chia sẻ suy nghĩ trong quá trình tôi thực hiện luận văn này. ðặc biệt, tôi muốn gửi tình yêu vô hạn tới gia ñình tôi ñã luôn bên cạnh, ñộng viên, tạo ñiều kiện tốt nhất ñể tôi thực hiện công trình khoa học này. Tác giả Nguyễn Văn Linh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iv MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VII BẢNG QUY ƯỚC KÝ HIỆU VIII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU IX DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ X CHƯƠNG 1 - 1 - MỞ ðẦU - 1 - 1.1 BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI 1 - 1.2 BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT 4 - 1.3 PHÂN BIỆT GIỮA BỘ QUAN SÁT TRƯỢT VÀ CÁC BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI KHÁC 5 - CHƯƠNG 2 - 8 - ðIỀU KHIỂN CHẾ ðỘ TRƯỢT - 8 - 2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 9 - 2.2 CHIẾN LƯỢC ðIỀU KHIỂN 11 - 2.3 CƠ SỞ CHẾ ðỘ TRƯỢT 14 - 2.3.1 Sự tồn tại của chế ñộ trượt - 14 - 2.3.2 Tính ñạt ñược ñường ống trượt trong thời gian xác ñịnh - 14 - 2.3.3 Kết quả của ñiều khiển chế ñộ trượt - 15 - 2.3.4 Vùng hấp dẫn - 16 - 2.3.5 Chuyển ñộng trượt - 16 - 2.4 CÁC ðẶC TÍNH ðỘNG HỌC TRONG CHẾ ðỘ TRƯỢT 18 - 2.4.1 Các hệ thống tuyến tính - 18 - 2.4.2 Các hệ thống phi tuyến - 22 - 2.4.3 Hiện tượng tiếng kêu lạch cạch (chattering) - 24 - 2.5 THIẾT KẾ ðIỀU KHIỂN CHẾ ðỘ TRƯỢT 26 - 2.5.1 ðiều kiện ñạt ñược - 26 - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật v 2.5.2 Các thuộc tính bền vững - 28 - CHƯƠNG 3 - 32 - BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT - 32 - 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 32 - 3.2 ðẦU RA VÀ PHÉP NỘI XẠ VI PHÂN ðẦU VÀO 39 - 3.2.1 Bộ quan sát phi tuyến - 39 - 3.2.2 Bộ quan sát trượt cho ñầu ra và dạng nội xạ phi tuyến vi phân ñầu ra . - 41 - 3.3 QUAN SÁT ðẦU VÀO MÔ HÌNH DẠNG TAM GIÁC 45 - 3.3.1 Thiết kế bộ quan sát chế ñộ trượt ñối với ñầu vào mô hình dạng tam giác - 46 - 3.3.2 ðiều kiện xem xét bộ quan sát - 50 - 3.4 MÔ PHỎNG BỘ QUAN SÁT TRƯỢT 52 - CHƯƠNG 4 - 54 - BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT CHO ðỘNG CƠ MỘT CHIỀU - 54 - 4.1 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ðỘNG CƠ ðIỆN MỘT CHIỀU 54 - 4.2 BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT 55 - 4.2.1 Bộ quan sát tốc ñộ - 55 - 4.2.2 Bộ quan sát dòng - 56 - 4.2.3 Bộ quan sát mô men tải - 57 - 4.3. MÔ PHỎNG BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT 58 - CHƯƠNG 5 - 64 - THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT TRƯỢT CHO ðỘNG CƠ KHÔNG ðỒNG BỘ BA PHA - 64 - 5.1 GIỚI THIỆU 64 - 5.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ðỘNG CƠ KHÔNG ðỒNG BỘ BA PHA 65 - 5.3 BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT 69 - 5.3.1 Mô hình bộ quan sát - 69 - 5.3.2 Phân tích bộ quan sát - 70 - 5.4 MÔ PHỎNG BỘ QUAN SÁT TRƯỢT ðỘNG CƠ KHÔNG ðỒNG BỘ BA PHA 74 - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vi 5.5 ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT VỚI BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI LUENBERGER 78 - 5.5.1 Bộ quan sát Luenberger cho ñộng cơ không ñồng bộ ba pha - 78 - 5.5.2 Kết quả mô phỏng giữa hai phương pháp - 80 - 5.5.3 Kết luận - 84 - 5.6 THIẾT KẾ BỘ ðIỀU KHIỂN CHẾ ðỘ TRƯỢT ðIỀU KHIỂN ðỘNG CƠ KHÔNG ðỒNG BỘ BA PHA DỰA TRÊN BỘ QUAN SÁT TRƯỢT 84 - 5.6.1 Thiết kế bộ ñiều khiển - 84 - 5.6.2 ðáp ứng vòng kín - 86 - 5.6.3 Kết quả mô phỏng - 88 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 90 - 1. KẾT LUẬN 90 - 2. KIẾN NGHỊ 91 - PHỤ LỤC - 92 - TÀI LIỆU THAM KHẢO - 101 - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vii CÁC TỪ VIẾT TẮT SMC Sliding Mode Control – ðiều khiển chế ñộ trượt VSC Variable Structure Control – ðiều khiển có cấu trúc thay ñổi PWM Pulse Width Modulation – ðiều biến ñộ rộng xung SISO Single Input Single Output – Hệ thống một ñầu vào, một ñầu ra FOC Field Oriented Control – ðiều khiển hướng từ trường LTI Linear Time Invariant – Hệ thống tuyến tính bất biến theo thời gian Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật viii BẢNG QUY ƯỚC KÝ HIỆU X, X 1 , X 2 Vector trạng thái U Vector tín hiệu ñầu vào X e Vector trạng thái tương ñương u Tín hiệu vào x, x i Biến trạng thái Y Vector tín hiệu ra s Bề mặt trượt f, h, g Các trường vector u e Tín hiệu ñiều khiển tương ñương Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Tên bảng Trang Bảng 4.1 Các thông số ñộng cơ một chiều 55 Bảng 5.1 Các thông số của ñộng cơ không ñồng bộ ba pha 68 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Tên hình Trang Hình 1.1 Vai trò của bộ quan sát 2 Hình 2.1 Pha mô tả và miền chế ñộ trượt 19 Hình 2.2 Chuyển ñộng chế ñộ trượt với hai hàm 22 Hình 2.3 Hiện tượng chattering 24 Hình 2.4 Hàm bão hoà sat(s) 25 Hình 2.5 a) Chuyển ñộng chuẩn ε = 0; b) Chuyển ñộng thực 26 Hình 2.6 Biểu diễn các biến trạng thái theo thời gian 29 Hình 3.1 Giá trị thực (nét liền) và giá trị quan sát (nét ñứt) của biến x 1 53 Hình 3.2 Giá trị thực (nét liền) và giá trị quan sát (nét ñứt) của biến x 2 56 Hình 4.1 Dạng sóng dòng a i ˆ (nét ñứt) và a i (nét liền) 59 Hình 4.2 Hình 4.2. Dạng sóng dòng a i ˆ (nét ñứt) và a i (nét liền) 60 Hình 4.3 Dạng sóng ω (nét ñứt) và ω ˆ (nét liền) 61 Hình 4.4 Dạng sóng ω (nét ñứt) và ω ˆ (nét liền) 61 [...]... d ng các b quan sát ch ñ trư t Khi mà phương pháp s c a các b quan sát ch ñ trư t trong c u trúc quan sát – ñi u khi n chưa ñư c nghiên c u nhi u, vai trò ng d ng c a b quan sát này ñã b h th p trong m t s trư ng h p, ñ c bi t trong quá trình th c hi n vòng kín [9] Theo [12], ñ ñánh giá các c i ti n trong quan sát tr ng thái ñư c th c hi n b i b quan sát ch ñ trư t, vi c xây d ng b quan sát trư t ñư... h n ch 1.1 B QUAN SÁT TR NG THÁI Các b quan sát có th ñư c s d ng ñ thay th các c m bi n trong h th ng ñi u khi n Các b quan sát là các thu t toán k t h p gi a các tín hi u ño ñư c và các ki n th c khác c a h th ng ñi u khi n ñ t o ra các tín hi u ñư c quan sát Các tín hi u ñư c quan sát này có th chính xác hơn, ít t n kém hơn và ch c ch n hơn các tín hi u ñư c ño Do ñó, các b quan sát cho phép các... quan sát trư t v i b l c Kalman như là ph n tuy n tính c a nó N n t ng c a ñánh giá tr ng thái b i b quan sát trư t ñư c th c hi n b i b quan sát Luenberger truy n th ng S m r ng phi tuy n ñư c thi t k ñ ph n ng nhanh v i các sai l ch c a ñánh giá tuy n tính t h th ng phi tuy n hay bù ñ i v i nhi u và các nhi u ngoài [12] 1.3 PHÂN BI T GI A B QUAN SÁT TRƯ T VÀ CÁC B QUAN SÁT TR NG THÁI KHÁC Các b quan. .. n h i tr ng thái và b quan sát tr ng thái ñư c xây d ng d a trên mô hình toán h c c a h th ng v i m t s các ch ñ dao ñ ng nh t ñ nh, nhưng ñi u này có th gây ra tràn ñi u khi n và quan sát, do ñó các ch ñ h Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t - 3 - th ng không th ñi u khi n ñư c ð lo i b tràn quan sát s d ng b quan sát ch ñ trư t Vi c th c thi b quan sát ch ñ trư t ñư c so... ñ nh ti m n trong các kênh ñ u vào Do ñó, d a trên lý thuy t ñi u khi n, tính quan sát ñư c và tính ñi u khi n ñư c, b quan sát không liên t c s d ng thu c tính b n v ng c h u này ñ quan sát tr ng thái c a h th ng Walcott và Zak s d ng phương pháp d a trên Lyapunov ñ xây d ng b quan sát, dư i các gi thi t phù h p, b quan sát ñã cho th y sai s tr ng thái ti m c n gi m khi mà các phi tuy n và s m t n... t) và iˆβ (nét li n) – Luenberger 83 Hình 5.16 D ng sóng iβ (nét ñ t) và iˆβ (nét li n) – quan sát trư t 84 Hình 5.17 Hình 5.18 S sai l ch dòng ñi n theo tr c q gi a giá tr th c và giá tr quan sát ñư c b i b quan sát trư t S sai l ch t thông rotor theo tr c d gi a giá tr th c và giá tr quan sát ñư c b i b quan sát trư t 88 89 Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t xii CHƯƠNG... u ph n h i theo phương pháp truy n th ng Ph n h i quan sát C m bi n B quan sát tr ng thái S hi u bi t v ñ i tư ng/c m bi n Ph n h i ño Hình 1.1 Vai trò c a b quan sát Trong m t s trư ng h p, b quan sát có th ñư c s d ng ñ nâng cao ch ñ th c thi c a h th ng Nó có th chính xác hơn các c m bi n và có th gi m ñ tr pha trong các c m bi n [2] Các b quan sát cũng có th cung c p các tín hi u nhi u, các tín... khoa h c ñã quan tâm t i các phương pháp lý thuy t truy n th ng, s d ng c u trúc c a b quan sát Luenberger chu n ñ i v i h tuy n tính ñ c i thi n các b quan sát Theo [4], trong các b quan sát thích nghi, các tham s chưa bi t khác ñư c nh n d ng b i các phương trình d a trên lý thuy t ñi u khi n thích nghi ði u này cho phép ñi u tìm ra các ñi u ki n ñ i v i s n ñ nh Gi a các ñ xu t này, b quan sát ch ñ... ñ nh c a các b quan sát ch ñ trư t có th là các ưu ñi m trong các v n ñ như thi t k b ñi u khi n d a trên b quan sát ñ i v i các h th ng phi tuy n hay trong các ng d ng ñòi h i các ñánh giá nhanh c a các ñ u vào chưa bi t gi ng như phát hi n l i và nh n d ng tham s tr c tuy n Các b quan sát c u trúc thay ñ i trong th i gian xác ñ nh cũng có th ñư c quan tâm ñ gi i quy t các v n ñ quan sát c a m t s... n ch ñ trư t thúc ñ y vi c nghiên c u các b quan sát ch ñ Misawa l n ñ u Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ k thu t - 5 - tiên nghiên c u thi t k b quan sát s d ng lý thuy t ch ñ trư t ñ i v i các h th ng phi tuy n Trong m t th i gian, b l c Kalman m r ng ñư c coi là gi i pháp duy nh t cho v n ñ quan sát tr ng thái Tuy nhiên, b quan sát này có m t vài như c ñi m c h u, như s nh . 4.2 BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT 55 - 4.2.1 Bộ quan sát tốc ñộ - 55 - 4.2.2 Bộ quan sát dòng - 56 - 4.2.3 Bộ quan sát mô men tải - 57 - 4.3. MÔ PHỎNG BỘ QUAN SÁT CHẾ . ðỒNG BỘ BA PHA 65 - 5.3 BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT 69 - 5.3.1 Mô hình bộ quan sát - 69 - 5.3.2 Phân tích bộ quan sát - 70 - 5.4 MÔ PHỎNG BỘ QUAN SÁT TRƯỢT . 1 - 1.1 BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI 1 - 1.2 BỘ QUAN SÁT CHẾ ðỘ TRƯỢT 4 - 1.3 PHÂN BIỆT GIỮA BỘ QUAN SÁT TRƯỢT VÀ CÁC BỘ QUAN SÁT TRẠNG