Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục

LỜI CAM ĐOAN Bằng kiến thức học đƣợc giúp đỡ tận tình TS Nguyễn Quang Địch giảng viên Viện Điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi cố gắng để hoàn thành thời hạn mục tiêu đặt Tuy nhiên, kiến thức hạn hẹp, việc tìm tài liệu khó khăn thời gian có hạn nên chắn có sai sót Tôi mong thầy, cô Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ góp ý để hoàn thiện tốt đề tài Tôi xin cam kết luận văn thực hiện, kết nghiên cứu đƣợc đánh giá cách khách quan xác Tôi xin chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng nhƣ có vấn đề quyền tác giả Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 15 tháng 04 năm 2016 Tác giả Ngô Đông Hải MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Lịch sử nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Tóm tắt cô đọng luận điểm đóng góp tác giả .3 Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ Ổ TỪ [1] 1.1.1 Giới thiệu chung ổ từ .5 1.1.2 Phân loại ổ từ 1.1.2.1 Phân loại theo cách bố trí ổ từ 1.1.2.2 Phân loại theo nguyên lý 1.1.3 Ứng dụng ổ từ 10 1.1.3.1 Ứng dụng môi trƣờng đặc biệt đòi hỏi độ vô trùng cao 10 1.1.3.2 Ứng dụng môi trƣờng yêu cầu tốc độ cao 11 1.1.3.3 Ứng dụng môi trƣờng đòi hỏi ma sát nhỏ 13 1.1.3.4 Ứng dụng môi trƣờng nhiệt độ cao thấp 13 1.1.3.5 Ứng dụng lĩnh vực vận tải 14 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRƢỜNG DỌC TRỤC [5,6] 15 1.2.1 Cấu tạo chung động đồng có sử dụng ổ từ 15 1.2.2 Cấu tạo động đồng từ trƣờng dọc trục (động đồng tự nâng khe hở dọc trục) 18 CHƢƠNG II MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRƢỜNG DỌC TRỤC 21 2.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO ĐỘNG CƠ [2,3,4] 21 2.2 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ [5,6] 28 2.2.1 Giới thiệu tổng quan điều khiển PID [9] 32 2.2.2 Cấu trúc điều khiển theo luật vô hƣớng (SCALAR) .37 2.2.3 Cấu trúc điều khiển vector .39 CHƢƠNG III MÔ PHỎNG VÀ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRƢỜNG DỌC TRỤC 50 3.1 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRƢỜNG DỌC TRỤC .50 3.1.1 Xây dựng mô hình 50 3.1.2 Kết mô 54 3.2 NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRƢỜNG DỌC TRỤC .60 3.2.1 Đặt vấn đề 60 3.2.2 Xây dựng hệ điều khiển sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc 62 3.2.3 Cải thiện chất lƣợng điều khiển ổ từ (AMB) điều khiển PD bù trọng trƣờng 76 3.2.4 Đánh giá chất lƣợng điều khiển PID điều khiển PD bù trọng trƣờng theo tiêu chuẩn tích phân bình phƣơng sai lệch 88 CHƢƠNG IV KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một số kiểu vòng bi Hình 1.2 Hình ảnh ổ từ Hình 1.3 Cấu tạo ổ từ ngang trục Hình 1.4 Cấu ổ từ dọc trục Hình 1.5 Ổ từ thụ động .8 Hình 1.6 Cấu trúc ổ từ chủ động 10 Hình 1.7 Cấu tạo thiết bị hỗ trợ bơm tim nhân tạo .10 Hình 1.8 Bơm phân tử tua – bin 11 Hình 1.9 Máy nén dạng ống 12 Hình 1.10 Máy phát tua - bin khí dùng ổ từ 12 Hình 1.11 Hệ thống nguồn dự phòng UPS .13 Hình 1.12 Máy nén khí hóa lỏng .14 Hình 1.13 Tàu điện cao hoạt động dựa vào lực từ .14 Hình 1.14 Nguyên lý hoạt động tàu điện 15 Hình 1.15 Cấu trúc điển hình động đồng dùng ổ từ 15 Hình 1.16 Cấu trúc hệ tích hợp ổ từ ngang trục với động 16 Hình 1.17 Cấu trục hệ tích hợp ổ từ dọc trục với động 17 Hình 1.18 Cấu tạo động đồng từ trƣờng dọc trục 18 Hình 1.19 Rotor cực ẩn 19 Hình 1.20 Rotor cực lồi 19 Hình 1.21 Stator động tự nâng .19 Hình 2.1 Biển diễn đại lƣợng vector hệ tọa độ d,q 21 Hình 2.2 Sơ đồ khối mô hình toán học động đồng từ trƣờng dọc trục .27 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID 28 Hình 2.4 Đặc tính tần số khâu tỉ lệ .29 Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ thống hồi tiếp có khâu tỉ lệ 30 Hình 2.6 Đáp ứng khâu tỉ lệ P 30 Hình 2.7 Đặc tính tần số khâu tích phân 32 Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống hồi tiếp có khâu tích phân 32 Hình 2.9 Đáp ứng khâu tích phân I tích phân tỉ lệ PI 33 Hình 2.10 Đặc tính tần số khâu vi phân .34 Hình 2.11 Sơ đồ khối hệ thống hồi tiếp có khâu vi phân 35 Hình 2.12 Đáp ứng khâu vi phân D vi phân tỉ lệ PD .35 Hình 2.13 Biểu đồ Bode khâu hiệu chỉnh PID 37 Hình 2.14 Đáp ứng khâu tỉ lệ P, tích phân tỉ lệ PI PID 37 Hình 2.15 Cấu trúc điều khiển vô hƣớng 38 Hình 2.16 Mô hình điều khiển cho động đồng từ trƣờng dọc trục 40 Hình 2.17 Mạch vòng điều khiển dòng riêng biệt 42 Hình 2.18 Mô hình Simulink điều khiển dòng PI 43 Hình 2.19 Sơ đồ khối vòng điều khiển vị trí dọc trục .44 Hình 2.20 Mô hình Simulink cho điều khiển vị trí dọc trục 46 Hình 2.21 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ 47 Hình 2.22 Mô hình Simulink điều khiển tốc độ PI .49 Hình 3.1 Mô hình động đồng từ trƣờng dọc trục 51 Hình 3.2 Cấu trúc khối Electrical Model 52 Hình 3.3 Khối chuyển đổi điện áp 52 Hình 3.4 Mô hình hệ thống .53 Hình 3.5 Khối PWM inverter 54 Hình 3.6 Khối so sánh .54 Hình 3.7 Đáp ứng độ dịch chuyển tốc độ 54 Hình 3.8 Đáp ứng tốc độ độ dịch chuyển z = 55 Hình 3.9 Ảnh hƣởng thay đổi tốc độ lên đáp ứng z 55 Hình 3.10 Ảnh hƣởng thay đổi z lên đáp ứng tốc độ 56 Hình 3.11 Đáp ứng tốc độ vị trí dọc trục đóng tải 0.5s .57 Hình 3.12 Đặc tính momen lực hút dọc trục đóng tải 0.5s 58 Hình 3.13 Đặc tính dòng điện pha động 59 Hình 3.14 Đặc tính dòng iq , id 59 Hình 3.15 Mô hình điều khiển PID cho mô hình tuyến tính xung quanh điểm làm việc ổ từ 63 Hình 3.16 Sơ đồ cấu trúc điều khiển theo phƣơng x1 .68 Hình 3.17 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ổ từ .68 Hình 3.18 Sơ đồ mô hệ điều khiển ổ từ với hai mạch vòng điều khiển 69 Hình 3.19 Bộ điều khiển vị trí 69 Hình 3.20 Bộ điều khiển dòng điện 70 Hình 3.21 Mô hình ổ từ .70 Hình 3.22 Đáp ứng dịch chuyển trục ổ từ theo phƣơng x .71 Hình 3.23 Đáp ứng dịch chuyển trục ổ từ theo phƣơng y .71 Hình 3.24 Đáp ứng dịch chuyển trục ổ từ theo phƣơng x, y 71 Hình 3.25 Dòng điện điều khiển đƣợc tính toán từ vòng điều khiển vị trí .72 Hình 3.26 Điện áp điều khiển đƣợc tính toán từ vòng điều khiển dòng điện 73 Hình 3.27 Nhiễu tác động, đáp ứng dịch chuyển theo phƣơng x, y ổ từ 74 Hình 3.28 Đáp ứng dịch chuyển theo phƣơng x, y có tác động xen kênh với điều khiển PID: a) Ổ từ 1; b) Ổ từ 75 Hình 3.29 Cấu trúc điều khiển PD bù trọng trƣờng 76 Hình 3.30 Điều khiển PD bù trọng trƣờng cho ổ từ 76 Hình 3.31 Cấu trúc điều khiển PD bù trọng trƣờng từ công thức (3.15) 77 Hình 3.32 Mô hình hệ kín với điều khiển PD bù trọng trƣờng 80 Hình 3.33 Mô hình điều khiển cho dòng ix1 81 Hình 3.34 Mô hình điều khiển cho dòng iy1 81 Hình 3.35 Mô hình điều khiển cho dòng ix2 81 Hình 3.36 Mô hình điều khiển cho dòng iy2 82 Hình 3.37 Mô hình hệ ổ từ bốn bậc tự 82 Hình 3.38 Khối tín hiệu đặt .83 Hình 3.39 Khối tính sai lệch .83 Hình 3.40 Khối tính đạo hàm sai lệch .83 Hình 3.41 Khối tính đạo hàm tín hiệu đặt 84 Hình 3.42 Khối tính đạo hàm bậc hai tín hiệu đặt 84 Hình 3.43 Đáp ứng dịch chuyển theo phƣơng x y ổ từ 84 Hình 3.44 Đáp ứng dịch chuyển theo phƣơng x y ổ từ 85 Hình 3.45 Dòng điện điều khiển đƣợc tính toán từ vòng điều khiển vị trí .85 Hình 3.46 Đáp ứng dịch chuyển theo phƣơng x y ổ từ 86 Hình 3.47 Đáp ứng dịch chuyển theo phƣơng x y ổ từ 86 Hình 3.48 Tác động xen kênh ổ từ theo phƣơng x y bị loại trừ .87 Hình 3.49 Tác động xen kênh ổ từ theo phƣơng x y bị loại trừ .87 LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần nhờ phát triển khoa học, kỹ thuật nhiều loại máy móc thiết bị đời phục vụ cho công nhiệp sinh hoạt Với đặc điểm bật khác loại động khác nên động điện đồng kết hợp ổ từ đƣợc sử dụng nhiều lĩnh vực với ứng dụng khác nhƣ: Trong y tế động đồng dùng ổ từ tạo truyền động cho dây chuyền điều chế thuốc; bơm làm mát cho phát tia laser; ứng dụng công nghệ thực phẩm; máy phát tua–bin Các đặc điểm vƣợt trội loại động khác nhƣ hiệu suất, cos φ cao; tốc độ phụ thuộc vào điện áp; không bị hao mòn, ma sát nhỏ dùng ổ từ; có khả tăng công suất tăng thêm stator rotor gắn trục động cơ… Chất lƣợng hệ truyền động phụ thuộc nhiều vào động tạo nên truyền động Cần phải tạo hệ truyền động có khả thay đổi tốc độ trơn, mịn với phạm vi điều chỉnh rộng, độ xác đại lƣợng điều chỉnh chế độ tĩnh cao để tạo nên vùng làm việc với sai số nhỏ, hệ làm việc với trình độ phải đạt đƣợc độ ổn định cao hệ phải có khả đáp ứng nhanh với yêu cầu điều chỉnh Tất điều thực đặt yêu cầu ngày khắt khe cho hệ thống truyền động; đặc biệt yêu cầu điều khiển thông minh, nhanh gọn động đồng đƣợc đề cao nhiều Đáp ứng yêu cầu loạt giải thuật điều khiển động đồng đƣợc nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực truyền động điện nhƣ: Phƣơng pháp điều khiển vector; Điều khiển trực tiếp moment (Direct Torque Control - DTC); Điều khiển tựa theo từ thông (Field Orientated Control - FOC); Phƣơng pháp điều khiển vô hƣớng (điều khiển V/f = const) Trong đó, phƣơng pháp điều khiển vector với ƣu điểm cho phép điều khiển từ thông momen hoàn toàn độc lập với thông qua điều khiển giá trị tức thời dòng giá trị tức thời áp; điều khiển vector cho phép tạo phản ứng nhanh xác từ thông momen trình độ nhƣ trình xác lập tạo nên điểm riêng phƣơng pháp đƣợc ứng dụng nhiều điều khiển động đồng Chính tất ƣu điểm bật, phƣơng pháp điều khiển nhƣ tính thông minh, xác đem ứng dụng động đồng vào hệ truyền động; Và yêu cầu cần đƣợc đáp ứng, giải nên tác giả định chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục” làm đề tài bảo vệ tốt nghiệp Với mục đích nghiên cứu, tìm giải pháp để nâng cao chất lƣợng hệ truyền động thông qua tìm hiểu điều khiển động đồng từ trƣờng dọc trục Lịch sử nghiên cứu Ngày nay, với xu phát triển khoa học kỹ thuật nói chung ngành tự động hóa nói riêng việc nghiên cứu, chế tạo hệ thống thiết bị đại có ứng dụng vào thực tiễn yêu cầu cấp thiết quan trọng Động dùng ổ từ từ trƣờng dọc trục hệ thống nhƣ vậy, chúng đƣợc đời từ lâu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết nảy sinh vấn đề mà ổ bi gây Đó việc bôi trơn dầu mỡ , ma sát tiếp xúc khí khiến ổ bi có hạn chế lớn điều kiện môi trƣờng đặc biệt yêu cầu vô trùng, hay môi trƣờng có nhiệt độ thấp cao Trong năm gần đây, việc nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển cho ổ từ động tích hợp ổ từ đem lại kết khả quan, nhân tố khiến cho ổ từ ngày đƣợc sử dụng rộng rãi nhiều ứng dụng khác Và để khẳng định tính quan trọng, hiệu ổ từ tác giả lần khẳng định chọn đề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục” để nói ứng dụng ổ từ động đồng từ trƣờng dọc trục hoàn toàn đắn cần thiết Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích đề tài: “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục” tìm hiểu động đồng từ trƣờng dọc trục Nghiên cứu cách điều khiển động đồng từ trƣờng dọc trục để nâng cao đƣợc chất lƣợng hệ truyền động; tính toán mô hệ điều khiển cho động Bài luận văn sâu vào tìm hiểu, nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển động đồng kết hợp với ổ từ dọc trục rotor cực lồi Tức bỏ qua phần rotor cực ẩn ổ từ ngang trục, trục động đƣợc nâng ổ từ thụ động nên ta coi nhƣ trục đƣợc giữ cố định theo phƣơng x, y Ta nghiên cứu điều khiển ổn định trục chuyển động theo phƣơng z kết hợp với điều khiển tốc độ quay rotor Phạm vi nghiên cứu đề tài tìm hiểu động đồng ổ từ từ trƣờng dọc trục; Xây dựng đƣợc mô hình toán học tính toán hệ điều khiển; Mô hệ điều khiển động đồng từ trƣờng dọc trục xây dựng Tóm tắt cô đọng luận điểm đóng góp tác giả Bản luận văn đƣợc trình bày gồm bốn chƣơng với nội dung cụ thể nhƣ sau: Chƣơng I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng Quan Về Ổ Từ 1.1.1 Giới thiệu chung ổ từ 1.1.2 Phân loại ổ từ 1.1.2.1 Phân loại theo cách bố trí ổ từ 1.1.2.2 Phân loại theo nguyên lý 1.1.3 Ứng dụng ổ từ 1.1.3.1 Ứng dụng môi trƣờng đặc biệt đòi hỏi độ vô trùng cao 1.1.3.2 Ứng dụng môi trƣờng yêu cầu tốc độ cao 1.1.3.3 Ứng dụng môi trƣờng đòi hỏi ma sát nhỏ 1.1.3.4 Ứng dụng môi trƣờng nhiệt độ cao thấp 1.1.3.5 Ứng dụng lĩnh vực vận tải 1.2 Tổng Quan Về Động Cơ Đồng Bộ Từ Trƣờng Dọc Trục 1.2.1 Cấu tạo chung động đồng có sử dụng ổ từ 1.2.2 Cấu tạo động đồng từ trƣờng dọc trục Chƣơng II MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRƢỜNG DỌC TRỤC *) Xây dựng hệ điều khiển Ta thay M(q),C(q,q),g(q) vào công thức (3.5) ta có điều khiển PD bù trọng trƣờng – tách kênh cho hệ ổ từ bốn bậc tự (AMB DOF) đƣợc biểu diễn nhƣ sau: Jy    2K  h a  cos  y  a      u        h  2K a  a  cos x     k1 0   y1d      k1 0    x1d   0 k1   y2d       0 k1   x 2d  y1   k  x1     y2      x2   0 Jx m 2K a 0 k2 0 0 k2             m   2K a    y1d   x1d    y2d  k   x 2d J i sin y w rm J k cos y   (y  y )     2K cos3   h a  cos x   K a a y        w rm J k cos y J i sin x K n     x  x2   h  h   cos x  a  K a 2K n cos3 x  a        0   0 78  y1   y1d     x1   x1d       y2   y2d       x   x 2d    0    y1     x1 0    y      x2   0 0  Ka K  n          0 Ka Kn 0 Ka Kn 0     y    x    y      x2  Ka  K n  Trong đó: - Ma trận quán tính hệ ổ từ đƣợc mô tả nhƣ sau: Jy    2K  h a  cos  y  a      M(q)          - 0 Jx h  2K a  a  cos x   m 2K a 0 Hệ số khuếch đại:  k2  k1 0  0 k   0   K1  ; K2    0 k1       0 k1   - k2 0 0 k2 Sai lệch đạo hàm sai lệch quỹ đạo bám:  y1d x e   1d  y 2d   x 2d -  y1   y1d  x  x1  ; e   1d  y 2d  y2     x2   x 2d Ma trận hƣớng tâm: 79  y1   x1    y2    x2  0 0  0  k2              m   2K a  J i sin y  (y  y )   2K cos3   h a  a y      w rm J k cos y C(q, q)    h   cos x  a  K a       w rm J k cos y h  cos x  a  K a    J i sin x K n h  2K n cos x  a    3  x1  x   0     0    0 0 Với: Jx, Jy – Momen quán tính trục x y Jk – Momen quán tính trục z Kn, Ka – Lần lƣợt hệ số tỷ lệ với dòng điện độ dịch chuyển x , y - Là góc lệch theo phƣơng x theo phƣơng y - Ma trân trọng trƣờng:  Ka K  n   g(q)         0 Ka Kn 0 Ka Kn 0          Ka  K n  *) Mô hệ thống điều khiển ổ từ bốn bậc tự (ABM) - Sơ đồ mô Hình 3.32 Mô hình hệ kín với điều khiển PD bù trọng trường 80 - Trong khối mô đƣợc diễn giải nhƣ sau: Hình 3.33 Mô hình điều khiển cho dòng ix1 Hình 3.34 Mô hình điều khiển cho dòng iy1 Hình 3.35 Mô hình điều khiển cho dòng ix2 81 Hình 3.36 Mô hình điều khiển cho dòng iy2 Hình 3.37 Mô hình hệ ổ từ bốn bậc tự 82 Hình 3.38 Khối tín hiệu đặt Hình 3.39 Khối tính sai lệch Hình 3.40 Khối tính đạo hàm sai lệch 83 Hình 3.41 Khối tính đạo hàm tín hiệu đặt Hình 3.42 Khối tính đạo hàm bậc hai tín hiệu đặt - Kết mô + Trƣờng hợp nhiễu Hình 3.43 Đáp ứng dịch chuyển theo phương x y ổ từ 84 Hình 3.44 Đáp ứng dịch chuyển theo phương x y ổ từ Nhận xét: Từ hình 3.43 3.44 ta thầy cho PD bù trọng trƣờng vào điều khiển đáp ứng dịch chuyển có xu hƣớng dạng sóng sin dao động ổn định hơn, thời gian để đáp ứng dịch chuyển ổn định (0,025s) nhanh so với trƣờng hợp điều khiển sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc (0,06s) nhƣ hình 3.22, 3.23 3.24 Hình 3.45 Dòng điện điều khiển tính toán từ vòng điều khiển vị trí 85 Nhận xét: Dòng điện điều khiển trƣờng hợp điều khiển PD bù trọng trƣờng có dạng hình sin đáp ứng 0,03s nhanh so với trƣờng hợp điều khiển sử dụng phƣơng pháp tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc (0,05s) + Trƣờng hợp có nhiễu: Hình 3.46 Đáp ứng dịch chuyển theo phương x y ổ từ Hình 3.47 Đáp ứng dịch chuyển theo phương x y ổ từ Nhận xét: Khi có nhiễu tác động đáp ứng dịch chuyển không đột giảm mà dao động khoảng thời gian khoảng 0,02s trở trạng thái ổn 86 định (hinh 3.46 3.47) không đột ngột có theo nhiễu nhƣ phƣơng pháp tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc (hình 3.27) + Kiểm tra khả tách kênh (khử tác động xen kênh) Hình 3.48 Tác động xen kênh ổ từ theo phương x y bị loại trừ Hình 3.49 Tác động xen kênh ổ từ theo phương x y bị loại trừ  Nhận xét: Khi đƣa điều khiển PD bù trọng trƣờng vào hệ điều khiển ổ từ ta thấy có tín hiệu điều khiển chuyển động theo phƣơng x thay đổi làm 87 khe hở không khí ổ từ theo phƣơng x thay đổi, khe hở không khí ổ từ theo phƣơng y không thay đổi thay đổi (hình 3.28, 3.48 3.49) Nhƣ điều khiển PD bù trọng trƣờng loại bỏ đƣợc tƣợng xen kênh 3.2.4 Đánh giá chất lƣợng điều khiển PID điều khiển PD bù trọng trƣờng theo tiêu chuẩn tích phân bình phƣơng sai lệch Để đánh giá chất lƣợng điều khiển cho hệ thống điều khiển ổ đỡ từ bốn bậc tự do, ta sử dụng tiêu chuẩn tích phân bình phƣơng sai lệch Nội dung tiêu chuẩn đƣợc phát biểu nhƣ sau: Ta gọi sai lệch đáp ứng độ dịch chuyển theo phƣơng x, y ổ đỡ từ so với giá trị đặt ex: ex  x – x đ e y  y – yđ Trong đó: x, y – đáp ứng độ dịch chuyển theo phƣơng x, y ổ từ x đ , yđ – giá trị đặt độ dịch chuyển theo phƣơng x, y ổ từ Khi ta xác định đƣợc giá trị theo tiêu chuẩn tích phân bình phƣơng sai lệch theo công thức:  E   e2 (t) nhỏ chất lƣợng điều khiển hệ thống tốt Với: e - sai lệch đáp ứng độ dịch chuyển giá trị đặt theo phƣơng x, y E - giá trị tính tích phân bình phƣơng sai lệch nhỏ theo phƣơng x, y Kết sau tính toán với hai điều khiển: a) Trường hợp nhiễu - Khi sử dụng điều khiển tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc: + Theo phƣơng x ổ đỡ từ 2: Eminx1 = Eminx2 = 0.08533 (hình 3.22, 3.24) + Theo phƣơng y ổ đỡ từ 2: Eminy1 = Eminy2 = 0.11792 (hình 3.23, 3.24) - Khi sử dụng điều khiển PD bù trọng trƣờng: 88 + Theo phƣơng x ổ đỡ từ 2: Eminx1 = Eminx2 = 0.00047 (hình 3.43, 3.44) + Theo phƣơng y ổ đỡ từ 2: Eminy1 = Eminy2 = 0.00048 (hình 3.43, 3.44) b) Trường hợp có nhiễu - Khi sử dụng điều khiển tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc: + Theo phƣơng x ổ đỡ từ 2: Eminx1 = Eminx2 = 0.08826 (hình 3.27, 3.28) + Theo phƣơng y ổ đỡ từ 2: Eminy1 = Eminy2 = 0.12101(hình 3.27, 3.28) - Khi sử dụng điều khiển PD bù trọng trƣờng: + Theo phƣơng x ổ đỡ từ 2: Eminx1 = Eminx2 = 0.00051(hình 3.46, 3.47) + Theo phƣơng y ổ đỡ từ 2: Eminy1 = Eminy2 = 0.00053(hình 3.46, 3.47)  Nhận xét: Từ kết đánh giá theo tiêu chuẩn tích phân bình phƣơng sai lệch, cho thấy điều khiển PD bù trọng trƣờng có giá trị sai lệch nhỏ (khoảng 200 lần) điện khiển tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc trƣờng hợp có nhiễu nhiễu tác động Điều chứng tỏ với thuật toán điều khiển phi tuyến chất lƣợng hệ thống đƣợc cải thiện Bộ điều khiển hệ truyền động sử dụng ổ từ phƣơng pháp tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc đạt đƣợc chất lƣợng tĩnh động nhƣ mong muốn nhƣng chƣa cao Trên sở mô tả đƣợc hệ AMB dƣới dạng EL đủ cấu chấp hành, áp dụng thành công phƣơng pháp điều khiển PD bù trọng trƣờng tách kênh cho hệ phi tuyến AMB Với phƣơng pháp giải đƣợc vấn đề hệ AMB: (1) Điều khiển bám ổn định cho hệ với thay đổi tín hiệu đầu vào: Khi tín hiệu điều khiển đầu vào có thay đổi tín hiệu bám nhanh theo với độ xác cao, theo tiêu chuẩn tích phân bình phƣơng sai lệch sai số nhỏ hệ thống làm việc với điều khiển PD bù trọng trƣờng Điều chứng tỏ chất lƣợng hệ thống đƣợc nâng cao (2) Điều khiển tách kênh cho hệ: Khi thay đổi tín hiệu vào theo phƣơng x thấy đáp ứng theo phƣơng x có thay đổi nhƣng phƣơng y không đổi ngƣợc lại 89 CHƢƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN - Kết đạt đƣợc + Tìm hiểu đƣợc ƣu, nhƣợc điểm ứng dụng đặc biệt ổ từ vào động đồng bộ; vào ngành đặc biệt yêu cầu độ vô trùng, tốc độ cao; điều kiện môi trƣờng áp suất, nhiệt độ cao thấp… + Tìm hiểu đƣợc cấu tạo, đặc điểm động đồng từ trƣờng dọc trục + Xây dựng đƣợc mô hình toán học, cấu trúc điều khiển cho động đồng từ trƣờng dọc trục + Xây dựng đƣợc mô hình điều khiển tách kênh cho động có mô phần mền Matlab + Biết cách can thiệp vào phận điều khiển động để gián tiếp nâng cao chất lƣợng hệ truyền động + Ngoài ra, tạo nên hệ thống điều khiển cho động đồng từ trƣờng dọc trục với đầy đủ đối tƣợng bị điều khiển động đồng từ trƣờng dọc trục; mạch nguồn; mạch điều khiển; khối CPU; cảm biến đo trả tín hiệu + Tác giả biết cách tìm, đọc tài liệu nƣớc nhƣ nƣớc để chắt lọc lấy nội dung kiến thức cho luận văn + Biết sử dụng phần mềm Matlab để mô cho động cơ, biết sử dụng Word để soạn thảo, viết luận văn - Nhƣợc điểm tồn đọng + Do đề tài mẻ nên nội dung kiến thức số phần mang tính chất giới thiệu + Thuộc ngành kỹ thuật nên trình bày word có số thao tác chƣa quen 4.2 KIẾN NGHỊ - Qua luận văn tác giả muốn đề xuất hƣớng phát triển tiếp tạo lập mô hình thực để mô kiểm nghiện Tìm hiểu thêm nhiều phƣơng pháp điều khiển động đồng từ trƣờng dọc trục khác 90 - Đề xuất nghiên cứu tìm hiểu số điều khiển cho động đồng - Tìm hiểu thêm phƣơng pháp điều khiển ổ từ khác để tối ƣu tính dùng động 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Q Nguyen and S Ueno, A study on axial gap self bearing motor drives, in Proc Int Symp Micro/Nano System Technol , Hanoi, Veitnam, Dec 2008, CDROM [2] D Q Nguyen and S Ueno, Sensorless speed control of a permanent magnet type axial gap self bearing motor, in Proc 11th Int Symp Magn Bearings, Nara, Japan, Aug 2008, CD-Rom [3] D Q Nguyen and S Ueno,Sensorless speed control of a permanent magnet type axial gap self bearing motor, J.Syst.Des.Dyn.,vol.3, no 4, pp 494–505, Jul 2009 [4] Nguyễn Phùng Quang , Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, NXB GD -1998 [5] Jeffrey Hillyard, Magnetic Bearings (Joint Advanced Student School), Department of Mechanical Engineering - Technical University of Munich - 2006 [6] Gerhard Schweitzer · Eric H Maslen, Magnetic Bearings, Springer Dordrecht Heidelberg London New York – 2009 [7] Wikipedia contributors (2006) Hysteresis The Free Encyclopedia April 1, 2006 [8] Wikipedia contributors (2006) Magnetic field The Free Encyclopedia April 1, 2006 [9] Nguyễn Thị Phƣơng Hà, Huỳnh Thái Hoàng (2005) Lý thuyết điều khiển tự động Nxb Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 92 ... cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục làm đề tài bảo vệ tốt nghiệp Với mục đích nghiên cứu, tìm giải pháp để nâng cao chất lƣợng hệ truyền động. .. hiệu ổ từ tác giả lần khẳng định chọn đề tài: Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục để nói ứng dụng ổ từ động đồng từ trƣờng dọc trục. .. đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích đề tài: Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động động đồng kích thích vĩnh cửu từ trường dọc trục tìm hiểu động đồng từ trƣờng