Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 27 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
27
Dung lượng
2,38 MB
Nội dung
1 MỞ ĐẦUTính cấp thiết đề tài luận án Để tạo chuyểnđộng thẳng sửdụngđộng quay tròn truyền thống phải qua cấu trung gian, điều dẫn đếnhiệu suất, độ xác hệ thống bị suy giảm Khơng dừng lại kết cấu khí trung gian làm tăng kích thước hệ thống đồng thời làm khả động học hệ thống trở nên xấu so sai số tích lũy phần tử có tồn hệ thống Trong công nghiệp chuyểnđộng thẳng sửdụng ngày rộng khắp kể đây:Robot, máy nâng hạ, máy công cụ kỹ thuật số (CNC)… Để tăng hiệusửdụng khơng gian hạn định cho trước khơng gian để lắp đặt thiết bị cần tận dụng cách triệt để (giảm kích thước thiết bị lắp đặt) đồng thời phải đảm bảo linh hoạt, yêu cầu cao độ xác vị trí, tốc độ động học Độngtuyếntính đáp ứng u cầu đặt cho yêu cầu trên, đối tượng tạo chuyểnđộng thẳng trực tiếp khơng cần qua phần tử trung gian phương pháp tạo chuyểnđộng thẳng gián tiếp ĐộngPolysolenoid loại độngtuyếntínhđồng kích thích vĩnh cửu với kết cấu hình ống, đáp ứng đầy đủ yêu cầu nói đặc biệt quan trọng với ứngdụng robot song song (parallel robot) hexapod Do đó, độngPolysolenoid lựa chọn đối tượng nghiên cứu luận án Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nội dung luận án tập trung nghiên cứu đối tượng độngPolysolenoid theo hướng thiết kế điềukhiểncó khả xử lý hiệuứngđầucuốiđộng KTVC Polysolenoid cấu trúc điềukhiển Bao gồm nội dung sau: Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan phương pháp mơ hình hóa cho độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu nói chung từ vào trường hợp riêng độngtuyếntính dạng Polysolenoid Tác giả tiến hành xây dựng mơ hình hóa độngPolysolenoid trường hợp không xétđếnhiệuứngđầucuối Thực phương án chuyển hệ tọa độ mơ tả tốn học mơ hình để sửdụng cấu trúc tách kênh trực tiếp cấu trúc điềukhiển Nội dung 2: Tìm hiểuhiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính nói chung (thể qua đặc điểm cấu tạo độngtuyến tính, chất vật lý,…) Từ đề xuất phương pháp mơ hình hóa độngPolysolenoidxétđếnhiệuứngđầucuối Tiến hành xây dựng mơ tả tốn học, sơ đồ cấu trúc cho đối tượng điềukhiểnxétđếnhiệuứngđầucuốidùngđiềukhiển Nội dung 3: Từ mơ hình tốn học thu tác giả tiến hành thiết kế điềukhiển cho độngPolysolenoid Việc thiết kế điềukhiển cho độngPolysolenoid chia làm hai nhóm phương pháp: Nhóm thứ gồm phương pháp (Min-max CCS, Min-max FCS, Min-max Deadbeat) áp dụng với mơ hình chưa xétđếnhiệuứngđầu cuối, nhóm thứ hai (điều khiển thích nghi backstepping) có khả đối phó với hiệuứngđầucuốiđộngPolysolenoid Nội dung 4: Đề xuất cấu trúc xây dựng bàn thí nghiệm sửdụng để kiểm chứng kết nghiên cứu lý thuyết Phạm vi nghiên cứu luận án: Luận án tập trung nghiên cứu đặc điểm khó khăn xétđếnhiệuứngđầucuốiđộngPolysolenoid Từ thực xây dựng cấu trúc điềukhiển cho chuyểnđộngtuyếntính dạng Polysolenoid Với đặc điểm đối tượng điềukhiển phức tạp cho thấy, có nhiều thách thức mơ hình hóa, phân tích lựa chọn phương pháp thiết kế điềukhiển phù hợp cho đối tượng để đạt độ xác cao Phương pháp nghiên cứu: Luận án sửdụng phương pháp phân tích, đánh giá tổng hợp Thơng qua nghiên cứu tổng quan để tìm vấn đề cần giải lý thuyết thiết kế thuật tốn giải vấn đề đó, kiểm chứng nghiên cứu lý thuyết mô thực nghiệm Mục tiêu luận án Mục tiêu luận án nghiên cứu thiết kế điềukhiển cho hệ thống truyền động điện sửdụngđộng Polysenoid xétđếnhiệuứngđầucuối Mục tiêu nghiên cứu luận án cụ thể sau: - Mơ hình động học phi tuyếnđộng Polysenoid xétđếnhiệuứngđầu cuối: Mơ hình xác điều kiện tiên để thành cơng với kỹ thuật điềukhiển mà dựa vào mơ hình, cần xây dựng mơ hình đối tượng phù hợp với thiết kế điềukhiển - Áp dụng thành công phương pháp thiết kế điềukhiển thích nghi backstepping cho hệ thống truyền động điện sửdụngđộngPolysolenoid Kiểm chứng chất lượng điềukhiển thuật toán lý thuyết thực nghiệm Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Mục tiêu luận án nghiên cứu thiết kế điềukhiển cho hệ thống truyền động điện sửdụngđộngPolysolenoidxétđếnhiệuứngđầucuối Mục tiêu nghiên cứu luận án cụ thể sau: Những đóng góp mới: • Mơ hình động học phi tuyếnđộngPolysolenoidxétđếnhiệuứngđầu cuối: Luận án xây dựng mơ hình động KTVC dạng Polysolenoidcóxétđếnhiệuứngđầucuối đưa sơ đồ cấu trúc động thành phần bị ảnh hưởng hiệuứngđầucuối • Áp dụng thành cơng phương pháp thiết kế điềukhiển thích nghi backstepping cho hệ thống truyền động điện sửdụngđộngPolysolenoid để xử lý ảnh hưởng hiệuứngđầucuối Kiểm chứng chất lượng điềukhiển thuật tốn lý thuyết thực nghiệm • Thiết kế cấu trúc điềukhiển hai mạch vòng mạch vòng điềukhiển lực (mạch vòng dòng điện) sửdụng phương pháp điềukhiển Dead-beat, CCS-MPC, FCS-MPC; Mạch vòng ngồi điềukhiển tốc độ vị trí sửdụngđiềukhiển Min-max MPC Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án: Giải vấn đề chuyển kết nghiên cứu lý thuyết vào thực tiễn thông qua hệ thống phần cứng xây dựng luận án Phát triển giải pháp cài đặt linh hoạt thuật toán điềukhiển để góp phần làm tăng hiệu khai thác thiết bị phần cứng Kết nghiên cứu áp dụng cho lớp đối tượng tạo chuyểnđộngtuyếntính trực tiếp mà khơng phải sửdụng truyền khí trung gian đặc biệt hệ thống robot song song hexapod robot Bố cục luận án Luận án gồm phần mở đầu, 04 chương, phần kết luận kiến nghị, bố cục sau: Chương Tổng quan độngtuyếntính phương pháp điềukhiển Chương Mơ hình hóa độngtuyếntính Chương Điềukhiểnđộngtuyếntính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid Chương Kết mô thực nghiệm Phần kết luận Kiến nghị: Đã nêu bật đóng góp luận án kiến nghị, đề xuất hướng nghiên cứu CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNGCƠTUYẾNTÍNH VÀ CÁCPHƯƠNGPHÁP ĐIỀUKHIỂN 1.1 Khái quát độngtuyếntính 1.1.1 1.1.2 Những đặc điểm hệ truyền động thẳng Lịch sử phát triển ứngdụngđộngtuyếntính Hình 1.4 Các ứngdụngđộngtuyếntính 1.1.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc cách phân loại độngtuyếntính Với độngtuyếntính phần tạo chuyểnđộng thẳng phần stator hay phần rotor máy điện quay truyền thống, từ tạo độngtuyếntính tương ứng Hình 1.7 Ngun lý chuyển đổi từ động quay sang độngtuyếntính 1.1.4 Hiệuứngđầucuối (End effect) Hiệuứngđầucuối m ột điểm đặc trưng độngtuyếntính khác so với lo ại động khác Do kết cấu mạch từ hở độngtuyếntính dẫn đên phân bố từ thơng khe hở khơng khí loại động phân bố khơng khu vực hai đầu mút Điều gây mấp mô mô men tốc độ trình vận hành động Hình 1.17 Hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính PLSM kết cấu hình phẳng [10] 1.2 Truyền độngtuyếntính phương pháp điềukhiển truyền độngtuyếntính 1.2.1 1.2.2 Yêu cầu đặt với tốn điềukhiển truyền độngtuyếntính Khái quát tình hình nghiên cứu độngtuyếntínhTình hình nghiên cứu độngtuyếntính nước - Về cơng trình cơng bố tạp chí khoa học nước có số báo viết vấn đề dừng mức độ tổng quan phương pháp điềukhiển lý thuyết mô Mathlab Simulink - Các cơng trình luận án nghiên cứu thực nghiệm thiết bị thực [2,6] công bố dạng luận án tiến sĩ kỹ thuật Tình hình nghiên cứu độngtuyến giới Trong giai đoạn vừa qua, đối tượng nhóm độngtuyếntínhđồng tập trung nghiên cứu nhiều nhóm độngtuyếntínhđồng kích thích vĩnh cửu dạng phẳng với Stator ngắn tương ứng với mô hình động điện xoay chiều ba pha kích thích vĩnh cửu Các nhóm vấn đề quan tâm nghiên cứu: Nhóm vấn đề thứ nhất:Áp dụng phương pháp điềukhiểnứngdụng thành công cho nhóm động quay cho độngtuyếntính Nhóm vấn đề thứ 2: Phương pháp xác đỉnh cực trục tạo từ thơng rotor Nhóm vấn đề thứ 3: Mơ hình hóa động Nhóm vấn đề thứ 4: Nâng cao chất lượng điềukhiển Nhóm vấn đề thứ 5: Trong [31] đề xuất đến phương pháp không cần nhận dạng hiệuứngđầucuốisửdụngđiềukhiển bền vững thích nghi bù bất định hiệuứngđâu cuối, nhiên mơ hình tồn cảm biến đo vị trí 1.3 Truyền độngtuyếntính dạng Polysolenoid phương pháp điềukhiển 1.3.1 Độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu dạng PolysolenoidĐộngtuyếntính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid thuộc nhóm độngđồng kích thích vĩnh cửu có cấu tạo hình ống, độngcó hai pha với hai cuộn dây bố trí lệch 90 độ điện Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo bên ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoid [60] 1.3.2 Điềukhiển truyền độngtuyếntính dạng PolysolenoidTình hình nghiên cứu nước: Với nguồn tham khảo báo luận án lưu trữ thư viện quốc gia Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu điềukhiển truyền độngtuyếntính dạng PolysolenoidTình hình nghiên cứu giới: Các nghiên cứu giới với đối tượng độngtuyếntính hình ống dạng stator ngắn tập trung vào số nhóm vấn đề sau: Nhóm vấn đề thứ nhất: Mơ hình hóa thiết kế động Nhóm vấn đề thứ hai: Thiết kế cấu trúc điềukhiển Nhóm vấn đề thứ ba: Mô tả hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính hình ống ba pha sửdụng phương pháp thực nghiệm Trong cơng trình cơng bố tập trung vào hai hướng Hướng thứ nhất: Tập trung vào việc nghiên cứu hiệuứngđầu với hai hướng tiếp cận mô tả dạng mạch từ tương đương sửdụng FEM Trong hai phương pháp phương pháp sửdụng FEM mơ tả hiệuứngđầucuối mang tính trực quan Tuy nhiên sửdụng FEM phải có thơng số xác động Hướng thứ hai: Nghiên cứu cấu trúc điềukhiển bù bất định hiệuứngđầucuối nhiên hệ thống tồn cảm biến đo vị trí KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: Từ phân tích thực ta thấy rằng: ĐCTT có nguồn gốc từ động quay nhiều trường hợp (thiết kế cấu trúc điều khiển, phân tích tượng vật lý, ) có tương đương hai nhóm động Nhưng ĐCTT tồn đặc điểm riêng mà khơng cóđộng quay hiệuứngđầucuối (end effect) điều cần tiếp tục nghiên cứu cách cụ thể phần sau luận án Việc thu nhận hiểu biết độngtuyếntính giúp ta thực mục tiêu sau: Tạo sở cho trình mơ tả tốn học cho độngtuyếntính Hiểu đặc tínhđầucuốiđộngtuyếntính từ tìm phương pháp xử lý tượng nhằm cấu trúc điềukhiển Nội dung phần 1.3 tập trung làm rõ tình hình nghiên cứu độngtuyếntính Polysolenoid, vấn đề liên quan đến mơ hình phương pháp điềukhiển truyền độngtuyếntính dạng PolysolenoidĐiều tạo thuận lợi cho việc lựa chọn đề xuất phương pháp nghiên cứu cho toán điềukhiển truyền độngtuyếntính KTVC dạng Polysolenoid CHƯƠNG : MƠ HÌNH HĨA ĐỘNGCƠTUYẾNTÍNH 2.1 Mơ hình tốn học độngtuyếntínhđồng kích thích vĩnh cửu ,i ,i d P ,i P O 2π d , i Hình 2.1 Mối tương quan vector ĐCTT Mơ hình trạng thái độngtuyếntính ĐB - KTVC hệ toạ độ dq (hình 2.3) sau: sd thỏa mãn phương trình: với i s i us u u sq d i sf A f i sf B f u sf sef S p e dt Ni v Af Ma trận hệ f A T sd thống T f i f sd f sq sq B trận Ma đầu B f vào Ma N trận ghép phi tuyến S trận nhiễu N L sd L L sd Ma sq L sq Lsd 0 uf L s p (2.20) e Phần phi tuyến B f N f di s dt S Af sq S L sq Hình 2.3 Mơ hình độngtuyếntính ĐB KTVC khơng gian trạng thái hệ toạ độ dq 2.2 Hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính KTVC 2.2.1 Giới thiệu hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính KTVC Độngtuyếntính loại đồng kích thích vĩnh cửu (LPMSM) dần trở thành sản phẩm tự động hóa phổ biến cho phép loại bỏ thiết bị truyền động khí trục vít vơ tận, đai truyền,… Tuy nhiên độngtuyếntính xuất ảnh hưởng hiệuứngđầucuối kết cấu mạch từ hở Hình 2.4 Hiệuứngđầucuốiđộng LPMSM kết cấu phẳng Hiệuứngđầucuốihiểu phân biệt khu vực đầucuối với điểm nằm phân bố điện từ gây ảnh hưởng đến từ thông lực độngtuyếntính sinh (do tính chất mạch từ hở độngtuyến tính) Điều thể đặc điểm: Với độngđồng kích thích vĩnh cửu phân bố từ trường hai đầu phần kích thích bị suy giảm minh họa hình 2.4 Diễn biến khác phụ thuộc vào tốc độ động (độ lớn dòng phía bên kích thích) Sự xuất hay kết thúc đột ngột dòng phía cảm ứng (tương ứng với xuất hay kết thúc dòng phía kích thích) Gây phản ứng dọc trục gây thay đổi tốc độ động (nhấp nhô tốc độ) Đây điểm cần phải lưu tâm độngtuyếntính 2.2.2 Hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntínhđồng hình ống Hình 2.6 Phân bố từ thơng thu pha C (hình a) pha A (hình b) cấp điện [18] cos(2 ) 0 A B L L cos 2 C 0 1 M cos 2 2 cos 2 i A iB i (2.25) 2 C cos 2 cos 2 i 1 i A A cos(2 ) i B M 1 i B M i 1 i C C cos(2 ) cos Trong phương trình thành phần M0 đặc trưng 1 i A 1i B 1 0 i C cho cho hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính hình ống Trong phương trình thành phần M0 đặc trưng cho hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính hình ống Chuyển phương trình từ thơng sang tọa độ dq phép biến đổi (2.18) sau d L0 q L L2 M M M d M sin 2 iq cos 2 3 3 (2.26) 2 2 i L2 M M q M sin 2 id cos 2 3 3 i 0 0 Đến ta tách phương trình (2.26) thành thành phần đại diện cho phần từ thông không chịu tác động chịu tác động tượng đầucuối sau L d0 d1 L qd q0 q L L d L 1LM M L i dq1 d Lq1 iq dq i 2 d Ld2 L q iq 1 M0 2 L L M M sin 2 3 sin 2 qd cos i d (2.27) i q 2 cos 2 id (2.28) i q Ở ta thấy (2.28) mơ hình từ thơng chịu ảnh hưởng hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính KTVC pha hình ốngtrên tọa độ dq Trong phần M ước lượng từ thực nghiệm dựa phương trình (2.23) (2.24) 2.3 Mơ tả tốn học độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid 2.3.1 Mơ hình mạch từ tương đương bt bs h h m g N A s B A B A B A R’ B R’’ S S N A N B S N A S N B S A N B S A S N N S N S N B Hình 2.11 Mặt cắt độngtuyếntínhPolysolenoid Trong trường hợp chung ta có cơng thức tính từ trở: R lH c m AB (2.30) c Từ trở tản tính sau: R m 2bs h s l (2.32) s Với hs chiều cao rãnh dây Với kết cấu của độngtuyếntính dạng l =2π R' +R'' (2.33) Polysolenoid: s R', R'' : bán kính ngồi bán kính phần chứa dây quấn rãnh tính từ tâm theo mặt cắt động Phần thứ cấp (Slider) động làm từ vật liệu từ NdFeB N38UH Các thông số dựa theo tài liệu nhà sản xuất kết hợp tra cứu theo tài liệu [62] ta thu đặc tính B-H theo Hình 2.12 Hình 2.12 Đường cong B-H vật liệu NdFeB N38UH [61] Dựa vào đặc tính B-H ta có: Từ trở rãnh dây: Rmt h H s b 2.R ' B t (2.34) t Từ trở cuộn dây: R h H b 2.R ' B my s Từ thông sinh nam châm: pm pma Sức từ động nam châm: mpma pmb mg R mpmb mg p cos pm (2.36) x p x R F y cos ˆ F ˆ (2.35) s (2.37) pma pmb Điện áp phần stator viết sau (với giả thiết độngcó cặp cực): u Ri N d ( a a t dt a1 ) a2 a3 a4 d u Ri N ( b1 b b b ) b t dt (2.38) b Từ (2.31),(2.32),(2.34),(2.37),(2.38) ta xây dựng sơ đồ mạch từ tương đương hình 2.13 Hình 2.13 Mạch từ tương đương độngtuyếntính cặp cực cóxétđếnhiệuứngđầucuối 11 di c L L dq sd dt d disq dt T id T LT q iq e L i q q dq LT d q d i d e dq LL d q c L LL c dq d q i Ld d c cL e LL d q c c 2Ldq i e L L Lq d d q L dq dq iq L d ud L d LL d (2.57) uq q L c uq dq e p L i q L LL L q q q u d d q Hình 2.15 Sơ đồ cấu trúc độngtuyếntính KTVC dạng Polysolenoid hệ tọa độ dq Kết luận chương 2: Kết đạt Chương giải vấn đề xây dựng mơ hình thống độngtuyếntínhđồng kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoidxétđếnhiệuứngđầucuối Với mô hình thu tiền đề việc thiết kế điềukhiển cho hệ truyền độngsửdụngđộngtuyếntính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid Đây nội dung luận án CHƯƠNG : 3.1 ĐIỀUKHIỂNĐỘNGCƠTUYẾNTÍNH DẠNG POLYSOLENOID Khái quát cấu trúc điềukhiển Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc điềukhiển FOC áp dụng cho độngtuyếntính pha, cuộn dây cấp nguồn độc lập 3.2 Các phương pháp điềukhiển lực (điều khiểndòng điện) 3.2.1 Điềukhiển theo phương pháp deadbeat 12 Trong mục tác giả trình bày cách thiết kế điềukhiểndòng stator theo hướng hoàn toàn nhằm đảm bảo tiêu chất lượng như: tách kênh, giá trị dòng điện stator đạt giá trị chủ đạo khoảng thời gian hữu hạn (FAT) thiết kế thành công theo [1] Hình 3.2 Sơ đồ khối vòng điềukhiển deadbeat dòng điện stator tọa độ tựa theo từ thông rotor z P z 1 R z 1 I 11 1z 1 P 21 P z 1 z 1 1 P z 3.2.2 z 1 P z 12 z 1 z 1z 1 P z 1 P z 1 22 1 P z 1 (3.17) Điềukhiển dự báo MPC Khác với điềukhiển tối ưu truyền thống nơi mà nghiệm tối ưu thành lập dựa vào giải bải toán tối ưu cho trước Do khó phản ứng với thay đổi phi tiền định hệ thống ví dụ nhiễu, sai lệch mơ hình… Tín hiệuđiềukhiển tối ưu theo MPC dãy tín hiệuđiều khiển, phần tử dãy đại diện cho tín hiệuđiềukhiển thời điểm thứ k định Bài toán tối ưu lặp lại sau chu kì với thơng tin hệ thống Hình 3.1 mơ ta cấu hình hệ thống điềukhiển dự báo mơ hình Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điềukhiển MPC Thêm vào vào tính chất cấu chấp hành hay cụ thể luận án biến đổi phương thức điềukhiển chúng, mục ta đề xuất phương án điềukhiển dự báo phân biệt dựa vào tính chất liên tục gián đoạn (hữu hạn) phần tử tập điềukhiển 13 - Nếu coi điện áp đặt vào cuộn dây động liên tục, giới hạn điều chế dẫn đến điện áp nằm tập bị chặn, liên tục Điều đưa đến phương pháp điềukhiển dự báo với tập điềukhiển liên tục (Continuous control set MPC - CCS MPC) - Nếu xét điện áp tức thời động cơ, coi biến đổi lý tưởng dẫn đến tập điện áp điềukhiển hữu hạn phụ thuộc vào cấu hình biến đổi Điều đưa phương pháp điềukhiển dự báo với tập điềukhiển hữu hạn (Finite control set MPC - FCS MPC) Điềukhiển dự báo MPC với tập điềukhiển liên tục Hình 3.6 Lưu đồ thuật tốn điềukhiển CCS-MPC Hình 3.5 Mặt phẳng điều chế trục tọa , độ theo phương pháp CCS-MPC Để hình thành nên miền điều chế ta sửdụng hệ công thức: u s u p ut u Q : u T p U ; u T U ; u Q : u Tp U ; u T U s p dc t dc s p dc t dc T T T T t pulse t pulse pulse (3.22) pulse u Q : u T p U ; u T U ; u Q : u Tp U ; u T U s p T p Tt Toff T T dc pulse t T t dc s pulse pulse Điềukhiển dự báo MPC với tập điềukhiển hữu hạn p T dc pulse t T t dc pulse 14 Với đối tượng có chất gián đoạn biến đổi công suất, phương pháp FCS MPC tỏ hữu hiệu Nó cung cấp cách tiếp cận hoàn toàn khác biến đổi công suất Phương pháp dựa vào số lượng hữu hạn số tổ hợp van cho phép biến đổi cơng suất Hình 3.8 Lưu đồ thuật tốn điềukhiển FCS-MPC Hình 3.7 Mặt phẳng điều chế trục tọa độ , theo phương pháp FCS-MPC 3.3 3.4 Bộ điềukhiển vòng ngồi Min-Max MPC Thiết kế thích nghi backstepping Từ mơ hình động (2.49), kết hợp với luật xấp xỉ (3.42) ta thu hệ phương trình sau: u d Rs id e 1dq sin 2 B1dq cos 2 id Lq A1q sin 2 B1q cos 2 iq L A d1d sin 2 B L d cos 2 di dt 1d d A 1dq sin 2 B 1dq cos 2 2e A1dq cos 2 B1dq sin 2 id 2 e A1q cos 2 B1q sin 2 iq A1dq sin 2 B1dq cos 2 diq dt A1d sin 2 B1d cos 2 id A1dq sin 2 B1dq cos 2 iq p 2e A1d cos 2 B1d sin 2 id 2 e A1dq cos 2 B1dq sin 2 iq u q Rs iq e A diq di Lq A1q sin 2 B1q cos 2 dt dt d Viết lại hệ phương trình dạng ma trận ta thu được: 15 M di dq u G H dq dt (3.43) Trong đó: i i i T ,u d dq q u u T ; dq d q L A sin 2 B cos 2 e A R i 1q e 1d A s q A L 1dq q 1dq sin 2 B cos 2 1q i d sin 2 B cos 2 i L i 1q A q e cos 2 B sin 2 i 1d 1d 1dq qq d 1dq 1d q 1dq cos 2 i L i 1d sin 2 B d q 1dq e d d cos 2 B sin 2 i A 1dq A sin 2 B cos 2 i A e e 1q cos 2 A cos 2 B sin 2 i e e 1dq A sin 2 B cos 2 1dq p e 1d sin 2 B G R i ;H sd A M A sin2 B cos 2 1dq 1dq d 1dq cos 2 B sin 2 i 1q 1q d q Trong mục tác giả thiết kế thích nghi trường hợp tham số điện cảm công thức (3.42) G G i , , HH i ,, dq dq e tam giác sau trước Do M M ma trận xác định dương, , dẫn đến hệ phương trình (3.44),(3.45),(3.46) có dạng hệ e d e dt de Ei 2 F dq dt m p didq h , , i M 1 u (3.47) c e Trong h, , i e M dq dq dq dt 1 G i , + H i , , Đến đây, ta đủ sở để để tiến hành dq e dq e thiết kế điềukhiển backstepping cho hệ phương trình Lựa chọn tín hiệuđiềukhiển ảo tốc độ sau: c r k e (3.51) Với tín hiệuđiềukhiển ảo dòng điện sau: iqc k a 1c e Đến đây, Ta lựa chọn tín điện áp điều khiển: T ˆ udq Γidq G Yξ 0 Và luật thích nghi có dạng: (3.56) (3.62) 16 ˆ ˆ T ξΠ ξY idq (3.63) Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc điềukhiểnđộngtuyếntínhPolysolenoid theo phương pháp thiết kế thích nghi backstepping KẾT LUẬN CHƯƠNG Toàn cấu trúc điềukhiển vị trí cho ĐCTT dạng polysolenoid trình bày chương bao gồm nhóm phương pháp MPC thích nghi backstepping Trong nhóm phương pháp MPC tác giả thiết kế cấu trúc điềukhiển vòng trong, vòng ngồi Mạch vòng điềukhiểndòng điện đề xuất với điềukhiển deadbeat, CCS-MPC, FCS-MPC Với mạch vòng điềukhiển tốc độ vị trí tác giả sửdụng phương án dùngđiềukhiển Min-Max MPC Để giải vấn đề ảnh hưởng tượng đầucuốiđến ĐCTT, tác sửdụng phương pháp thiết kế thích nghi backstepping với việc xấp xỉ ảnh hưởng tượng đầucuối thơng qua thay đổi điện cảm phía stator Trong phần tác giả trình bày kết mô thực nghiệm để so sánh chất lượng phương pháp đềxuất CHƯƠNG : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM Nội dung mô thực theo kịch sau: Tín hiệu đặt: xét với quỹ đạo dạng sin quỹ đạo với vận tốc dạng xung vuông Tải tác động: xét với trường hợp động chạy khơng tải có tải Mơ hình động cơ: xét với trường hợp cóhiệuứngđầucuối khơng cóhiệuứngđầucuối 4.1 Kết mơ 4.1.1 Mơ hệ thống với mạch vòng ngồi Min-Max MPC, mạch vòng dòng điện FCSMPC Thơng số điềukhiểndòng điện FCS-MPC: Chu kì trích mẫu dòng điện T i 50s; Ma trận Q diag 10 1; Thông số điềukhiển tốc độ, vị trí MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc độ T w 2000s; Ma trận Q diag 10 0.01 ; Tầm dự báo N ; Ma trận phản hồi trạng thái K 800 ; hệ số Hình 4.1 Sơ đồ mơ điềukhiển Min Max-FCS MPC không xétđến ảnh hưởng ma sát cf 0.1; N p hiệuứngđầucuối w 17 Hình 4.2 Sơ đồ mơ điềukhiển Min Max-FCS MPC cóxétđến ảnh hưởng hiệuứngđầucuối 4.1.2 Hình 4.6 Kết mơ điềukhiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải, cóxétđếnhiệuứngđầucuối Mơ hệ thống với mạch vòng ngồi Min-Max MPC, mạch vòng điềukhiểndòng điện CCS-MPC Thơng số điềukhiểndòng điện CCS-MPC: Chu kì trích mẫu dòng điện i T 100 s ; Ma trận Q diag 10 Hình 4.11 Sơ đồ mô điềukhiển Min Max Thông số điềukhiển tốc độ, vị trí CCS MPC khơng xétđến ảnh hưởng hiệu ứn MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc độ T w 2000 ;Ma trận Q diag10 0.01 đầucuối s ; Tầm dự báo N w ; Ma trận phản hồi trạng thái K 800 1; hệ số ma sát c f 0.1 ; N p 1 Hình 4.16 Kết mơ điềukhiển Min Hình 4.12 Sơ đồ mơ điềukhiển Min Max-CCS MPC cóxétđến ảnh hưởng hiệuứngđầucuối Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin : có tải, cóxétđếnhiệuứngđầucuối 18 4.1.3 Mô hệ thống với mạch vòng ngồi Min-Max MPC, mạch vòng điềukhiểndòng điện Dead-beat Thơng số điềukhiểndòng điện Dead-beat: Chu kì trích mẫu dòng điện T i 2, 50 s ; Bậc đa thức L z l l 0.5 1 ; Thơng số điềukhiển tốc độ,vịtrí MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc độ Ma trận T w 2000s; Q diag 10 0.01 Tầm dự báo ; Ma trận phản hồi trạng thái Nw ; f K 800 1; Hệ số ma sát c 0.1 Hình 4.21 Sơ đồ mơ điềukhiển MinMax MPC–Deadbeat không xétđến ảnh hưởng hiệuứngđầucuối Hình 4.22 Sơ đồ mơ điềukhiển MinMax MPC–Deadbeat cóxétđến ảnh hưởng hiệuứngđầucuối Hình 4.26 Kết mơ điềukhiển Min Max- Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải, cóxétđếnhiệuứngđầucuối 4.1.4 Mô hệ thống điềukhiển thích nghi Backstepping s Thời gian trích mẫu T 0.15 ms Thông số k 50, k điềukhiển thích nghi: 0.01, 0.01; Π = diag 0.1, , 0.1 ; Γ = diag 500 500 Hình 4.31 Sơ đồ mơ với điềukhiển thích nghi backstepping khơng xétđến ảnh hưởng hiệuứngđầucuối 19 Hình 4.32 Sơ đồ mơ với điềukhiển thích nghi backstepping cóxétđến ảnh hưởng hiệuứngđầucuối 4.2 Hình 4.36 Kết mơ điềukhiển thích nghi backsteppingtín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải, cóxétđếnhiệuứngđầucuối Kết thực nghiệm hệ thống Phần thực nghiệm luận án trình bày chi tiết phần phụ lục Kịch chạy thực nghiệm sửdụng quỹ đạo đặt giống mơ Có hai dạng quỹ đạo sửdụng quỹ đạo hình sin quỹ đạo có vận tốc dạng bước nhảy Hình 4.41 Hệ thống thí nghiệm Để kiểm nghiệm khả hoạt độngđiều khiển, tải sửdụng khuôn khổ luận án dạng tải năng, tức tải khơng đổi q trình làm việc 20 Hình 4.44 Kết thực nghiệm điềukhiển Hình 4.48 Kết thực nghiệm điềukhiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: có tải dạng sin: có tải Hình 4.52 Kết thực nghiệm điềukhiển Hình 4.56 Kết thực nghiệm điềukhiển Min Max-Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo đặt Backstepping với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin: dạng sin: có tải có tải 4.3 Nhận xét kết mô thực nghiệm: Trong phương pháp trình bày luận án chia làm hai nhóm phương pháp: Nhóm phương pháp thứ (trong thiết kế điềukhiển không xétđếnhiệuứngđầu cuối) bao gồm: Min max FCS – MPC, Min max CCS – MPC, Min max Deadbeat Ở phương pháp thông số điềukhiển phải thiết kế dựa vào thông số xác động nên thành phần điện cảm khai báo phần thông số số 21 Nhóm phương pháp thứ hai (trong thiết kế điềukhiển không xétđếnhiệuứngđầu cuối): Phương pháp thiết kế thích nghi Back stepping Luật thích nghi sửdụng để đối phó lại với giá trị biến đổi điện cảm trình vận hành động Bảng 4.1 So sánh chất lượng điềukhiển (+:tốt) Bộ điềukhiển Bộ điềukhiển Độ xác Hiệu tách Năng lực vòng ngồi dòng điện vị trí kênh dòngtính tốn điện vi xử lý Min max FCS-MPC + + ++++ CCS-MPC ++ ++ +++ Dead beat +++ +++ ++ ++++ ++++ + MPC Thích nghi Back Stepping Điều kiện sửdụng thiết kế Khơng xétđếnhiệuứngđầucuốiCóxétđếnhiệuứngđầucuối Các kết thực nghiệm rõ ưu điểm phương pháp thiết kế thích nghi backstepping mang lại độ xác vị trí hiệu tách kênh dòng điện.Tuy nhiên phương pháp thiết kế backstepping ngồi ưu điểm mang lại có hạn chế lực tính tốn vi xử lý phải đủ lớn Quỹ đạo Thẳng x o o x x o o Hiệuứng x o x o x o x o ngổtng ảB 21 Mô 0.26 0.33 0.51 0.56 0.18 0.21 0.52 0.57 Thực nghiệm - 0.63 - 1.2 - 0.29 - 1.3 Mô 0.25 0.27 0.45 0.48 0.14 0.15 0.45 0.49 Thực nghiệm - 0.41 - 0.53 - 0.25 - 0.99 Mô 0.25 0.27 0.42 0.45 0.14 0.15 0.42 0.46 Thực nghiệm - 0.30 - 0.32 - 0.24 - 0.62 Mô 0.03 0.03 0.10 0.10 0.05 0.05 0.11 0.11 Thực nghiệm - 0.17 - 0.19 - 0.067 - 0.38 FCS (x:m khô ng; Backstepping 22 cựt ệngh i ng h Deadbeat tru bì mơ ỏp ng nh h CCS ngổT pợ ảqutế h k x pợh ế qut ả sai ch k ệl Tải ngảB Trường hợp Sin o: c ó 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận Độngtuyếntínhđồng nam châm vĩnh cửu (PMLSMLM) ngày sửdụng rộng rãi công nghiệp tính chất cung cấp trực tiếp chuyểnđộng thẳng, mật độ cơng suất cao, bền bỉ xác Hiện ứngđầucuối (end effect) tượng đặc trưng cóđộngtuyếntính khác với động quay cấu tạo hình học đặc thù với kết cấu mạch từ hở Hầu hết phương pháp điềukhiển áp dụng vào độngtuyếntính đa phần bỏ qua hiệuứngđầucuối cấu trúc điềukhiển Trước tồn luận án tập trung nghiên cứu độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoidxétđếnhiệuứngđầucuối mơ hình hóa thiết kế điềukhiểnĐộngPolysolenoid trường hợp riêng độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu có kết cấu dạng hình ống đặc biệt phù hợp với đối tượng robot song song hexapod Thực nhiệm vụ nghiên cứu đề đề tài luận án cấu trúc theo trình tự: Tìm hiểu tổng quan độngtuyếntính nguyên lý cấu tạo, nguyên lý vận hành, ứngdụng thực tiễn động cơ, phương pháp điềukhiển phía trước áp dụng cho đối tượng cơng nghệ Tất điều với mục đích tạo tranh tổng quan tình hình nghiên cứu đến thời điểm từ định hướng đường đồng thời phục vụ cho phần luận án thực mơ hình hóa độngPolysolenoid Là trường hợp riêng độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu mơ hình hóa luận án xây dựng phương pháp mơ hình hóa tổng qt cho độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu từ vào trường hợp riêng độngPolysolenoid Từ khối kiến thức tổng qt mơ hình độngPolysolenoid thành lập bổ xung thêm thành phần hiệuứngđầucuối mơ hình tốn học Công việc thực vào toán thiết kế điềukhiển thực với phương pháp điềukhiển cho trường hợp xétđếnhiệuứngđầucuối không xétđếnhiệuứngđầucuối mơ hình tốn học Các kết mơ máy tính thực nghiệm bàn thí nghiệm xây dựng để kiểm chứng kết nghiên cứu thực để kiểm chứng tính đắn lý thuyết xây dựng Kết nghiên cứu luận án đạt số điểm đóng góp sau Luận án xây dựng mơ hình tốn học độngPolysolenoidcóxétđếnhiệuứngđầucuối thích hợp cho cơng tác thiết kế điềukhiển Mơ hình cóxétđếnhiệuứngđầucuốiđộngPolysolenoid xây dựng sở mạch từ tương đương (MEC), dựa cách quy đổi mạch từ mạch điện, giá trị điện trở tương đương tính tốn sau đưa mơ hình mạch điện tương đương, thể diễn biến từ thông thông qua giá trị điện cảm động phụ thuộc vào vị trí phần thứ cấp Tiếp theo từ mơ hình mạch tương đương, tác giả chuyển mơ hình phương trình vi phân độngtuyếntính KTVC dạng Polysolenoid hệ 24 tọa độ dq Kết thu hệ phương trình vi phân sơ đồ cấu trúc độngtuyếntính KTVC dạng Polysolenoidcóxétđếnhiệuứngđầucuốisửdụngđiềukhiển Đóng góp luận án thiết kế điềukhiển thích nghi backstepping (cấu trúc điềukhiển mạch vòng) dùng để xử lý hiệuứngđầucuốiđộngPolysolenoid Điểm đóng góp cuối luận án: Thiết kế cấu trúc điềukhiển hai mạch vòng mạch vòng điềukhiển lực (mạch vòng dòng điện) sửdụng phương pháp điềukhiển Dead-beat, CCS-MPC, FCS-MPC; Mạch vòng ngồi điềukhiển tốc độ vị trí sửdụngđiềukhiển Min-max MPC Các nhóm phương pháp thiết kế điềukhiển không xétđếnhiệuứngđầucuối mơ hình tốn học phương pháp có ưu mặt động học có khả giảm bớt khối lượng tính tốn cho vi điềukhiển Các phương pháp sửdụng để so sánh đánh giá chất lượng với phương pháp điềukhiển Backstepping thực nghiệm Điều phù hợp tiến hành thực nghiệm đối tượng động thực (với chất vật lý hiệuứngđầucuối tồn tại) chất lượng điềukhiển phải đáp ứng với đối tượng thực khơng phải mơ hình tốn mơ B Kiến nghị Luận án giải mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu đề có số đóng góp song tảng kế thừa kết đạt luận án mở hướng nghiên cứu cụ thể sau: Tiếp tục nghiên cứu thuật toán điềukhiển phi tuyến cho độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid sở mơ hình tốn học đề xuất triển khai vào thực nghiệm Tiếp tục nghiên cứu xây dựng phương pháp đo để xác định xác giá trị thay đổi điện cảm động q trình vận hành Việc thành cơng phương pháp nhận dạng giá trị điện cảm cung cấp cho ta bảng số liệu giá trị điện cảm hành trình chuyểnđộng (LUT), việc truy xuất giá trị điện cảm để bổ xung trực tiếp vào mơ hình tốn giải đặc điểm riêng hiệuứngđầucuốiđộngtuyếntính Khi việc thiết kế điềukhiểnsửdụng hoàn toàn kết nghiên cứu điềukhiển cho động xoay chiều đồng cho độngtuyếntính kích thích vĩnh cửu Triển khai kết nghiên cứu độngPolysolenoid cho hệ thống robot song song cụ thể hệ Hexapod, điềukhiển tay máy công nghiệp ... Polysolenoid xét đến hiệu ứng đầu cuối: Luận án xây dựng mơ hình động KTVC dạng Polysolenoid có xét đến hiệu ứng đầu cuối đưa sơ đồ cấu trúc động thành phần bị ảnh hưởng hiệu ứng đầu cuối • Áp dụng thành... 2.3 Mơ hình động tuyến tính ĐB KTVC không gian trạng thái hệ toạ độ dq 2.2 Hiệu ứng đầu cuối động tuyến tính KTVC 2.2.1 Giới thiệu hiệu ứng đầu cuối động tuyến tính KTVC Động tuyến tính loại... Kết mơ điều khiển Min Hình 4.12 Sơ đồ mơ điều khiển Min Max-CCS MPC có xét đến ảnh hưởng hiệu ứng đầu cuối Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin : có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối 18