Bài báo trình bày một ứng dụng của điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu cho việc tổng hợp bộ điều khiển cho hệ truyền động Tiristor - Động cơ một chiều (T-Đ). Với phương pháp này, giá trị của các tham số của bộ điều khiển được điều chỉnh một cách tự động trong từng chế độ làm việc của hệ thống.
Đỗ Trung Hải cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ CÓ THAM SỐ THAY ĐỔI Đỗ Trung Hải*, Nguyễn Đức Thăng, Nguyễn Thị Thu Hường Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp – ĐH Thái Ngun TĨM TẮT Bài báo trình bày ứng dụng điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu cho việc tổng hợp điều khiển cho hệ truyền động Tiristor - Động chiều (T-Đ) Với phương pháp này, giá trị tham số điều khiển điều chỉnh cách tự động chế độ làm việc hệ thống ĐẶT VẤN ĐỀ Các hệ truyền động điện T-Đ hệ động cấp nguồn biến đổi bán dẫn cơng suất xoay chiều – chiều có điều khiển Với nguồn quan hệ điện áp điều khiển điện áp biến đổi thường quan hệ phi tuyến theo hàm số cosin Khi tổng hợp điều khiển theo phương pháp thông thường người ta thường tuyến tính hố coi hệ số khuếch đại biến đổi có giá trị [1] [2] Tuy nhiên tham số điều khiển khơng phù hợp hệ số khuếch đại biến đổi thay đổi theo giá trị điện áp điều khiển Do đó, báo đề xuất hướng nghiên cứu ứng dụng luật điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu để điều chỉnh tham số điều khiển hệ truyền động T-Đ theo biến đổi hệ số khuếch đại nguồn chỉnh lưu CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ THÔNG SỐ THAY ĐỔI ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG Giới thiệu chung Cấu trúc tổng quát hệ truyền động điện trình bày hình [1] Trong đó: Bộ biến đổi lượng (BBĐ) cung cấp nguồn điện cho động điện (ĐC) nối với máy sản xuất (MSX) Các phần khác gọi chung phần điều khiển gồm có điều chỉnh cơng nghệ RT, đóng cắt phục vụ cơng nghệ KT, điều chỉnh truyền động R, đóng cắt phục vụ truyền động K, ghép nối GN người vận hành VH Hình Cấu trúc chung hệ truyền động điện Với hệ truyền động T-Đ BBĐ chỉnh lưu có điều khiển Tiristor ĐC động chiều kích từ độc lập Mơ tả tốn học chỉnh lưu biến thiên tham số Do tính chất xung tính chất bán điều khiển chỉnh lưu có điều khiển Tiristor, thời điểm thay đổi điện áp điều khiển Uđk khơng trùng với thay đổi góc điều khiển Nghĩa sau điện áp điều khiển thay đổi khoảng thời gian góc điều khiển thay đổi Như ta coi chỉnh lưu khâu chậm trễ có cấu trúc hàm truyền sau [5]: Hình Sơ đồ cấu trúc BBĐ WCL (s) KCL esCL (1) Tel: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn | 57 Đỗ Trung Hải cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Ta biểu diễn hàm truyền chỉnh lưu cách gần khai triển Mc Laurin sau: e sCL sCL sCL 0! 1! s CL n sCL U U ®k U d U d0 cos rcmax U rcmax 74(12): 57 - 61 (7) Từ (7) ta có quan hệ vào Ud Uđk có dạng hình 4: n! (2) Khi hàm truyền chỉnh lưu thay khâu quán tính WCL (s) K CL sCL (3) Trong đó: - CL thời gian trễ Độ dài thời gian xác định cách ngẫu nhiên Để tiện cho tính tốn CL thường chọn theo biểu thức: min (4) CL max với max 2 2 , min m m2f fm m số xung áp đầu chu kỳ điện áp nguồn cung cấp, f tần số nguồn cung cấp - KCL hệ số khuyếch đại chỉnh lưu Trong tính tốn ta xem KCL số xác định cách tuyến tính hố đặc tuyến quan hệ điện áp đầu BBĐ điện áp điều khiển U d f(U ®k ) Hình 3: Đồ thị quan hệ điện áp điều khiển góc điều khiển Hệ số khuếch đại chỉnh lưu KCL xác định hệ số góc tiếp tuyến (ví dụ đường 2,3) với đường cong U d f(U ®k ) giá trị U ®k tương ứng Nếu KCL xác định cách tuyến tính hố đường cong U d f(U ®k ) (đường 1) K CL const việc tổng hợp điều khiển đơn giản Tuy nhiên chất lượng điều khiển đảm bảo phạm vi hẹp điện áp điều khiển Giả sử chọn sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha khơng có điot D0, theo [2] ta có : U d U d0cos (5) với U d0 U , U2 trị hiệu dụng điện 2 áp nguồn cung cấp Nếu ta dùng điện áp tựa hình cưa tuyến tính (hình 3) để xác định thời điểm mở van quan hệ góc mở điện áp điều khiển U ®k xác định sau: U U ®k U rc max U ®k rc max (6) U rcmax U rcmax Thay vào phương trình (5) ta : Hình Đồ thị quan hệ Ud Uđk Để giải toán nâng cao chất lượng hệ thống toàn dải điều chỉnh, giải pháp ứng dụng thuật tốn điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu để tự động điều chỉnh tham số điều khiển cho phù hợp với giá trị hệ số khuếch đại chỉnh lưu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn | 58 Đỗ Trung Hải cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THEO MƠ HÌNH MẪU ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG T -Đ Cấu trúc tổng quát hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu [3] thì: 74(12): 57 - 61 T e de e dp e e e e e p dt p dt p e e e p p T (12) (12) thoả mãn điều kiện (9) với γ hệ số dương tuỳ chọn Như (12) sở cho ta chỉnh định thích nghi tham số điều khiển Điều khiển thích nghi mạch vòng tốc độ hệ truyền động T-Đ Cấu trúc tổng quát hệ truyền động T-Đ với mạch vòng tốc độ hình Hình Cấu trúc tổng qt hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu Bộ điều khiển theo mơ hình mẫu làm việc theo nguyên tắc xuất biến động tham số đối tượng tham số điều khiển phải thay đổi theo để đầu đối tượng y(t) bám theo đầu mơ hình mẫu ym(t) Luật hiệu chỉnh tham số điều khiển [3] Với mong muốn đầu đối tượng giống đầu mơ hình mẫu, đơn giản tạo : (8) lim e(t) lim y t y m t t 0 t 0 de (9) 0 dt Gọi p tập tham số điều khiển cần Hay Trong BBĐ chỉnh lưu có điều khiển với hàm truyền de e dp dt p dt WCL (s) K CL ; Không sCL K CL 0, 003s (13) Động có hàm truyền: W§ (s) (10) K§ Te TM s TM s KĐ, Te, TM hệ số khuyếch đại, số thời gian điện từ số thời gian điện động Chọn động 31 có thơng số: Nếu tạo được: e e p dt WCL (s) tính tổng quát với giả thiết hàm truyền khâu tổng hợp có giá trị Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha, theo (4) ta tính CL 0, 003(s) hàm truyền BBĐ e thay đổi, ta có : dp Hình Cấu trúc tổng quát hệ T-Đ T (11) U ®m 220v, I ®m 8, 7A, n ®m 1500v / ph, L 0, 0961H, R 2, 775, GD 0, 75Kgm2 Từ thơng số động ta tìm hàm truyền tương ứng là: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn | 59 Đỗ Trung Hải cs W§ (s) Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 8,2 0, 00136s 0, 038s (14) chúng tham số bất định Chọn mơ hình mẫu có dạng : Khâu phản hồi có hàm truyền WPH (s) 0, 06 Chuyển phản hồi (-1) hàm truyền hệ hở : WH (s) WPH (s)W§ (s)WCL (s) K CL 8, 0, 00136s 0, 038s 0, 003s 0, 492K CL 0, 00000408s 0, 001474s2 0, 041s 0, 06 WH (s) 0, 492K CL 0, 001474s2 0, 041s (15) Chỉ xét cho hệ kín với phản hồi (-1) với tín hiệu vào u w Lúc cấu trúc WPH (s) hệ hình 0, 001474s2 0, 041s (16) tham số điều khiển cần thay đổi p1 p2 lúc cấu trúc hệ điều khiển thích nghi cho mạch vòng tốc độ hệ T-Đ hình Xác định luật chỉnh định điều khiển Từ sơ đồ cấu trúc hình ta có : e Do khâu có số thời gian < 0,001 (s) ta bỏ qua nên : WH (s) 74(12): 57 - 61 0, 492up1K CL 0, 001474s2 0, 041s 0, 492p K CL (17) u 0, 001474s 0, 041s Do đó: u0, 492K CL e (18) p1 0, 001474s2 0, 041s 0, 492(p 1)K CL y0, 492K CL e p 0, 001474s2 0, 041s 0, 492(p 1)K CL (19) Theo (11) cấu chỉnh định có dạng: e dp1 e dt p1 Hình Cấu trúc hệ T-Đ có tham số bất định T 0, 492ueK CL 0, 001474s2 0, 041s 0, 492(p 1)K CL ue1 0, 001474s 0, 041s 0, 492(p 1)K CL (20) e dp e dt p T 0, 492 yeK CL 0, 001474s2 0, 041s 0, 492(p 1)K CL ey1 (21) 0, 001474s 0, 041s 0, 492(p 1)K CL Hình Cấu trúc điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu mạch vòng tốc độ Do γ >0 tuỳ ý nên 1 K CL cần chọn số dương tuỳ ý Mặt khác hàm truyền đối tượng theo cấu trúc hình Nếu tính hàm truyền tương đương hệ kín theo cấu trúc hình 7, ta thấy tham số bất định nằm tử số mẫu số hệ Như vậy, khơng tính tổng quát coi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên W(s) 0, 492p1 K CL (22) 0, 001474s2 0, 041s 0, 492(p 1)K CL http://www.lrc-tnu.edu.vn | 60 Đỗ Trung Hải cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 74(12): 57 - 61 Trong trường hợp lý tưởng để W(s) =Wm(s) p1 p2 phải chỉnh đến giá trị lý tưởng : p1 p1 ; p p 2 1 0, 492K CL (23) Theo (20), (21) luật chỉnh định phụ thuộc vào KCL, [4] ta sử dụng luật thay đổi tham số cấu chỉnh định gần cách thay giá trị p1, p2 vế phải (20) (21) giá trị lý tưởng p1, p2 luật thay đổi tham số cấu chỉnh định : dp1 ue1 (24) dt 0, 001474s2 0, 041s dp ye1 dt 0, 001474s2 0, 041s (25) Cấu trúc cấu chỉnh định lúc có dạng hình [ Hình 10 (1) biến thiên KCL; (2) đầu mơ hình mẫu ym (3) đầu đối tượng thay đổi KCL KẾT LUẬN Bài báo trình bày phương pháp ứng dụng lý thuyết điều khiển thích nghi để tổng hợp điều khiển cho hệ truyền động T-Đ mà khơng cần tuyến tính hóa đặc tính U d f(U ®k ) Kết mô cho thấy hệ thống phản ứng tốt với biến động tham số bất định chất lượng điều khiển ln đảm bảo Các kết lý thuyết mô ứng dụng cho đối tượng thực tế kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Cấu trúc cấu chỉnh định Mô Với cấu trúc điều khiển hình luật chỉnh định tham số hình 9, đáp ứng hệ với tín hiệu đặt 1(t) biến động hệ số khuếch đại BBĐ hình 10 [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền (1994), Truyền động điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Cyril W Lander - Lê Văn Doanh (Dịch) (1993), Điện tử công suất điều khiển động điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Doãn Phước (2005), Lý thuyết điều khiển nâng cao, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Äström, K.J and Wittenmark, B (1995), Adaptive Control, Addision-Wesley Publishing Company, Inc SUMMARY STUDYING AND APPLYING ADAPTIVE CONTROL THEORY TO CONTROL OF PARAMETER -VARYING SYSTEMS Do Trung Hai, Nguyen Duc Thang, Nguyen Thi Thu Huong Thai Nguyen University of Technology This paper presents an approach of applying model reference adaptive control to control of a T- Đ drive system The parameters of the controller are tuned automantically corresponding to different working conditions Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn | 61 Đỗ Trung Hải cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74(12): 57 - 61 http://www.lrc-tnu.edu.vn | 62 Đỗ Trung Hải cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74(12): 57 - 61 http://www.lrc-tnu.edu.vn | 63 ... lượng hệ thống tồn dải điều chỉnh, giải pháp ứng dụng thuật tốn điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu để tự động điều chỉnh tham số điều khiển cho phù hợp với giá trị hệ số khuếch đại chỉnh lưu Số. .. Hải cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI THEO MƠ HÌNH MẪU ĐỂ ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG T -Đ Cấu trúc tổng quát hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu [3] thì: 74(12):... trúc tổng quát hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu Bộ điều khiển theo mơ hình mẫu làm việc theo nguyên tắc xuất biến động tham số đối tượng tham số điều khiển phải thay đổi theo để đầu đối