Điều khiển tựa phẳng hệ truyền động điện một chiều trên miền thời gian thực

Bài viết trình bày việc xây dựng mô hình thực nghiệm hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng nguyên lý phẳng. Thuật toán điều khiển này được thực hiện trên phần mềm Matlab-Simulink thông qua card ghép nối máy tính PCI – 1711. Bộ điều khiển phẳng với khả năng quan sát tải đã đem lại các chỉ tiêu chất lượng tốt với một đối tượng phi tuyến trong chế độ làm việc không tải cũng như có tải.

CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/1956 - 01/04/2014 3 (0 )  100 N (khi d=1,   /2 ) (13) Kết luận Từ (12) (13), rút kết luận : - Độ rộng búp sóng hệ anten thẳng ULA tỷ lệ nghịch với số phần tử N, N lớn, độ anten lớn, búp sóng hẹp Đó ứng dụng hệ anten ULA Công thức (12) (13) công thức gần đúng, có định dạng đơn giản ứng dụng tính độ rộng búp sóng hệ anten ULA., đặc biệt hướng Broadside (hướng    / ) - Độ rộng búp sóng tỷ lệ nghịch với giá trị sin hướng lái tia  , hướng lái tia = 1, độ rộng búp sóng hẹp Ở hướng lái tia nhỏ, theo (12), độ rộng búp sóng có giá trị lớn, nhiên kết đưa [3] chưa luận giải điểm bất thường    / , sin  - Khi sử dụng hệ anten ULA để tạo búp sóng hẹp điều khiển hướng lái tia, muốn giữ độ rộng búp sóng hướng lái tia  (không nhỏ) theo hướng lái tia    / , phải tăng số phần tử N số lần suy giảm giá trị sin  - Độ rộng búp sóng tỷ lệ nghịch với khoảng cách phần tử, d tăng, số lượng phần tử, độ hệ anten tăng lên, độ rộng búp sóng hẹp Một số cơng trình nghiên cứu cho thấy nhận xét chấp nhận phạm vi biến đổi định giá trị d Tuy nhiên nhiều ứng dụng cụ thể, chọn d > 1, tức khoảng cách phần tử lớn nửa bước sóng dễ gặp giản đồ hướng có xuất nhiều búp sóng, nhiên chọn d < tức làm giảm độ anten, làm tăng độ rộng búp sóng Do thường chọn d=1 (tức khoảng cách phần tử thường chọn nửa bước sóng) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Anh (2003), Lý thuyết kỹ thuật anten, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Godara L C (2004), Smart Antennas, CRC Press [3] Hancen R C (1998), Phased array antennas, John Wiley & Sons, Inc [4] Tran Xuan Nam (2003), Subband adaptive array for mobile communications with application to CDMA systems, PhD Thesis, The University of Electro-communications, Tokyo [5] Wu J., Sheng W X (2002), “Smart Antenna System Implementation based on Digital Beamforming and Software Radio Technologies”, IEEE MTT-S Digest, pp 323-326 [6] Zhou P Y., Ingram M A., Anderson P D (1998), “Synthesis of Minimax Sidelobes for Arbitrary Arrays”, IEEE transactions on antennas and propagation, 46(11), pp 1759-1760 Người phản biện: TS Phạm Văn Phước ĐIỀU KHIỂN TỰA PHẲNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỀU TRÊN MIỀN THỜI GIAN THỰC REALTIME FLATNESS-BASED CONTROL OF A DC ELECTRICAL DRIVE SYSTEM PGS.TS TRẦN ANH DŨNG, KS PHẠM VĂN AN Khoa Điện-Điện tử, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Bài báo trình bày việc xây dựng mơ hình thực nghiệm hệ điều khiển truyền động điện chiều sử dụng nguyên lý phẳng Thuật toán điều khiển thực phần mềm Matlab-Simulink thông qua card ghép nối máy tính PCI – 1711 Bộ điều khiển phẳng với khả quan sát tải đem lại tiêu chất lượng tốt với đối tượng phi tuyến chế độ làm việc không tải có tải Các kết thực nghiệm thu chứng tỏ điều khiển phẳng mang lại ưu vượt trội khả thiết lập bám quỹ đạo đặt so với điều khiển truyền thống Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 38 – 04/2014 56 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/1956 - 01/04/2014 Abstract The paper presents about building a DC electrical drive system empirical model using flatness principle This control algorithm are implemented by Matlab-Simulink software via PCI – 1711 coupling computer card Flatness-based controller with load observing capability has brought well quality criteria with a nonlinear object in with load and without load working mode The experimental results obtained demonstrate the flatness control bringing more dominance about ability planning and tracking reference trajectory than traditional controllers Đặt vấn đề Cho đến động điện chiều đóng vai trò quan trọng ngành công nghiệp khả điều khiển dễ dàng Nhiều lý thuyết điều khiển tuyến tính áp dụng cho đối tượng đem lại kết tốt Tuy nhiên chế độ độ, tính phi tuyến đối tượng bộc lộ rõ rệt làm giảm chất lượng điều khiển.Vì vậy, báo đặt vấn đề nghiên cứu lý thuyết điều khiển phi tuyến – điều khiển tựa phẳng nhằm nâng cao chất lượng điều khiển chế độ độ Tính phẳng có lợi ích vơ to lớn việc thiết lập bám quỹ đạo đặt Bố cục báo gồm phần: phần đầu khái niệm hệ phẳng tính phẳng động điện chiều; thiết kế điều khiển dòng điện, tốc độ quan sát tải; phần cuối kết thực nghiệm Khái niệm hệ phẳng Tính phẳng vi phân thuộc tính cấu trúc quan trọng nhiều hệ thống điều khiển [1] Xét hệ thống phi tuyến biểu diễn phương trình trạng thái (1): x  f ( x, u) Trong (1) u  (u1 , , um )T vectơ đầu vào x  ( x1, , xn )T vectơ trạng thái Hệ thống (1) gọi hệ phẳng tồn tập hợp m biến y  ( y1 , , ym )T thỏa mãn tính chất sau: y  h( x, u, , u ) ( ) (2)  Mọi biến biểu thức (1) biểu thị quan hệ y số hữu hạn đạo hàm theo thời gian, cụ thể: x  A( y, y , , y ( ) ) ; u  B( y, y , , y () ) (3a,b)  Các thành phần tập biến phẳng vi phân độc lập, tức không tồn hàm g để g ( y1 , , y m )  (4) Như tập hợp biến y  ( y1 , , ym ) T gọi đầu phẳng hay đầu tuyến tính hệ thống (1) Có số lượng đáng kể mơ hình thực tế có tính phẳng: động điện, cần trục, cầu trục, khâu điều khiển chuyển động, lò phản ứng hóa học,… Động điện chiều kích thích vĩnh cửu (ĐCMC) tính phẳng Mơ hình tốn học ĐCMC phương trình (5): 60K e  dia 1   ia    ua  Ta 2La La  dt  Bm 1  d K t  dt  J ia  J   J TL  J T f Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải (5a,b) Số 38 – 04/2014 57 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/1956 - 01/04/2014 Trong đó: u : điện áp phần ứng; Ra , La : điện trở điện cảm mạch phần ứng; e : sức a điện động phần ứng; K e : số điện áp; K t : số mômen; J : mơmen qn tính; Te : mơmen điện động cơ; TL : mômen tải ; Bm : hệ số nhớt; T f : mơmen ma sát Mơ hình (5) ĐCMC phẳng với y   đầu phẳng Chứng minh ĐCMC thỏa mãn tính phẳng cách kiểm tra điều kiện liên quan Một tính chất quan trọng tính phẳng vi phân biến trạng thái biến đầu vào biểu diễn trực tiếp thông qua tập đầu phẳng số hữu hạn đạo hàm chúng Tính chất vơ hữu ích thực nghiệm đặt quan hệ với quỹ đạo: từ quỹ đạo y , quỹ đạo x u suy luận Thiết kế điều khiển phẳng 4.1 Bộ điều khiển dòng điện Đầu tiên, ta xây dựng điều khiển dòng điện Nhờ vào tính chất hệ phẳng, ta sử dụng biến đầu mong muốn để tính tốn giá trị tín hiệu điều khiển dia* 60 U a  R i  La  K e * dt 2 * a a (6) Các giá trị có dấu (*) thể đại lượng đặt Bộ điều khiển dòng điện khâu tính tốn đại lượng Ua 4.2 Bộ điều khiển tốc độ Giả định điều khiển dòng đảm bảo hoạt động tốt, có ia  ia đủ nhanh, hệ (5b) * * xem hệ thống với biến điều khiển ia nhiễu TL Bộ điều khiển tốc độ dựa nguyên lý phẳng là: ia*  J d * ˆ  TL  Bm *  T f dt Kt (7) 4.3 Bộ quan sát mômen tải Dựa cấu trúc điều khiển phẳng tốc độ ta thấy tải nhiễu đầu vào cần biết, * sử dụng để tính tốn giá trị đặt dòng điện phần ứng ia Do vậy, cần thiết kế quan sát tải để cung cấp thông tin đầu vào cho điều khiển tốc độ Giá trị tải quan sát bám sát tải thực chất lượng điều khiển đem lại tăng Bộ quan sát tải thực dựa đo lường tốc độ quay động Ta có hệ phương trình sai lệch quan sát:  Kt  Bm  eˆ    J  l1 eˆ  J eˆTL  J eˆia  J eˆT f    eˆ  l eˆ   TL Trong đó: eˆia  ia  iˆa : sai lệch quan sát dòng điện phần ứng; (8) eˆT f  T f  Tˆf : sai lệch quan sát mômen ma sát; eˆ    ˆ : sai lệch quan sát tốc độ; eˆTL  TL  TˆL : sai lệch quan sát mơmen tải Hệ phương trình sai lệch quan sát viết lại dạng ma trận sau:  eˆ   Bm  l     J eˆTL    l2   eˆ   K t  J  eˆ    J   TL    Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải   eˆ  ia J  eˆ    T f   Số 38 – 04/2014 (9) 58 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/1956 - 01/04/2014 Khảo sát tính ổn định theo tiêu chuẩn Routh: hệ thống ổn định khi: l1   Bm ; l2  J Các điều khiển phẳng có nhiệm vụ tính tốn đại lượng điều khiển từ quỹ đạo tín hiệu mong muốn Do sử dụng điều khiển phẳng cần sử dụng kết hợp bù sai lệch hoạt động song song nhằm nâng cao độ xác Xây dựng chương trình điều khiển hệ truyền động điện chiều miền thời gian thực Hình Cấu trúc điều khiển tựa phẳng chế độ thời gian thực Cấu trúc thực nghiệm điều khiển phẳng cho ĐCMC qua card PCI-1711 hình Tham số ĐCMC sau: công suất định mức 23W; điện áp định mức 20VDC; dòng điện định mức 1,8A; mơ men định mức 0,074Nm; tốc độ định mức 3000v/ph Tham số điều khiển: Kp_i=0,01; Ki_i=30,97; Kp_w=0,0262; Ki_w=0,0588 Tham số quan sát tải: l1  882,8 ; l2  0,93 a Đáp ứng tốc độ đặt tốc độ thực a Đáp ứng tốc độ đặt tốc độ thực b Đáp ứng dòng điện đặt dòng điện thực Hình Điều khiển PID không tải b Đáp ứng dòng điện đặt dòng điện thực Hình Điều khiển tựa phẳng không tải a Đáp ứng tốc độ đặt tốc độ thực a Đáp ứng tốc độ đặt tốc độ thực Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 38 – 04/2014 59 ... Xây dựng chương trình điều khiển hệ truyền động điện chiều miền thời gian thực Hình Cấu trúc điều khiển tựa phẳng chế độ thời gian thực Cấu trúc thực nghiệm điều khiển phẳng cho ĐCMC qua card... hệ phẳng tính phẳng động điện chiều; thiết kế điều khiển dòng điện, tốc độ quan sát tải; phần cuối kết thực nghiệm Khái niệm hệ phẳng Tính phẳng vi phân thuộc tính cấu trúc quan trọng nhiều hệ. .. độ đặt tốc độ thực a Đáp ứng tốc độ đặt tốc độ thực b Đáp ứng dòng điện đặt dòng điện thực Hình Điều khiển PID khơng tải b Đáp ứng dòng điện đặt dòng điện thực Hình Điều khiển tựa phẳng không tải