Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động cơ PMSM ứng dụng trong sản xuất công nghiệp trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi

Bài viết trình bày một giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển chính xác cho động cơ xoay chiều đồng bộ PMSM ứng dụng trong sản xuất công nghiệp trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi. Thuật toán tổng hợp có ý nghĩa là nhằm đánh giá được chất lượng làm việc hệ thống truyền động điện bám trong công nghiệp và quân sự, kết quả được kiểm chứng mô phỏng trong môi trường Matlab-Simulink.

Kỹ thuật điều khiển & Điện tử NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CHÍNH XÁC CHO ĐỘNG CƠ PMSM ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP TRÊN CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ THÍCH NGHI Trần Đức Chuyển1*, Đỗ Quang Hiệp1, Phùng Mạnh Hùng2*, Phạm Ngọc Sâm1 Tóm tắt: Trong báo này, tác giả trình bày giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển xác cho động xoay chiều đồng PMSM ứng dụng sản xuất công nghiệp sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi Thuật tốn tổng hợp có ý nghĩa nhằm đánh giá chất lượng làm việc hệ thống truyền động điện bám công nghiệp quân sự, kết kiểm chứng mơ mơi trường Matlab-Simulink Từ khóa: Điều khiển phi tuyến; Điều khiển trượt mờ thích nghi; Điều khiển thông minh ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, động xoay chiều đồng nam châm vĩnh cửu sử dụng rộng rãi hệ thống truyền động điện cơng nghiệp qn sự, chế tạo thành module chứa sẵn chế độ; có điều chỉnh tốc độ chất lượng cao xe điện, robot công nghiệp, thiết bị y tế, máy đóng viên thuốc ngành dược, v.v…vì đặc tính trội (dải tốc độ làm việc rộng, tỉ số momen/dòng điện lớn, nhiễu, bền vững, hiệu suất cao, điều khiển xác) [1, 2] Để ứng dụng vấn đề này, điều khiển thơng minh-Bộ điều khiển trượt mờ thích nghi; hoạt động hiệu dải tốc độ rộng (từ tốc độ thấp đến tốc độ định mức; tốc độ cao) lựa chọn hấp dẫn [2, 18, 20] Để ứng dụng vào hệ thống điều khiển xác với nhiều cấp tốc độ khác đảm bảo mô men, đặc biệt vùng làm việc với nhiều dải tốc độ khác hệ thống điều khiển đòi hỏi cần có độ xác cao hệ bám máy móc ngành dược (máy đóng viên thuốc); yêu cầu “rất khắt khe” cơng nghiệp, [5, 6], nhiều vấn đề phải giải Trong tài liệu [5, 6], [8, 10], đề xuất phương pháp điều khiển mờ cho PMSM J t , t , M t , k J1 J J3 J4 1 J5  Jn Ji i qi Ci Hình Sơ đồ động học thể mối quan hệ phần tử phần hệ thống truyền động điện Nhằm tạo cấu trúc thích hợp bảo đảm tính tối ưu cho hệ thống, thiết kế động học hệ thống truyền động điện bám cần phải đưa tiêu chất lượng, [1, 16] Đây toán điều khiển tối ưu đa mục tiêu có nhiều cách giải khác Bài 26 T Đ Chuyển, …, P N Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ báo trình bày nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển xác cho động xoay chiều đồng PMSM ứng dụng xưởng sản xuất cơng nghiệp; có tính đến yếu tố phi tuyến bất định, động học động chấp hành biến đổi sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi, [5, 6, 8, 16] XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHAM VĨNH CỬU Trước hết ta xét: Mơ hình tốn học động chấp hành ba pha PMSM với cấu trúc cuộn dây stator roto nam châm vĩnh cửu thể như, [4] Bằng cách lấy toạ độ rotor động PMSM toạ độ tham chiếu, mặt phẳng hệ trục toạ độ d-q biểu diễn phương trình sau đây, [4, 8, 9]:   k1iqs  k2  k3TL  iqs  k4iqs  k5  k6Vqs  ids  ids  k4ids  k6Vds  iqs (1) đó, TL mơ men tải,  tốc độ góc rotor, iqs; ids dòng điện stator trục d trục q tuyến tính hố, Vqs điện áp trục q, Rs điện trở stator, Vds điện áp trục d, ki > 0, i = 1….6, giá trị tham số tính bằng: R  p2 B p k1  m , k2  , k3  , k  s , k5  m , k  2J J 2J Ls Ls Ls Vqs  Rs iqs  Lq iqs   Lds ids  m Vds  Rs ids  Ld ids   Lsq iqs p miqs  ( Ld  Lq )idsiqs  22 2 Te  TL  B   J  p p Te  (2) (3) (4) (5) (6) với Te momen điện từ, p số đôi cực, Rs điện trở stator, Ls điện cảm stator, J mô men quán tính rotor, B hệ số ma sát nhớt, m từ thơng móc vòng    ; ước lượng trạng thái phi tuyến để ước lượng  , tốc độ rotor  , thành phần không đo động Một cách khác để tiện cho việc tính tốn hệ toạ độ trục tham chiếu d-q động ta viết, [4]:   Rs   Ls p  Lse   vdes       Lse Rs   Ls p  vqes         Lm Rr 0   Lr    R   Lm r  Lr Lm p Lr Lm e Lr Rr p Lr sl Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, - 2019 Lm  e  Lr  e   ids Lm p  e    Lr  iqs   e  sl  dr    e    qr  Rr p  Lr  (7) 27 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Te  n Lm e e e e (iqsdr  ids dr ) 2 Lr (8) Trong phương pháp FOC (Field Oriented Control), từ thơng định hướng hồn tồn theo trục d thiết lập qre  , ta có: re  dre (9) tần số góc trượt ta có là:  sl  Lm  Rr  e   iqs re  Lr  (10) Mô men điện từ viết dạng sau: Te  n L2m * * * iqs ids  K t iqs 2 Lr (11) n L2m * ids 2 Lr (12) đó: Kt  Phương trình tốn học mơ tả dạng phần động xoay chiều đồng viết sau: J r (t )  Br (t )  Te  TL (13) đó, Jr mơ men qn tính rotor, B hệ số ma sát nhớt, TL mơ men tải, đó, ta thay (11) (12) vào (13) ta được:  r (t )   T B Kt r (t )  iq*es  L  B pr  Ap iq*es  D pTL Jr Jr Jr (14) đó, Bp   B / Jr  0; Ap  Kt / Jr  0; D p  1/ Jr  Để đạt mơ hình tốn học tương ứng với trình điều khiển động PMSM, giá trị danh định tham số phải xem xét đến yếu tố ảnh hưởng thành phần phi tuyến không đo không chịu ảnh hưởng nhiễu loạn nào, [14, 15, 18, 20] Do đó, mơ hình động học động đưa (14) viết là:  r (t )  Br (t )  Aiq*es (15) đó, A  Kt / Jr B   B / Jr giá trị tương ứng Ap Bp Để xử lý thành phần không đo được, chúng phải xem xét; tính tốn thêm vào mơ hình động học động PMSM giá trị thực thời gian thực tương ứng Vì vậy, biểu thức (14) ta xem xét tính tốn thành phần khơng đo mơ hình cấu trúc động hệ thống truyền động viết sau:  r (t )  (B  B)r (t )  ( A  A)iq*es  D pTL    Br (t )  Aiq*es  L (t ) (16) đó, L (t )  Br (t )  Aiq*es  D pTL   Ở phương trình trên, thành phần chưa biết thể ΔA ΔB; đặc trưng cho hệ thống chứa thành phần bất định bao gồm tham số biến thiên sai số ước tính phi tuyến khơng đo Ngồi ra, thành phần có cấu trúc động lực học hệ thống khơng thay đổi, vậy, để đơn giản cho việc phân tích, tính tốn, ước tính tham 28 T Đ Chuyển, …, P N Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi.” Nghiên cứu khoa học công nghệ số; Trong khuôn khổ báo này, tham số giả sử khơng đổi, ta viết  Trong phương trình trên, L(t) gọi thành phần chưa biết, có, giới hạn L (t )  m , m số dương NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT MỜ THÍCH NGHI CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Cơ sở điều khiển trượt thông thường Từ điều khiển (BĐK) trượt thơng thường, có nhiều ưu điểm việc tổng hợp hệ thống phi tuyến, [5, 9, 13]; bất biến với nhiễu tác động lên hệ thống thành phần khơng xác định; kích thước hệ thống giảm xuống xuất chế độ trượt mặt trượt, áp dụng nguyên lý phân chia chuyển động, nguyên lý phân tích để đưa hệ thống có kích thước lớn hệ có kích thước nhỏ điều khiển quan sát Ở đây, ta xem xét thay đổi sai số điều chỉnh tốc độ, e(t )  r (t )  r* (t ) , chế độ trượt trạng thái khơng gian viết là: S (t )  h(Ce(t )  e(t )) (17) đó, C h số dương, Thay (16) (17), đạo hàm bậc S(t) theo thời gian ta nhận được: S(t )  h Ce(t )  B r (t )  Au(t )  L (t )  r* (t )   (18) đó, u(t )  iqes (t ) Bằng cách cho S(t )  , L (t )  , đó, hiệu suất mong muốn theo mơ hình động học hệ thống (điều khiển tương đương) viết sau, [1, 4, 5, 9, 20]: ueq (t )  ( A )1 (C  B )e(t )  B r* (t )  r* (t )    (19) Để đạt hiệu suất phù hợp động học động chấp hành ln làm việc ổn định liên tục sở mặt trượt S(t ) Khi đó, thành phần khơng liên tục ur (t ) viết dạng: ur (t )  ( Ah)1 k (t )sign(S(t )) (20) đó, k (t )  hàm “sign” hàm chức định nghĩa sau: 1, neáu S (t )  sign(S (t ))   1, S (t )  (21) Do đó, hiệu suất điều khiển đạt chất lượng xem xét thành phần bất định động lực học hệ thống khơng thay đổi, viết sau: u(t )  ueq (t )  ur (t ) iqs   (22) t  u(t)dt (23) đó,  số dương tích phân Theo thiết kế điều khiển, hàm điều khiển Lyapunov (CLF) chọn dạng: V (t )  S (t ) (24) Điều kiện ổn định thể tính ổn định thu từ định lý ổn định hàm Lyapunov [1, 5, 6] Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, - 2019 29 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử V (t )  S(t ).S(t )   S(t ) (25) Trong đó,  số hoàn toàn dương Từ biểu thức (18), (19) (22), (25) viết lại thành biểu thức sau: V (t )  S(t ).S(t )  S(t )hAur (t )  hS(t )L (t ) V (t )   k S(t )  h S (t ) L (t ) (26) V (t )   S(t ) (k (t )  hm) So sánh biểu thức (25) (26) xem xét L (t )  m , tính ổn định hệ thống đảm bảo theo phương trình sau: k (t )  hm   (27) Trên thực tế cho thấy mà  mà lớn ln sảy tượng “Chattering” điều khiển đầu vào xung quanh mặt trượt Hiện tượng chattering giảm bớt cách thay hàm không liên tục sign hàm liên tục xấp xỉ s /( s   )  số dương Ta biết   đặc tính điều khiển xấp xỉ tiến gần đến đặc tính điều khiển ban đầu [5], [15] 3.2 Bộ điều khiển trượt mờ thích nghi cho hệ thống điều khiển Tiến hành xây dựng BĐK dựa theo kỹ thuật trượt mờ thích nghi để đảm bảo tốc độ động bám sát tốc độ đặt có tính đến yếu tố bất định mơ hình, thay đổi thơng số động cơ, biến đổi mô men ma sát, mô men quán tính, thành phần phi tuyến bất định khác, v.v giá trị đặt nhiễu phụ tải thay đổi Ngoài ra, để nâng cao chất lượng BĐK, điều khiển tựa theo từ thơng rotor việc cập nhật thơng tin vị trí góc rotor phải cung cấp để phục vụ cho việc chuyển đổi hệ trục tọa độ Khi đó, ước lượng trạng thái phi tuyến để ước lượng xác vị trí tốc độ rotor có xét đến ảnh hưởng tham số thành phần không đo vùng tốc độ thấp tốc độ cao sử dụng dùng để cung cấp thông tin đưa cho BĐK Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trượt mờ thích nghi (TMTN) biểu biễn đây, điều khiển TMTN sử dụng điều khiển tốc độ, cung cấp *e thông tin thành phần momen dòng điện stator iqs làm đầu Trên hệ trục tọa độ d, thành phần từ thông dòng điện stator id*se đặt thành phần giá trị không đổi tương ứng với điều kiện định mức Các giá trị dòng điện hệ trục tọa độ d-q so sánh với giá trị dòng điện hệ trục tọa độ dq thực tế tương ứng xử lý thông qua hai điều khiển PI riêng biệt, nhằm cung cấp cho thành phần điện áp trục d-q đầu Hiện tượng Chattering loại bỏ cách làm trơn gián đoạn điều khiển giới hạn gần với mặt trượt Trong thực tế, hàm dấu (20) thay hàm “sat”, định nghĩa sau: S sat   sign(S ), S       S   , S    (28) Trong đó,  xác định độ dày lớp biên giới mặt trượt Sau đó, phần điều khiển tiếp giáp với (20), thay đổi thành: ur (t )  ( Ah)1 k (t )sat(S(t ) /  ) 30 (29) T Đ Chuyển, …, P N Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Sơ đồ khối hệ thống điều khiển truyền động điện ứng dụng sản xuất cơng nghiệp biểu biễn hình 2: iqs*e r* vqs* v* s d, q r * v s vds* iqs kˆ ids ,  ids*e ids iqs Ta , Ta Tb , Tb Tc , Tc r d,q i s  ,  i s a, b, c ,  ia ib r d dt Hình Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động sử dụng động PMSM sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi Bằng cách áp dụng vấn đề điều khiển trên, hiệu suất q trình điều khiển khơng phù hợp tượng chattering tồn dẫn đến trình làm việc điều khiển chưa ổn định Để giải vấn đề này, hàm bão hòa thay hệ thống mờ hoạt động giống hàm bão hòa làm giảm thành phần phi tuyến bất định Đối với hệ thống điều khiển mờ đề xuất, coi hệ có cấu trúc biến đổi; S(t) thay đổi thành ΔS(t) coi biến điều khiển đầu uTMTN Do đó, hệ thống điều khiển mờ biểu diễn dạng sau: uTMTN  TMTN (S(t ), S(t )) (30) Sau đó, phần tiếp cận tác động điều khiển xác định sau: ur (t )  ( Ah)1 k (t )uTMTN 1 u(t )  ueq  ( Ah) k (t )uTMTN (31) (32) Do đối tượng khơng có khâu tích phân lý tưởng, nên tác giả lựa chọn điều khiển mờ theo luật PI Theo [6, 15], ta xây dựng cấu trúc điều khiển TMTN hình Sau đó, phần tiếp cận tác động điều khiển xác định sau: Step simout Clock To Workspace Sine Wave Coulomb & Viscous Friction Out1 mo me1 In1 Saturation1 Out2 n To Workspace1 Out3 n2 Out4 Gain2 In2 Out5 To Workspace3 Out6 BDK_TocDo sailech n3 toc do,goc mo me s Integrator n1 To Workspace4 To Workspace2 Step1 In1 Out1 Dat goc (rad ) Gain In2 Fuzzy Controller 0.2 Gain1 du/dt Derivative Manual Switch Ramp Hình Sơ đồ hệ thống sử dụng BĐK trượt mờ thích nghi điều khiển động PMSM Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, - 2019 Hình Cấu trúc điều khiển mờ 31 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Bộ điều khiển mờ gồm: hai tín hiệu vào sai lệch S(t), đạo hàm sai lệch ∆S(t) tín hiệu uTMTN Cấu trúc BĐK mờ minh họa hình Hình Mờ hóa đầu vào ∆S(t) Hình Mờ hóa đầu vào S(t) Bảng Bảng luật mờ uTMTN AL AL AL AL AV AV GN GV H TV TN ∆S(t) Hình Mờ hóa đầu uTMTN AV AN AV AV K K S(t) K AV AV K DV DV DV K K DV DV DL DL DV DV DL DL DL Bảng luật mờ xây dựng bảng Quan hệ đầu vào; đầu điều khiển mờ hình 5, hình 6, hình Khi cần giảm thiểu thành phần L(t) (26) Lúc cần ước tính thành phần k(t) cách sử dụng luật thích nghi tương ứng trình bày [9], để cập nhật tính tốn, nhằm đảm bảo điều kiện để BĐK làm việc tốt chế độ trượt Khi đó, k(t) ước tính để giảm sai số điều khiển (32), lúc điều khiển làm việc ổn định thỏa mãn định lý ổn định Lyapunov Do đó, để đạt mục tiêu đề cập, k(t) lấy là: k(t )  k S(t ) (33) đó, k số dương Trên thực tế, thành phần k (t) lọc thích nghi nhằm giảm thiểu sai số điều khiển Xét hàm ứng viên Lyapunov sau (34), kˆ giá trị ước tính k (t) V (t )  1 S(t )2  (k (t )  kˆ )2 2k (34) thay (18) (34) vào (25) để S(t )   (t ) sau: V (t )  S(t )h Aur (t )  L (t )  k (t )  kˆ k(t )   k    S(t )h  Ak (t )(hA )1 sgn(S )  L (t )    k  k(t)  kˆ  k(t) (35)   S(t )k (t )sgn(S )  hS(t)L (t )  k (t )  kˆ k(t ) k   Thay (33) vào (35) biến đổi (25) ta được: V (t )  k (t )  kˆ  kˆ S(t )  h L (t ) S (t )  k (t )  kˆ S (t )   k (t )  kˆ S(t )  kˆ S(t )  hm S(t )  k (t )  kˆ S(t ) (36)  (kˆ  hm) S(t ) 32 T Đ Chuyển, …, P N Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ So sánh (25) (36) ta được: V (t )  (kˆ  hm) S(t )   S(t ) (37) Do đó, thành phần kˆ chọn cho giá trị kˆ  mh   đạt giá trị âm Nói cách khác, để trình làm việc ổn định điều khiển TMTN đề xuất ta lựa chọn kˆ   mh   Trong báo này, cách áp dụng điều khiển TMTN đề xuất với luật mờ thiết kế điều kiện đề cập, điều kiện ổn định hệ thống (25) thỏa mãn tính ổn định q trình làm việc hệ thống đảm bảo Trên thực tế, yếu tố mô men ma sát, đàn hồi, khe hở, v.v tồn hệ thống truyền động điện bao gồm động cấu công tác Đây thành phần phi tuyến điển hình, BĐK truyền thống chưa khắc phục ảnh hưởng chúng đến chất lượng làm việc hệ thống Bằng phương nâng cao chất lượng điều khiển trượt mờ thích nghi trên, ảnh hưởng yếu tố phi tuyến trên, đến chất lượng hệ truyền động giải quyết, [15, 16, 17] BĐK tổng hợp cho đối tượng lượng phi tuyến đề xuất; làm cho hệ thống hoạt động êm, khắc phục tốt đặc tính phi tuyến, đặc biệt làm cho hệ thống ổn định tiệm cận toàn cục Các tham số Vp, VI chọn sở phương pháp thực nghiệm Zeigler - Nichols Sau chọn tham số Vp, VI, ta tính tham số Vp d Tuy nhiên, thiết kế theo phương pháp thực nghiệm, nên để nâng cao chất lượng điều khiển: thời gian độ ngắn độ điều chỉnh nhỏ, cần hiệu chỉnh thêm hai tham số Vp d Bộ tham số hiệu chỉnh tìm là: VP = 0,01; d = 0,99 (với T = 0,002) Chất lượng điều khiển PI sau tính tốn lựa chọn ta có : KP = 0.3 ; KI = 0.0001 Ngồi có phương pháp sử dụng phần mềm thiết kế BĐK PID Design tài liệu [1, 15, 18, 19, 20] để thiết kế điều khiển KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN Sau nghiên cứu tính tốn, thuật tốn điều khiển trượt mờ thích nghi xây dựng chương trình mơ phần mềm Matlab - Simulink để tiến hành mô đánh giá kết nhằm; kiểm chứng tính đắn thuật tốn, sơ đồ có dạng hình Các tham số mô phỏng: Động xoay chiều đồng PMSM gồm có: Cơng suất P = 0,45KW; tốc độ định mức 3000 vòng/phút; Uđm = 220V; số đơi cực p = 4; hệ số ma sát nhớt B = 0,0001 N.m.s/rad; Mơ men qn tính J =1,5.10-4 Kgm2 Thực mơ thuật tốn điều khiển mơi trường MATLAB-SIMULINK khảo sát với kết mô trường hợp sau: Trường hợp 1: Nghiên cứu mô đánh giá khả làm việc, phản ứng hệ thống trình ổn định tốc độ, mô men tải 0.53Nm 1500 0.8 wd w Load (Nm) Speed (r/m) 1000 500 -500 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình Tốc độ đặt d tốc độ thực  động trường hợp 0.4 0.2 0 momen momen (obs) 0.6 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình Mơ men đặt mơ men ước tính trường hợp Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, - 2019 33 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 6 i sq i sd ia (A) sd sq i ,i (A) 2 -2 -4 -2 -6 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 11 Đáp ứng dòng điện ia trường hợp Hình 10 Đáp ứng dòng điện isq dòng điện isd trường hợp Trường hợp 2: Nghiên cứu mô đánh giá khả làm việc, phản ứng hệ thống trình khởi động hãm, tốc độ thay đổi, mô men tải không đổi 0,53Nm Ta có kết mơ sau: 1500 1000 Speed (r/m) 0.8 wd momen momen (obs) w 0.6 Load (Nm) 500 -500 0.4 0.2 -1000 -1500 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 động trường hợp i sd 0.8 i (A) a i sd,isq (A) 0.4 0.6 Time (s) i sq 0.2 Hình 13 Mơ men đặt mơ men ước tính trường hợp Hình 12 Tốc độ đặt d tốc độ thực  0 -2 -4 -6 -2 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 14 Đáp ứng dòng điện isq, dòng điện isd trường hợp 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 15 Đáp ứng dòng điện ia trường hợp Đáp ứng dòng điện isq thay đổi thời điểm t1 = 0,035s t2 = 0,5s đạt giá trị cân khoảng 0,5A; isd dao động khoảng 0,25A Trường hợp 3: Nghiên cứu mô đánh giá khả làm việc hệ thống tốc độ thay đổi với biên độ 1000 vòng/phút đến -1000 vòng/phút, mơ men tải thay đổi theo dạng hình sin, mơ men tải 0.5Nm 34 T Đ Chuyển, …, P N Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ 1500 1000 Speed (r/m) wd w momen momen (obs) 0.5 Load (Nm) 500 -500 -0.5 -1000 -1500 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 16 Tốc độ đặt d tốc độ thực  động trường hợp 15 10 sd -5 -4 -10 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 0.4 0.6 Time (s) 0.8 -2 -6 0.2 Hình 17 Mơ men đặt mơ men ước tính trường hợp i (A) isq (A) -1 -15 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 250 200 1.5 Speed (r/m) Speed (r/m) Hình 19 Đáp ứng dòng điện isd Hình 18 Đáp ứng dòng điện isq trường hợp trường hợp Trường hợp 4: Nghiên cứu mô đánh giá khả làm việc hệ thống với mơ hình đầy đủ có kể đến thực tế phần cấu công tác Mô tốc độ động với biên độ 50 vòng/phút tốc độ cấu cơng tác 0,5 vòng/phút Lượng vào số mơ men tải khơng đổi, ta có kết sau: 150 100 50 0 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 0.2 1.5 Load (Nm) -1 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 21 Tốc độ đặt d tốc độ thực  cấu công tác trường hợp isq (A) 0.5 -0.5 Hình 20 Tốc độ đặt d tốc độ thực  động trường hợp momen momen (obs) 0.5 -2 -3 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 22 Đáp ứng dòng điện isq trường hợp -0.5 0.2 0.4 0.6 Time(s) 0.8 Hình 23 Mơ men đặt mơ men ước tính trường hợp Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, - 2019 35 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Trường hợp 5: Nghiên cứu phản ứng hệ thống góc đặt vào thay đổi theo quy luật hàm Xv = V.t, (V = 1rad/s) mô men tải không đổi Mc = 0,5Nm 1.5 Goc (rad) 0.5 Xr Xv -0.5 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 24 Đáp ứng vào điều khiển theo góc trường hợp 10 i (A) sq sd i (A) Hình 25 Đáp ứng vào điều khiển theo mô men trường hợp 0 -5 -1 -2 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 26 Đáp ứng dòng điện isq trường hợp -10 0.2 0.4 0.6 Time (s) 0.8 Hình 27 Đáp ứng dòng điện isd trường hợp Trường hợp 6: Khi hệ thống làm việc với góc đặt cho trước lượng vào hàm bậc thang Xv = 0.05 rad, Khi có ảnh hưởng mơ men ma sát trục động cơ, mô men ma sát phía tải, ta có kết sau: Hình 28 Đáp ứng vào điều khiển theo góc trường hợp Hình 29 Đáp ứng vào điều khiển theo mô men trường hợp Quan sát kết quả cho thấy sử dụng bộ điều khiển trượt mờ thích nghi nghiên cứu trên, ta thấy tính bền vững; độ ổn đinh luật điều khiển trước tác động thành phần không xác định, làm thay đổi thời gian trình độ, làm tăng tính tác động nhanh hệ thống truyền động; thuật tốn làm việc ổn định; lượng bám sát lượng vào trình cân bằng, đáp ứng hệ thống làm việc ổn định Có thể thấy ước tính thành phần phi tuyến bám sát giá trị đặt 36 T Đ Chuyển, …, P N Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi.” Nghiên cứu khoa học công nghệ chế độ thay đổi tốc độ trạng thái làm vệc ổn định Hơn nữa, chế độ độ, đáp ứng BĐK cho đáp ứng với thời gian nhanh Trong báo này, việc nghiên cứu sử dụng điều khiển TMTN nhằm đưa thuật toán để áp dụng cho số hệ thống điều khiển truyền động điện bám công nghiệp quân như: hệ thống điều khiển rơ bốt, hệ thống điều khiển xác cho máy đóng viên thuốc ngành dược, hệ thống điều khiển máy cắt gọt CNC, hệ thống bám vũ khí, v.v Kết tính tốn xây dựng, tổng hợp để minh chứng hiệu thuật toán, nâng cao chất lượng làm việc cho hệ thống bám KẾT LUẬN Hệ thống truyền động bám cho đối tượng điều khiển công nghiệp quân cần đòi hỏi độ tin cậy độ xác cao, việc thay hệ thống điều khiển cũ cần thiết cấp bách hệ thống bám điện sử dụng nhiều thực tế Bài báo trình bày cách tiệm cận mới, nghiên cứu xây dựng điều khiển trượt mờ thích nghi cho hệ thống truyền động bám công nghiệp Các kết nghiên cứu lý thuyết mơ cho thấy thuật tốn điều khiển đạt chất lượng tốt hoạt động ổn định Vấn đề minh chứng tính đắn thuật toán kết nghiên cứu hồn tồn ứng dụng vào thực tế cho hệ thống truyền động điện bám công nghiệp quân TÀI LIỆU THAM KHẢO Asif Sabanovic, Leonid M Fridman and Sarah Spurgeon, “Variable Structure Systems from principles to implementation”, first published, 2004 [2] Andrzej Bartoszewicz, “Sliding mode control”, first published March Printed in India, (2011) [3] CHIA-MING CHANG, CHANG-HUAN LIU, “Adaptive Speed Sensorless Induction Motor Drive for Very-Low-Speed and Zero Stator Frequency Operation” Electric Power Comonents and Systems, pp 804-819; Vol 38; 2010 [4] John Chiasson “Modeling and high performance control of electric machines”, Wiley-IEEE Press, 2005 [5] Utkin V., Guldner J., Shi J., “Sliding Mode Control in Electromechanical Systems”, CRC Press LLC, 1999 [6] Stanislaw H Zak, “Systems and Control”, The 3th, Oxford University Press, 2013 [7] B Wang, “Fuzzy sliding mode control design for a class of disturbed systems”, J of Franklin Insitute, Vol.351, No pp 3593-3609, 2014 [8] Han Ho Choi, Jin-Woo Jung and R.- Y Kim, “Fuzzy adaptive speed control of a Permanent Magnet Synchronous Motor” International Journal of Electronics Vol.99, No 5, pp 657-672, May, 2012 [9] Tran Duc Chuyen, Nguyen Thanh Tien, Dao Hoa Viet, “Designing a syntheszing adaptive backstepping sliding mode controller for drive systems tracking electric mechanisms using synchronous Ac motors”, International Journal of Advanced Research in Computer Science and Electronics Engineering, page: 64 - 72 Volume 5, Issue 3, March - 2015 [10] Roopaei M, Jahromi M Zolghadri, Jafari S “Adaptive gain fuzzy sliding mode control for the synchronization of nonlinear chaotic gyros” Chaos 19, 013125, 2009 [11] Wai R-J, Su K-H “Adaptive enhanced fuzzy sliding-mode control for electrical servo drive” IEEE Trans Ind Electron 2006; 53(2) [12] Z Jinhui, S Peng, and X Yuanqing, “Robust adaptive sliding mode control for fuzzy systems with mismatched uncertainties” , IEEE Trans Fuzzy Syst., vol 18, no 4, pp [1] Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, - 2019 37 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 700–711, Aug 2010 [13] L Viet Quoc, C Han Ho, and J Jin-Woo, “Fuzzy sliding mode speed controller for PM synchronous motors with a load torque ob-server” , IEEE Trans Power Electron., vol 27, no 3, pp 1530–1539, Mar 2012 [14] H H Choi and J W Jung, “Fuzzy speed control with an acceleration observer for a permanent magnet synchronous motor” , Nonlinear Dynamics, Vol 67, No 3, pp 1717-1727, Feb 2012 [15] J.J Slotine and W Li, “Applied Nonlinear Control” Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, (1991) [16] С.В Емельянов, С.К Коровин Нелинейная динамика и управление Выпуск 4, Москва Физматлит, 2004 [17] Краснова С А., Уткин В А., Каскадный синтез наблюдателей состояния динамических систем, Наука, Москва, 2006 [18] Б.К Чемоданов - Следящие приводы Т1, 2.- М (1999): Изд МГТУ им Баумана [19] Nguyễn Cơng Định, “Phân tích tổng hợp hệ thống điều khiển máy tính”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, (2002) [20] Nguyễn Doãn Phước, “Lý thuyết điều khiển phi tuyến”, (2015) Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật ABSTRACT THE RESEARCH FOR IMPROVING QUALITY OF PRECISION CONTROLS FOR PMSM MOTOR APPLICATIONS IN INDUSTRIAL PRODUCTION IN THE BASIS OF ADAPTIVE FUZZY SLIDING MODE CONTROL In this paper, a solution is presented to improve the quality of precise control for synchronous AC motor PMSM applied in industrial production on the basis of adaptive fuzzy sliding mode control method Comprehensive Algorithm is meant to evaluate the quality of electrical drive tracking systems operating in industry and military, simulated results in the Matlab-Simulink environment Keywords: The nonlinear control; The adaptive fuzzy sliding mode control; The intelligent control Nhận ngày 12 tháng 01 năm 2019 Hoàn thiện ngày 16 tháng 02 năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 17 tháng năm 2019 Địa chỉ: 38 Bộ môn Điện Công nghiệp, Khoa Điện, Trường Đại Học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp Bộ Công thương; Bộ môn Kỹ thuật Điện, Khoa Kỹ thuật Điều khiển; Học viện KTQS * Email: trdchuyenktd@gmail.com; phungxhung@yahoo.com T Đ Chuyển, …, P N Sâm, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi.” .. .Nghi n cứu khoa học cơng nghệ báo trình bày nghi n cứu nâng cao chất lượng điều khiển xác cho động xoay chiều đồng PMSM ứng dụng xưởng sản xuất cơng nghi p; có tính đến yếu... Chuyển, …, P N Sâm, Nghi n cứu nâng cao chất lượng … trượt mờ thích nghi. ” Nghi n cứu khoa học cơng nghệ Sơ đồ khối hệ thống điều khiển truyền động điện ứng dụng sản xuất công nghi p biểu biễn hình... đồ khối cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động sử dụng động PMSM sở phương pháp điều khiển trượt mờ thích nghi Bằng cách áp dụng vấn đề điều khiển trên, hiệu suất q trình điều khiển khơng phù