LỜI CAM ĐOAN Tên Dương Quốc Tuấn, cơng tác Bộ mơn Tự động hóa – Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi hướng dẫn tập thể nhà khoa học tài liệu tham khảo trích dẫn Kết nghiên cứu trung thực chưa công bố cơng trình khác Thái Nguyên, ngày tháng 03 năm 2020 Tác giả luận án Dương Quốc Tuấn i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận án này, nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cô, anh chị, em, bạn tổ chức Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp thuộc Đại học Thái Nguyên, Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ cao Kỹ thuật Công nghiệp thuộc Đại học Thái Nguyên Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận án PGS.TS Nguyễn Như Hiển PGS.TS Trần Xuân Minh, người thầy kính mến tận tình hướng dẫn, bảo, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho Tập thể nhà khoa học Bộ mơn Tự động hóa, Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa trường Đại học Bách khoa Hà Nội, có ý kiến đóng góp quý báu để tơi hồn chỉnh luận án Xin chân thành cảm ơn bố mẹ, em người vợ yêu quý trai luôn bên tôi, hết lòng thương yêu, quan tâm, sẻ chia, ủng hộ, động viên tinh thần, tình cảm, tạo điều kiện giúp tơi có nghị lực để hồn thành luận án Thái Nguyên, ngày tháng 03 năm 2020 Tác giả luận án Dương Quốc Tuấn ii Mục lục MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Mục tiêu luận án Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Bố cục luận án CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐCĐB TỪ THƠNG DỌC TRỤC CĨ TÍCH HỢP Ổ ĐỠ TỪ 1.1 Mở đầu 1.2 Sự phát triển máy điện đồng kích từ nam châm vĩnh cửu từ thông dọc trục 1.3 Các kiểu máy điện từ thơng dọc trục kích từ nam châm vĩnh cửu 1.3.1 Các cấu hình động đồng từ thông dọc trục 1.3.2 Lựa chọn cấu hình động đồng từ thông dọc trục 10 1.3.3 Mơ hình truyền thống ổ đỡ trục động 11 1.3.4 Mô hình ĐC thông dụng sử dụng ổ từ đỡ trục ĐC 11 1.3.5 Mơ hình tích hợp ổ từ dọc trục vào động đồng từ thông dọc trục 13 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 14 1.4.1 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 16 1.5 Định hướng nghiên cứu luận án 27 1.6 Kết luận 28 CHƯƠNG : MƠ HÌNH HĨA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ THƠNG DỌC TRỤC KÍCH TỪ NCVC TÍCH HỢP Ổ ĐỠ TỪ DỌC TRỤC 29 2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc động đồng từ thông dọc trục kích từ nam châm vĩnh cửu 29 2.1.1 Cấu tạo 29 iii Mục lục 2.1.2 Nguyên lý làm việc động đồng từ thông dọc trục NCVC 30 2.2 Mô hình tốn học động từ thơng dọc trục kích từ NCVC 30 2.2.1 Đặt vấn đề 30 2.2.2 Mơ hình tốn học động đồng từ thơng dọc trục tích hợp chức ổ từ dọc trục hệ tọa độ đồng từ thông 32 2.3 Tính tốn lực hút dọc trục 35 2.3.1 Xác định lực dọc trục ĐCĐB từ thông dọc trục kích từ nam châm vĩnh cửu 35 2.3.2 Mơ hình tốn học ĐC AFPM 45 2.4 Kết luận 47 CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ THÔNG DỌC TRỤC 48 3.1 Cấu trúc điều khiển vectơ động AFPM 48 3.1.1 Cấu trúc điều khiển tổng quát 48 3.1.2 Thiết kế điều khiển động AFPM phương pháp kinh điển 49 3.1.3 Thiết kế điều khiển động AFPM phương pháp Backstepping-SMC 54 3.2 Các kết mô phỏng 60 3.2.1 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngồi PID, mạch vòng dòng điện PID 61 3.2.2 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngồi Backstepping-trượt 66 CHƯƠNG : HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 74 4.1 Hệ thống thí nghiệm 74 4.2 Kết thực nghiệm 89 4.2.1 Động chạy với tốc độ nhỏ tốc độ định mức n=1500 vòng/phút 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 108 iv Danh mục bảng biểu DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật nguồn DC GW INSTEK PSW 80-40.5 .78 Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật Encoder RE30E-500-213-1 79 Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật cảm biến đo khoảng cách SENTEC LS 500D-2A .80 v Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu B, B Đơn vị T Ý nghĩa Mật độ từ thông, mật độ từ thơng khe hở khơng khí Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ ba pha sang hệ tọa độ C3/2, C2/3 pha ngược lại Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ cố định ba pha sang hệ C3s/2r, C2r/3s tọa độ quay pha ngược lại Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ cố định pha sang hệ C2s/2r, C2r/2s tọa độ quay pha ngược lại Ma trận điện cảm L F1 , F2 N Lực điện từ động 1, động sinh FL N Lực tác động vào trục động Sức từ động kích từ, stđ tổng pha stator, stđ tổng Fp, Fs, F go mm Khe hở khơng khí Stator rotor i,i A Thành phần trục , dòng điện iA, iB, iC A Các dòng điện pha id, iq A Dòng điện trục d,q Ip , If A Dòng kích từ chiều isd, isq A Thành phần trục d,q dòng điện stator J, jr KGm2 Mơ men qn tính Hệ số khuếch đại nghịch lưu Knl Lsd, Lsq H Thành phần điện cảm dọc trục, ngang trục M , M , m1 , m Nm Mô men điện từ động 1, động sinh Mđt Nm Mơ men điện từ N Số vòng dây np Số đôi cực R Ma trận điện trở Rs , Rr Điện trở cuộn dây stator, rotor S m2 Diện tích mặt cắt đường sức từ Sp m2 Diện tích cực từ khe hở khơng khí vi Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Tsd, Tsq s Hằng số thời gian Te, Tm s Hằng số thời gian điện từ, số thời gian điện u, u V Điện áp trục , uA, uB, uC V Các điện áp pha ud, uq V Điện áp trục d,q usd, usq V Thành phần trục d,q điện áp stator Năng lượng điện từ Wm wl mm2 Kích thước mạch từ z mm Độ dịch chuyển lõi thép, rotor , Wb Từ thông p Wb Từ thơng cực từ rad Góc lệch trục d trục Wb Từ thông o Tm/A Độ từ thẩm khơng khí s, 1 rad/s Tốc độ góc từ trường stator , m rad s Vị trí góc Hằng số thời gian Các số bên phải, cao: f đại lượng mô tả hệ tọa độ T4R (hệ tọa độ dq quay đồng với vector từ thông s, r đại lượng mô tả hệ tọa độ cố định với stator, rotor vii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục chữ viết tắt Chữ viết tắt AFPM AGBM Ý nghĩa Axial Flux Permanent Magnet (từ thơng dọc trục kích thích vĩnh cửu) axial gap self- bearing machine (máy điện tự nâng có khe hở dọc trục) AMB Active Magnetic Bearing (ổ đỡ từ chủ động) AMM amorphous magnetic materials (vật liệu từ vô định hình) ĐB Đồng ĐC Động ĐCĐB Động đồng ĐH Đại học BSCCO Bismuth strontium calcium copper oxide CAN Controller Area Network CNC Computer Numeric Control (Điều khiển số dùng máy tính) CFD computational fluid dynamic (động học chất lỏng tính tốn) DSP Digital signal processor (Xử lý tín hiệu số) DSSR Double stator single rotor (hai stator rotor) EV electric vehicle (Xe điện) FEA Finite Element Analysis (Phân tích phần tử hữu hạn) FEM Finite element method (Phương pháp phần tử hữu hạn) FSCW Fractional-slot concentrated-winding (dây quấn tập trung rãnh phân số) FVA Finite Volume Analysis (phân tích thể tích hữu hạn) HTC high-temperature superconducting (siêu dẫn nhiệt độ cao) LQG Linear Quadratic Gaussian LSAFPM Line start AFPM (AFPM khởi động trực tiếp) LSPM Line start permanent magnet (Máy điện kích thích vĩnh cửu khởi động trực tiếp) MIMO multiple-input multiple-output (nhiều đầu vào nhiều đầu ra) NCVC nam châm vĩnh cửu NGTL NOVA Gas Transmission Ltd viii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt NS North – South (Bắc – Nam) PC Personal Computer (máy vi tính) PPC PowerPC (Máy tính chuyên dụng) PID Proportional Integral Derivative (tỷ lệ vi tích phân) PM Permanent Magnet (Nam châm vĩnh cửu) RFPM Radial Flux Permanent Magnet (máy điện kích thích vĩnh cửu từ thông hướng tâm) LRU Least recently used SMC Sliding Mode Control (Điều khiển trượt) SMC soft magnetic composites, soft magnetic compound (Hợp chất từ mềm) SS South – South (Nam – Nam) SSDR Single stator double rotor (Một stator hai rotor) SSSR Single stator single rotor (Một stator rotor) stđ sức từ động TFPM transverse flux PM () T4 R Tựa theo từ thơng rotor XNCN Xí nghiệp cơng nghiệp YBCO yttrium barium copper oxide ix Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Hình ảnh động đồng từ thơng dọc trục, kích từ nam châm vĩnh cửu, có tích hợp ổ từ chặn chuyển động dọc dây quấn stator động Hình 1.1 ĐC điện-từ với rotor dạng đĩa theo sáng chế số 405 858,1889 N Tesla (a- hình chiếu đứng, b- hình chiếu cạnh, c- mặt cắt dọc) .6 Hình 1.2 Các modul ĐC AFPM Hình 1.3 Các cấu hình máy điện từ thông dọc trục NCVC Hình 1.4 Mặt cắt mơ hình ĐC điện thông dụng 11 Hình 1.5 Ổ đỡ từ hướng tâm chủ động .12 Hình 1.6 Mặt cắt mơ hình ĐC điện thơng dụng có tích hợp ổ đỡ từ hướng tâm hướng trục (1: Trục; 2: Rotor; 3: Stator; 4: Ổ từ hướng tâm; 5: Ổ từ dọc trục) 12 Hình 1.7 Cấu tạo ổ từ chủ động (AMB): hướng tâm (a), dọc trục (b) 13 Hình 1.8 Mặt cắt ĐC AFPM có tích hợp ổ đỡ từ hai đầu trục 14 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc động AFPM tích hợp chức ổ đỡ từ dọc trục 29 Hình 2.2 Vector dòng stator ĐCĐB làm việc dải tốc độ quay danh định 31 Hình 2.3 Mơ hình liên tục của động đồng từ thông dọc trục 35 Hình 2.4 Mạch từ lõi thép chữ C .36 Hình 2.5 Quan hệ phi tuyến từ thơng móc vòng dòng điện i 39 Hình 2.6 Mơ hình xác định từ thơng móc vòng ĐC AFPM 41 Hình 2.7 Mô hình xác định từ thơng móc vòng lực đẩy kéo stator (a) stator (b) với rotor 41 Hình 2.8 Sơ đồ thay mạch từ ĐC đồng từ thông dọc trục NCVC 42 Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc đầy đủ ĐC AFPM có tích hợp ổ từ dọc trục .46 Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển vectơ động đồng từ thông dọc trục 48 Hình 3.2 Cấu trúc dòng điện động AFPM .49 Hình 3.3 Mạch vòng điều khiển dòng điện có khâu tách kênh Rii 51 Hình 3.4 Mạch vòng điều khiển tốc độ .52 Hình 3.5 Mạch vòng điều khiển khoảng cách trục 53 Hình 3.6 Cấu trúc mô phỏng điều khiển động AFPM 61 Hình 3.7 Kết mô phỏng động AFPM chế độ làm việc với tốc độ định mức chưa có lực dọc trục tác động 62 Hình 3.8 Kết mô phỏng động AFPM chế độ làm việc với tốc độ định mức có lực tác động dọc trục 63 x Tài liệu tham khảo switching permanent magnet generator, IEEE Trans Magn., vol 48, no 11, pp 4212–4215, Nov 2012 71 Li Dong(2010) et al., Principle Test of Active Magnetic Bearings for the Helium Turbomachine of HTR-10GT, Proc Of the 12th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2010, Wuhan, China, pp 594-601 72 M.EH Bendib, M Taib, A Mekias(2018), Design Of Axial Flux PM Machine for Flywheel Energy Storage System, 978-1-5386-6933-4/18/$31.00 ©2018 IEEE 73 M Aydin, H Surong, and T A Lipo (2006), Torque quality and com-parison of internal and external rotor axial flux surface-magnet disc machines, IEEE Trans Ind Electron., vol 53, no 3, pp 822–830, Jun 2006 74 M Aydin, Q Ronghai, and T A Lipo (2003), Cogging torque minimization technique for multiple-rotor, axial-flux, surface-mounted-PM motors: Alternating magnet pole-arcs in facing rotors, in Proc 38th IAS Annu Meeting Conf Rec Ind Appl Conf., Oct 2003, pp 555–561 75 M Aydin, S Huang, and T A Lipo (2004), Axial flux permanent mag-net disc machines: A review, in Proc Int SPEEDAM, Jun 2004, 61–71 76 M Aydin, S Hum, and T A Lipo (2001), Design and 3D electromagnetic field analysis of non-slotted and slotted TORUS type axial flux surface mounted permanent magnet disc machines, in Proc IEEE IEMDC, Jun 2001, pp 645– 651 77 M C Tsai and L Y Hsu (2006), Design of a miniature axial-flux spindle motor with rhomboidal PCB winding, IEEE Trans Magn., vol 42, no 10, pp 3488– 3490, Oct 2006 78 M J Kamper, W R Jie, and F G Rossouw (2008), Analysis and performance of axial flux permanent-magnet machine with air-cored nonoverlapping concentrated stator windings, IEEE Trans Ind Appl., vol 44, no 5, 1495– 1504, Oct 2008 79 M J Kamper, R.-J Wang, and F G Rossouw (2008), Analysis and performance of axial flux permanent-magnet machine with air-cored nonoverlapping concentrated stator windings, IEEE Trans Ind Appl., vol 44, no 5, pp 1495–1504, Sep./Oct 2008 80 M Neff, N Barletta and R Schoeb (2002), Bearingless Centrifugal Pump for Highly Pure Chemicals, Proc Of the 8th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2002, Mito, Japan, pp.283-287 103 Tài liệu tham khảo 81 Marcio S de Queiroz and Darren M Dawson (1996), Nonlinear control of Active Magnetic Bearing: A backstepping approach, IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol 4, No 5, March 1996 82 N Lombard and M Kamper (1999), Analysis and performance of an ironless stator axial flux PM machine, IEEE Trans Energy Convers., vol 14, no 4, pp 1051–1056, Dec 1999 83 Naghi Rostami (2019), Particle swarm optimization approach to optimal design of an AFPM traction machine for different driving conditions, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, (2019) 27: 3234 – 3246 84 Narges Taran, Vandana Rallabandi, Greg Heins, and Dan M Ionel (2018), Coreless and Conventional Axial Flux Permanent Magnet Motors for Solar Cars, DOI 10.1109/TIA.2018.2855123, IEEE Transactions on Industry Applications 85 Nguyen Phung Quang and Jörg-Andreas Dittrich (2015), Vector Control of Three-Phase AC Machines, springer 86 O Masahiro (2010) et al., Miniaturized Magnetically Levitated Motor for Pediatric Artificial Heart, Proc Of the 12th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2010, Wuhan, China, pp 674-679 87 P J Masson, M Breschi, P Tixador, and C A Luongo (2007), Design of HTS axial flux motor for aircraft propulsion, IEEE Trans Appl Supercond., vol 17, no 2, pp 1533–1536, Jun 2007 88 Praveen Kumar, M M Reza and R K Srivastava (2017), Effect of Cogging Torque Minimization Techniques on Performance of an Axial Flux Permanent Magnet Machine, 2017 IEEE Transportation Electrification Conference (ITECIndia) 89 Q D Nguyen and S Ueno (2011), Analysis and control of nonsalient permanent magnet axial gap self-bearing motor, IEEE Trans Ind Electron., vol 58, no 7, pp 2644–2652, Jul 2011 90 Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno (2010), Analysis and Control of NonSalient Permanent Magnet Axial-Gap Self-Bearing Motor, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol PP, No 99, pp 1-8, 2010 (early access) 91 Quang Dich Nguyen and Satoshi Ueno (2010), Modeling and Control of Salient-Pole Permanent Magnet Axial Gap Self-Bearing Motor, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol PP, No 99, pp 1-9, 2010 (early access) 104 Tài liệu tham khảo 92 Quang Dich Nguyen (2010), Control of Degrees of Freedom Salient AxialGap Self-bearing Motor, PhD thesis, Ritsumeikan University, Japan, 2010 93 R L Ficheux, F Caricchi, F Crescimbini, and O Honorati (2001), Axial-flux permanent-magnet motor for direct-drive elevator systems without machine room, IEEE Trans Ind Appl., vol 37, no 6, pp 1693–1701, Dec 2001 94 R Qu, M Aydin, and T A Lipo (2003), Performance comparison of dual-rotor radial-flux and axial-flux permanent-magnet BLDC machines, in Proc IEEE IEMDC, Jun 2003, pp 1948–1954 95 Russell D Smith and William F Weldon (1995), Nonlinear control of a Rigid Rotor Magnetic Bearing System: Modeling and Simulation with Ful state feedback, IEEE Transactions on Magnetics, Vol 31, No 2, March 1995 96 S C Oh and A Emadi (2004), Test and simulation of axial flux-motor characteristics for hybrid electric vehicles, IEEE Trans Veh Technol., vol 53, no 3, pp 912–919, May 2004 97 S H Lee (2006) et al., Characteristic analysis of the slotless axial-flux type brushless DC motors using image method, IEEE Trans Magn., vol 42, no 4, pp 1327–1330, Apr 2006 98 S Huang, M Aydin, and T A Lipo (2001), TORUS concept machines: Preprototyping design assessment for two major topologies, in Proc IEEE Ind Appl Conf Rec 36th IAS Annu Meeting, Oct 2001,1619–1625 99 S M A Sharkh and M T N Mohammad (2007), Axial field permanent magnet DC motor with powder iron armature, IEEE Trans Energy Convers., vol 22, no 3, pp 608–613, Sep 2007 100 S Rao (1984), Optimization Theory and Applications Hoboken, NJ, USA: Wiley, 1984 101 S Y Sung, J H Jeong, Y S Park, J Y Choi, and S M Jang (2012), Improved analytical modeling of axial flux machine with a double-sided permanent magnet rotor and slotless stator based on an analytical method, IEEE Trans Magn., vol 48, no 11, pp 2945–2948, Nov 2012 102 Schweitzer G (2002), Active Magnetic Bearings – Chances and Limitations, Proceedings of the 6th International Conference on Rotor Dynamics, Sydney, Australia, Sep 2002 103 Solmaz Kahourzade, Amin Mahmoudi, Hew Wooi Ping, and Mohammad Nasir Uddin (2014), A Comprehensive Review of Axial-Flux Permanent-Magnet 105 Tài liệu tham khảo Machines Canadian journal of electrical and computer engineering, Vol 37, No 1, Winter 2014 104 T Brown, G Heins, S Hobbs, M Thiele, and J Davey (2011), Cogging torque prediction for mass-produced axial flux PMSM stators, in Proc IEEE IEMDC, May 2011, pp 206–211 105 T Chan and L Lai (2007), An axial-flux permanent-magnet synchronous generator for a direct-coupled wind-turbine system, IEEE Trans Energy Convers., vol 22, no 1, pp 86–94, Mar 2007 106 T Cook (1840), Improvement in electromagnetic machines, U.S Patent 735, Aug 25, 1840 107 T F Chan, W Wang, and L L Lai (2012), Magnetic field in a transverse-and axial-flux permanent magnet synchronous generator from 3-D FEA, IEEE Trans Magn., vol 48, no 2, pp 1055–1058, Feb 2012 108 T F Chan, L L Lai, and S Xie (2009), Field computation for an axial flux permanent-magnet synchronous generator, IEEE Trans Energy Convers., vol 24, no 1, pp 1–11, Mar 2009 109 T D Nguyen, K J Tseng, S Zhang, and H T Nguyen (2011), A novel axial flux permanent-magnet machine for flywheel energy storage system: Design and analysis, IEEE Trans Ind Electron., vol 58, no 9, pp 3784–3794, Sep 2011 110 T Shinshi (2008) et al., A Mini-Centrifugal Blood Pump Using 2-DOF Controlled Magnetic Bearing, Proc Of the 11th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2008, Nara, Japan, pp 274-279 111 Tesla N (1889), Electro-Magnetic Motor, U.S patent No 405 858 112 Tian Ye, Sun Yanhua, Yu Lie (2010), LQG Control of Hybrid Foil-Magnetic Bearing, 12th International Symposium on Magnetic Bearings, August, 2010 113 Trong Duy Nguyen, Gilbert Foo Hock Beng, King-Jet Tseng, Don Mahinda Vilathgamuwa, and Xinan Zhang (2012), Modeling and Position-Sensorless Control of a Dual-Airgap Axial Flux Permanent Magnet Machine for Flywheel Energy Storage Systems, Journal of Power Electronics, Vol 12, No 5, September 2012 114 Trong Duy Nguyen, King-Jet Tseng, Shao Zhang, Hoan Thong Nguyen (2011), A Novel Axial Flux Permanent-Magnet Machine for Flywheel Energy Storage System: Design and Analysis, IEEE Transaction on industrial electronics, Vol 58, No 9, September 2011 106 Tài liệu tham khảo 115 Trong Duy Nguyen, King-Jet Tseng, Shao Zhang, Hoan Thong Nguyen (2010), On The Modeling and Control of a Novel Flywheel Energy Storage System, Centre for Smart Energy Systems, Nanyang Technological University Nanyang Avenue, 639798, Republic of Singapore 116 W Fei, P C K Luk, and K Jinupun (2008), A new axial flux permanent magnet segmented-armature-torus machine for in-wheel direct drive applications, in Proc IEEE PESC, Jun 2008, pp 2197–2202 117 W Wang, K W E Cheng, K Ding, and L C Meng (2011), A novel approach to the analysis of the axial-flux permanent-magnet generator with coreless stator supplying a rectifier load, IEEE Trans Magn., vol 47, no 10, pp 2391– 2394, Oct 2011 118 Y J Cao, Y K Huang, and J Long (2012), Research on axial magnetic force and rotor mechanical stress of an air-cored axial-flux permanent magnet machine based on 3D FEM, Appl Mech Mater., vol 105, pp 160–163, Sep 2012 119 Y P Yang and D S Chuang (2007), Optimal design and control of a wheel motor for electric passenger cars, IEEE Trans Magn., vol 43, no 1, pp 51– 61, Jan 2007 120 Z Kohari, Z Nadudvari, L Szlama, M Keresztesi, and I Csaki (2011), Test results of a compact disk-type motor/generator unit with superconduct-ing bearings for flywheel energy storage systems with ultra-low idling losses, IEEE Trans Appl Supercond., vol 21, no 3, pp 1497–1501, Jun 2011 121 Wang (2011) et al., Development of an axial gap motor with amorphous metal cores, IEEE Trans Ind Appl., vol 47, no 3, pp 1293–1299, Jun 2011 107 Phụ lục PHỤ LỤC Phụ lục A: Các thông số mơ với điều khiển kinh điển Hình A.1 Cấu trúc mô phỏng hệ thống với điều khiển kinh điển PID Hình A.2 Khối PID Hình A.3 Khối Motor 108 Phụ lục Hình A.4 Khối Motor Hình A.5 Khối subAFPM Tham số mơ phỏng: global R Ld Lq phip J m Fl muy N g0 Sp cw lamda cz cid1 ciq1 cid2 ciq2 cz2 lamda = 100; cw = 100; cz = 100; cz2 = 00; cid1 = 500; cid2 = 1000; ciq1 = 500; ciq2 = 500; R = 2.3; Lq = 9.6*10^-6; Ld = 8.2*10^-6; phip = 0.0126; g0 = 1.7*10^-3; N = 400; m = 0.235; 109 Phụ lục J = 0.0000082; muy = 4*3.14*10^-7; Fl = 0; Sp = 0.00045; motor1_PID.m function y = motor1_PID(u) %input id1 = u(1); iq1 = u(2); ud1 = u(3); uq1 = u(4); w = u(5); %parameter global R Ld Lq phip %mathematic %id1_dot = (ud1+w*Lq*iq1-R*id1)/Ld; %iq1_dot = (uq1-w*Ld*id1-R*iq1-w*phip)/Lq; id1_dot = (ud1-R*id1)/Ld; iq1_dot = (uq1-R*iq1-w*phip)/Lq; %output y(1) = id1_dot; y(2) = iq1_dot; end motor2_PID.m function y = motor2_PID(u) %input id2 = u(1); iq2 = u(2); ud2 = u(3); uq2 = u(4); w = u(5); %parameter 110 Phụ lục global R Ld Lq phip %mathematic % id2_dot = (ud2+w*Lq*iq2-R*id2)/Ld; % iq2_dot = (uq2-w*Ld*id2-R*iq2-w*phip)/Lq; id2_dot = (ud2-R*id2)/Ld; iq2_dot = (uq2-R*iq2-w*phip)/Lq; %output y(1) = id2_dot; y(2) = iq2_dot; end system_PID.m function y = System_PID(u) %u = [1;2;3;4;5]; id1 = u(1); iq1 = u(2); id2 = u(3); iq2 = u(4); z = u(5); Fngoai = u(6); mn = u(7); iq = [iq1;iq2]; %parameter global phip Ld Lq J m Fl muy N g0 Sp k1 = 2*(muy^2*N^2*phip)/(g0^2); k2 = 2*(muy*phip^2)/(Sp*g0); %math B = [1.5*(phip+id1*(Ld-Lq)) 1.5*(phip+id2*(Ld-Lq))]; w_dot = (1/J)*(B*iq-mn); z_2dot = (1/m)*(k1*(id2-id1)+k1*z*(id2-id1)-k2*z-Fngoai); %output y(1) = w_dot; y(2) = z_2dot; end 111 Phụ lục Phụ lục B: Các thông số mô với điều khiển Backstepping-SMC Hình B.1 Cấu trúc mơ phỏng hệ thống với điều khiển Backstepping-SMC Hình B.2 Khối Backstepping-Slidingmode Hình B.2 Khối AFPM 112 Phụ lục Hình B.3 Khối subAFPM Hình B.4 Khối Motor1 Hình B.5 Khối Motor1 Hình B.5 Khối Controller 113 Phụ lục Hàm controlsystem function y = controlsystem(u) %input w = u(1); z = u(2); id1 = u(3); iq1 = u(4); id2 = u(5); iq2 = u(6); wd = u(7); z_dot = u(9); mn = u(10); lamdas = u(11); %para global m cw phip Ld Lq lamda cz muy N Sp g0 J Fl cz2 %% B = [1.5*(phip+id1*(Ld-Lq)) 1.5*(phip+id2*(Ld-Lq))]; iqd = (B'*(B*B')^-1)*(mn+J*(-cw*(w-wd))); k1 = 2*(muy^2*N^2*phip)/(g0^2); k2 = 2*(muy*phip^2)/(Sp*g0); S = z_dot+lamdas*z; id2d = id1+(k2*z-lamdas*m*z_dot-(cz*(S)+cz2*satlins(S))*m+Fl)/(k1+k1*z); %output y(1) = 0; y(2) = iqd(1); y(3) = id2d; y(4) = iqd(2); end Hàm controlmotor1 function y = controlmotor1(u) %input w = u(1); id1 = u(3); 114 Phụ lục iq1 = u(4); id1d = u(5); iq1d = u(6); iq1d_dot = u(8); %para global R Ld Lq cid1 ciq1 phip %math ud1 = R*id1-w*Lq*iq1-Ld*cid1*id1; uq1 = R*iq1+Lq*(-ciq1*(iq1-iq1d)+iq1d_dot)+w*Ld*id1+w*phip; %output y(1) = ud1; y(2) = uq1; end Hàm controlmotor2 function y = controlmotor2(u) %input w = u(1); id2 = u(3); iq2 = u(4); id2d = u(5); iq2d = u(6); id2d_dot = u(7); iq2d_dot = u(8); %para global R Ld Lq cid2 ciq2 phip %math ud2 = R*id2-w*Lq*iq2-Ld*cid2*(id2-id2d)+Ld*id2d_dot; uq2 = R*iq2+Lq*(-ciq2*(iq2-iq2d)+iq2d_dot)+w*Ld*id2+w*phip; %output y(1) = ud2; y(2) = uq2; end Hàm lamdasau 115 Phụ lục function y = lamdasau(u) z = u(2); lamda = 5e-4/(5e-7+z); y = lamda; end Hàm Motor1 function y = motor1(u) %input id1 = u(1); iq1 = u(2); ud1 = u(3); uq1 = u(4); w = u(5); %parameter global R Ld Lq phip %mathematic id1_dot = (ud1+w*Lq*iq1-R*id1)/Ld; iq1_dot = (uq1-w*Ld*id1-R*iq1-w*phip)/Lq; %output y(1) = id1_dot; y(2) = iq1_dot; end Hàm Motor2 function y = motor2(u) %input id2 = u(1); iq2 = u(2); ud2 = u(3); uq2 = u(4); w = u(5); %parameter global R Ld Lq phip %mathematic 116 Phụ lục id2_dot = (ud2+w*Lq*iq2-R*id2)/Ld; iq2_dot = (uq2-w*Ld*id2-R*iq2-w*phip)/Lq; %output y(1) = id2_dot; y(2) = iq2_dot; end Hàm System function y = System(u) %input %u = [1;2;3;4;5]; id1 = u(1); iq1 = u(2); id2 = u(3); iq2 = u(4); z = u(5); Fngoai = u(6); mn = u(7); iq = [iq1;iq2]; %parameter global phip Ld Lq J m Fl muy N g0 Sp k1 = 2*(muy^2*N^2*phip)/(g0^2); k2 = 2*(muy*phip^2)/(Sp*g0); %math B = [1.5*(phip+id1*(Ld-Lq)) 1.5*(phip+id2*(Ld-Lq))]; w_dot = (1/J)*(B*iq-mn); z_2dot = (1/m)*(k1*(id2-id1)+k1*z*(id2-id1)-k2*z-Fngoai); %output y(1) = w_dot; y(2) = z_2dot; end 117 ... động đồng từ thơng dọc trục kích từ nam châm vĩnh cửu sử dụng thêm ổ từ chặn chuyển động dọc trục Ý nghĩa thực tiễn luận án Kết nghiên cứu luận án ứng dụng điều khiển động hệ truyền động có tốc... sung thêm ổ đỡ từ chặn chuyển động dọc trục ĐC điện đồng từ thơng dọc trục kích từ nam châm vĩnh cửu (động AFPM) có tích hợp ổ đỡ từ dọc trục, sử dụng hai ổ từ hướng tâm hai đầu trục minh họa... trơn có khả chuyển động tốc độ cao - Động đồng từ thông dọc trục kích từ nam châm vĩnh cửu tạo mô men quay hệ thống truyền động không tiếp xúc Điều khiển thành công hệ truyền động tạo sản phẩm