Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển tốc độ cho động cơ không dùng lõi thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Bùi Trung Tuyến NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG DÙNG LÕI THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Hà Nội – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Bùi Trung Tuyến NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG DÙNG LÕI THÉP Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật điều khiển tự động hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Nguyễn Quang Địch Hà Nội – Năm 2017 Mục Lục MỤC LỤC MỤC LỤC i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt iii Danh mục bảng biểu iv Danh mục hình vẽ, đồ thị v Lời nói đầu Lý chọn đề tài .1 Tình hình nghiên cứu nƣớc .1 Mục đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu luận văn Tóm tắt đọng luận điểm đóng góp tác giả .3 Phƣơng pháp nghiên cứu .4 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐỘNG CƠ KHÔNG DÙNG LÕI THÉP 1.1 Tổng quan động không lõi thép 1.1.1 Hiện tƣợng mô men đập mạch (Cogging Torque) 1.1.2 Động không lõi thép .8 1.1.3 So sánh động có lõi thép khơng lõi thép 1.1.4 Ứng dụng động không lõi thép 11 1.2 Động tự nâng không lõi thép 11 Chƣơng XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG DÙNG LÕI THÉP .13 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 13 2.1.1 Cấu tạo .13 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 16 2.2 Mơ hình tốn học động tự nâng không lõi thép 17 2.2.1 Mô tả cấu trúc động hệ trục tọa độ Oxy z-θ .17 2.2.2 Phân tích thành phần lực mơ men 18 i Mục Lục 2.2.3 Mô hình hóa động tự nâng khơng lõi thép 24 Chƣơng THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG KHÔNG DÙNG LÕI THÉP .29 3.1 Cấu trúc điều khiển cho động tự nâng không lõi thép 29 3.1.1 Bộ điều khiển mơ men vịng kín 30 3.1.2 Bộ điều khiển mô men vòng hở 31 3.2 Tính tốn tham số điều khiển PI PID cho mạch vịng tốc độ vị trí .33 3.2.1 Bộ điều khiển vị trí 35 3.2.2 Bộ điều khiển tốc độ 36 Chƣơng MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG .40 4.1 Mô công cụ Matlab/ Simulink 40 4.1.1 Xây mơ hình Matlab/Simulink 41 4.1.2 Mô 43 4.2 Chế tạo thực nghiệm 46 4.2.1 Các thiết bị phần cứng .48 4.2.2 Kết chế tạo thực nghiệm 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 5.1 Kết luận 57 5.2 Kiến nghị .57 Tài liệu tham khảo .58 Phụ lục .60 ii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Ký hiệu Ý nghĩa Tiếng anh ABM Ổ đỡ từ chủ động Active magnetic bearings AC Dòng điện xoay chiều Alternating Current ADC Mạch chuyển đổi tƣơng tự số Analog-to-digital converter BJT Transistor lƣỡng cực Bipolar junction transistor BLDC Động chiều không chổi than Brushless DC electric motor DAC Mạch chuyển đổi số tƣơng tự Digital-to- analog converter DC Dòng diện chiều Direct Current HP Mã lực Horse power PID Bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ Proportional Integral Derivative SBSM Động tự nâng không lõi thép Self-Bearing Slotless Motor TTL Mạch kỹ thuật số dùng transistor Transistor-transistor logic iii Danh mục bảng biểu Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 So sánh thông số động có khơng lõi thép 11 Bảng 2.1 Chiều lực từ vị trí tƣơng ứng pha .16 Bảng 3.1 Kết mô trƣờng hợp điểm cực khác 38 Bảng 4.1 Tham số chế tạo động 41 Bảng 4.2 Tham số mô 42 Bảng 4.3 Liệt kê đầu vào sử dụng card DS1104 47 Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật họ cảm biến LS-500 .52 Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật mạch khuếch đại công suất 54 iv Danh mục hình vẽ, đồ thị Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1.1 Động khơng lõi thép .5 Hình 1.2 Phƣơng pháp giảm mô men đập mạch cách tạo rãnh xoắn Hình 1.3.Cấu trúc động khơng lõi thép (slotless motor)(a) mơ hình mạch từ đơn giản(b) .8 Hình 1.4 So sánh cấu tạo động có lõi thép khơng lõi thép .10 Hình 1.5 So sánh mơ men hai loại động .10 Hình 1.6 Cấu tạo động tự nâng không lõi thép 12 Hình 2.1 Cấu tao Rotor động khơng lõi thép 13 Hình 2.2 Đƣờng sức từ có vỏ sắt .14 Hình 2.3 Cấu tạo stator 14 Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo vòng dây quấn động 15 Hình 2.5 Một cuộn dây động thực tế 15 Hình 2.6 Lực từ mơ men quay động tự nâng khơng lõi thép 16 Hình 2.7 Sơ đồ động theo trục tọa độ: a) trục Oxy b) trục z-θ 17 Hình 2.8 Phân tích lực thành phần tạo lực nâng Fx Fy .19 Hình 2.9 Véc tơ lực nâng rotor 21 Hình 2.10 Phân tích thành phần lực tạo mô men .23 Hình 2.11 Sơ đồ quấn dây 26 Hình 3.1 Bộ điều khiển vịng kín .31 Hình 3.2 Bộ điều khiển vòng hở 32 Hình 3.3 Mơ hình đối tƣợng điều khiển vị trí .34 Hình 3.4 Mơ hình đối tƣợng cho điều khiển mạch vòng tốc độ 34 Hình 3.5 Phân tích đặc tính q độ trƣờng hợp điểm cực khác 38 Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển động tự nâng không lõi thép 40 Hình 4.2 Mơ hình động simulink 41 Hình 4.3 Mơ hình mơ mạch vịng kín simulink .42 Hình 4.4 Mơ hình mơ trƣờng hợp vịng hở 43 Hình 4.5 Kết mơ trƣờng hợp vị trí ban đầu x=0.5mm, y=-0.5mm 44 Hình 4.6 Kết mơ trƣờng hợp vị trí ban đầu x = -0.5mm, y = 0.5mm tác dụng lực 1N t=0,5s 44 v Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 4.7 Kết mô với momen cản .45 Hình 4.8 Kết mơ với mô men cản 1Nm thời điểm t = 0,5s 45 Hình 4.9 Kết mơ điều khiển mơ men vịng hở .46 Hình 4.10 Mơ hình thực nghiệm điều khiển động SBSM sử dụng DS1104 .47 Hình 4.11 Các bƣớc quấn dây stator 48 Hình 4.12 Hình ảnh động tự nâng khơng lõi thép 49 Hình 4.13 Card điều khiển DS1104 50 Hình 4.14.Cảm biến LS-500-2A .53 Hình 4.15 Đƣờng đặc tính đầu với vật liệu đối tƣợng sắt , thép .53 Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 53 Hình 4.17 Layout mạch in phần công suất .54 Hình 4.18 Cấu trúc thí nghiệm 55 Hình 4.19 Giao diện điều khiển máy tính 55 Hình 4.20 Sơ đồ điều khiển xây dựng Matlab/Simulink 56 vi Lời nói đầu Lời nói đầu Lý chọn đề tài Trong năm gần nhờ phát triển khoa học, kỹ thuật nhiều loại máy móc thiết bị đời phục vụ cho công nghiệp sinh hoạt Với đặc điểm bật nên động điện đồng kết hợp ổ từ đƣợc sử dụng nhiều lĩnh vực với ứng dụng khác nhƣ: y tế, động đồng dùng ổ từ tạo truyền động cho dây chuyền điều chế thuốc; bơm làm mát cho phát tia laser; ứng dụng công nghệ thực phẩm; máy phát tua–bin Các đặc điểm vƣợt trội loại động khác nhƣ hiệu suất, cosφ cao; tốc độ phụ thuộc vào điện áp; khơng bị hao mòn, ma sát nhỏ dùng ổ từ; có khả tăng cơng suất tăng thêm stator rotor gắn trục động cơ… Hơn nữa, chất lƣợng hệ truyền động phụ thuộc nhiều vào động tạo nên truyền động Cần phải tạo hệ truyền động có khả thay đổi tốc độ trơn, mịn với phạm vi điều chỉnh rộng, độ xác đại lƣợng điều chỉnh chế độ tĩnh cao để tạo nên vùng làm việc với sai số nhỏ, hệ làm việc với trình độ phải đạt đƣợc độ ổn định cao hệ phải có khả đáp ứng nhanh với yêu cầu điều chỉnh Tất điều thực đặt yêu cầu ngày khắt khe cho hệ thống truyền động; đặc biệt yêu cầu điều khiển thông minh, nhanh động đồng đƣợc đề cao nhiều Các cấu trúc động thông thƣờng đƣợc cải tiến cách mạnh mẽ nhiên tồn nhƣợc điểm động có lõi thép nhƣ: tồn mơ men đập mạch, tần số hoạt động thấp… Và để giải yêu cầu tác giả định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển tốc độ cho động không dùng lõi thép” để làm luận văn Tình hình nghiên cứu ngồi nước Khoảng mƣời năm trở lại giới thực nhiều nghiên cứu động tự nâng không lõi thép, đặc biệt chế tạo thành công nhiều mẫu phịng thí nghiệm Một số nghiên cứu đƣợc cơng bố tạp chí khoa học hàng đầu Cụ thể: -1- Lời nói đầu - Tại phịng thí nghiệm Cơ điện tử trƣờng đại học Kentucky, Hoa Kỳ Các phân tích đánh giá động tự nâng không lõi thép cho thấy: mô men lực nâng thực đƣợc với số lƣợng cực nam châm lớn, độ lớn mô men lực nâng đƣợc gia tăng theo chiều dày nam châm, động hoạt động ổn định sai lệch dòng điện từ trƣờng nam châm nhỏ[1] Nhóm tác giả chế tạo thử nghiệm động với thông số : đƣờng kính 152mm, dài 25.4mm, lực đỉnh lên tới 213.6 N mô men đỉnh đạt 24Nm.[2] - Tại phịng thí nghiệm Điện tử cơng suất Viện công nghệ Liên bang Thụy sĩ Các nhà nghiên cứu thực chế tạo động loại đạt đƣợc tốc độ 550000 rpm Điều mà động thông thƣờng chƣa thực đƣợc [3] - Tại Trƣờng đại học Ritsumeikan, Nhật bản, cấu trúc động đƣợc nghiên cứu cách thay đổi cách thức chế tạo đơn giản hóa đƣợc phƣơng pháp điều khiển[4] Ngồi cịn có số nghiên cứu bổ sung hồn thiện thiết kế đƣợc cơng bố khác Còn Việt Nam, loại động cịn tƣơng đối nên chƣa có nghiên cứu cụ thể lĩnh vực Việc nghiên cứu thực phịng thí nghiệm, công bố cho thấy khả làm việc chúng nhƣng chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi Các toán điều khiển cho loại động chƣa thực đƣợc đề cập tới, phần lớn nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế chế tạo động nhƣ phân tích cách thức làm việc -2- Chƣơng Mơ thực nghiệm kiểm chứng - Đối tƣợng điều khiển: Động AGBM Để thực việc chế tạo cần liệt kê đầu vào sử dụng card ds1104 Bảng 4.3 liệt kê tất đầu vào sử dụng card ds1104 Hệ thống cung cấp nguồn ±12VDC sử dụng hai nguồn cơng suất 350W mắc nối tiếp Hình 4.10 Mơ hình thực nghiệm điều khiển động SBSM sử dụng DS1104 Mục tiêu thử nghiệm nhằm xác nhận nguyên lý hoạt động cách thức điều khiển mơ hình thật để từ xây dựng giải pháp điều khiển dòng vi xử lý nhỏ gọn dễ dàng tích hợp theo kiểu module hóa Bảng 4.3 Liệt kê đầu vào sử dụng card DS1104 STT Tín hiệu Phân loại A DAC/OUTPUT B DAC/OUTPUT C DAC/OUTPUT D DAC/OUTPUT E DAC/OUTPUT F DAC/OUTPUT Ý nghĩa Tín hiệu đặt dịng điện cho khuếch đại cơng suất pha a Tín hiệu đặt dịng điện cho khuếch đại cơng suất pha b Tín hiệu đặt dịng điện cho khuếch đại cơng suất pha c Tín hiệu đặt dịng điện cho khuếch đại cơng suất pha d Tín hiệu đặt dịng điện cho khuếch đại cơng suất pha e Tín hiệu đặt dịng điện cho khuếch đại công suất pha f - 47 - Chƣơng Mô thực nghiệm kiểm chứng 10 A+ B+ X Y LOGIC/INPUT LOGIC/INPUT ADC/INPUT ADC/INPUT 11 5V Nguồn 12 GND Nguồn Tín hiệu phản hồi từ encoder pha A Tín hiệu phản hồi từ encoder pha B Tín hiệu từ cảm biến khoảng cách trục x Tín hiệu từ cảm biến khoảng cách trục y Nguồn (+) cấp cho encoder lấy từ card DS1104 Nguồn (-) cấp cho encoder lấy từ card DS1104 4.2.1 Các thiết bị phần cứng Một mơ hình động tự nâng không lõi thép đƣợc xây dựng hệ điều khiển đƣợc triển khai tảng dSPACE kết hợp với Matlab/Simulink Phần cứng dSPACE card DS1104 đảm nhận việc điều khiển động giao tiếp truyền thông với máy chủ Phần mềm dSPACE cung cấp khả giám sát, theo dõi biến trình chỉnh định tham số điều khiển thơng qua gói phần mềm ControlDesk Một điểm mạnh đáng giá dSPACE khả liên kết với phần mềm Matlab/Simulink thông qua toolbox RTI1104 nên cho phép ta thiết kế đƣợc thuật tốn điều khiển mơi trƣờng Matlab/Simulink sau tạo mã chƣơng tình thực thi nạp cho card DS1104 Phần mềm Controldesk cho phép tạo giao diện điều khiển theo ý ngƣời dùng phù hợp với nhiều ứng dụng khác a) Động tự nâng không lõi thép Cấu trúc động đƣợc miêu tả nhƣ chƣơng Động bao gồm hai phần stator rotor Stator bao gồm ống trụ nhựa đỡ cuộn dây stator Cuộn dây stator đƣợc chế tạo theo bƣớc từ đến nhƣ minh họa Hình 4.11 Hình 4.11 Các bước quấn dây stator - 48 - Chƣơng Mô thực nghiệm kiểm chứng Bƣớc 1: Đầu tiên dây đồng đƣợc quấn lõi hình lục giác đƣợc thiết kế đảm bảo thông số lp lt yêu cầu Bƣớc 2: Dàn cuộn dây theo chiều song song với hình lục giác Bƣớc 3: Cuộn đoạn dây đồng vừa xong quanh trụ tạo nếp Bƣớc 4: Tháo trụ cố định keo epoxy loại keo dán khác Phần rotor đƣợc cấu tạo nam châm trục quay Phần trục quay đƣợc kết nối với động chiều tạo tải khớp nối trục động động chiều có cấu tạo đặc biệt: có khả xoay linh hoạt 1800 Trên trục động chiều gắn encoder 600 xung dùng để đo tốc độ động Hình 4.12 hình vẽ thiết kế 3D sản phẩm sau chế tạo động Hình 4.12 Hình ảnh động tự nâng khơng lõi thép Tồn thiết bị đƣợc gắn giá nhơm có rãnh trƣợt thay đổi vị trí động Các rãnh cho phép tinh chỉnh vị trí rotor so với stator Các cảm biến đƣợc đặt phiến nhôm, cho phép di chuyển để thực thay đổi cần thiết - 49 - Chƣơng Mô thực nghiệm kiểm chứng b) Card điều khiển DS1104 Card điều khiển DS1104 phần cứng thời gian thực dựa công nghệ PowerPC giao diện I/O giúp thực toán điều khiển nhiều lĩnh vực Đây la giải pháp cho phép thực mơ tốn điều khiển thời gian thực giúp cho ngƣời thiết kế rút ngắn đƣợc thời gian phát triển phần cứng lẫn phần mềm, từ giảm thiểu chi phí nghiên cứu, tính tốn mà lại nhanh chóng đạt đƣợc kết Nhờ vào tích hợp vi xử lý tốc độ cao kết hợp với phần mềm điều khiển giám sát nên thuật tốn điều khiển biên dịch thực thi chƣơng trình trực tiếp từ Matlab/Simulink Hình 4.13 Card điều khiển DS1104  Tài nguyên DS1104: - Vi xử lý gồm: MPC8240, PowerPC 603e core, 250 MHz - Bộ nhớ: 32 MB SDRAM, 8MB boot flash dành cho chƣơng trình ứng dụng - đầu vào ADC 16 bit đầu vào ADC 12 bit - đầu tƣơng tự DAC 16 bit - Encoder 24 bit - 20 đầu vào số có dịng điện tối đa ±5 mA - ngắt ngoài, ngắt timer, ngắt chủ,1 ngắt PWM, ngắt slave DSP - định thời - cổng giao tiếp RS232, cổng RS422 RS485  Chip vi xử lý DSP TMS320F240 Texas Intruments Là hạt nhân DS1104 dựa tảng xử lý tín hiệu số 16bit TMS320C2xx Họ vi xử lý đƣợc tối ƣu hóa cho ứng dụng điều khiển số động chuyển động nhằm đạt hiệu xử lý cao số điểm trội trong tối ƣu hóa ngoại vi Ngoại vi bao gồm module quản lý kiện để tạo - 50 - Chƣơng Mô thực nghiệm kiểm chứng Timer đa mục đích so sánh để tạo 12 đầu PWM ADC số kép 10 bit - Thời gian thực lệnh 50ns - kWord of dual-port RAM - PWM pha PWM ba pha - Timer đa mục đích 16 bit với chế độ - so sánh 16 bit - thu thập liệu  Bộ biến đổi ADC Có hai biến đổi ADC hai tích hợp mạch lấy mẫu giữ chậm, thực xấp xỉ liên tiếp SAR: - Bộ ADC 16 bit với tần số lấy mẫu 256kHz - Bộ ADC 12 bit với tần số lấy mẫu 800kHz Thông số vật lý: - Điện áp vào : ± 10V - Điện trở vào : khoảng MΩ - Sai số độ lệch điện áp : ± mV - Tỷ số tín hiệu nhiễu :ADC 16 bit >80 dB, ADC 12 bit > 65dB  Bộ biến đổi DAC Gồm DAC 12 bit, kênh với phạm vi điện áp lập trình đƣợc - Điện áp : ± 10V - Dòng : ± mA - Sai số độ lệch điện áp : ± mV - Tỷ số tín hiệu nhiễu : >80dB  Giao diện encoder Giao diện encoder gồm cổng đƣợc hỗ trợ chuẩn truyền tín hiêu chuẩn TTL chuẩn RS422 - Chuẩn TTL : Mức cao 2-5 V , mức thấp 0-0.8V, điện trở vào 12kΩ - Chuẩn RS422: Mức cao chênh lệch > + 0.2V, mức thấp chênh lệch < -0.2V, điện trở vào từ 8.5 kΩ tần số 28 kHz tới 210 kΩ tần số 225kHz  Phần mềm ControlDesk Control Desk phần mềm thực nghiệm, cung cấp công cụ mạnh để mơ mơ hình nhƣ xây dựng giao diện ngƣời dùng, hiển thị biến trình lên hình, thực chỉnh định điều khiển giám sát đối tƣợng online - 51 - Chƣơng Mơ thực nghiệm kiểm chứng Ngƣời dùng mơ phƣơng trình nhƣ mơ tả toán học động điện hệ thống thông qua Simulink Matlab ControlDesk liên hệ với Matlab để nhận đƣợc liệu, xây dựng giao diện chuyển tồn liệu vào chƣơng trình mơ Bằng cách sử dụng công cụ vẽ thẻ Virtual Instruments , thẻ Data Acquisition,… thiết lập đồ thị quan sát PloterArray, nút bấm Button, khối hiển thị giá trị Display, thay đổi giá trị điều khiển Slider, PushButton,…để xây dựng layout điều khiển c) Cảm biến vị trí SENTEC LS-500-2A Nguyên lý hoạt động cảm biến: Hoạt động dựa tƣợng cảm ứng điện từ Khi ta đặt cảm biến cách đối tƣợng khoảng cách đó, đầu dị đƣợc cấp dòng điện xoay chiều mạch điều khiển Nhờ tƣợng cảm ứng điện từ nên từ trƣờng móc vịng dịng điện sinh sinh dịng điện xốy sinh mà có từ trƣờng có chiều chống lại từ trƣờng cuộn dây đầu dò Tác động phụ thuộc vào khoảng cách đầu dò đối tƣợng Khi thay đổi khoảng cách dẫn tới thay đổi tác động cảm biến phát điện áp đầu tỷ lệ với khoảng cách - Ƣu điểm: Có độ nhạy độ phân giải cao, chịu đƣợc môi trƣờng làm việc khắc nghiệt, bị ảnh hƣởng nhiễu khơng chịu tác động vật liệu khoảng đo - Nhƣợc điểm: Giá thành cảm biến đắt không sử dụng đƣợc ứng dụng có khoảng cách lớn Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật họ cảm biến LS-500 Thông số Điện áp đầu Điện áp nguồn cấp Tần số hoạt động Dải đo Độ phân giải Trở kháng đầu Giá trị 2V 220V/50Hz 10kHz 0-2mm 0.3 µm 52 Ω - 52 - Chƣơng Mơ thực nghiệm kiểm chứng Hình 4.14.Cảm biến LS-500-2A Hình 4.15 Đường đặc tính đầu với vật liệu đối tượng sắt , thép Đƣờng đặc tính cảm biến gần nhƣ tuyến tính khoảng cách nhỏ nên coi nhƣ hàm tỷ lệ Khối khuếch đại công suất d) Nhiệm vụ khối khuếch đại cơng suất biến tín hiệu dịng đặt từ card ds1104 thành dòng điện chạy động Mạch đƣợc thiết kế nguyên lý tạo nguồn dòng sử dụng ic khuếch đại thuật toán BJT Hai van công suất đƣợc sử dụng mạch TIP142 TIP147 Sơ đồ ngun lý Hình 4.16 mơ tả nguyên lý tạo nguồn dòng cho động Do sử dụng công nghệ tƣơng tự, công suất tiêu hao mạch tƣơng đối lớn đó, giới hạn dịng điện sử dụng thí nghiệm 2A Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất - 53 - Chƣơng Mô thực nghiệm kiểm chứng Mạch in đƣợc thiết kế theo kiểu block kênh, board mạch điều khiển hai kênh độc lập Thơng số kỹ thuật boad mạch driver đƣợc mô tả bảng Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật mạch khuếch đại cơng suất Thơng số Điện áp cung cấp Dịng điện cung cấp lớn Dải tín hiệu vào ( dịng điện đặt) Dải tín hiệu (dịng phản hồi ) Giá trị ±12VDC 2A -5V đến 5V (tƣơng ứng với -2A đến 2A) -5V đến 5V (tƣơng ứng với -2A đến 2A) Hình 4.17 Layout mạch in phần cơng suất 4.2.2 Kết chế tạo thực nghiệm Bộ thí nghiệm đƣợc trình bày nhƣ Hình 4.3 Bộ thí nghiệm bao gồm: - Mơ hình động cơ: mơ hình động bao gồm gá động - Máy vi tính trang bị Card DS1104 - Module Driver - Bộ nguồn tuyến tính ±15VDC - 54 - Chƣơng Mơ thực nghiệm kiểm chứng Hình 4.18 Cấu trúc thí nghiệm Chƣơng trình điều khiển đƣợc thiết kế Matlab/Simulink với thông số thực từ đối tƣợng Hình 4.19 Giao diện điều khiển máy tính - 55 - Chƣơng Mơ thực nghiệm kiểm chứng Hình 4.20 Sơ đồ điều khiển xây dựng Matlab/Simulink Kết quả: - Từ mơ hình thực nghiệm ta kết luận đƣợc nguyên lý làm việc hệ thống xác - Xây dựng đƣợc mơ hình để phát triển thuật tốn - 56 - Kết luận kiến nghị KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Kết mà đề tài đạt đƣợc - Tìm hiểu đƣợc cấu tạo, đặc điểm động tự nâng không lõi thép - Xây dựng đƣợc mơ hình tốn học, cấu trúc điều khiển cho động tự nâng không lõi thép - Xây dựng đƣợc mơ hình điều khiển vị trí, mơ men, tốc độ cho động tự nâng khơng lõi thép - Xây dựng đƣợc mơ hình thực nghiệm kiểm chứng Với thời gian nghiên cứu qua cịn tồn vấn đề sau: - Mơ hình động thực tế chƣa thực xác với lý thuyết nguyên nhân công nghệ chế tạo, phƣơng pháp chế tạo - Các phƣơng pháp điều khiển chƣa thực nghiệm đƣợc nhiều, sử dụng phƣơng pháp điều khiển PID truyền thống 5.2 - Chƣa có phƣơng pháp đánh giá kết cụ thể Kiến nghị Hoàn thiện phƣơng pháp thiết kế động cơ, khắc phục sai khác mặt mơ hình thực tế lý thuyết - Áp dụng phƣơng pháp điều khiển tiên tiến phạm vi cho phép - Công bố kết nghiên cứu số hội nghị tạp chí khoa học - 57 - Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo Y Okada et al (1995), JSME Publiccation on New Technology Series, No 1, Magnetic Bearing – Fundamental Design and Applications (in Japanese), Yokendo Ltd Tokyo S Ueno et al (2004), Development of the Miniture AMB with Concentated Wound Poles, Proceedings of 9th International Symposium on Magnetic Bearings, CD-ROM T Baumgartner, R Burkart, J W Kolar (2014), Analysis and Design of a 300W 500 000-r/min Slotless Self-Bearing Permanent-Magnet Motor, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 61, No 8, pp 4326-4336 L Li et al (2002), A Simple an Miniaturized Magnetic Bearing for CostSensitive Applications, Proceedings of 9th International Symposium on Magnetic Bearings, pp 561-565 S Ueno et al (2006), Development of a Lorentz-force-type Slotless Active Magnetic Bearing, Proceedings of 9th International Symposium on Magnetic Bearings, CD-ROM Technology Overview of Allied Motion Technologies Inc D Q Nguyen and S Ueno, A study on axial gap self bearing motor drives, in Proc Int Symp Micro/Nano System Technol , Hanoi, Veitnam, Dec 2008, CD-ROM D Q Nguyen and S Ueno (2008), Sensorless speed control of a permanent magnet type axial gap self bearing motor, in Proc 11th Int Symp Magn Bearings, Nara, Japan, Aug, CD-Rom D Q Nguyen and S Ueno,Sensorless speed control of a permanent magnet type axial gap self bearing motor, J.Syst.Des.Dyn.,vol.3, no 4, pp 494–505, Jul 2009 10 Nguyễn Phùng Quang (1998) , Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, NXB GD 11 Jeffrey Hillyard (2006), Magnetic Bearings (Joint Advanced Student School), Department of Mechanical Engineering - Technical University of Munich - 58 - Tài liệu tham khảo 12 Gerhard Schweitzer · Eric H Maslen (2009), Magnetic Bearings, Springer Dordrecht Heidelberg London New York 13 Nguyễn Phùng Quang (2008), Matlab simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật - 59 - Phụ lục Phụ lục Chƣơng trình Matlab sử dụng để tính tốn tham số động điều khiển % Tham so dong co Ts=1e-4; m = 0.2; % khoi luong dong co[kg] r=0.0265/2; J = 1/2*m*r*r; % Mo men quan tinh dong co theta0 = 0; % Goc ban dau dong co n = 58; B=0.59; lp=0.008; lt=0.006; %tham so bo dieu khien s0=10; s0w=50; %tinh toan tham so km = -(3*lp+8*(6-3*sqrt(2))/pi*lt)*r*B; kb = -(3*lp+12/pi*lt)*B; knm = 1; if n == else for i = 1:2*(n-1) knm = knm+2*cos(i*pi/3/n); end end knb = 1; if n == else for i = 1:n-1 knb = knb+2*cos(i*2*pi/3/n); end end Kfx=knb*kb/m; Kfy=knb*kb/m; Ktw=knm*km/J; % tinh toan tham so bo dieu khien kpw=2*s0w/Ktw; kiw=2/s0w; % bo tham so truc x kpfx=3*s0*s0/Kfx kifx=3/s0; Ti=1/kifx kdfx=1/s0 - 60 - Phụ lục % bo tham so truc y kpfy=3*s0*s0/Kfy; kify=3/s0; kdfy=1/s0; - 61 - ... Trung Tuyến NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG DÙNG LÕI THÉP Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật điều khiển tự động hóa NGƯỜI... hình hóa động tự nâng không lõi thép 24 Chƣơng THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG KHÔNG DÙNG LÕI THÉP .29 3.1 Cấu trúc điều khiển cho động tự nâng không lõi thép ... định thông số cho điều khiển Chương THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ TỰ NÂNG KHÔNG DÙNG LÕI THÉP Cấu trúc điều khiển cho động tự nâng không lõi thép 3.1 Phân tích mơ hình tốn động đƣợc nêu