Ứng dụng phương pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động cơ tuyến tính trong các máy cnc

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỖ MẠNH TÖ ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BACKSTEPPING ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁY CNC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa THÁI NGUYÊN – 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - ĐỖ MẠNH TÖ ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BACKSTEPPING ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁY CNC Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số : 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC KHOA CHUYÊN MÔN TS CAO XUÂN TUYỂN PHÕNG ĐÀO TẠO Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii THÁI NGUYÊN – NĂM 2015 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đỗ Mạnh Tú Sinh ngày 20 tháng năm 1984 Học viên lớp cao học khóa 15 CHTĐH – Trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác trƣờng: Trung cấp nghề Nam Thái Nguyên Sau hai năm học nghiên cứu trƣờng lựa chọn thực đề tài: “Ứng dụng phƣơng pháp điều khiển phi tuyến backstepping để điều khiển động tuyến tính máy CNC” Tơi xin cam đoan tồn nội dung luận văn thân thực dƣới hƣớng dẫn thầy giáo TS Cao Xuân Tuyển tất tài liệu có nguồn gốc, xuất sứ rõ ràng Tơi xin cam đoan tất nội dung luận văn nhƣ nội dung đề cƣơng thầy hƣớng dẫn Nếu có vấn đề nội dung luận văn, tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan Thái nguyên, ngày tháng năm 2015 Học viên Đỗ mạnh Tú Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv LỜI CẢM ƠN Học viên bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Cao Xuân Tuyển tận tình bảo, hƣớng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi động viên suốt q trình hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên nhiệt tình dẫn, gúp đỡ trình học tập để hồn thành luận văn Cảm ơn gia đình bạn bè động viện, giúp đỡ mặt thời gian qua để luận văn hoàn thành tiến độ Mặc dù cố gắng, song điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô nhƣ bạn bè đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, ngày tháng năm 2015 Học viên Đỗ mạnh Tú Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC HÌNH VẼ .viii LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA PHẠM VI TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁY CÔNG CỤ CNC 1.1.Tổng quan cấu tạo, nguyên lý làm việc động tuyến tính 1.1.1 Phân loại 1.1.2 Cấu tạo động chạy thẳng kích thích vĩnh cửu ( ĐCCT- ĐBKTVC) 1.1.3 Nguyên lý làm việc 1.1.5 Đặc điểm động tuyến tính chuyển động thẳng 1.2.1 Máy tiện T616 10 1.2.2 Máy phay X62w 11 1.2.3 Máy bào ngang B665: 12 1.2.4 Máy mài phẳng: 13 1.2.5 Máy bào giƣờng: 14 1.3 Điều khiển vị trí, tốc độ 15 Kết luận chƣơng I 17 CHƢƠNG II: MÔ TẢ TỐN HỌC ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 18 2.1 So sánh động đồng kích thích vĩnh cửu (ĐB-KTVC) động chạy thẳng kiểu đồng kích thích vĩnh cửu (ĐCCT ĐB-KTVC) 18 2.1.1 Nguyên lý làm việc 18 2.1.2 Hệ tọa độ biểu diễn đại lƣợng vật lý ĐCĐB- KTVC 18 2.2 Mơ hình tốn học đối tƣợng MĐĐB-KTVC 20 2.2.1 Biểu diễn vector không gian đại lƣợng pha 20 2.2.3 Mơ hình tốn học động chạy thẳng kiểu đồng kích thích vĩnh cửu (ĐCCTĐBKTVC) 27 2.2.4 Mơ hình ĐCTT loại ĐB - KTVC có xét đến hiệu ứng đầu cuối 28 Kết luận chƣơng II 32 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BACKSTEPPING THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ 33 VÀ VỊ TRÍ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 33 3.1 Giới thiệu phƣơng pháp Backtepping 33 3.1.1 Thiết kế điều khiển sở hàm điều khiển Lyapunov 33 3.1.2 Phƣơng pháp thiết kế điều khiển sở Backstepping 37 3.2 Áp dụng phƣơng pháp Backstepping thiết kế điều khiển động tuyến tính (chuyển động thẳng) kiểu đồng kích thích vĩnh cửu (ĐCTT_KTVC) 44 3.2.1 Cấu trúc điều khiển theo phƣơng pháp phi tuyến Bacckstepping 44 3.2.2 Tổng hợp điều chỉnh thành phần ird miền liên tục 45 3.2.3 Tổng hợp điều chỉnh thành phần irq miền liên tục 46 3.2.4 Tính ổn định hệ có điều chỉnh dịng Backstepping 49 3.2.5 Số hoá điều chỉnh dòng Backstepping 50 3.2.6 Khắc phục sai lệch tĩnh 51 3.2.7 Đƣa thành phần tích phân vào thuật toán backstepping để khử sai lệch tĩnh 51 3.2.8 Tổng hợp vòng ĐC vận tốc 58 Kết luận chƣơng III 59 CHƢƠNG 4:KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 60 4.1 Sơ đồ mô 60 4.1.1 Sơ đồ mô toàn hệ thống 60 4.1.2 Sơ đồ điều khiển dòng backstepping 60 4.1.3 Sơ đồ khối Simulink điều khiển vận tốc theo phƣơng pháp PI 61 4.2 Kết mô 61 4.2.1 Kết mô với điều khiển dòng backstepping điều khiển PI 61 4.3 Hệ thống thí nghiệm Kết thí nghiệm 66 4.3.1 Thiết bị thí nghiệm 66 4.3.1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển thí nghiệm 67 4.3.1.2 Sơ đồ mạch lực thí nghiệm 69 4.3.1.3 Bộ điều chỉnh dòng điện PWM 72 4.3.1.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh vận tốc: 74 4.3.2 Kết thí nghiệm 75 Kết luận chƣơng VI 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT Ý NGHĨA ĐB-KTVC Đồng bộ- kích thích vĩnh cửu ĐCTT Động tuyến tính ĐCCT-ĐBKTVC Động chạy thẳng đồng kích thích vĩnh cửu MĐĐB-KTVC Máy điện đồng kích thích vĩnh cửu ĐC Động ĐCĐB – KTVC Động đồng bộ, kính thích vĩnh cửu REC Bộ chỉnh lƣu NLNA Nghịch lƣu nguồn SVWM Điều chế vét tơ khơng gian ĐKD Điều khiển dịng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Từ trường nam châm vĩnh cửu xếp liên tiếp Hình 1-2 Mạch từ gồm 36 rãnh Hình 1-3 Dây quấn động Hình 1- Chiều chuyển động từ trường phần động Hình 1-5 Vận tốc tối ưu cho động Hình 1- Hệ thống truyền động thẳng trực tiếp sử dụng ĐCTT loại ĐB_KTCV Hình 1-7 Đồ thi tốc độ chu kỳ máy bào giường 15 Hình 2-1 Xây dựng vector khơng gian dịng stator từ đại lượng pha 20 Hình 2-2 Biểu diễn dịng điện stator dạng vector không gian hệ tọa độ  22 Hình 2-3 Vector dịng stator hệ tọa độ αβ, ab dq 22 Hình 2-4 Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian V 24 Hình 2-5 Mơ tả ảnh hưởng hiệu ứng đầu cuối ĐCTT loại ĐBKTVC 29 Hình 2- (a Cấu trúc ĐCTT loại ĐB - KTVC, b Mạch từ tương đương mô tả ảnh hưởng hiệu ứng đầu cuối) 30 Hình 3-1 Minh họa khái niệm ổn định Lyapunov 35 Hình 3-2 Hình 3-3 Sơ đồ khèi cho hÖ (3.5) 38 Thêm vào bớt thành phần mong muèn cña  40 Hinh 3-4 Backstepping  qua khâu tích phân 41 Hình 3-5 Hệ (3.5) sau đưa điều khiển tổng hợp theo phương pháp Backstepping 42 Hình 3-6 Cấu trúc điều khiển ĐCTT loại ĐB - KTVC pha sử dụng phương pháp backstepping 45 Hình 3-7 Sơ đồ điều chỉnh dịng Backstepping 48 Hình 3-8 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ĐC vận tốc ĐC TT 58 Hình 3-9 Sơ đồ thay thiết kế khâu ĐC vận tốc ĐCTT 59 Hình 4-1 Sơ đồ mơ tồn hệ thống 60 Hình 4-2 Sơ đồ điều khiển dịng backstepping 60 Hình 4-3 Sơ đồ khối Simulink điều khiển vận tốc theo phương pháp PI 61 Hình 4-4 Vận tốc đặt 61 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ix Hình 4-5.Vận tốc thực vận tốc đặt 62 khoảng thời gian từ đến 0,1(s) 62 với điều khiển dòng backstepping 62 Hình 4-6.Vận tốc thực vận tốc đặt khoảng thời gian từ đến 0,1(s) với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 62 Hình 4-7a.Vận tốc thực vận tốc đặt khoảng thời gian từ đến 0,1(s với điều khiển dòng 62 backstepping 62 Hình 4-7b.Vận tốc thực vận tốc đặt khoảng thời gian từ đến 0,1(s) với điều khiển dòng điện theo phương phápPI 62 Hình 4-8a Vận tốc thực vận tốc đặt khoảng thời gian từ đến 2,2 (s) với điều khiển dòng backstepping 62 Hình 4-8b.Vận tốc thực vận tốc đặt khoảng thời gian từ đến 2,2 (s) với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 62 Hình 4-9a Vận tốc thực vận tốc đặt khoảng thời gian từ đến 2,2 (s) với điều khiển dòng backstepping 63 Hình 4-9b.Vận tốc thực vận tốc đặt khoảng thời gian từ đến 2,2 (s) 63 với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 63 Hình 4-10a Điện áp chiều trung gian với điều khiển dịng backstepping 63 Hình 4-10b Điện áp chiều trung gian với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 63 Hình 4-11a Dịng điện pha động 63 Với điều khiển dòng backstepping 63 Hình 4-11b Dòng điện pha động với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 63 Hình 4-12a Dịng điện pha điều khiển dòng backstepping 64 Hình 4-12b Dịng điện pha với điều khiển dịng điện theo phương pháp PI 64 Hình 4-13a Điện áp dây đặt vào động với điều khiển dịng backstepping 64 Hình 4-13b Điện áp dây đặt vào động với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 64 Hình 4-14a Dịng lưới pha A với điều khiển dòng backstepping 65 Hình 4-14b Dịng lưới pha A với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 65 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn x Hình 4-15a Dịng lưới pha A với điều khiển dịng backstepping 65 Hình 4-15b Dịng lưới pha A với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 65 Hình 4-16a Lực điện từ thực lực điện từ đặt với điều khiển dịng backstepping 66 Hình 4-16b Lực điện từ thực lực điện từ đặt với điều khiển dòng điện theo phương pháp PI 66 Hình 4-17 Hình ảnh máy biến tần 67 Hình 4-18 Máy sóng 67 Hình 4-19 Mạch dùng điều khiển động tuyến tính 67 Hình 4-20 Hinh ảnh mạch điều khiển 67 Hình 4-21 Hệ thống vi điều khiển 67 Hình 4-22.Hệ thống xác định vị trí ban đầu động 67 Hình 4-23 Hệ rơ le đầu hệ vi điều khiển kết nối với PLC 67 Hình 4-24 Hình ảnh tổng thể thí nghiệm 67 Hình 4-25 Sơ đồ mạch điện hệ thống thí nghiệm 68 Hình 4-26 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc mạch điều khiển 69 hệ thống thí nghiệm 69 Hình 4-27 Sơ đồ chi tiết biến tần nguồn áp có dịng điều khiển 70 Hình 4-28 Sơ đồ khối điều chỉnh dòng điện PWM 72 Hình 4-29 mơ tả hình dáng tín hiệu nghịch lưu áp ba pha 73 Hình 4- 30 Tăng dần dòng điện đầu vào biến tần từ 0- 1,2 Hz 75 Hình 4-31 Dòng điện đầu vào biến tần ổn định 1,2 Hz 75 Hình 4-32 Dịng điện giảm dần từ 2Hz xuống 1,2 Hz 75 Hình 4-33 Dịng điện giảm dần Hz 75 Hình 4-34 Dịng điện dây vào động ổn định1,6 Hz giảm 75 Hình 4-35 Dịng điện dây vào động từ - 1,6 Hz 75 Hình 4-36 Dịng điện dây vào động tần số tăng từ đến 1,6 Hz 76 Hình 4-37 Dòng điện dây vào động tăng từ - 1,6 Hz giảm 1,2 Hz 76 Hình 4-38 Dịng điện dây có tần số từ 0-1,6 Hz giảm 76 Hình 4-39 Dịng điện dây vào động có tần số ổn định 1,2 Hz 76 Hình 4-40 Điện áp đặt vào động ổn định 1,2 Hz 76 Hình 4-41 Điện áp đặt vào động tăng dần 0-1,2 Hz 76 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 69 Hình 4-26 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc mạch điều khiển hệ thống thí nghiệm 4.3.1.2 Sơ đồ mạch lực thí nghiệm a Giới thiệu chung Ta xét biến đổi thƣờng gặp nghịch lƣu áp pha cấp điện cho tải hình nghịch lƣu đƣợc điều khiển đại lƣợng logic Ta gọi Ti Ti ' tranzito ( giả thiết chuyển mạch lý tƣởng), Ci Ci' điều khiển tƣơng ứng với tranzito Xét trƣờng hợp điều khiển luân phiên  Ci  Ci'  ta có: - Nếu Ci  1, Ti dẫn Ti ' hở mạch - Nếu Ci  , Ti hở mạch Ti ' dẫn Tùy theo trƣờng hợp điện áp lấy theo chuẩn P điểm nguồn E theo M nhánh nguồn N dây trung tính tải Va =VaN E / T T T a b c D C D b C c Vb =VbN D c Vc =VcN 70 Hình 4-27 Sơ đồ chi tiết biến tần nguồn áp có dịng điều khiển b Xác định điện áp pha tải Ta xác định vector điện áp ba pha vector biến điều khiển, đƣợc coi biến đại số, lấy giá trị vaN vaM vap Ca vcN vcM vcp Cc  v3   vbN ,  v3M   vbM ,  v3 p   vbp ,  C3   Cb Các điện áp gốc M P đƣợc xác định nhƣ sau, ví dụ với pha đầu tiên: VaM  Ca E VaP   Ca  1/  E Với pha: V3M    C3  E V3P    C3  1/ 2C32  E Trong đó: 71 C31  111 t Vấn đề cần tìm điện áp pha tải, ví dụ Va  VaN Ta nhận thấy chƣa biết điện áp pha động VaN ,VbN ,VcN  ta biết điện áp dây VaN  VbN VaM  VbM VaP  VbP Ca  Cb VbN  VcN  VbM  VcM  VbP  VcP  Cb  Cc E VcN  VaN VcM  VaM VcP  VaP Cc  Ca Giả thiết thành phần thứ tự không không: VaN  VbN  VcN  VTN  Ta đƣợc kết quen biết: VaN VbN /  1/  1/ VaM /  1/  1/  1/ 32 /  1/ VbM  1/ 32 /  1/ E VcN 1/  1/ 32 / VcM 1/  1/ 32 / Và điện áp trung tính VNM  VaM  VbM  VcM  / c Xác định dòng điện Theo định luật dòng điện nút ta đƣợc: i  Ca ia  Cbib  Cc ic Cần lƣu ý là: ia  ib  ic  i0  d Bảng giá trị điện áp dịng điện Từ cơng thức trên, ta suy đƣợc bảng giá trị điện áp theo giá trị biến logic nhƣ sau : 72 Biến logic Ca 1 0 Cb 0 1 0 Cc 0 0 1 Điện áp dây Va Vb Vc Vb Vc Va E -E -E E 0 E E -E -E -E -E E E Điện áp trung tính Dòng chiều Điện áp pha VN  VM Va Vb Vc i E/3 2E/3 E/3 2E/3 E/3 2E/3 2E/3 E/3 -E/3 -2E/E -E/3 E/3 -E/3 E/3 2E/3 E/3 -E/3 -2E/3 -E/3 -2E/3 -E/3 E/3 2E/3 E/3 ia ic ib ia ic ib 1 0 0 0 0 4.3.1.3 Bộ điều chỉnh dòng điện PWM a Sơ đồ khối Sơ đồ khối điều chỉnh dòng điện PWM nhƣ sau : Trong sơ đồ có sử dụng ba khâu PI riêng rẽ cho ba dòng pha ya PI PWM Ca CC a aa C PWM Cb yb PI Cb yc PI PWM Cảm biến dòng ic Cc Cc ib ia Hình 4-28 Sơ đồ khối điều chỉnh dòng điện PWM 73 b Nguyên lý điều chế bề rộng xung : Sơ đồ chức điều biến độ rộng xung PWM theo nguyên lý tƣơng tự đƣợc cho Tín hiệu hình cƣa W(t) tần số cao có chu kỳ T đƣợc so sánh thời điểm với ba tín hiệu điều khiển ya , yb , yc tín hiệu yêu cầu Sự chuyển mạch phần tử bán dẫn xẩy có cân : yi  t     t  Va Vb Vc t T/2 T VBM t VCM t VAM t VNM t Hình 4-29 mơ tả hình dáng tín hiệu nghịch lưu áp ba pha Ta phân tích sơ đồ nghịch lƣu cầu pha dùng tranzisto điều chế thao phƣơng pháp lƣỡng cực Thời điểm mở khóa tranzisto đƣợc xác định cách so sánh sóng chuẩn hình sin với sóng tam giác tần số cao Ở 74 ta coi cực dƣơng nguồn chiều có điện +E, Cực âm có điện : Giả sử sóng sin chuẩn : Ya  Vm sin t t Yb  Vm sin 1t  2 / 3 Yc  Vm sin 1  4 / 3 4.3.1.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh vận tốc: Từ sơ đồ cấu trúc tổng thể, ta có sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều chỉnh tốc độ nhƣ sau: Hàm truyền mạch vòng wv  P  Rv w M pc JP  K v Rv w M pc Jp  Rv w M pc Jp  K v Rv w M Pc Theo tiêu chuẩn tối ƣu đối xứng, hàm chuyền chuẩn mạch vịng vận tốc Wc*  p   4Tv p  8T Pp  8Tv2 p  4Tv p  v Từ phƣơng trình Wv  p   w *v  p  ta tìm đƣợc Rv Rv  w *v Jp * w M pc  K v w M pc w v Thay: w m  w*M  Rv  vào wv* vào ta đƣợc : 2TM p  2TM p  2  4Tv p  1 Jp  2TM2 p  2TM P  1 pc  8Tv3 p  8Tv2  4Tv p  1  K v pc  4Tv p  1 4Tv p  1 Jp 4Tv Jp  Jp  =  pcTv2 p = pcTv2 p K J J   K pv  iv 2 pcTv pcTv p p 75 k pv  J pcTv Kiv  J pcTv2 Với: 4.3.2 Kết thí nghiệm a Dịng điện vào biến tần Hình 4- 30 Tăng dần dòng điện đầu vào biến tần từ 0- 1,2 Hz Hình 4-31 Dịng điện đầu vào biến tần ổn định 1,2 Hz Hình 4-32 Dịng điện giảm dần từ 2Hz xuống 1,2 Hz Hình 4-33 Dịng điện giảm dần Hz b Dòng điện dây vào động Hình 4-34 Dịng điện dây vào động Hình 4-35 Dịng điện dây vào động ổn định1,6 Hz giảm từ - 1,6 Hz 76 Hình 4-36 Dịng điện dây vào động tần số tăng từ đến 1,6 Hz Hình 4-37 Dòng điện dây vào động tăng từ - 1,6 Hz giảm 1,2 Hz Hình 4-38 Dịng điện dây có tần số từ 0-1,6 Hz giảm Hình 4-39 Dịng điện dây vào động có tần số ổn định 1,2 Hz Khi động có tần số từ 1,6Hz giảm động chạy ngừng chạy dòng điện lúc giảm c Điện áp đặt vào động Hình 4-40 Điện áp đặt vào động ổn định 1,2 Hz Hình 4-41 Điện áp đặt vào động tăng dần 0-1,2 Hz 77 Nhận xét kết thí nghiệm - Hình 4- 30 Khi tốc độ tăng từ đến giá trị đặt ứng với tần số tăng từ đến 1,2 Hz, biên độ dòng vào biến tần tăng từ đến giá trị tƣơng ứng Còn tần số f = 50 Hz tần số nguồn - Hình 4-31 Dịng điện vào biến tần tần số đặt 1,2Hz, tốc độ ổn định, tần số dòng ổn định biên độ ổn định - Hình 4-32 Khi tốc độ giảm ứng với tần số giảm từ Hz xuống 1,2 Hz ta có tần số f= 50 Hz nhƣng biên độ giảm - Hình 4-33 Dịng điện vào biến tần tần số từ 2Hz giảm 0, tần số khơng đổi nhƣng biên độ giảm - Hình 4-34 Dòng điện dây vào động ổn định tần số đặt từ 1,6 Hz 0: Qua thí nghiệm ta thấy tần số dòng điện thực giảm 0, biên độ giảm từ giá trị tƣơng ứng với tần số 1,6 Hz - Hình 4-35 Dòng điện vào động tần số đạt 1,6 Hz Qua kết thí nghiệm ta thấy tần số dòng điện thực ổn định tần số 1,6 Hz với biên độ khơng đổi - Hình 4-36 Dòng điện dây vào động tần số đặt tăng từ đến 1,6 Hz tốc độ tăng tƣơng ứng, qua kết thí nghiệm ta thấy tần số dòng điện tăng theo tần số đặt từ đến 1,6 Hz đồng thời độ lớn dòng điện tăng đến giá trị tƣơng ứng với lực điện từ đặt - Hình 4-37 Dịng điện dây vào động tần số đặt từ đến 1,6 Hz giảm xuống 1,2 Hz: Tần số dòng điện thực giảm tƣơng ứng theo tần số đặt, biên độ dòng điện thực giảm lực ma sát giảm - Hình 4-38 Dịng điện dây vào động tần số đạt từ 1,6 Hz Qua thí nghiệm cho thấy tần số dịng điện thực giảm 0, biên độ giảm giá trị tƣơng ứng với tần số 1,6 Hz 78 - Hình 4-39 Dịng điện dây vào động có tần số đạt 1,2 HZ, Qua kết thí nghiệm ta thấy tần số dòng điện thực ổn định tần số 1,2 Hz với biên độ không đổi - Hình 4-40 Điện áp đặt vào động tần số đặt 1,2 Hz: Qua kết thí nghiệm ta thấy tần số điện áp thực ổn định tần số 1,2 Hz - Hình 4-41 Điện áp đặt vào động tần số đặt tăng từ đến 1,2 Hz: qua kết thí nghiệm ta thấy tần số điện áp tăng theo tần số đặt từ đến 1,2 Hz 79 Kết luận chƣơng VI Ở chƣơng luận văn trình bày kết mô thực nghiệm Việc mô đƣợc thực với điều khiển dòng Backstpping PI Kết mô cho thấy đại lƣợng thực bám theo đại lƣợng đặt với chất lƣợng tốt, đồng thời kết mô cho thấy chất lƣợng hệ thống điều khiển, sử dụng điều khiển dòng backstepping điều khiển PI Luận văn tiến hành thí nghiệm với điều khiển dòng theo nguyên tắc trễ Hysteresis điều khiển vận tốc PI Mạch vòng điều khiển vị trí đƣơc thực thơng qua hệ thống vi xử lý PLC Hệ thống vi xử lý làm nhiệm vụ xác định vị trí ban đầu động cơ, nhận vị trí đặt, sở thơng qua PLC biến tần xác định vận tốc tối ƣu thời gian tối ƣu đƣa tới đầu vào điều khiển vận tốc biến tần để điều khiển xác vị trí động Chất lƣợng hệ thống điều khiển thí nghiệm đƣợc khảng định tốt Do hạn chế thiết bị thí nghiệm nên luận văn chƣa thực cài đặt đƣợc điều khiển Backstepping hƣớng phát triển đề tài Tuy nhiên nƣớc có cơng trình nghiên cứu [6] tác giả Đào Phƣơng Nam Trong ứng dụng thành cơng điều khiển dịng theo phƣơng pháp Backstepping Điều khảng định tính khả thi việc áp dụng điều khiển thiết kế luận văn vào thực tế 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Trong chƣơng 1, chƣơng 2, tác giả mô tả cấu tạo, nguyên lý làm việc phạm vi ƣớng dụng động tuyến tính, xây dựng mơ hình tốn học động - Trong chƣơng 3, đƣa phƣơng pháp điều khiển phi tuyến bachstepping để thiết kế điều khiển vị trí động để đƣa mơ hình chạy thực - Chƣơng 4, xây dựng đƣợc mơ hình thực nghiệm, kết nhận đƣợc thiết kế đƣợc mơ hình chạy tốt điều chỉnh đƣợc vị trí cần tốc độ cần Sau phân tích nhiệm vụ cần phải tiến hành nghiên cứu ĐCTT backstepping đƣợc sử dụng hệ chuyển động tịnh tiến nhƣ tình hình nghiên cứu loại động này, luận văn vấn đề cần khai thác biện pháp giải cụ thể Những đóng góp luận văn: Sử dụng phƣơng pháp điều khiển phi tuyến backtespping để điều khiển ĐCTT cho phép điều khiển tốc độ, vị trí động - Khả làm việc phƣơng pháp này: + Phƣơng pháp điều khiển dòng backstepping có ƣu đáp ứng địi hỏi xác + Phƣơng pháp điều khiển dựa chuyển động tịnh tiến có ƣu điểm hoạt động điều khiển tốc độ xác - Xây dụng mơ hình mơ hệ thống thí nghiệm cho thấy khả thực việc tạo điều khiển ĐCTT loại ĐB- KTVC Với tốc độ có dạng hình sin điều kiện khơng tải có tải Phƣơng pháp 81 nghiên cứu đƣợc tiến hành qua bƣớc mô offline máy tính, mơ Card, mơ hiển thi máy sóng, phƣơng pháp khoa học chuyển nghiên cứu lý thuyết ứng dụng thực tế + Đƣa phƣơng pháp Backstesping xác định vị trí, điều khiển vận tốc cho động tuyến tính đảm bảo xác cao + Những đặc điểm, cấu tạo hay nguyên lý làm việc ĐCTT nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng + Đƣa biến đổi phù hợp với đặc điểm làm việc ĐCTT + Nghiên cứu hệ chuyển động thẳng mà ĐCTT đóng vai trị cấu chấp hành áp dùng máy CNC, Robot công nghiệp 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt : [1] Phạm Lê Chi, Nguyễn Quang Tuấn , Nguyễn Phùng Quang (2005), “Cấu trúc tách kênh trực tiếp điều khiển hệ thống máy phát điện không đồng nguồn kép”, Chuyên san Kỹ thuật điều khiển tự động , ( 6), 28-35 [2] Phùng Ngọc Lân (2001), Tổng hợp hệ thống điều khiển thiết bị phát điện chạy sức gió dùng máy điện dị nguồn kép, kiểm chứng nguyên lý qua mô MATLAB & Simulink, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội [3] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung(2003), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Doãn Phƣớc (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Đào Phƣơng Nam, Nguyễn Phùng Quang ( 2011), Xác định vị trí đỉnh cực ban đầu động tuyến tính loại đồng kích thích vĩnh cửu sử dụng phương pháp điều khiển lực đẩy, Hội nghị Điều khiển Tự động hóa tồn quốc lần thứ nhất- VCCA- 2011 [6] Đào Phƣơng Nam (2012), Nâng cao chất lượng hệ chuyển động thẳng cách sử dụng hệ truyền động động tuyến tính, Luận án tiến sĩ tự động hóa xí nghiệp công nghiệp, Trƣờng đại học bách khoa Hà Nội [7] Cao Xuân Tuyển, (2008) Tổng hợp thuật toán phi tuyến sở phương pháp Backstepping để điều khiển máy điện dị nguần kép hệ thống máy điện sức gió,Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trƣờng đại học bách khoa Hà Nội 83 Tài liệu tiếng Anh : [8]Roma Rinkeviciene, Saulius Lisauskas, Vygintas Batkauskas, “Application and analysis of linear induction motors in mechotronic systems” Doctoral school of energy- and geo- technology, January 15-20,2007 Kuesaare, Estonia [9]Jack Barrett, Timharned, Jimmonnich, “Linear Motors Basies”, Parker Hannijin Corporation [10] “Linear Motors Applycation Guide”, Aerotech [11] “Linear Motors series”, Yaskawa [12] Samuel Chevailler,”Comparative study and selection criteria of linear motors”, Ecole Polytechniqve, Suisse, EPFL,2006 ... - ĐỖ MẠNH TÖ ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BACKSTEPPING ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC MÁY CNC Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số : 60520216... chế Để máy móc làm việc cách xác hiệu đảm bảo chất lƣợng, ta thay động động tuyến tính để điều khiển vị trí, tốc độ máy sử dụng phƣơng pháp điều khiển backstepping để điều khiển động chuyển động. .. máy bào giường 1.3 Điều khiển vị trí, tốc độ Trong luận văn ta nghiên cứu ? ?Ứng dụng phƣơng pháp Backstepping để điều khiển động tuyến tính máy CNC? ?? Trong ngành cơng nghiệp máy móc thƣờng sử dụng