Thiết kế điều khiển động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu dùng phương pháp tuyến tính hóa chính xác

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết kế điều khiển động đồng kích thích vĩnh cửu dùng phương pháp tuyến tính hóa xác NGUYỄN XUÂN THUẤN nxthuan86@gmail.com Ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Quang Địch Viện: Điện HÀ NỘI, 05/2021 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Xuân Thuấn Đề tài luận văn: Thiết kế điều khiển động đồng kích thích vĩnh cửu dùng phương pháp tuyến tính hóa xác Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số SV: CB180123 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 06/05/2021 với nội dung sau: Chỉnh sửa hình 2.2 Mơ hình tuyến tính hóa xác quan hệ vào hệ phi tuyến MIMO trang số 23 Chỉnh sửa phương trình 3.15 trang số 29 Chỉnh sửa tham số động trang số 38 Chỉnh sửa lại đồ thị hiển thị rõ giá trị trục thứ nguyên Ngày 18 tháng năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Lời cảm ơn Trước hết xin phép gửi lời cảm ơn đến thầy cô Viện Điện tận tình giảng dạy, hướng dẫn tơi suốt q trình học cao học, giúp đỡ tơi có nhìn tồn diện kiến thức chun ngành Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện Đào tạo sau đại học, viện tạo điều kiện thuận lợi trình học tập tơi nói riêng lớp cao học 2018B nói chung Đặc biệt, tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TSKH Nguyễn Quang Địch bảo tận tình, ln sẵn lịng giúp đỡ tơi q trình thực để hồn thành luận văn Thầy khơng tận tình hướng dẫn tơi mặt kiến thức chun mơn mà cịn tạo điều kiện cho tơi q tình cơng tác có đủ điện kiện để nghiên cứu, thử nghiệm Tóm tắt nội dung luận văn Lý chọn đề tài: Ngày với phát triển mạnh mẽ ngành kỹ thuật điều khiển tự động, nhiều hệ thống truyền động điện ứng dụng sản xuất công nghiệp đem lại hiệu kinh tế cao Với nhiều ưu điểm, động đồng kích thích vĩnh cửu đóng vai trị quan trọng hệ truyền động Việc điều khiển động đồng kích thích vĩnh cửu gặp nhiều khó khăn động đối tượng phi tuyến phức tạp So với phương pháp điều khiển phi tuyến phương pháp điều khiển tuyến tính đơn giản nhiều Trong phương pháp điều khiển tuyến tính phương pháp tuyến tính hóa xác phương pháp đặc sắc, mở triển vọng tốt đẹp hứa hẹn cấu trúc điều khiển thích hợp với chất cấu trúc phi tuyến động đồng kích thích vĩnh cửu cấu trúc điều khiển có tách kênh trực tiếp Với cấu trúc ta khắc phục nhược điểm tồn phương pháp điều khiển kinh điển Mục đích đối tượng nghiên cứu: Trong đề tài nghiên cứu đối tượng động đồng kích thích vĩnh cửu, mục đích thiết kế điều khiển động sử dụng phương pháp tuyến tính hóa xác Tóm tắt nội dung đề tài: Trong đề tài thiết lập phương trình tốn học mơ tả đầy đủ mối quan hệ thông số đầu vào thông số đầu động điện đồng kích thích vĩnh cửu Tiếp theo trình bày phương pháp tuyến tính hóa xác cách thực phép chuyển đổi hệ tọa độ phi tuyến Trong hệ tọa độ có biến vào quan hệ với biến vào cũ để bù lại phần phi tuyến mơ hình Trong khơng gian trạng thái mơ hình hệ thống tuyến tính từ áp dụng phương pháp điều khiển tuyến tính để thiết điều khiển Phương pháp nghiên cứu: Về mặt lý thuyết đề tài xây dựng thuật tốn để tìm phép chuyển tọa độ trạng thái đưa mơ hình hệ phi tuyến thành mơ hình tuyến tính khơng gian mới, sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính để thiết kế điều khiển Về mặt kiểm chứng xây dựng mơ hình Matlab/simunlink dựa vào cấu trúc thiết lập lý thuyết, từ chọn thơng số động để kiểm chứng kết HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU 1.1 Giới thiệu động đồng ba pha có kích thích vĩnh cửu 1.2 Vector không gian đại lượng ba pha 1.3 1.2.1 Xây dựng vector không gian 1.2.2 Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian Mơ hình động đồng ba pha kích thích nam châm vĩnh cửu (PMSM) 1.3.1 Tổng quan mơ hình động đồng ba pha 1.3.2 Hệ phương trình động 1.3.3 Mơ hình liên tục động hệ tọa độ từ thông rotor (dq) 10 1.3.4 Mơ hình gián đoạn động 13 1.3.5 Đặc điểm phi tuyến mô hình ĐCĐB 15 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC 17 2.1 Tổng quan 17 2.2 Phương pháp tuyến tính hóa xác 18 2.3 Ưu điểm phương pháp tuyến tính hố xác 24 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH NAM CHÂM VĨNH CỬU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC 26 3.1 Phương pháp tuyến tính hóa xác áp dụng cho động đồng kích thích vĩnh cửu 26 3.1.1 Khả tuyến tính hóa xác mơ hình dịng động 26 3.2 3.1.2 Kiểm tra điều kiện tuyến tính hóa xác 27 3.1.3 Tuyến tính hóa xác mơ hình động PMSM 29 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp tuyến tính hóa xác 32 3.2.1 Cấu trúc điều khiển tựa theo từ thông rotor 32 3.2.2 Cấu trúc điều khiển ĐCĐB-KTVC theo phương pháp tuyến tính hóa xác 33 3.3 Tổng hợp điều khiển (mạch vòng dòng điện, mạch vòng tốc độ) 34 3.3.1 Thiết kế điều chỉnh dòng điện 34 3.3.2 Thiết kế điều khiển tốc độ 35 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐCĐBKTVC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC 38 4.1 Mở đầu: 38 4.2 Sơ đồ mô 38 4.3 Kết mô 40 4.3.1 Khảo sát tính tuyến tính mơ hình 40 4.3.2 Khảo sát tính tách kênh mơ hình 44 4.4.3 Khảo sát đáp ứng tốc độ động 46 CHƯƠNG KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.Sơ đồ cuộn dây dịng stator động xoay chiều ba pha Hình 1.2 Thiết lập vector khơng gian từ đại lượng pha Hình 1.3 Biểu diễn dịng điện stator dạng vector không gian hệ tọa độ stator αβ Hình 1.4 Chuyển hệ tọa độ αβ dq Hình 1.5 Biểu diễn vector khơng gian hệ tọa độ từ thông rotor (hệ tọa độ dq) Hình 1.6 Thu thập giá trị thực vector dịng stator hệ tọa độ từ thơng rotor dq Hình 1.7 Mơ hình đơn giản động đồn bap với rotor cầu trúc cực lồi Hình 1.8 Mơ hình đơn giản động đồng ba pha với rotor có cấu trúc cực tròn (hay gọi cực ẩn) Hình 1.9 Mơ hình động PMSM hệ tọa độ dq 11 Hình 1.10 Mơ hình tổng quan ĐCĐB không gian trạng thái hệ tọa độ dq 12 Hình 1.11 Mơ hình trạng thái gián đoạn ĐCĐB hệ tọa độ dq 15 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hố xác hệ phi tuyến, hệ có đặc điểm vàora tuyến tính tồn khơng gian trạng thái 19 Hình 2.2 Mơ hình tuyến tính hóa xác quan hệ vào – hệ phi tuyến MIMO 23 Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển phản hồi trạng thái 30 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc vào – tuyến tính ĐCĐB kích thích vĩnh cửu 31 Hình 3.3 Cấu trúc hệ truyền động dùng ĐCĐB – KTVC điều khiển tựa theo từ thông rotor hệ tọa độ dq 32 Hình 3.4 Cấu trúc điều khiển ĐCĐB-KTVC sử dụng phương pháp 33 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện 34 Hình 3.6 Mạch vòng điều chỉnh dòng isd 34 Hình 3.7 Mạch vòng điều chỉnh dòng isq 34 Hình 3.8 Mạch vịng điều chỉnh tốc độ 36 Hình 3.9 Bộ điều chỉnh tốc độ sử dụng tiền xử lý 37 Hình 4.1 Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển ĐCĐB-KTVC sử dụng phương pháp TTHCX 39 Hình 4.2 Sơ đồ mô điều chỉnh tốc độ 39 Hình 4.3 Sơ đồ mơ điều chỉnh dịng điện 39 Hình 4.4 Sơ đồ mơ điều khiển phản hồi trạng thái 40 Hình 4.5 Sơ đồ mơ cấu trúc động đồng kích thích vĩnh cửu 40 Hình 4.6 Đáp ứng dịng isd w11 =5.1(t) (A/s) 41 Hình 4.7 Đáp ứng dịng isd w12=t(A/s) 41 Hình 4.8 Tổng hai đáp ứng dịng với w11=5.1(t)(A/s) w12=t(A/s) 41 Hình 4.9 Đáp ứng dòng isd với w13 =5.1(t)+t (A/s) 42 Hình 4.10 Đáp ứng dịng isq w 21 =1(t) (A/s) 42 Hình 4.11 Đáp ứng dịng isq w 22 = 20.sin(10t) (A/s) 43 Hình 4.12 Tổng hai đáp ứng với w 21 =1(t) (A/s) w 22 = 20.sin(10t) (A/s) 43 Hình 4.13 Đáp ứng dịng với w 23 =1(t)+20sin(10t) (A/s) 43 Hình 4.14 Đáp ứng dịng isd isq w1 =6.1(t) (A/s) w =5sin(5t)(A/s) 44 Hình 4.15 Đáp ứng dịng isd isq w1 =6.1(t) (A/s) w =1(t)(A/s) 44 Hình 4.16 Đáp ứng dịng isd isq w1 =6.1(t) (A/s) w =5sin(5t)(A/s) 45 Hình 4.17 Đáp ứng dịng isd isq w1 =10sin(5t) (A/s) w =5sin(5t)(A/s) 45 Hình 4.18 Đáp ứng tốc độ 46 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU 1.1 Giới thiệu động đồng ba pha có kích thích vĩnh cửu Động xoay chiều ba pha kích thích nam châm vĩnh cửu (PMSM), từ thơng rotor động tạo nên phiến nam châm vĩnh cửu bố trí đặn bề mặt rotor Do khơng có cuộn dây kích từ bên rotor nên động xoay chiều kích thích nam châm vĩnh cửu có khối lượng nhỏ mơ men qn tính thập làm cho động đáp ứng mô men nhanh So với hệ truyền động động không đồng bộ, động đồng nam châm vĩnh cửu không gây tổn hao đồng rotor có hiệu suất cao Do tổn thất đồng tổn thất sắt thấp tập trung chủ yếu stator nên việc làm mát thuật tiện So với động chiều, động PMSM không cần vành trượt chổi than vân hành đơn giản, phải bảo dưỡng Động PMSM cịn có khả làm việc với tốc độ thấp cao vùng tốc độ mà truyền động động chiều khó đạt Động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu có ưu điểm hai loại động chiều động xoay chiều không đồng cịn nữa, có tách biệt phần cảm phần ứng nên dễ dàng điều chỉnh tốc độ moment Động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu có kết cấu phía stator giống động khơng đồng bộ: Đó hệ thống cuộn dây nhận nguồn cung cấp điện ba pha Ở động không đồng đặt điện áp xoay chiều ba pha lên hệ thống cuộn dây phía stator tạo dòng stator, gây nên điện áp cảm ứng phía rotor xuất dịng rotor Dịng phía stator có tác dụng tạo nên từ thơng stator, rotor ngun nhân sinh mơmen quay máy điện Điều kiện để xảy cảm ứng tạo moment tồn "sự trượt" định chuyển động quay rotor vetor từ thơng stator, cịn động PMSM có hệ thống nam châm vĩnh cửu gắn chặt bề mặt rotor Nghĩa là: Từ thông luôn tồn tại, khơng cịn nhu cầu trượt tốc độ để cảm ứng từ stator sang rotor máy điện hoạt động hồn tồn đồng 1.2 Vector khơng gian đại lượng ba pha 1.2.1 Xây dựng vector không gian Động xoay chiều ba pha có ba cuộn dây stator với dịng điện ba pha bố trí khơng gian tổng qt hình 1.1 Hình 1.1.Sơ đồ cuộn dây dòng stator động xoay chiều ba pha Trong hình khơng quan tâm đến động đấu nối hình hay tam giác Ba dòng điện isu, isv, isw là ba dòng chảy từ lưới qua đầu nối vào động Khi động điều khiển biến tần ba dòng đầu biến tần Ba dòng điện thỏa mãn phương trình: isu (t ) + isv (t ) + isw (t ) = PT 1.1 Trong dịng điện pha thỏa mãn cơng thức sau: PT 1.2 Về phương diện mặt phẳng học (mặt cắt ngang), động xoay chiều pha có ba cuộn dây lệch góc 120o Nếu mặt phẳng ta thiết lập hệ tọa độ phức với trục thực qua cuộn dây u, ta xây dựng vector khơng gian sau: PT 1.3 Theo (PT 1.3), vector i s (t ) vector có modul khơng đổi quay mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs = 2π f s tạo với trục thực ( qua cuộn dây pha u) góc γ = ωs t , f s tần số mạch stator Việc xây dựng vector mơ tả hình 1.2 Hình 1.2 Thiết lập vector không gian từ đại lượng pha Qua hình 1.2 ta dễ dàng thấy dịng điện pha hình chiếu vector thu lên trục cuộn dây pha tương ứng Đối với đại lượng khác động như: điện áp, dịng rotor, từ thơng stator từ thơng rotor ta đếu xây dựng vector khơng gian tương ứng dịng điện kể Ta đặt tên cho trục thực mặt phẳng phức nói trục α trục ảo trục β quan sát hình chiếu vector dịng xuống hai trục Hình chiếu đặt tên hai dịng isα isβ Hệ tọa độ gọi hệ tọa độ cố định (hệ tọa độ stator) Hình 1.3 Biểu diễn dịng điện stator dạng vector khơng gian hệ tọa độ stator αβ Theo phương trình: isu (t ) + isv (t ) + isw (t ) = dựa hình 1.3 cần xác định hai số ba dịng điện stator có đầy đủ thông tin vector i s 3.3 Tổng hợp điều khiển (mạch vòng dòng điện, mạch vịng tốc độ) Ở ta có cấu trúc điều khiển sử dụng phương pháp tuyến tính hóa xác hay cịn gọi cấu trúc tách kênh trực tiếp, ta nghiên cứu thiết kế điều chỉnh cho thành phần cấu trúc Khi tuyến tính hóa mơ hình dịng với việc xây dựng điều khiển phản hồi trạng thái quan hệ vào-ra đầu vào (đầu vào hệ tuyến tính thiết kế) dòng isd , isq khâu tích phân Ta xây dựng riêng rẽ điều chỉnh dịng isd , isq hồn tồn độc lập thể tính tách kênh isd , isq Sau thiết xong điều chỉnh dòng, ta thiết kế điều chỉnh tốc độ 3.3.1 Thiết kế điều chỉnh dòng điện Sơ đồ cấu trúc vòng điều chỉnh dòng điện hình 3.5 đây: Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện Có thể tách sơ đồ 3.5 nói thành hai mạch vịng dịng điện thay tương đương sau: Hình 3.6 Mạch vịng điều chỉnh dịng isd Hình 3.7 Mạch vịng điều chỉnh dịng isq 34 Trong đó: GI = sd 1 GI sq = s s Trước tiên ta thiết kế điều chỉnh dòng RI , theo tiêu chuẩn tối ưu modul hàm sd chuẩn có dạng: FM ( s ) = + 2τ σ d PT 3.24 + 2τ 2σ d s Hệ kín có hàm truyền: RI sd ( s ) G I sd ( s ) + RI sd ( s ) G I sd ( s ) = FM ( s ) Suy ra: RI sd ( s ) = FM ( s ) = G I sd ( s )(1 − FM ( s )) G I sd ( s )τ σ d s (1 + τ σ d s ) PT 3.25 s Thay GI = vào PT 3.25 ta được: sd RI sd ( s ) = Với τ σ= T= d sd RI sd ( s ) = PT 3.26 2τ σ d (1 + τ σ d s ) Lsd thay vào PT 3.26 ta được: Rs K I sd + Tsd s với K I = sd 2Tsd PT 3.27 Tương tự với điều chỉnh dịng, ta có: RI sq ( s ) = K I sq + Tsq s với K I = sq 2Tsq PT 3.28 3.3.2 Thiết kế điều khiển tốc độ Với mô hình động đồng kích thích vĩnh cửu cho ta thấy rằng: từ thơng cực từ (vĩnh cửu), moment quay tỷ lệ thuận trực tiếp với thành phần dòng isq Dòng điện chạy vào dây quấn động có nhiệm vụ tạo moment quay khơng có nhiệm vụ tạo từ thơng Do xây dựng hệ thống ta phải điều khiển cho vector dịng is đứng vng góc với từ thơng cực, khơng có thành phần dịng từ hố isd ( isd ln đặt khơng) mà có thành phần dịng tạo moment quay isq Tức cấu trúc mạch vịng điều chỉnh bên ngồi động đồng kích thích vĩnh cửu tồn mạch vịng điều chỉnh tốc độ khơng 35 cần mạch vịng điều chỉnh từ thơng Ta có sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ sau Hình 3.8 Mạch vịng điều chỉnh tốc độ Ta có: 1 ≈ = + 2τ oq s + 2τ oq s + 2τ oq s + 2Tsq s W = I sq ( s ) PT 3.29 Và: 3ψ p p c pc pc = Gω ( s ) W = I sq ( s )ψ p sJ s J (1 + 2Tsq s ) PT 3.30 Ta sử dụng phương pháp tổng hợp tối ưu đối xứng để thiết kế điều chỉnh tốc độ Hàm chuẩn tối ưu đối xứng có dạng: FCH ( s ) = + 4τ s + 4τ s + 8τ s + 8τ 30 s PT 3.31 Ở đây, ta sử dụng điều khiển dạng PI sau: Rω ( s ) = + T0 s KT0 s PT 3.32 Hàm truyền đạt hệ hở: 3ψ p p c + T0 s Fh ( s ) R= = ω ( s )Gω ( s ) KT0 s s J (1 + 2Tsq s ) PT 3.33 Hàm truyền đạt hệ kín: Fk ( s ) = Rω ( s )Gω ( s ) = + Rω ( s )Gω ( s ) + T0 s JKTsq JK + T0 s + T0 s + T0 s 3ψ p p c 3ψ p p c PT 3.33 Đồng hàm truyền đạt hệ kín với hàm chuẩn tối ưu đối xứng PT 3.31 ta được: 36 K= 3ψ p p cTsq T0 = 4Tsq 2J Thay vào điều khiển Rω ( s ) ta được: Rω ( s ) = J (1 + 4Tsq s ) 6ψ p p cT 2 sq PT 3.34 s Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng gây nên độ điều chỉnh không mong muốn, để giảm lượng điều chỉnh ta dùng tiền xử lý sau: M= 1 + 4Tsq s Hình 3.9 Bộ điều chỉnh tốc độ sử dụng tiền xử lý Như ta xây dựng toàn hệ thống điều khiển cho ĐCĐB-KTVC với điều khiển dòng theo phương pháp tuyến tính hóa xác điều khiển tốc độ theo phương pháp tối ưu đối xứng Chất lượng điều khiển kiểm chứng chương 37 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐCĐBKTVC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC 4.1 Mở đầu: Vì ĐCĐB-KTVC đối tượng phi tuyến nên việc thực điều khiển động vấn đề phức tạp Khi ta xây dựng điều chỉnh cho đối tượng phi tuyến thường đề cập đến phương pháp tuyến tính hóa lân cận điểm làm việc mơ hình đối tượng hay hay tuyến tính hóa gần chu kì trích mẫu mơ hình gián đoạn, phương pháp đáp ứng số điểm trạng thái hữu hạn Với tinh thần thực tuyến tính hố đối tượng phi tuyến tồn khơng gian trạng thái, phương pháp tuyến tính hố xác đề cập, cho phép thực chuyển tọa độ cho mơ hình trạng thái đối tượng phi tuyến mô hình dịng động trở thành đối tượng tuyến tính tồn khơng gian trạng thái Trên sở lập luận đó, ta xây dựng mơ hình dịng động không đồng kết hợp điều khiển phản hồi trạng thái Để kiểm chứng chất lượng điều khiển ta sử dụng phần mềm mô Matlab – Simulink để khảo sát đặc điểm ổn định cấu trúc điều khiển thời gian thực ĐCĐB-KTVC mô với thông số sau: 3HP Công suất định mức Pdm Điện áp định mức U dm 380V Dịng stator định mức Mơ men định mức Số đơi cực pc 10.5A 11 N.m Tốc độ Từ thông rotor ψ p 1800 v/p 0.175Wb Điện trở stator Rs 0.2 Ω Mơ men qn tính 0.01 kgm Điện cảm phía Stator Lsd 9.5 mH Hỗ cảm Stator Rotor Lm 8.5 mH 4.2 Sơ đồ mô Sơ đồ mô cấu trúc hệ thống hình 4.1 đây: 38 Hình 4.1 Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển ĐCĐB-KTVC sử dụng phương pháp TTHCX Với mơ hình hệ thể sau: • Bộ điều chỉnh tốc độ: Hình 4.2 Sơ đồ mô điều chỉnh tốc độ • Bộ điều chỉnh dịng: Hình 4.3 Sơ đồ mơ điều chỉnh dịng điện 39 • Bộ điều khiển phản hồi trạng thái: Hình 4.4 Sơ đồ mơ điều khiển phản hồi trạng thái Hình 4.5 Sơ đồ mô cấu trúc động đồng kích thích vĩnh cửu 4.3 Kết mơ 4.3.1 Khảo sát tính tuyến tính mơ hình Để khảo sát tính tuyến tính mơ hình tuyến tính hóa xác, ta kiểm tra hệ kín bao gồm điều khiển phản hồi trạng thái mô hình động đồng kích thích vĩnh cửu có thỏa mãn tính xếp chồng khơng • Kiểm tra quan hệ tuyến tính isd w1 Ta cố định đầu vào w =15sin(5t) (A/s) thay đổi đầu vào w1 40 Với trường hợp w1 =5.1(t) (A/s) ta có đáp ứng dịng isd sau: Hình 4.6 Đáp ứng dòng isd w11 =5.1(t) (A/s) Tại thời điểm t=5(s) ta có isd =20 (A) Với trường hợp w1 = t (A/s) ta có đáp ứng dịng isd sau: Hình 4.7 Đáp ứng dịng isd w12=t(A/s) Tại thời điểm t=5s ta có isd =12.5A Tổng hai đáp ứng nói sau: Hình 4.8 Tổng hai đáp ứng dòng với w11=5.1(t)(A/s) w12=t(A/s) 41 Đáp ứng dòng trường hợp w13 =5.1(t)+t (A/s) sau: Hình 4.9 Đáp ứng dịng isd với w13 =5.1(t)+t (A/s) Tại thời điểm t=5s ta có dịng điện isd =32.7 A Từ kết ta thấy: - Tổng hai đáp ứng trường hợp hình 4.8 và 4.9 có dạng giống dịng isd trường hợp - isd + isd = 32.5 xấp xỉ isd Điều chứng tỏ hệ thỏa mãn tính xếp chồng thể tuyến tính w1 isd • Kiểm tra quan hệ tuyến tính isq w Ta cố định đầu vào w1 =5.sin(5t) (A/s) thay đổi đầu vào w Với trường hợp w =1(t) (A/s) ta có đáp ứng dịng isq sau: Hình 4.10 Đáp ứng dịng isq w 21 =1(t) (A/s) Tại thời điểm t=3(s) ta có isq1 =2.03 (A) 42 Với trường hợp w = 20.sin(10t) (A/s) ta có đáp ứng dịng isq sau: Hình 4.11 Đáp ứng dòng isq w 22 = 20.sin(10t) (A/s) Tại thời điểm t=3s ta có isq =1.79A Tổng hai đáp ứng nói sau: Hình 4.12 Tổng hai đáp ứng với w 21 =1(t) (A/s) w 22 = 20.sin(10t) (A/s) Đáp ứng dòng trường hợp w 23 =1(t)+20sin(10t) (A/s) sau: Hình 4.13 Đáp ứng dòng với w 23 =1(t)+20sin(10t) (A/s) 43 Tại thời điểm t=3s ta có dịng điện isq =3.80 A Từ kết ta thấy: - Tổng hai đáp ứng trường hợp có dạng giống dịng isq trường hợp - isq1 + isq = 3.82 xấp xỉ isq Điều chứng tỏ hệ thỏa mãn tính xếp chồng thể tuyến tính w isq Nhận xét: Mối quan hệ w1 isd , w isq quan hệ tuyến tính điều khẳng định mơ hình động đồng kích thích vĩnh cửu sau tuyến tính hóa xác tuyến tính 4.3.2 Khảo sát tính tách kênh mơ hình • Khảo sát ảnh hưởng w isd Để khảo sát tính tách kênh trực tiếp mơ hình sau tuyến tính hóa xác mơ hình động cơ, ta kiểm tra cách ly ảnh hưởng w đến isd w1 đến isq Khi w1 =6.1(t) (A/s) w =5sin(5t), đáp ứng có dạng hình 4.14 đây: Hình 4.14 Đáp ứng dịng isd isq w1 =6.1(t) (A/s) w =5sin(5t)(A/s) Giữ cố định w1 =6.1(t) (A/s) thay w =1(t), ta thu đáp ứng dịng sau: Hình 4.15 Đáp ứng dòng isd isq w1 =6.1(t) (A/s) w =1(t)(A/s) 44 Như thấy giữ cố định đầu vào w1 thay đổi đầu vào w làm thay đổi đáp ứng isq khơng làm thay đổi đáp ứng dịng isd , isd thể quan hệ tuyến tính với w1 • Khảo sát ảnh hưởng w1 isq Giữ cố định đầu vào w thay đổi đầu vào w1 ta thu kết hình 4.16 4.17 đây: Hình 4.16 Đáp ứng dịng isd isq w1 =6.1(t) (A/s) w =5sin(5t)(A/s) Hình 4.17 Đáp ứng dịng isd isq w1 =10sin(5t) (A/s) w =5sin(5t)(A/s) Như thấy giữ cố định đầu vào w thay đổi đầu vào w1 làm thay đổi đáp ứng isd không làm thay đổi đáp ứng dòng isq , isq thể quan hệ tuyến tính với w Nhận xét: Dịng isd phụ thuộc đầu vào w1 dòng isq phụ thuộc đầu vào w Như khẳng định mơ hình động đồng kích thích vĩnh cửu sau tuyến tính hóa xác mơ hình dịng có đặc tính tách kênh 45 4.4.3 Khảo sát đáp ứng tốc độ động Khi đặt tốc độ 200 rad/s, đáp ứng tốc độ có dạng hình 4.18 đây: Hình 4.18 Đáp ứng tốc độ Ta thấy khoảng thời gian trình q độ có dao động tốc độ động tăng vọt tốc độ đặt sau tốc đố động bám theo tốc độ đặt ổn định 46 CHƯƠNG KẾT LUẬN Luận văn thành cơng việc việc tìm hiểu áp dụng ngun lý TTHCX nhằm đưa mơ hình dịng phi tuyến động đồng kích thích vĩnh cửu thành mơ hình tuyến tính đồng thời đem lại khả tách kênh không tương tác hai thành phần dịng isd isq, (hay nói cách khác cách ly triệt để q trình từ hóa trình tạo momen) động điều khiển theo phương pháp tựa theo từ thông rotor Cấu trúc tách kênh trực tiếp cho phép thiết kế khâu điều chỉnh riêng cho thành phần dịng điện, thay phải dùng điều khiển dòng hai chiều để triệt tiêu tương tác Linh hồn cấu trúc tách kênh trực tiếp ĐKPHTT cài đặt dễ dàng vi xử lý Bản luận văn thực nội dung sau: • Xây dựng mơ hình trạng thái gián đoạn động đồng kích thích vĩnh cửu • Tuyến tính hóa xác mơ hình dịng động cơ, xây dựng điều khiển phản hồi trạng thái • Thiết kế điều chỉnh cấu trúc điều khiển tách kênh trực tiếp • Khảo sát đặc điểm ổn định hệ thống thực điều kiện thời gian thực • Bản luận văn đưa cách nhìn cho động đồng kích thích vĩnh cửu từ suy rộng cho tất đối tượng phi tuyến cố gắng để thực đề tài nhiên, luận văn dừng lại việc giải vấn đề dựa lý thuyết đưa mô thử nghiệm khảo sát độ ổn định hệ thống, cần có thử nghiệm mơ thử nghiệm thực tiễn tiếp để kiểm chứng tính đắn giải pháp Vấn đề đặt rộng phong phú giải vấn đề tốn cần quan tâm đến mơ hình từ thơng, ảnh hường số thời gian rotor mơ hình từ thơng, góc từ thơng Vì vậy, để luận văn hồn thiện hơn, tơi mong nhận đóng góp chân thành từ thầy, cô giáo đồng nghiệp Một lần xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TSKH Nguyễn Quang Địch, đồng nghiệp tạo điều kiện giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất giáo dục, 2009 [2] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung, Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2006 [3] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2002 [4] Nguyễn Phùng Quang, Vector Control of Three-Phase AC Machines, Springer Berlin Heidelberg, 2008 [5] Nguyễn Phùng Quang, Truyền động điện thông minh, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2004 48 ... điểm phương pháp tuyến tính hố xác 24 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH NAM CHÂM VĨNH CỬU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC 26 3.1 Phương pháp. .. tồn phương pháp kinh điển 25 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH NAM CHÂM VĨNH CỬU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HĨA CHÍNH XÁC Trong chương ta xy dựng mơ hình trạng thái động. .. vĩnh cửu gặp nhiều khó khăn động đối tượng phi tuyến phức tạp So với phương pháp điều khiển phi tuyến phương pháp điều khiển tuyến tính đơn giản nhiều Trong phương pháp điều khiển tuyến tính phương