Kết quả thực nghiệm được thực hiện trên động cơ MAE DC Servo Motor Series 500, kiểu: M 542 1100 0806 05 MPU, có thông số được thể hiện ở bảng 4.7.
Bảng 4.7. Thông số động cơ điện một chiều thực nghiệm
Định nghĩa Kí hiệu Giá trị/Đơn vị
Điện áp lớn nhất v 60 Volts Tốc độ lớn nhất max 5200 rpm Điện trở phần cảm R 1.6 Ω Cảm kháng phần cảm L 5.2 mH Hằng số back emf ke 0.011 V/rpm Mô-men quán tính J 4.3104 kg.m2
Hằng số thời gian cơ khí M 8.2 ms
Hằng số thời gian điện e 2.6 ms
Quy trình thực nghiệm được thực trong môi trường Matlab/Simulink. Sau khi thiết kế, dữ liệu thực thi chạy trên máy target bằng chương trình biên dịch Visual C++ Compiler thông qua chuẩn truyền thông TCP/IP, khi dữ liệu được truyền tới máy tính target, và thực thi nội dung trong trong dữ liệu đó có thể một hay nhiều lần, và được điều khiển thông qua máy tính Host. Các dữ liệu thu thập được trong quá trình hoạt động có thể được truyền trực tiếp tới máy Host trong quá trình hoạt động (chế độ loop back.), hoặc được lưu trữ ở ổ cứng của máy target (chế độ Stand-Alone). Sau khi thực thi xong, náy Host có thể đọc dữ liệu được lưu trong ổ cứng của máy Target thông qua giao tiếp TCP/IP.
Nguồn công suất cung cấp cho động cơ hoạt động: 24VDC/10A, thời gian lấy mẫu các bộ ước lượng là 0.05 ms, tần số đóng ngắt PWM là 15kHz. Trong thiết kế bộ điều khiển cho mô hình thực nghiệm, các thông số điều khiển của bộ ước lượng trượt bậc cao được chọn:p5,q3,0, 0.0001,12 26,
, 12 . 78 1 k k2 0.0032 (khi chọn 1,n 156.25).
Hình 4.17. Mô hình thực nghiệm ước lượng thông số động cơ một chiều Đồ thị hình 4.18 thể hiện tốc độ ước lượng từ lý thuyết được nghiên cứu và tốc độ thực tế của rotor được đo trực tiếp từ tachometer, và sai số tốc độ được thể hiện ở hình 4.19, từ kết quả ta thấy được giá trị xác lập đạt được ở thời gian khoảng 0.05s, và hiện tượng chattering gần như được triệt tiêu.
Hình 4.18. Tốc độ ước lượng và tốc độ thật
Bảng 4.8. Đáp ứng tốc độ thực nghiệm của lý thuyết ước lượng
STT Thông số đáp ứng Đơn vị FONTSM
1 Thời gian tăng trưởng (tr) (s) 0.0264
3 Độ vọt lố (%) 0.1268
4 Giá trị đỉnh (rad/s) 256.83
5 Thời gian đạt đỉnh (tr) (s) 0.0512
6 Sai số xác lập (rad/s) 0.4
Từ đồ thị hình 4.19, ta thấy rằng sai số lớn nhất ở khoảng thời gian 0.015(s) trong giai đoạn động cơ tăng tốc, khi giá trị tốc độ động cơ đạt ổn định 0.05(s), sai số gần như bằng 0 chứng tỏ giá trị tốc độ ước lượng bằng tốc độ thật.
Hình 4.19. Sai số tốc độ ước lượng
Hình 4.20. Sai số giữa dòng điện quan sát và dòng điện thực tế
Đồ thị hình 4.20 thể hiện sai số giữa giá trị dòng điện thực tế và dòng điện ước lượng, dưới tác động của tín hiệu điều khiển của lý thuyết trượt được phát triển, giá trị dòng điện quan sát và giá trị thực tế, trong thời gian khi động cơ tăng tốc (0(s)- 0.03(s)) biên độ sai số dòng điện lớn nhất là 3A, từ khoảng thời gian sau 0.03(s), sai số dòng điện gần như bằng không, chứng tỏ dưới tác động của tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển trượt được thiết kế, thìgiá trị ước lượng bám sát dòng điện thực tế.
Bảng 4.9. Đáp ứng dòng điện thực nghiệm của lý thuyết ước lượng
STT Thông số đáp ứng Đơn vị FONTSM
1 Thời gian quá độ (ts) (s) 0.025
2 Độ vọt lố (%) 5
3 Giá trị đỉnh (A) 2.86
4 Thời gian đạt đỉnh (tr) (s) 0.0015
5 Sai số xác lập (A) 0.14
Để chứng minh chất lượng của lý thuyết được nghiên cứu, giá trị ước lượng được hồi tiếp trực tiếp vào hệ thống điều khiển vòng kín để điều khiển vận tốc không sử dụng cảm biến đo tốc độ của động cơ đang được nghiên cứu. Kết quả được thể hiện trong hình 4.22, và sơ đồ điều khiển được thể hiện trong hình 4.21.
Hình 4.21. Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ sử dụng giá trị tốc độ ước lượng
Hình 4.22. Đáp ứng tốc độ
Từ đồ thị đáp ứng tốc độ hình 4.22, ta thấy giá trị tốc độ đạt được giá trị 200 (rad/s) trong thời gian 0.1(s) và duy trì trong suốt quá trình điều khiển.
Điều khiển tốc độ +- Bộ ước lượng Điều khiển dòng điện +- Các khóa bán dẫn iref v,iact ei e est ref
4.3.Kết luận
Trong chương này, tác giả đã xây dựng thuật toán ước lượng tốc độ động cơ điện một chiều dựa trên phương trình dòng điện quan sát, bằng việc phát triển lý thuyết trượt FONTSM điều khiển giá trị dòng điện quan sát tiến tới giá trị dòng điện thật, từ tín hiệu điều khiển có thể xác định được giá trị tốc độ quan sát. Trong phương pháp FONTSM nhờ tích hợp thêm hai thành phần tích phân và đạo hàm sai số dòng điện với hai thông số hiệu chỉnh k1, k2 làm cho biến trạng thái tiến nhanh về mặt trượt NTSM, từ đó dẫn đến đáp ứng nhanh hơn, và làm giảm thấp nhất hiện tượng chattering, vì thế kết quả ước lượng chính xác hơn các phương pháp ước lượng đã được nghiên cứu trước đây.
Dựa vào kết quả được trình bày ở mục 4.2.1 và 4.2.2, chứng minh tốc độ ước lượng được từ phương pháp nghiên cứu đạt động học nhanh với thời gian đáp ứng 0.045(s), trong khi các phương pháp khác đạt 0.095(s), đồng thời hiện tượng chattering giảm gần như bằng không (0.03 rad/s), với phương pháp NTSM kết quả là 0.65 (rad/s), và lớn nhất là SLM với giá trị 5.3 (rad/s).
Ngoài ra trường hợp mô hình động cơ và tải thay đổi cũng được khảo sát ở mục 4.2, chứng tỏ tín hiệu ước lượng được từ phương pháp điều khiển trong luận án hoàn toàn có thể được sử dụng làm tín hiệu hồi tiếp trực tiếp các bộ điều khiển.
Nội dung nghiên cứu trong chương 4 được sử dụng cho các loại động cơ điện một chiều với thông số kỹ thuật: điện áp hoạt động tối đa 32V, dòng điện tối đa (8A), tốc độ: 400-3200 (rpm).
Với những nội dung được nghiên cứu liên quan trong chương này, tác giả đã công bố bài báo [1] trong danh mục bài báo đã công bố.
CHƯƠNG 5.ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ CƠ ĐIỆN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU
Nội dung chính trong chương này là tập trung phát triển lý thuyết điều khiển trượt nhằm khắc phục hiện tượng chattering và giảm thời gian đáp ứng, đưới tác dụng của tín hiệu điều khiển trượt làm cho giá trị dòng điện quan sát tiến tới giá trị dòng điện thực tế được đo từ cảm biến, từ phương trình sai số dòng điện có thể ước lượng được thông số cơ điện của động cơ PMSM (bao gồm: dòng điện stator, góc, tốc độ rotor), các giá trị đạt được từ bộ ước lượng được dùng để cung cấp cho bộ điều khiển tốc độ dựa vào phương pháp FOC.
Để kiểm chứng kết quả nghiên cứu, các thuật toán điều khiển được mô phỏng trên công cụ Matlab/Simulink, đồng thời chạy thực nghiệm trên mô hình thực tế sử dụng công nghệ Hardware-in-loop trên nền phần cứng xPCTarget. Trong phần mô phỏng và thực nghiệm sử dụng giá trị tốc độ thực được đo từ cảm biến tốc độ gắng trực tiếp với trục động cơ, so sánh với giá trị ước lượng được tính toán từ lý thuyết nghiên cứu.