.2 Chất lượng điều khiển của Backstepping và Backstepping-quan sát

Backstepping Backstepping-quan sát

Sai sốxác lập 4

10 104

Thời gian quá độ 0,4 0,5

Lượng quá điều chỉnh (%) 0 0

Hình 4.11 là kết quả so sánh đáp ứng tốc độ giữa bộ điều khiển Backstepping và bộ điều khiển Backstepping sử dụng bộ quan sát trạng thái với giá trị đặt

10 ( / )

d rad s

  . Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển Backstepping kết hợp bộ quan sát trạng thái cho chất lượng gần như tương đương với bộ điều khiển Backstepping không dùng bộ quan sát. Kết quả so sánh chất lượng điều khiển với trường hợp này được thể hiện trong Bảng 4.2. Lượng quá điều chỉnh và sai số xác lập gần như bằng 0 ở cả hai hệ thống. Thời gian quá độ của bộ điều khiển Backstepping (0,4s) ngắn hơn so với bộ Backstepping quan sát (0,5s) không đáng kể.

Như vậy, các kết quả mô phỏng cho thấy chất lượng hệ thống điều khiển SRM bằng bộđiều khiển Backstepping kết hợp bộquan sát trạng thái phi tuyến hoàn toàn đạt được các chất lượng mong muốn, tương đương với hệ thống sử dụng bộ điều khiển Backstepping thông thường. Như vậy trong thực tế chúng ta có thể tổng hợp các bộ điều khiển khơng cần đo các tín hiệu ra của động cơ như từ thơng, tốc độ và vị trí của rotor thông qua các bộquan sát trạng thái.

69

4.2 Bộ điều khiển Backstepping kết hợp bộ ƣớc lƣợng từ thông bằng mạng nơ ron nhân tạo

4.2.1 Đặt vấn đề

Phần 4.1 tác giả đã trình bày bộđiều khiển Backstepping kết hợp với bộquan sát trạng thái phi tuyến cho động cơ từ trở. Ưu điểm của phương pháp này là có thểáp dụng cho hệ thống điều khiển SRM khơng cần cảm biến. Tuy nhiên, để xây dựng được bộ quan sát từ thông là không đơn giản, trải qua các phương trình tính tốn phức tạp. Mặt khác, nhiều phương pháp thiết kế bộđiều khiển đã lựa chọn giải pháp tính tốn trực tiếp từ thông từ các cơng thức tốn học gần đúng. Tuy nhiên, bằng cách đó, sai số tính tốn so với giá trị từ thông thực nhiều khi quá lớn. Đồng thời, phương trình từ thơng với các tham số không dễ xác định được nên trong thực tế người ta phải sử dụng các thiết đo từ thông ởcác thời điểm dịng và góc rotor khác nhau, sau đó dùng cơng thức nội suy tuyến tính để có được đặc tính từ thơng đưa vào bộ điều khiển. Quá trình này vơ tình làm cho quá trình truy xuất dữ liệu từ thông khi điều khiển bị chậm lại. Để khắc phục nhược điểm này, luận ánnghiên cứu xây dựng bộ ước lượng từthông bằng mạng nơ ron nhân tạo (ANN). Bộước lượng từ thông ANN được huấn luyện offline trước khi kết hợp với bộ điều khiển phi tuyến. Chính vì vậy mà giảm được đáng kể thời gian quan sát từ thông. Bộ điều khiển Backstepping kết hợp với bộ ước lượng từ thông là một giải pháp hợp lý trong việc nâng cao chất lượng điều khiển cho SRM.

4.2.2 Bộ ƣớc lƣợngtừ thông bằng mạng nơ ron nhân tạo

Bộ ước lượng từ thông bằng ANN kết hợp kỹ thuật học sâu được trình bày chi tiết trong mục 2.3 của chương 2 của luận án. Để áp dụng thay thế thiết bị đo từ thông sử dụng trong bộ điều khiển Backstepping, trước tiên phải huấn luyện ANN offline cho đến khi đạt được độ chính xác cần thiết, sau đó mới được sử dụng thay thế thiết bị đo. Trong luận án sử dụng bộ dữ liệu mẫu lấy từ mơ hình SRM với các thơng số trong Bảng phụ lục 3.

4.2.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển

Bộđiều khiển Backstepping được đề xuất ở phần 3.2 chỉ thực hiện được khi các biến trạng thái của SRM gồm biến từ thơng, tốc độ, vị trí rotor được cung cấp đầy đủ. Trong các biến trạng thái trên, biến trạng thái tính từ thơng với các tham số khó xác định được cung cấp từ bộ nhận dạng được trình bày ở phần 2.3. Kỹ thuật điều khiển Backstepping (3.65) cho SRM kết hợp bộước lượng từthông bằng mạng nơ ron có cấu trúc như trong Hình 4.12. Mạng nơ ron nhân tạo sau khi được huấn huyện offline được đưa vào bộ điều khiển. Như vậy, thay vì từ thông của SRM được cung cấp cho bộ điều khiển bằng online, thì chúng được cung cấp ở trạng thái offline. Điều này sẽgiúp hệ thống giảm được thời gian tính tốn.

70

Hình 4.12 Hệ thống điều khiển Backstepping kết hợp bộước lượng từthông bằng mạng

nơ ron nhân tạo

4.2.4 Kết quả mô phỏng kiểm chứng

Chất lượng của bộ ước lượng từ thông và hệ thống điều khiển SRM được mô phỏng kiểm chứng bằng trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả kiểm chứng đặc tính từthơng nhận dạng được cho trong Hình 4.13. Đặc tính từthơng nhận dạng từ bộ ước lượng bằng mạng nơ ron và từ thông thực được so sánh với nhau. Kết quả cho thấy bộ ước lượng từ thông cho kết quả gần như trùng khớp với từthông thực, sai lệch từthơng là bằng 0, Hình 4.13b. Kết quảnày cho thấy có thể sử dụng bộước lượng từ thông bằng mạng nơ ron nhân tạo để cung cấp giá trị từ thông cho bộ điều khiển thay cho giá trị từthông đo lường thực nghiệm, hoặc giá trị từthơng tính tốn từcác phương trình xấp xỉ gần đúng. Đặc tính mơ men của động cơ từ trởthu được từ hệ thống sử dụng bộđiều khiển Backstepping kết hợp với bộ ước lượng từthông bằng mạng nơ ron, Hình 4.14. Đặc tính mơ men có biên độ đập mạch cao, chất lượng mô men chưa tốt với lý do được tác giả trình bày ở phần 4.1 khi tác giả tạm thời bỏ qua ảnh hưởng của bộ điều khiển khóa chuyển mạch logic trong luận án này.

71

Hình 4.14 Đặc tính mơ men điện từ

Mục đích giống như phần 4.1, đáp ứng tốc độ của hệ thống sử dụng bộ điều khiển Backstepping với mơ hình kết hợp phi tuyến của SRM được sử dụng để so

sánh với hệ thống sử dụng bộ điều khiển Backstepping kết hợp với bộ nơ ron ước lượng từthông. Sự tương đồng về chất lượng điều khiển của hai hệ thống được sử

dụng làm cơ sở cho khả năng thực thi của hệ thống điều khiển SRM trong thực tế, nhằm giảm bớt thiết bị đo (đo từ thông) mà chỉ cần dùng bộ ANN để ước lượng từ thông.

Bộ điều khiển Backstepping và bộ điều khiển khiển Backstepping kết hợp bộ nơ ron (Backstepping-nơ ron) được sử dụng đểđiều khiển tốc độ cho SRM. Chất lượng của hai hệ thống được so sánh thông qua đánh giá chất lượng của đáp ứng tốc độ của SRM trong các trường hợp khác nhau. Hình 4.15 là đáp ứng tốc độvà sai số tốc độ của hai hệ thống Backstepping và Backstepping-nơ ron khi tốc độ đặt

10 ( / )

d rad s

  . Chất lượng của hai bộđiều khiển là tương đương nhau, được thể hiện chi tiết trong Bảng 4.3. Sai số xác xác lập và lượng quá điều chỉnh gần như bằng 0, thời gian quá độ giống nhau của cả hai hệ thống với 0,45s.

Hình 4.15 Đặc tính tốc độvà sai lệch tốc độtrường hợp tốc độđặt 10 rad/s