zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Điều khiển tuyến tính hóa chính xác cho động cơ tuyến tính polysolenoid

Chia sẻ: Nhan Chiến Thiên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

9
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Điều khiển tuyến tính hóa chính xác cho động cơ tuyến tính polysolenoid" giới thiệu một giải pháp điều khiển động cơ tuyến tính loại kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid dựa trên phương pháp tuyến tính hóa chính xác cho phép các đại lượng vật lý bám theo quỹ đạo cho trước. Toàn bộ dòng điện được huy động để tạo lực đẩy cho động cơ ngay cả khi mô hình thiếu chính xác về thông số kỹ thuật hay ảnh hưởng bởi nhiễu. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Điều khiển tuyến tính hóa chính xác cho động cơ tuyến tính polysolenoid

HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 67 Nguyễn Hồng Quang - TĐH ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC CHO ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH POLYSOLENOID TÓM TẮT Hiện nay, việc tạo ra các chuyển động thẳng hầu hết được thực hiện gián tiếp bằng các động cơ quay, kéo theo nhiều nhược điểm như kết cấu cơ khí phức tạp do tồn tại các phần tử trung gian, độ chính xác và hiệu suất của hệ thống thấp do sai số tích lũy của các phần tử có trong toàn hệ thống. Bằng cách sử dụng các loại động cơ có khả năng tạo chuyển động thẳng trực tiếp (động cơ tuyến tính) cho phép loại trừ những nhược điểm trên. Bài báo này giới thiệu một giải pháp điều khiển động cơ tuyến tính loại kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid dựa trên phương pháp tuyến tính hóa chính xác cho phép các đại lượng vật lý bám theo quỹ đạo cho trước. Toàn bộ dòng điện được huy động để tạo lực đẩy cho động cơ ngay cả khi mô hình thiếu chính xác về thông số kỹ thuật hay ảnh hưởng bởi nhiễu. Ký hiệu p Wb từ thông cực từ Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa we Rad/s vận tốc góc điện Lsd , Lsq H điện cảm dọc trục và ngang trục của stator xp mm vị trí của động cơ m Kg khối lượng của bộ Chữ viết tắt phận sơ cấp (stator) TTHCX Tuyến tính hoá chính xác us , i s V, A vectơ điện áp, dòng ĐB- Đồng bộ - kích thích vĩnh cửu stator KTVC Rs điện trở stator ĐCD Điều chỉnh dòng v , ve m/s vận tốc cơ, điện ĐC, ĐK Điều chỉnh, điều khiển TKTT Tách kênh trực tiếp Fm , Fc N lực đẩy, lực cản PHTT Phản hồi trạng thái isd , isq A dòng điện trục d , q VĐK Vi điều khiển V điện áp trục d , q SVM Điều chế vectơ không gian usd , usq MIMO Multi input – multi output mm bước cực p số đôi cực Keyword: exact linearzation, Polysolenoid linear motors, SVM, tách kênh trực tiếp, two-phase inverter. I. Đặt vấn đề độ theo phương pháp điều khiển PI – Tự chỉnh Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu kết hợp với những kỹ thuật ước lượng phù hợp ở dạng Polysolenoid làm việc dựa trên hiện tượng vùng tốc độ thấp giúp đạt được chất lượng tốt ở cảm ứng điện từ với nguyên tắc hoạt động đã vùng làm việc này. Tuy nhiên trong trường hợp được trình bày ở [1,2,3,4] tải biến động (ví dụ như thay đổi khối lượng vật Đối với hệ truyền động ĐCTT, tuy loại bỏ nặng,...) sẽ gây ra sự thay đổi lực ma sát và các được cơ cấu cơ khí trung gian nhưng khiến cho lực cản khác, lúc này bộ điều khiển PI – Tự hệ thống trở nên kém bền vững, rất nhạy đối với chỉnh không còn hiệu quả và phương pháp điều các tác động phụ như lực ma sát, hiệu ứng đầu khiển thích nghi mô hình mẫu dựa trên lý thuyết cuối, tải thay đổi, phân bố từ thông không sin,… ổn định Lyapunov đã được vận dụng trong gây ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển. Một trường hợp này [6]. Phương pháp thiết kế cuốn số nghiên cứu tiêu biểu đã đề cập đến khả năng chiếu Backstepping cũng được sử dụng để khắc khắc phục những ảnh hưởng nêu trên, đó là. [5] phục ảnh hưởng của ma sát và lúc này bộ điều đã đưa ra phương án thiết kế bộ điều chỉnh tốc khiển được thiết kế dựa trên mô hình ước lượng
HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 68 Nguyễn Hồng Quang - TĐH ma sát Lugrie [7]. Tuy vậy ma sát là một ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào điều kiện làm việc (nhiệt độ, độ ẩm,...) nên những mô hình ước lượng ma sát sẽ gặp sai số trong ứng dụng thực tế. Việc vận dụng phương pháp điều khiển mạng nơ ron thích nghi sẽ giúp khắc phục khó khăn này [8]. Phương pháp giúp chỉnh định các thông số bộ điều khiển dựa trên những giả định và luật thích nghi, đảm bảo kết quả hội tụ đến giá trị thực. [9] cũng trình bày một phương pháp khác khắc phục ảnh hưởng của ma sát nhờ vào bộ điều khiển mờ thích nghi. Có thể thấy những phương pháp nói trên có nhược điểm cần sử dụng những VĐK mạnh do khối lượng tính toán lớn. Bộ điều khiển trượt với ưu điểm đảm bảo cho giá trị thực Hình 1 : Động cơ tuyến tính đồng bộ - kích thích nhanh chóng bám theo lượng đặt từ những quỹ vĩnh cửu dạng POLYSOLENOID đạo được lựa chọn cũng đã được sử dụng để điều II. Phương pháp TTHCX và vấn đề áp dụng khiển ĐCTT [10]. Tuy nhiên phương pháp này cho động cơ tuyến tính ĐB – KTVC gặp khó khăn trong việc xác định mặt trượt và Xét hệ phi tuyến MIMO như sau: m hiện tượng dao động quanh quỹ đạo trượt. [11] x f x H x u f x h i x ui đã đưa ra biện pháp khắc phục hiện tượng dao i 1 (1) động nói trên nhờ sử dụng bộ điều khiển trượt có y g x cải tiến. Ngoài ra hiệu ứng đầu cuối cũng được xử lý với bộ điều khiển này [12]. Một phương án ở đó: T khác khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng dao x T x1 ,..., xn , g x g1 x ,..., g m x động nói trên cũng đã được nghiên cứu, đó là sử T u u1 ,..., um , H x h1 x , h 2 x ,..., h m x dụng bộ điều khiển bền vững H [13]. Nếu đối tượng MIMO phi tuyến mô tả bởi Động cơ tuyến tính ĐB – KTVC dạng (1) có vectơ bậc tương đối tối thiểu POLYSOLENOID (hình 1) làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi các cuộn dây r1 , r2 ,..., rm thoả mãn: được cấp nguồn thì dòng xoay chiều hai pha trên r r1 ... rm n (2) hai cuộn dây sẽ tạo thành vectơ dòng di chuyển thì nó sẽ TTHCX được thành hệ tuyến tính: theo phương nằm ngang và thành phần dòng trục q của nó sẽ tương tác với từ thông p của nam z Az Bw (3) châm vĩnh cửu, tạo ra lực đẩy các cuộn dây trong y Cz bộ phận sơ cấp của động cơ tuyến tính bằng phép đổi trục toạ độ thích hợp z m x POLYSOLENOID. Dựa trên cấu trúc của động (4) cơ tuyến tính POLYSOLENOID. Hệ thống điều Phương pháp TTHCX có nhiệm vụ xác định khiển này cần có khả năng cách ly hai thành được cấu trúc, tham số của bộ ĐK PHTT: phần tạo lực và từ thông. Giải pháp ĐK phi tuyến 1 1 dựa trên cấu trúc nối tầng và tuyến tính hóa u L x p x L x w chính xác giúp thực hiện mục tiêu nói trên. (5) 1 a x L x w sao cho hệ kín phi tuyến trở thành tuyến tính vào – ra trên không gian trạng thái mới (hình 2) với T p x Lr1f g1 x ... Lrfm g1 x (6)
HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 69 Nguyễn Hồng Quang - TĐH Lh1 Lr1f 1 g1 ( x ) ... Lhm Lr1f 1 g1 x Kiểm tra và thực hiện TTHCX hệ (13) theo các điều kiện (1) ÷ (4) thu được bộ ĐK L x (7) PHTT có dạng (14) với w1 và w2 có thứ nguyên rm 1 rm 1 Lh1 L g ( x ) ... Lhm L g ( x) f m f m vật lý là [A/s]; w3 có thứ nguyên [m/s]. Và ta ở đó: L f g x g f x (8) nhận được mô hình tuyến tính mới có khả năng x tách được thành 3 kênh riêng biệt thông qua cấu z Az Bw, y Cz trúc ĐK PHTT (hình 3) đặt ở vòng điều chỉnh trong cùng của hệ thống. w Đối tượng phi tuyến x y Lsd 2 a x L1 x w dx f x H x u g x x1 Lsd 0 Lsq x2 dt Tsd u1 w1 (14) Lsq 2 u2 x2 0 Lsq Lsd x1 p w2 Tsq u3 w3 0 0 0 1 Hình 2. Cấu trúc của đối tượng phi tuyến sau khi đã TTHCX(chuyển tọa độ trạng thái) Thay (14) vào trong hệ (13) ta thu được hệ Sau khi TTHCX đối tượng phi tuyến (1), mới : hệ kín tuyến tính sẽ có khả năng tách được thành m kênh riêng biệt. Do đó bộ ĐK như vậy còn có  dx1 tên gọi là bộ ĐK TKTT.  dt  w1  Xuất phát từ quan hệ tương đương về mặt  dx2 điện ta có thể mô tả đối tượng thông qua các   w2 (15)  dt phương trình cơ bản sau:  dx3 2  dt  w3 we v (9)  s  Đến đây, hệ nhiều vào ra (13) được s s d s chuyển thành hệ (15) tách kênh. Việc tách kênh us Rs i s (10) dt sẽ khiến cho việc thiết kế bộ điều khiển vòng 2 p trong dễ dàng. Ta có nhiều giải pháp để giá trị F     L p sd  Lsq  isd isq (11) biến trạng thái x bám giá trị đặt. Có thể thiết kế một khâu truyền thẳng và bù sai lệch bằng khâu m dve Fm Fc (12) PI hay sử dụng bộ điều khiển trượt. Ở đây, ta sử p dt dụng bộ điều khiển đơn giản thiết kế theo lý Mô hình động cơ tuyến tính ĐB – KTVC thuyết Lyapunov. có đặc điểm phi tuyến mang tính cấu trúc như 1. Mạch vòng điều chỉnh dòng điện sau:  Viết lại hệ (15) thành : disd 1 2 Lsq 1  disd  dt  w1 isd visq usd dt Tsd Lsd Lsd  disq 2 Lsd isq usq 2   v isd v p (13)  disq  w dt Lsq Tsq Lsq Lsq  dt  2 dx p (16) v dt  Như đã biết, hệ thống ĐK cần đảm bảo vectơ i s có hướng vuông góc với vectơ từ thông Với việc nhìn nhận biến trạng thái là cực, do đó không tồn tại thành phần dòng từ hóa T x  isd isq x p  và tín hiệu điều khiển là isd (luôn được đặt là 0) mà chỉ có thành phần tạo   T lực đẩy isq . Điều đó có nghĩa là cấu trúc mạch u  usd  usq v 
HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 70 Nguyễn Hồng Quang - TĐH vòng ĐC bên ngoài chỉ tồn tại mạch vòng ĐC  Ở đây ta cũng tách thành 2 vòng điều tốc độ và không cần mạch vòng ĐC từ thông. khiển, mạch vòng bên trong thì coi như v là đầu  Vì dòng isd được đặt là 0 nên ta chọn luật ra cần bám theo vc còn mạch vòng bên ngoài thì điều khiển như sau để đảm bảo isd hội tụ về 0 : coi như mạch vòng bên trong là tuyệt đối đưa ra  w1  k3isd (17) vc để vị trí x bám giá trị đặt xr . Ta lựa chọn luật r điều khiển như sau :  Để isq bám lượng đặt isq ta chọn luật điều vc  xr  k1  x  xr  khiển như sau :  r  ˆ m Fc  vc  k2  v  vc   k4  isq  isq  disq  w2  r (18)  r p (21) dt isq  2  Với luật điều khiển (17) và (18) đã chọn ta     Lsd  Lsq  isd  được :    p    disd  dt  k3isd  0   ˆ Ở đây Fc là tải được ước lượng bởi khâu   (19) ước lượng tải như sau :  i  i   k i  i   0 d r r  dt sq sq  4 sq sq  ˆ 2  i   L  L  i i   m v Fc   Với k3 , k4 được chọn là các hằng số dương   p sq sd sq sd sq  p (21) thì hệ (19) ổn định, do đó ta có isd  0 và  ˆ Xem như Fc  Fc và từ luật điều khiển isq  i . r sq (21) cùng với mô hình (20) ta có :  Ở cấu trúc ĐK TKTT (hình 3) còn có d thành phần SVM [13,14] có thể được xem như  dt  x  xr   k1  x  xr   0  đóng vai trò của một khâu truyền đạt 1/1 theo   (22) nghĩa: đại lượng đầu ra đảm bảo trung thành với  d v  v   k v  v   0 đại lượng đầu vào cả về module, tần số, pha. Do  dt  c 2 c đó, khi tổng hợp hệ có thể bỏ qua khâu này trong  sơ đồ cấu trúc. Tuy nhiên, khi mô phỏng hệ  Với k1 , k2 chọn là các hằng số dương ta có thống, để đảm bảo sự phù hợp giữa mô hình mô hệ (22) là ổn định, do đó có được v  vc phỏng và hệ thống thực tế thì cần phải đưa khâu này với thuật toán [13,14] vào trong mô hình. và x  xr .  Mạch vòng điều chỉnh vị trí  Như vậy ta đã chứng minh được các bộ  Mô hình : điều khiển đưa ra làm cho các hệ con ổn định, do  dv p đó ta có vị trí x bám giá trị xr mong muốn.  dt  m  F  Fc    2  F   i   Lsd  Lsq  isd isq     p sq   dx  dt  v  (20)
HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 71 Nguyễn Hồng Quang - TĐH isdr = 0 xref vc isqr position usd tβ control Velocity Current w Exact αβ usα SVM x v Control v Control linearization usq dq usβ tα ~ isd isd isq isd isα αβ dq isq isβ isd θ ^ Estimating isq Fc Calculating load θ x v d/dt Position Measurement Hình 3. Cấu trúc ĐK động cơ tuyến tính ĐB – KTVC sử dụng TTHCX III. Kiểm chứng bằng mô phỏng Toàn bộ hệ thống sẽ được mô phỏng dựa trên cấu trúc hình 3 trên nền Matlab/ Simulink. Mô hình mô phỏng trên hoàn toàn phù hợp với thực tế bởi : Hệ thống điện (mạch nghịch lưu) được lấy từ PowerSim (là một Toolbox trong Simulink). Đó là phần mềm cho phép mô tả mạch điện/điện tử dưới dạng sơ đồ nguyên lý; ở đó các linh kiện được nối mạch một cách trực quan như thực tế. b. Đáp ứng vận tốc và sai lệch vận tốc Các tham số của động cơ được lấy từ loại động cơ LinMot P01_48x240/390x540_C:  Số đôi cực 4  Bước cực 60 mm  Khối lượng roto 1.5 Kg  R cuộn dây mỗi pha 3.1  Điện cảm dọc trục 2.182 mH  Điện cảm ngang trục 2.182 mH  Từ thông 9.31Wb  c. Dòng isd và isq    d. Dòng trên cuộn Stator a. Quỹ đạo và sai lệch quỹ đạo
HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 72 Nguyễn Hồng Quang - TĐH c. Dòng isd và isq e. Điện áp usa f. Điện áp usb d. Dòng trên cuộn Stator Hình 4: Kết quả mô phỏng trong trường hợp quỹ đạo đặt là x(t )  0.1t e. Điện áp usa a. Quỹ đạo và sai lệch quỹ đạo f. Điện áp usb Hình 5: Kết quả mô phỏng trong trường hợp quỹ b. Đáp ứng vận tốc và sai lệch vận tốc đạo đặt dạng hình sin : x(t )  0.5sin  2t 
HỘI THẢO KHOA HỌC KHOA ĐIỆN - 30/10/2019 73 Nguyễn Hồng Quang - TĐH Nhận xét: ngay lập tức. Điện áp pha a và pha b có dạng dao Các kết quả đáp ứng về các đại lượng Vị trí, Tốc động,lệch pha nhau 900 điện. Nhờ có bộ ĐK mà độ và áp đặt vào động cơ đã cho thấy khả năng động cơ phát huy được khả năng làm việc của nó làm việc của cấu trúc này. Với yêu cầu động cơ thể hiện ở giá trị isd nhanh chóng tiến đến 0. làm việc ở chế độ chuyển động thẳng đều Điều đó có nghĩa là toàn bộ vectơ dòng i s được x(t)=0.1t hoặc dao động điều hòa huy động để tạo lực đẩy cho động cơ. x(t)=0.5sin(2t), đáp ứng ở hình 4 và hình 5 cho thấy chất lượng của bộ điều khiển. Vị trí và vận tốc động cơ bám tín hiệu đặt rất nhanh, gần như IV. Kết luận trong VĐK. Không những thế, việc chuyển thuật Qua những kết quả mô phỏng trên, ta có toán SVM vào VĐK hoàn toàn có thể thực hiện thể khẳng định cấu trúc ĐK TKTT là phù hợp được. Một lần nữa cũng cần lưu ý rằng, bộ điều với động cơ tuyến tính ĐB – KTVC. Ngoài ra, khiển TTHCX cũng hoàn toàn có khả năng được cũng cần nhận thấy rằng các bộ ĐC nằm trong đưa vào VĐK do việc thực hiện chúng chỉ bằng cấu trúc ĐK của hệ thống: bộ ĐC dòng Risd , Risq các phép toán đại số (cộng, trừ, nhân, chia). hay bộ ĐC tốc độ đều có thể được gián đoạn hóa nên cho phép chuyển nội dung của chúng vào TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. www.linmot.com 2. Jacek F. Gieras, Zbigniew J. Piech, Bronislaw Tomczuk Linear Synchronous Motors Transportation and Automation Systems 2nd Edition. CRC press, 2011. 3. I. Boldea; Linear Electric Machines, Drives, and MAGLEVs Handbook. CRC press, 2013. 4. Daniel Ausderau, Polysolenoid – Linearantrieb mit genutetem Stator; Zurich. PhD Thessis, 2004. 5. Jul – Ki Seok, Jong – Kun Lee, Dong – Choon Lee (2006) Sensorless Speed Control of Nonsalient Permanent Magnet Synchronous Motor Using Rotor – Position – Tracking PI Controller. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 2, pp.399 – 405 6. Yuan – Rui Chen, Jie Wu, Nobert Cheung (2004) Lyapunov’s Stability Theory – Based Model Reference Adaptive Control for Permanent Magnet Linear Motor Drives. Proc of Power Electronics Systems and Application, 2004, pp. 260 – 266 7. Chin – I Huang, Li – Chen Fu (2002) Adaptive Backstepping Speed/Position Control with Friction Compensation for Linear Induction Motor. Proceeding of the 41st IEEE Conference on Decision and Control, USA, pp. 474 – 479 8. Ying – Shieh Kung (2004) High Performance Permanent Magnet Linear Synchronous Motor using TMS320F2812 DSP Controller. IEEE Asia – Pacific Conference on Circuit and System, pp. 645 – 648 9. Faa – Jeng Lin, Po – Hung Shen (2004) A DSP – based Permanent Magnet Linear Synchronous Motor Servo Drive Using Adaptive Fuzzy – Neural – Network Control. Proceedings of the 2004 IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechtronics, pp. 601 – 606 10. Gerardo Tapia, Arantxa Tapia (2007) Sliding – Mode Control for Linear Permanent – Magnet motor Position Tracking. Proc of the IFAC World Congress, pp. 11. XiZhang, Junmin Pan (2005) Homogeneity – Based Higher – Order Sliding mode Controller design for PMLSM. Proc of the 5th WSEAS/IASME, pp. 52 – 60 12. Tian Yanfeng, Guo Qingding (2004) Study on Robustness – Tracking Control for Linear Servo. Transaction of China Electrotechnical Society, pp. 1060 – 1064 13. Nguyen Phung Quang, Jörg Andresas Dittrich; Vector Control of Three – Phase AC Machines - System Development in the Practice,Springer,2008. 14. Do-Hyun Jang, Duck-Yong Yoon; Space-Vector PWM Technique for Two-Phase Inverter-Fed Two-Phase Induction Motors; IEEE transactions on industry applications, vol. 39, no. 2, march/april 2003

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2418 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.