Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tổng hợp điều khiển hệ thống truyền động bám cho các đối tượng chuyển động chậm

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là Nghiên cứu tổng hợp hệ thống truyền động bám cho các đối tượng chuyển động chậm thực hiện trên cơ sở ứng dụng lý thuyết điều khiển mới như: điều khiển trượt; điều khiển backstepping trượt thích nghi có tính đến bộ quan sát, bộ lọc để tổng hợp bộ điều khiển. Nghiên cứu đánh giá khả năng nâng cao chất lượng ổn định HTB làm việc ở chế độ chậm, nhằm thay thế HTB đã và đang sử dụng động cơ một chiều bằng HTB sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha IPMSM tính đến yếu tố phi tuyến bất định (Mms, Mdh, Mc ...) của bộ truyền cơ khí gây ra, có sử dụng bộ quan sát phụ tải, bù phụ tải.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tổng hợp điều khiển hệ thống truyền động bám cho các đối tượng chuyển động chậm

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN ĐỨC CHUYỂN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BÁM CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG CHẬM LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN ĐỨC CHUYỂN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BÁM CHO CÁC ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG CHẬM Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Mã số: 62.52.02.16 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS ĐÀO HOA VIỆT 2. TS NGUYỄN THANH TIÊN HÀ NỘI - NĂM 2016
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Đào Hoa Việt và TS. Nguyễn Thanh Tiên. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả Trần Đức Chuyển
ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn khoa học, PGS.TS Đào Hoa Việt và TS Nguyễn Thanh Tiên, đã hướng dẫn, vạch ra những nội dung cần giải quyết, sau đó kiểm tra kết quả nghiên cứu, giúp đỡ và khuyến khích tôi hoàn thành luận án này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học và tập thể cán bộ giáo viên Bộ môn Kỹ thuật điện / Khoa Kỹ thuật điều khiển đã quan tâm đóng góp ý kiến giúp tôi hoàn thiện nội dung nghiên cứu. Tôi chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa Điện / Trường ĐH Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp / Bộ Công Thương, đã tạo điều kiện giúp đỡ về mặt khối lượng công việc để tôi có thời gian tập trung thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn thông cảm, động viên, khuyến khích giúp tôi có thêm nghị lực để hoàn thành nội dung luận án.
iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ ii MỤC LỤC .................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU..................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................ xi MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BÁM LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ CHẬM .............................................................................. 5 1.1. Khái quát về một số hệ thống truyền động bám cho các đối tượng có chế độ chuyển động chậm..................................................................................... 5 1.1.1. Khái quát chung về hệ truyền động bám ......................................... 5 1.1.2. Chế độ chậm trong một số hệ thống truyền động bám phức tạp ..... 6 1.2. Xây dựng mô hình hệ truyền động bám làm việc ở chế độ chậm ............. 9 1.2.1. Xây dựng mô hình phần cơ hệ thống truyền động........................... 9 1.2.2. Mô hình động học đối tượng điều khiển phi tuyến với động cơ chấp hành xoay chiều đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu .................................. 19 1.3. Mô hình hệ truyền động bám làm việc ở chế độ chậm và những yếu tố ảnh hưởng .................................................................................................... 21 1.4. Những nghiên cứu trong nước và ngoài nước ........................................ 27 1.5. Đặt vấn đề nghiên cứu ........................................................................... 30 1.6. Kết luận chương ................................................................................... 32 Chương 2. CƠ SỞ TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING TRƯỢT THÍCH NGHI CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BÁM PHI TUYẾN.. .. 34 2.1. Xây dựng phương pháp tổng hợp bộ quan sát trượt mô men cản ........... 34 2.1.1. Phương pháp Backstepping trượt (Backstepping - Sliding mode) .... 34
iv 2.1.2. Tổng hợp bộ quan sát trượt ............................................................ 38 2.1.3. Bộ quan sát trạng thái trong chế độ trượt đánh giá thành phần không xác định........................................................................................................ 43 2.2. Phương pháp Backstepping trượt thích nghi cho hệ thống bám phi tuyến.. 45 2.3. Kết luận chương ................................................................................... 61 Chương 3. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BÁM PHI TUYẾN ĐỘNG CƠ IPMSM LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ CHẬM ... 63 3.1. Tổng hợp vòng điều khiển tốc độ backstepping trượt thích nghi cho hệ truyền động bám làm việc ở chế độ chậm sử dụng động cơ IPMSM ............ 63 3.1.1. Xây dựng thuật toán tổng hợp điều khiển backstepping trượt thích nghi cho vòng điều khiển tốc độ................................................................... 64 3.1.2. Thiết kế bộ quan sát mô men cản.................................................. 71 3.2. Xây dựng hệ kín cho hệ thống bám theo vòng vị trí sử dụng động cơ IPMSM trên cơ sở bộ điều khiển backstepping trượt thích nghi ................... 73 3.3. Kết luận chương ................................................................................... 78 Chương 4. MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING TRƯỢT THÍCH NGHI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BÁM LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ CHẬM............................ 79 4.1. Mô phỏng hệ thống truyền động bám phi tuyến với BĐK tốc độ trên cơ sở phương pháp backstepping trượt thích nghi sử dụng động cơ IPMSM .... 80 4.2. Mô phỏng hệ thống truyền động bám phi tuyến với BĐK vị trí trên cơ sở phương pháp backstepping trượt thích nghi sử dụng động cơ IPMSM ......... 90 4.2.1. Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền động bám vị trí trên cơ sở phương pháp backstepping trượt thích nghi với bộ điều khiển PI ................. 90 4.2.2. Nghiên cứu mô phỏng hệ thống truyền động bám vị trí trên cơ sở phương pháp backstepping trượt thích nghi với bộ điều khiển PID ........... 100 4.3. Khảo xát đánh giá trên mô hình thực nghiệm với động cơ IPMSM ..... 104
v 4.3.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm.................................................. 104 4.3.2. Các kết quả thực nghiệm............................................................. 106 4.4. Kết luận chương ................................................................................. 110 KẾT LUẬN CHUNG................................................................................. 111 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .......................................... 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 116 PHỤ LỤC .................................................................................................. 127 Phụ lục 1: Nghiên cứu mô phỏng, phân tích ảnh hưởng yếu tố phi tuyến và thông số biến thiên đến sự làm việc của HTB ở chế độ chậm với bộ điều khiển kinh điển PID.................................................................................... 127 Phụ lục 2: Các sơ đồ mô phỏng trong Matlab - Simulink ........................... 130 Phụ lục 3: Các tham số mô phỏng và code chương trình lập trình trong Matlab Simulink cho BĐK backstepping trượt thích nghi ...................................... 135 Phụ lục 4: Code chương trình lập trình cho DSP TMS320F28069.............. 137
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU 1. Chữ viết tắt Ý Nghĩa TĐĐ Truyền động điện HTB Hệ thống truyền động bám CNC Computer Numerical Control: Máy gia công CNC BLDC Brusless DC motor: động cơ một chiều không chổi than IPMSM Interior Permanent Magnet Synchronous Motor: Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu (có Ld khác Lq) HTĐK Hệ thống điều khiển LabVIEW Laboratory Virtual Instrusment Engineering Workbench DAQ Data Acqusition: phần cứng thu thập dữ liệu và điều khiển NI National Instrument VSC Variable Structure Control: bộ điều khiển có cấu trúc biến đổi SVM Space vector modulation: mô hình không gian véc tơ DSP digital signal processing: bộ xử lý tín hiệu số DLL Dynamic Link Library: Thư viện liên kết động P Bộ điểu khiển tỷ lệ PI Bộ điểu khiển tỷ lệ, tích phân PD Bộ điểu khiển tỷ lệ, đạo hàm PID Bộ điểu khiển tỷ lệ, tích phân và đạo hàm DI đạo hàm và tích phân PWM Bộ điều chế độ rộng xung PC Personal computer: máy tính cá nhân PLD Programmable Logic Devices: Vi mạch logic lập trình được ASIC Application Specific Intergrated Circuits: các mạch tích hợp ứng dụng riêng
vii Osc Oscilloscope: máy hiện sóng KĐCS Khuếch đại công suất QTQĐ Quá trình quá độ LF Hàm Lyapunov (Lyapunov Function) CLF Hàm điều khiển Lyapunov (Control Lyapunov Function) ĐTTSLG Đặc tính tần số logarit BĐK Bộ điều khiển 2. Ký hiệu Ý nghĩa M L ; M dh ; Mô men tải, mô men đàn hồi, mô men động cơ, mô men cản [Nm] M dc ; M c M B (t ) Mô men nhiễu [Nm] W1 ( s ) Hàm truyền đạt của khối lượng thứ nhất W2 ( s) Hàm truyền đạt của khối lượng thứ hai A1 () Đặc tính biên độ tần số pha J1 Mô men quán tính của truyền động chấp hành [kgm2] J2 Mô men quán tính còn lại của đối tượng bộ truyền cơ và tải [kgm2] J Mô men quán tính tổng cộng [kgm2] C Hệ số đàn hồi [Nm/rad] Fhd Lực đàn hồi [N] n Tốc độ (vòng/phút) 1 và  2 Vận tốc góc của động cơ và vận tốc góc trên tải [rad/s] 1' ;... n' ;  'j Véc tơ hồi quy  d ; r Góc [rad] sgn; sign Hàm dấu q Biến dạng góc
viii S Biến dạng dài i Hàm phi tuyến Ls , Lr Điện cảm stato và rô to [H] Ld , Lq Điện kháng trục-d, điện kháng trục-q của động cơ điện [H] Rs , Rr Điện trở stato và rô to động cơ điện [  ] isd , isq Dòng điện tọa độ trục d, dòng điện trục q [A] usd , usq Các thành phần của véc tơ điện áp stato trên hệ trục tọa độ dq m Từ thông liên kết , Các độ khuếch đại thích nghi i Tỷ số truyền hộp đổi tốc  Tham số hằng chưa biết  BL Góc độ rộng khe hở [rad], (backlash angle). F Thành phần ước tính xấp xỉ bằng luật thích nghi i Sai số đánh giá yr Tín hiệu tham số chuẩn [rad]  i, j Hàm hiệu chỉnh zi Sai số hiệu chỉnh X Véc tơ trạng thái của hệ thống Y Véc tơ đầu ra của hệ thống A Ma trận hệ thống B Ma trận đầu vào V Hàm Lyapunov Vi Hàm Lyapunov thứ i xi Trạng thái thứ i của hệ thống điều khiển ci ,  ,  Các hằng số dương
ix i Điều khiển ảo i Đại lượng hiệu chỉnh bộ quan sát i Sai số bộ quan sát  Ma trận có kích cỡ thích hợp Q Ma trận đối xứng R Tập các số thực R+ Tập các số thực dương C Tập các số phức T Hằng số thời gian của một khâu T Hằng số thời gian của cả vòng điều chỉnh tốc độ 3. Chỉ số trên Ý nghĩa 0 Độ T1 Chuyển vị  Đánh giá 4. Chỉ số dưới Ý nghĩa i Số nguyên dh Đàn hồi xn Xoắn dc Động cơ max Cực đại min Cực tiểu  Tổng d , dat Đặt trước ms; masat Ma sát sd;sq tọa độ trục d, tọa độ trục q
x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Tên hình vẽ, đồ thị Trang 1 Hình 1.1. Sơ đồ khối HTB pháo AK230 trên tàu hải quân 7 2 Hình 1.2. Mô hình động học pháo tàu với mục tiêu di động 8 (máy bay) 3 Hình 1.3. Sơ đồ động học thể hiện mối quan hệ các phần tử 9 trong phần cơ 4 Hình 1.4. Mô hình hai khối lượng có liên hệ đàn hồi 10 5 Hinh 1.5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống hai khối lượng có liên hệ 11 đàn hồi 6 Hình 1.6 a, b. Biến đổi sơ đồ cấu trúc từ hình 1.5 11 7 Hình 1.7. Sơ đồ cấu trúc phần cơ hệ truyền động 13 8 Hình 1.8 a), b). Kết quả khảo sát mô phỏng ĐTTSLG của hệ 14 thống 2 khối lượng có liên hệ đàn hồi trên Matlab - Simulink 9 Hình 1.9. Mô hình mô men ma sát phụ thuộc vào tốc độ 18 10 Hình 1.10. Mô hình điều khiển động cơ IPMSM 19 11 Hình 1.11. Sơ đồ khối hệ thống truyền động bám vị trí 21 12 Hình 1.12. a), b) Đặc tính mô men cản của HTB làm việc ở 22 chế độ chậm 13 Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc bộ quan sát trên cơ sở các bước quan 41 sát 14 Hình 2.2. Sơ đồ bộ quan sát trên cơ sở phương pháp phân 42 chia chuyển động 15 Hình 2.3. Sơ đồ khối hệ thống Backstepping trượt thích nghi 45 16 Hình 2.4. Hệ thống có dạng phản hồi thuần túy 46 17 Hình 3.1. Hệ thống tính toán bộ điều khiển backstepping trượt 70
xi thích nghi 18 Hình 3.2. Sơ đồ khối bộ quan sát mô men tải 71 19 Hình 3.3. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống bám 72 20 Hình 3.4. Sơ đồ khối hệ thống truyền động bám điện cơ làm 73 việc ở chế độ chậm sử dụng động cơ IPMSM 21 Hình 3.5. a), b) Biến đổi sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển vị trí 75 22 Hình 4.1. Sơ đồ mô phỏng sự phụ thuộc của mô men ma sát 79 vào tốc độ 23 Hình 4.2. Đặc tính mô men ma sát theo tốc độ 80 24 Hình 4.3. Mô hình mô phỏng bộ điều khiển backstepping 81 trượt thích nghi hệ truyền động phi tuyến có kể đến phần cơ của cơ cấu công tác 25 Hình 4.4. Mô hình mô phỏng bộ điều khiển backstepping 81 trượt thích nghi hệ truyền động phi tuyến trên Matlab- Simulink 26 Hình 4.5. a) Tốc độ đặt d và tốc độ thực  của động cơ, b) 82 tốc độ đặt d và tốc độ thực  của cơ cấu công tác trường hợp 1 27 Hình 4.6. a) sai số bám sát theo tốc độ và b) M L ; Mˆ L ở trường 82 hợp 1 28 Hình 4.7. Đáp ứng dòng điện: a) isq, b) isd ở trường hợp 1 83 29 Hình 4.8. a) Tốc độ đặt d và tốc độ thực  của động cơ, b) 83 mô men đặt M L và mô men ước lượng Mˆ L trường hợp 2 30 Hình 4.9. Sai số bám sát theo tốc độ trường hợp 2 84 31 Hình 4.10. Đáp ứng dòng điện: a) isq, b) isd trường hợp 2 84 32 Hình 4.11. a) Tốc độ đặt d và tốc độ thực  của động cơ, b) 85
xii mô men đặt M L và mô men ước lượng Mˆ L trường hợp 3 33 Hình 4.12. Sai số bám sát theo tốc độ trường hợp 3 85 34 Hình 4.13. Đáp ứng dòng điện: a) isq, b) isd trường hợp 3 86 35 Hình 4.14. a) Tốc độ đặt d và tốc độ thực  của động cơ, b) 86 mô men đặt M L và mô men ước lượng Mˆ L trường hợp 4 36 Hình 4.15. Sai số bám sát theo tốc độ trường hợp 4 86 37 Hình 4.16. Đáp ứng dòng điện: a) isq, b) isd trường hợp 4 87 38 Hình 4.17. a) Tốc độ đặt d và tốc độ thực  của động cơ, b) 87 mô men đặt M L và mô men ước lượng Mˆ L trường hợp 5 39 Hình 4.18. Sai số bám sát theo tốc độ trường hợp 5 88 40 Hình 4.19. Đáp ứng dòng điện: a) isq, b) isd trường hợp 5 88 41 Hình 4.20. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bám phi tuyến với 89 BĐK vị trí có tính đến yếu tố phi tuyến mô men ma sát và đàn hồi sử dụng khâu PI 42 Hình 4.21. Sơ đồ mô phỏng thực nghiệm nhận dạng khâu bậc 90 hai 43 Hình 4.22. Xây dựng đặc tính vào ra theo tốc độ 90 44 Hình 4.23. Đáp ứng vào ra BĐK vị trí: a) theo góc, b) bộ 92 quan sát mô men tải M L ; Mˆ L trường hợp 1 45 Hình 4.24. Sai số bám sát theo góc trường hợp 1 93 46 Hình 4.25. Thành phần dòng điện BĐK vị trí: a) isd, b) isq 93 trong trường hợp 1 47 Hình 4.26. Đáp ứng vào ra BĐK vị trí: a) theo góc, b) bộ 94 quan sát mô men tải M L ; Mˆ L trường hợp 2 48 Hình 4.27. Sai số bám sát theo góc trường hợp 2 94
xiii 49 Hình 4.28. Thành phần dòng điện BĐK vị trí: a) isq, b) isd 94 trong trường hợp 2 50 Hình 4.29. Đáp ứng vào ra BĐK vị trí: a) theo góc, b) bộ 95 quan sát mô men tải M L ; Mˆ L trường hợp 3 51 Hình 4.30. Sai số bám sát theo góc ở trường hợp 3 95 52 Hình 4.31. Thành phần dòng điện BĐK vị trí: a) isq, b) isd 95 trong trường hợp 3 53 Hình 4.32. Kết quả mô phỏng BĐK vị trí trường hợp 4 với 96 đáp ứng vào ra theo góc với giá trị ban đầu a) J2 = 6Kgm2, b) giá trị mới J2 = 9Kgm2 54 Hình 4.33. Đáp ứng vào ra BĐK vị trí: a) theo góc, b) bộ 97 quan sát mô men tải M L ; Mˆ L trường hợp 5 55 Hình 4.34. Sai số bám sát theo góc trường hợp 5 97 56 Hình 4.35. Thành phần dòng điện BĐK vị trí: a) isq, b) isd 97 trường hợp 5 57 Hình 4.36. Đáp ứng vào ra BĐK vị trí: a) theo góc, b) bộ 98 quan sát mô men tải M L ; Mˆ L trường hợp 6 58 Hình 4.37. Sai số bám sát theo góc trường hợp 6 98 59 Hình 4.38. Thành phần dòng điện BĐK vị trí: a) isq, b) isd 98 trường hợp 6 60 Hình 4.39. Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động bám với BĐK vị 100 trí có tính đến yếu tố phi tuyến mô men ma sát và đàn hồi sử dụng khâu PID 61 Hình 4.40. Kết quả mô phỏng BĐK vị trí trường hợp 7: a) đáp 100 ứng vào ra theo góc, b) bộ quan sát mô men tải M L ; Mˆ L 62 Hình 4.41. Sai số bám sát theo góc trường hợp 7 101
xiv 63 Hình 4.42. Kết quả mô phỏng BĐK vị trí trường hợp 8: a) đáp 101 ứng vào ra theo góc, b) bộ quan sát mô men tải M L ; Mˆ L 64 Hình 4.43. Sai số bám sát theo góc trường hợp 8 102 65 Hình 4.44. Kết quả mô phỏng BĐK vị trí trường hợp 9: a) đáp 102 ứng vào ra theo góc, b) bộ quan sát mô men tải M L ; Mˆ L 66 Hình 4.45. Sai số bám sát theo góc trường hợp 9 103 67 Hình 4.46. Sơ đồ cấu trúc của thiết bị thí nghiệm 104 68 Hình 4.47. Hình ảnh mô hình thực nghiệm 105 69 Hình 4.48. a) Tốc độ đặt d , tốc độ thực động cơ  ; b) Dòng 106 điện isd và dòng điện isq 70 Hình 4.49. a) Tốc độ đặt d , tốc độ thực của động cơ  ; b) 107 dòng điện isd và dòng điện isq 71 Hình 4.50. Tốc độ đặt d , tốc độ thực của động cơ  108
1 MỞ ĐẦU Hệ thống truyền động bám công nghiệp và khí tài quân sự được sử dụng trong các hệ thống kỹ thuật cao như: hệ thống bánh lái tàu thuỷ, hệ thống pháo tàu, hệ thống điều khiển khí cụ bay, hệ truyền động của máy đo xa Laze, tay máy công nghiệp và máy cắt gọt kim loại CNC... Hệ thống truyền động bám thường sử dụng động cơ có đặc tính mô men tốt như động cơ BLDC, động cơ PMSM với hai dạng (surface-mounted PMSM là SPMSM) và (interior PMSM là IPMSM). Động cơ này đang có ưu thế nổi bật về tính linh hoạt, khả năng điều khiển mô men, tốc độ với độ chính xác cao, hiệu suất tốt, giảm chi phí vận hành, đáp ứng được yêu cầu về mô men điều khiển, điện áp, tốc độ, hiệu suất, độ chính xác, độ ổn định và độ cứng đặc tính cơ cho HTB điện cơ [13], [40], [41], [45]. * Sự cần thiết của đề tài: HTB thường gặp trong công nghiệp và quốc phòng có một chế độ làm việc đặc biệt đó là chế độ chậm. Ta thấy những ảnh hưởng của tác động chậm ở đầu vào dẫn đến hệ thống làm việc ở chế độ chậm, tính chất phi tuyến bộc lộ thông qua biểu hiện là trong chế độ chuyển động chậm ảnh hưởng của ma sát đàn hồi do bộ truyền cơ khí gây ra là rất đáng kể và không thể bỏ qua được, vì vậy khi xây dựng mô hình phải kể đến tất cả các yếu tố (Mms, Mdh, J- quán tính) và các yếu tố này là thay đổi. Việc nghiên cứu tổng hợp thuật toán điều khiển HTB có yếu tố phi tuyến là vấn đề hết sức cần thiết và mang tính thời sự được nhiều người quan tâm. Vấn đề này luôn có ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn cao. Với tính cấp thiết như vậy, đề tài nghiên cứu của luận án được lựa chọn là: “Nghiên cứu tổng hợp điều khiển hệ thống truyền động bám cho các đối tượng chuyển động chậm”.
2 * Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu tổng hợp hệ thống truyền động bám cho các đối tượng chuyển động chậm thực hiện trên cơ sở ứng dụng lý thuyết điều khiển mới như: điều khiển trượt; điều khiển backstepping trượt thích nghi có tính đến bộ quan sát, bộ lọc để tổng hợp bộ điều khiển. Nghiên cứu đánh giá khả năng nâng cao chất lượng ổn định HTB làm việc ở chế độ chậm, nhằm thay thế HTB đã và đang sử dụng động cơ một chiều bằng HTB sử dụng động cơ xoay chiều 3 pha IPMSM tính đến yếu tố phi tuyến bất định (Mms, Mdh, Mc ...) của bộ truyền cơ khí gây ra, có sử dụng bộ quan sát phụ tải, bù phụ tải. * Đối tượng nghiên cứu: Đề tài luận án liên quan mật thiết đến tính phi tuyến của đối tượng điều khiển bao gồm: động cơ điện, bộ truyền cơ khí và cơ cấu công tác. Đối tượng nghiên cứu của luận án là HTB làm việc ở chế độ chậm sử dụng động cơ IPMSM. Động cơ này có đặc tính mô men tốt, làm việc có kết cấu chắc chắn và độ tin cậy cao, là động cơ sevor đáp ứng được yêu cầu HTB làm việc ở chế độ chậm. Ngoài ra động cơ còn tạo ra được BĐK chất lượng cao có thể thay thế hệ thống sử dụng động cơ một chiều cũ trong công nghiệp và Quân sự. * Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu của luận án được thực hiện trên cơ sở ứng dụng lí thuyết mới về điều khiển, để giải quyết bài toán cụ thể là bài toán xây dựng thuật toán và cấu trúc BĐK cho hệ thống bám có chú ý đặc biệt đến tính phi tuyến của đối tượng điều khiển làm việc ở chế độ chậm. Phương pháp mô phỏng và thực nghiệm được sử dụng để kiểm chứng và mở rộng kết quả lý thuyết. Trình tự công việc như sau: - Xem xét những yếu tố phi tuyến biến thiên của đối tượng điều khiển, để xây dựng mô hình toán học phù hợp với HTB làm việc ở chế độ chậm.
3 - Sử dụng nhóm phương pháp điều khiển backstepping trượt thích nghi cho đối tượng trong HTB làm việc ở chế độ chậm, đòi hỏi nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống truyền động điện. - Nghiên cứu công cụ chuyên dụng trên môi trường lập trình mô phỏng Matlab-Simulink, lập trình C, Labview - DAQ, DSP, PLD ASIC, DLL, .v..v... phục vụ khảo sát, nghiên cứu thuật toán và tổng hợp hệ thống điều khiển, để kiểm tra tính đúng đắn kết quả đạt được. Trong quá trình nghiên cứu NCS kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm mô phỏng máy tính kết hợp với phần cứng DSP chuyên dụng. * Phạm vi nghiên cứu: Để thực hiện đầy đủ mục tiêu và nội dung đề xuất, cần phải nghiên cứu toàn diện và tổng hợp vấn đề công nghệ, kỹ thuật điều khiển, kỹ thuật phần cứng và phần mềm, .v.v.. theo quan điểm tích hợp hệ thống. Nhưng chỉ giới hạn như sau: - Nghiên cứu những vấn đề về lý thuyết truyền động điện: phương pháp tổng hợp BĐK tốc độ; BĐK vị trí góc, đặc biệt chú ý đến tính phi tuyến của đối tượng điều khiển HTB làm việc ở chế độ chậm. Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố phi tuyến, thông số biến thiên đến chất lượng làm việc của hệ thống. - Nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển mới như: điều khiển trượt, điều khiển backstepping thich nghi, điều khiển backstepping trượt thích nghi có tính đến bộ quan sát, ..v.v... . Ứng dụng chúng vào trong hệ thống truyền động bám sử dụng động cơ IPMSM làm việc ở chế độ chậm. Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu, kết luận chung và phụ lục, nội dung chính của luận án được trình bày trong bốn chương, gồm:
4 Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền động bám làm việc ở chế độ chậm Chương này trình bày được vấn đề tổng quan và đặc trưng HTB điện cơ trong công nghiệp và quân sự. Xây dựng, khảo sát mô hình phần cơ hệ truyền động, phân tích mô hình hệ bám điện cơ khi kể đến yếu tố phi tuyến dưới dạng mô hình hai khối lượng. Phân tích ảnh hưởng của yếu tố phi tuyến như mô men ma sát, dao động đàn hồi, đặc điểm động học HTB, tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước; từ đó lựa chọn phương pháp điều khiển mới, xác định phương pháp nghiên cứu trong luận án và đặt vấn đề nghiên cứu. Chương 2: Cơ sở tổng hợp điều khiển backstepping trượt thích nghi cho hệ thống truyền động bám phi tuyến Trong chương hai trình bày cơ sở lý thuyết chung nhất của việc tổng hợp điều khiển backstepping trượt thích nghi cho hệ truyền động bám phi tuyến được nghiên cứu một cách trình tự. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết điều khiển về thích nghi cho hệ thống có cấu trúc biến đổi, điều khiển backstepping trượt, điều khiển backstepping trượt thích nghi cho hệ thống truyền động bám làm việc ở chế độ chậm, có tính đến bộ quan sát trượt. Chương 3. Nghiên cứu tổng hợp bộ điều khiển hệ thống bám phi tuyến động cơ IPMSM làm việc ở chế độ chậm Nội dung chính chương 3 là kết quả nghiên cứu tổng hợp BĐK backstepping trượt thích nghi sử dụng động cơ IPMSM, trong khuôn khổ vòng điều khiển tốc độ. Tiến hành xây dựng hệ kín theo vòng vị trí cho HTB làm việc ở chế độ chậm, có tính đến yếu tố phi tuyến và thông số biến thiên (Mms, Mc, Mdh, mô men quán tính, ...) ở bộ truyền cơ khí gây ra.