Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu điều khiển tốc độ, vị trí và đảo chiều đông cơ tuyến tính theo phương pháp điều chế độ rộng xung ứng dụng trong hệ thống chuyển động thẳng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài thiết kế được bộ điều khiển dòng điện, bộ điều khiển tốc độ, bộ điều khiển vị trí để từ đó điều khiển tốc độ, vị trí và đảo chiều động cơ tuyến tính ứng dụng trong hệ chuyển động thẳng; tiến hành xây dựng hệ thống thí nghiêm động cơ tuyến tính đồng thời tiến hành thí nghiệm ở các chế độ làm việc khác nhau để kiểm nghiệm lại những tính toán, phân tích lý thuyết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu điều khiển tốc độ, vị trí và đảo chiều đông cơ tuyến tính theo phương pháp điều chế độ rộng xung ứng dụng trong hệ thống chuyển động thẳng

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------------o0o----------------- NGUYỄN NGỌC QUYẾT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ, VỊ TRÍ VÀ ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG ỨNG DỤNG TRONG HỆ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. CAO XUÂN TUYỂN THÁI NGUYÊN, 2016
ii LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Ngọc Quyết Sinh ngày 06 tháng 01 năm 1981. Học viên lớp cao học khóa 16 CHTĐH – Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Sau hai năm học và nghiên cứu tại trường tôi lựa chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu điều khiển tốc độ, vị trí và đảo chiều động cơ tuyến tính theo phương pháp điều chế độ rộng xung ứng dụng trong hệ chuyển động thẳng” Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung luận văn này là do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Cao Xuân Tuyển tất cả tài liệu đều có nguồn gốc, xuất sứ rõ ràng. Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn như nội dung trong đề cương của thầy hướng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu mọi trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Thái nguyên, ngày......tháng ......năm 2016 Học viên Nguyễn Ngọc Quyết
iii LỜI CẢM ƠN Học viên bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Cao Xuân Tuyển đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi và động viên trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã nhiệt tình chỉ dẫn, gúp đỡ trong quá trình học tập để hoàn thành luận văn. Cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viện, giúp đỡ về mọi mặt trong thời gian qua để luận văn hoàn thành đúng tiến độ. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, ngày....tháng....năm 2016 Học viên Nguyễn Ngọc Quyết
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii MỤC LỤC................................................................................................................ iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. vii DANH MỤC HÌ NH VẼ VÀ ĐỒ THI ..................................................................... ̣ ix PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 1. Tính cấ p thiế t của đề tài .....................................................................................1 2. Ý nghiã khoa ho ̣c và thực tiễn của đề tài ...........................................................2 3. Mu ̣c tiêu, đố i tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu ......................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................2 5. Nô ̣i dung của luâ ̣n văn .......................................................................................3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH ....................................4 1.1 Cấ u ta ̣o, nguyên lý làm viê ̣c của đô ̣ng cơ tuyế n tính .......................................4 1.1.1 Các da ̣ng cấ u ta ̣o của đô ̣ng cơ tuyế n tính .................................................5 1.1.2 Nguyên lý làm viêc̣ của đô ̣ng cơ tuyế n tính .............................................7 1.1.3 Hiệu ứng đầu cuối (End effect).................................................................9 1.2 Khả năng ứng du ̣ng của đô ̣ng cơ tuyế n tính trong thực tế .............................11 CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH .........................15 2.1 So sánh giữa động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐB-KTVC) và động cơ tuyế n tính kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCTT ĐB-KTVC) ......................15 2.1.1 Nguyên lý làm việc .................................................................................15
v 2.1.2 Hệ tọa độ biểu diễn đại lượng vật lý ĐCĐB- KTVC .............................16 2.2 Mô hình toán học đối tượng MĐĐB-KTVC .................................................16 2.2.1 Biểu diễn vector không gian các đại lượng 3 pha..............................16 2.2.2 Mô hình trạng thái liên tục của MĐĐB-KTVC. ................................21 2.2.3 Mô hình toán học động cơ tuyế n tính kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCTT-ĐBKTVC). ..........................................................................................24 2.2.4 Mô hình ĐCTT loại ĐB - KTVC có xét đến hiệu ứng đầu cuối ............25 CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG ...............................................................................29 3.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM ...................................................29 3.2 Thiết kế bộ điều khiển....................................................................................34 3.2.1 Thiế t kế bô ̣ điề u khiể n nghich ̣ lưu phía lưới ...........................................35 ̀ h toán ho ̣c khố i nghích lưu phía lưới ...................................35 3.2.1.1 Mô hin 3.2.1.2 Thiế t kế bô ̣ điề u khiể n nghich ̣ lưu phía lưới ....................................40 3.2.2 Thiết kế bộ điều khiển NLĐC theo phương pháp Tuyến tính hóa chính xác ....................................................................................................................42 3.3 TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN PI (Mạch vòng dòng điện và vận tốc) ..............................................................................................................................48 3.3.1 Tổng hợp mạch vòng ĐC vector dòng điện ............................................48 3.3.2 Tổng hợp vòng ĐC vận tốc ....................................................................49 3.3.3 Tổng hợp vòng ĐC vị trí ........................................................................52 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM .......................................................55
vi 4.1 Sơ đồ mô phỏng .............................................................................................55 4.1.1 Sơ đồ mô phỏng toàn hệ thống ...............................................................55 4.1.2 Sơ đồ Simulink bô ̣ điề u khiể n tố c đô ̣ theo phương pháp PI thường...........55 4.1.3 Sơ đồ Simulink bô ̣ điề u khiể n vi ̣trí theo phương pháp PD thường .......56 4.2 Kết quả mô phỏng ..........................................................................................56 4.2.1 Kết quả mô phỏng điề u chỉnh vi ̣trí theo chiề u thuâ ̣n .............................56 ̣ ́ theo chiề u ngươ ̣c .............................................58 4.2.2 Kế t quả mô phỏng vi tri 4.2.3 Kế t quả mô phỏng điề u chỉnh vâ ̣n tố c theo chiề u thuâ ̣n .........................61 4.3.2 Kết quả thí nghiệm ..................................................................................65
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiê ̣u Đơn vi ̣ Ý nghiã Lsd, Lsq H Điê ̣n cảm stator do ̣c tru ̣c và ngang tru ̣c m kg Khố i lượng rotor u s, i s V,A Vector điêṇ áp stator, dòng điê ̣n stator v m/s Vâ ̣n tố c cơ của đô ̣ng cơ Rs  Điê ̣n trở stator isd,isq A Thành phầ n dòng điêṇ tru ̣c dq usd,usq V Thành phầ n điêṇ áp tru ̣c dq  mm Bước cực p Số đôi cực p Wb Từ thông cực x mm Vi ̣trí đô ̣ng cơ tuyế n tính i r , i s, i N A Vector dòng rotor, dòng stator, dòng phía lưới u r , u s, u N V Vector điêṇ áp rotor, điêṇ áp stator, điê ̣n áp lưới
viii CHỮ VIẾT TẮT Chữ viế t tắt Ý nghiã ĐB - KTVC Đồ ng bô ̣ kích thić h viñ h cửu ĐCTT ĐC – KTVC Động cơ tuyế n tính đồ ng bô ̣ kích thích viñ h cửu MĐ Máy điê ̣n PWM Điề u chế độ rộng xung ĐKD Điề u khiể n dòng NLPL Nghich ̣ lưu phía lưới NLĐC Nghich ̣ lưu động cơ DSP Vi xử lý tín hiê ̣u số
ix DANH MỤC HÌ NH VẼ VÀ ĐỒ THI ̣ Hình 1. 1 Nguyên lý chuyể n đổ i từ đô ̣ng cơ quay sang đô ̣ng cơ tuyế n tính .............4 Hình 1. 2 Phân loa ̣i đô ̣ng cơ tuyế n tính theo [10] ......................................................5 Hình 1. 3 Đô ̣ng cơ tuyế n tính có stator da ̣ng răng lươ ̣c .............................................5 Hình 1. 4 Đô ̣ng cơ tuyế n tính có stator dài ................................................................6 Hình 1. 5 Đô ̣ng cơ tuyế n tính có stator ngắ n .............................................................6 Hình 1. 6 Đô ̣ng cơ tuyế n tính 1 tru ̣c ..........................................................................6 Hình 1. 7 Đô ̣ng cơ tuyế n tính 2 tru ̣c ..........................................................................6 Hình 1. 8 Chiề u chuyể n đô ̣ng của từ trường và phầ n đô ̣ng .......................................9 Hình 1. 9 Phân bố từ thông bên trong đô ̣ng cơ tuyế n tính .......................................10 Hình 1. 10 Hiêụ ứng dòng xoáy và từ thông khe hở không khí ..............................10 Hình 1. 11 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất kính ...........................................11 Hình 1. 12 Ứng dụng trong giao thông vận tải ........................................................12 Hình 1. 13 Ứng dụng trong hệ thống điều khiển rô bốt...........................................12 Hình 1. 14 Ứng dụng trong máy khoan CNC ..........................................................13 Hình 1. 15 Ứng dụng trong máy CNC .....................................................................13 Hình 1. 16 Ứng dụng trong máy phay CNC ............................................................13 Hình 2. 1 Biể u diễn các đa ̣i lươ ̣ng vâ ̣t lý thông qua hê ̣ tru ̣c to ̣a đô ̣ trong ĐCTT kiể u ĐB– KTVC 3 pha ....................................................................................................16 Hình 2. 2 Xây dựng vector không gian dòng stator từ các đại lượng pha ...............17 Hình 2. 3 Biểu diễn dòng điện stator dưới dạng vector không gian trên hệ tọa độ  ............................................................................................................................18
x Hình 2. 4 Vector dòng stator trên 3 hệ tọa độ αβ, ab và dq .....................................19 Hình 2. 5 Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian bất kỳ V ..................................20 Hình 2. 6 Mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối đối với ĐCTT loại ĐBKTVC .26 Hình 2. 7 a. Cấu trúc ĐCTT loại ĐB - KTVC, b. Mạch từ tương đương mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối ...................................................................................27 Hình 3. 1 Sơ đồ mạch động lực và điều khiển mạch vòng dòng điện theo phương pháp điều chế độ rộng xung .....................................................................................29 Hình 3. 2 Nguyên lý phương pháp điều chế độ rộng xung. .....................................30 Hình 3. 3 mô tả hình dáng tín hiệu trong bộ nghịch lưu áp ba pha .........................31 Hình 3. 4 khâu khuếch đại nối tiếp với một khâu hạn chế điện áp.........................34 Hình 3. 5 Sơ đồ cấ u trúc điề u khiể n đô ̣ng cơ tuyế n tiń h .........................................35 Hình 3. 6 Sơ đồ nguyên lý nghich ̣ lưu phía lưới......................................................35 Hình 3. 7 Sơ đồ tổ ng quát ma ̣ch điê ̣n phía lưới .......................................................36 Hình 3. 8 Sơ đồ thay thế ..........................................................................................36 Hình 3. 9 Sơ đồ tối giản mạch điện phía lưới ..........................................................37 Hình 3. 10 Mô hình gián đoạn phía lưới ..................................................................39 Hình 3. 11 Sơ đồ cấ u trúc bô ̣ điề u chin̉ h dòng phía lưới .........................................40 Hình 3. 12 Cấ u trúc điề u khiể n tuyế n tính phía lưới ...............................................42 Hình 3. 13 Sơ đồ điều khiển NLĐC ........................................................................43 Hình 3. 14 Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác ..................................................................................................................48 Hình 3. 15 Sơ đồ cấu trúc vòng ĐC dòng điện ........................................................48
xi Hình 3. 16 Sơ đồ hai vòng ĐC thay thế tương đương .............................................49 Hình 3. 17 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ĐC vận tốc ĐC TT ........................................50 Hình 3. 18 Sơ đồ thay thế (cấu trúc ở hình 3.17) khi thiết kế khâu ĐC tốc độ quay ĐCTT .......................................................................................................................50 Hình 3. 19 Sơ đồ cấ u trúc điề u khiể n nghich ̣ lưu phía lưới và nghich ̣ lưu phía đô ̣ng cơ tuyế n tin ́ h .............................................................................................................54 Hình 4. 1 Sơ đồ mô phỏng toàn hệ thống ................................................................55 Hình 4. 2 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển tốc độ .....................................................55 Hình 4. 3 Sơ đồ khố i Simulink bô ̣ điề u khiể n vi ̣trí theo phương pháp PD thường 56 ̣ ́ theo chiề u thuâ ̣n................................................56 Hình 4. 4 Kế t quả mô phỏng vi tri Hình 4. 5 Kế t quả mô phỏng tố c đô ̣ theo chiề u thuâ ̣n .............................................56 Hình 4. 6 Đă ̣c tin ́ h lực điê ̣n từ theo chiề u thuâ ̣n ......................................................57 Hình 4. 7 Đă ̣c tính dòng điê ̣n theo chiề u thuâ ̣n .......................................................57 Hình 4. 8 Kế t quả mô phỏng điêṇ áp theo chiề u thuâ ̣n............................................58 ̣ ́ theo chiề u ngươ ̣c ..............................................58 Hình 4. 9 Kế t quả mô phỏng vi tri Hình 4. 10 Kế t quả mô phỏng tố c đô ̣ theo chiề u ngươ ̣c ..........................................59 Hình 4. 11 Đă ̣c tính lực điêṇ từ theo chiề u ngươ ̣c ...................................................59 Hình 4. 12 Đă ̣c tin ́ h dòng điêṇ theo chiề u thuâ ̣n .....................................................60 Hình 4. 13 Kế t quả mô phỏng vâ ̣n tố c theo chiề u thuâ ̣n..........................................61 Hình 4. 14 Kế t quả mô phỏng lực điêṇ từ chiề u thuâ ̣n ............................................61 Hình 4. 15 Kế t quả mô phỏng dòng điê ̣n chiề u thuâ ̣n .............................................62
xii Hình 4. 16 Kế t quả mô phỏng tố c đô ̣ theo chiề u ngươ ̣c ..........................................62 Hình 4. 17 Kế t quả dòng điêṇ chiề u ngươ ̣c .............................................................63 Hình 4. 18 Kế t quả mô phỏng lực điêṇ từ chiề u ngươ ̣c ...........................................63 Hình 4. 19 Hình ảnh máy hiện sóng ........................................................................64 Hình 4. 20 Hình ảnh biến tần ...................................................................................64 Hình 4. 21 Hình ảnh động cơ tuyến tính ..................................................................64 Hình 4. 22 Hình ảnh mạch điều khiển .....................................................................64 Hình 4. 23 Hình ảnh tổng thể hệ thống thí nghiệm .................................................64 Hình 4. 24 Hệ thống vi điều khiển ...........................................................................64 Hình 4. 25 Sơ đồ nguyên lý cấ u trúc ma ̣ch điề u khiể n hê ̣ thố ng thí nghiê ̣m...........65 Hình 4. 26 Tăng dần dòng điện đầu vào biến tần tăng từ 0-:-1,2 Hz ......................65 Hình 4. 27 Dòng điện đầu vào biến tần ổn định 1,2 Hz ..........................................65 Hình 4. 29 Dòng điện giảm từ 2-:-1,2 Hz ................................................................65 Hình 4. 28 Dòng điện giảm từ 2-:-0 Hz ...................................................................65 Hình 4. 31 Dòng điện dây vào động cơ ổn định1,6 Hz và giảm về 0 ......................66 Hình 4. 30 Dòng điện dây vào động cơ từ 0 - 1,6 Hz ..............................................66 Hình 4. 33 Dòng điện dây vào động cơ tăng từ 0 - 1,6 Hz giảm về 1,2 Hz ............66 Hình 4. 32 Dòng điện dây vào động cơ khi tần số tăng từ 0 đến 1,6 Hz ................66 Hình 4. 35 Dòng điện dây có tần số từ 0-1,6 Hz giảm về 0 ....................................66 Hình 4. 34 Dòng điện dây vào động cơ có tần số ổn định 1,2 Hz ..........................66 Hình 4. 37 Điện áp đặt vào động cơ tăng dần 0-1,2 Hz..........................................66
xiii Hình 4. 36 Điện áp đặt vào động cơ tăng dần 0-1,2 Hz..........................................66 Hình 4. 39 Vâ ̣n tố c của đô ̣ng cơ ở tầ n số 1,8 Hz .....................................................66 Hình 4. 38 Vâ ̣n tố c của đô ̣ng cơ ở tầ n số 1,8 Hz tải thế năng .................................66
1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấ p thiế t của đề tài Hiện nay trong lĩnh vực công nghiệp và giao thông vận tải, chuyể n đô ̣ng thẳ ng đã xuất hiện phổ biến và được ứng dụng nhiều trong các ngành sản xuất công nghiệp đă ̣c biêṭ trong trong liñ h vực cơ khí. Chuyể n đô ̣ng thẳ ng thường gặp ở những chuyể n dich ̣ của bàn gá chi tiế t, mũi khoan… trong các máy gia công kim loại, máy CNC, Robot công nghiệp hay các máy móc phu ̣c vụ ngành công nghiệp bán dẫn…. Ngoài ra, chuyể n đô ̣ng thẳ ng còn xuấ t hiêṇ ở các phương tiêṇ giao thông như đầ u máy xe điê ̣n, tàu điê ̣n ngầ m, tàu đê ̣m từ trường ở các nước phát triể n (My,̃ Đức, Nhâ ̣t,…). Tuy nhiên viê ̣c ta ̣o ra các chuyể n đô ̣ng thẳ ng hầ u hế t đươ ̣c thưc̣ hiê ̣n mô ̣t cách gián tiế p thông qua các cơ cấu cơ khí để biến chuyển động quay tròn của động cơ thành chuyển động thẳng do đó đố i với những hê ̣ thố ng này do phải bổ sung các cơ cấ u chuyể n đổ i trung gian như hô ̣p số , tru ̣c vít, đai truyề n… vì vậy sẽ làm cho hê ̣ thố ng trở nên phức ta ̣p về kế t cấ u cơ khí, tiề m ẩ n trong nó những dao động riêng, tổn hao năng lươ ̣ng cũng như ảnh hưởng đế n chấ t lươ ̣ng của hệ thố ng. Viê ̣c sử du ̣ng đô ̣ng cơ có khả năng tạo ra chuyể n đô ̣ng thẳ ng trư ̣c tiế p (động cơ tuyế n tính) với ưu điểm Động cơ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, không cần cơ cấu cơ khí đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến, có độ tin cậy và chính xác cao, đơn giản và an toàn trong vận hành cho phép loa ̣i bỏ những nhươ ̣c điể m nói trên. Vấ n đề rấ t quan tro ̣ng đố i với hê ̣ chuyể n đô ̣ng sử du ̣ng đô ̣ng cơ tuyế n tính là đô ̣ chính xác về vi ̣ trí, vâ ̣n tố c, thời gian đáp ứng, thời gian dừng chính xác. Để giải quyế t bài toán này cầ n phải thiế t kế bô ̣ điề u khiể n cho đô ̣ng cơ tuyế n tính. Vì vâ ̣y, tôi lưạ cho ̣n đề tài “Nghiên cứu điề u khiể n tố c đô ̣, vi tri ̣ ́ và đảo chiề u đô ̣ng cơ tuyế n tính theo phương pháp điề u chế độ rộng xung ứng du ̣ng trong hê ̣ chuyể n đô ̣ng thẳ ng”.
2 2. Ý nghiã khoa ho ̣c và thư ̣c tiễn của đề tài - Đã ứng du ̣ng phương pháp điề u khiể n TTHCX để thiế t kế bô ̣ điề u điề u khiể n dòng điê ̣n, tố c đô ̣ và vi ̣ trí đô ̣ng cơ tuyến tính theo tiêu chuẩn môđun đố i xứng. - Đã thực hiê ̣n bằ ng thực nghiê ̣m viê ̣c điề u khiể n tố c đô ̣, vi ̣ trí và đảo chiề u đô ̣ng cơ tuyế n tính với các chế đô ̣ khác nhau. 3. Mu ̣c tiêu, đố i tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu * Mục tiêu nghiên cứu: - Thiế t kế đươ ̣c bô ̣ điề u khiể n dòng điê ̣n, bô ̣ điề u khiể n tố c đô ̣, bô ̣ điề u khiể n vi ̣ trí để từ đó điều khiể n tố c đô ̣, vi ̣ trí và đảo chiề u đô ̣ng cơ tuyế n tính ứng dụng trong hê ̣ chuyể n đô ̣ng thẳ ng. - Tiế n hành xây dư ̣ng hê ̣ thố ng thí nghiê ̣m đô ̣ng cơ tuyế n tính đồ ng thời tiế n hành thí nghiê ̣m ở các chế đô ̣ làm viê ̣c khác nhau để kiể m nghiê ̣m la ̣i những tính toán, phân tích lý thuyế t. * Đố i tượng nghiên cứu: - Các phương pháp điề u khiể n đô ̣ng cơ tuyế n tính. - Đô ̣ng cơ tuyế n tính. * Pha ̣m vi nghiên cứu: Luâ ̣n văn tập trung nghiên cứu điều khiển tốc đô ̣, vi ̣ trí và đảo chiề u đô ̣ng cơ tuyế n tính loa ̣i đồ ng bộ kích thích viñ h cửu ba pha. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích và tổ ng hơ ̣p lý thuyế t: Nghiên cứu các tài liê ̣u liên quan đế n luâ ̣n văn, chọn lọc các kiế n thức, lí luâ ̣n phu ̣c vu ̣ cho luâ ̣n văn. - Phương pháp mô phỏng: Thực hiêṇ các mô phỏng trên phầ n mề m Matlab/Simulinks.
3 - Phương phá p thư c̣ nghiê ̣m khoa ho ̣c: Tiế n hà nh thí nghiê ̣m trên hê ̣ thố ng thí nghiê ̣m động cơ tuyến tính để kiể m chứ ng la ̣i nhữ ng phân tích lý thuyế t. 5. Nô ̣i dung của luâ ̣n văn Nô ̣i dung của luâ ̣n văn bao gồ m: Mở đầ u: Nêu mu ̣c tiêu, nhiê ̣m vu ̣ và nô ̣i dung nghiên cứu. Ý nghiã khoa ho ̣c và thưc̣ tiễn của luâ ̣n văn. Chương 1: Tổ ng quan về đô ̣ng cơ tuyế n tính Chương 2: Mô hình toán ho ̣c đô ̣ng cơ tuyế n tính Chương 3: Điề u khiể n tố c đô ̣, vi ̣ trí và đảo chiề u đô ̣ng cơ tuyế n tính theo phương pháp điề u chế độ rộng xung Chương 4: Mô phỏng và thí nghiê ̣m Kế t luâ ̣n và kiế n nghi ̣ Tài liê ̣u thao khảo
4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 1.1 Cấ u ta ̣o, nguyên lý làm viêc̣ của đô ̣ng cơ tuyế n tính Để hiểu rõ hơn về động cơ tuyến tính ta có thể hình dung ra một động cơ quay tròn bất kỳ nào, khi tăng bán kính của động cơ đến vô cùng, sẽ thu được hình ảnh rotor và stator song song với nhau (hình 1.1). Trong chuyển động tương đối khi chọn gốc tọa độ gắn với hệ quy chiếu nào ta sẽ suy ra được chuyển động tương đối của thành phần còn lại so với gốc tọa độ. Với quan điểm như vậy động cơ tuyến tính sẽ gồm hai thành phần: Thành phần thứ nhất nhận dòng năng lượng điện đi tới (phần sơ cấp), thành phần thứ hai là dòng năng lượng đưa ra dưới dạng cơ năng (phía thứ cấp). Từ quan điểm trên ta có thể thấy với động cơ tuyến tính phần tạo chuyển động thẳng có thể là phần stator hay phần rotor của máy điện quay truyền thống, từ đó tạo ra những động cơ tuyến tính tương ứng. Hình 1. 1 Nguyên lý chuyể n đổ i từ đô ̣ng cơ quay sang đô ̣ng cơ tuyế n tiń h Từ nguyên lý cơ bản trên, động cơ tuyến tính được phát triển với cấu tạo khác nhau tương ứng dựa vào mục đích sử dụng. Việc lựa chọn động cơ tuyến tính phụ thuộc vào thuộc tính và nguyên tắc hoạt động của chúng. Ban đầu động cơ tuyến tính chủ yếu được sử dụng cho hệ thống giao thông vận tải. Hiện nay động cơ tuyến tính được sử dụng để thay thế một hệ thống sử dụng động cơ quay và các thiết bị cơ khí để tạo ra một chuyển động tuyến tính trực tiếp.
5 1.1.1 Các da ̣ng cấ u ta ̣o của đô ̣ng cơ tuyế n tính Theo cấu trúc hình ho ̣c, đô ̣ng cơ tuyế n tính đươ ̣c chia thành 2 loa ̣i chính: da ̣ng phẳng và dạng ố ng. Theo nguồn kích thích, đô ̣ng cơ tuyế n tiń h có thể chia thành 4 loại chính: Đô ̣ng cơ mô ̣t chiề u tuyến tính, đô ̣ng cơ đồ ng bô ̣ tuyế n tính, đô ̣ng cơ không đồ ng bô ̣ tuyế n tính, động cơ bước tuyến tính. Hình 1. 2 Phân loại động cơ tuyế n tính theo [10] Ngoài ra, thực tế cho thấ y tùy theo những ứng du ̣ng cu ̣ thể mà đô ̣ng cơ tuyế n tính còn đươ ̣c phân loa ̣i như sau: - Động cơ có stator da ̣ng răng lươ ̣c. Hình 1. 3 Động cơ tuyế n tính có stator dạng răng lược - Đô ̣ng cơ cơ stator da ̣ng dài: Chiều dài của phần cung cấp thường lớn hơn nhiều lần phần kích thích (cảm ứng), đa số trong các trường hợp thì phần kích thích chính là phần chuyển động.
6 Hình 1. 4 Động cơ tuyế n tính có stator dài - Động cơ có stator da ̣ng ngắ n: Chiều dài của phần cung cấp ngắn hơn (hoặc bằng) phần kích thích (cảm ứng), đa số trong các trường hợp thì phần cung cấp chính là phần chuyển động. Hình 1. 5 Động cơ tuyế n tính có stator ngắ n Dựa vào số tru ̣c di chuyể n, động cơ tuyế n tính có hai loa ̣i: - Loại 1 tru ̣c. Hình 1. 6 Động cơ tuyế n tính 1 trục - Loa ̣i 2 tru ̣c. Hình 1. 7 Động cơ tuyế n tính 2 trục
7 Để kết thúc phần này, theo tài liệu [11] ta có bảng so sánh tổng thể lực đẩy sinh ra của các loại động cơ tuyến tính có thể sinh ra. Bảng 1.1. Bảng so sánh lư ̣c đẩ y sinh ra của các loa ̣i đô ̣ng cơ tuyế n tính Loại động cơ Lực đẩ y sinh ra Động cơ tuyến tính loại không đồng bộ 1 - 2 N/cm2 Động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu (kiểu răng Lên đến 6 N/cm2 lược) Động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu (dạng Lên đến 3 N/cm2 phẳng) Động cơ tuyến tính từ trở 1,5 N/cm2 Động cơ tuyến tính thông lượng ngang 3 N/cm2 Xét về khả năng tạo lực đẩy thì động cơ tuyến tính làm việc theo nguyên lý đồng bộ kích thích vĩnh cửu có khả năng tạo lực đẩy lớn hơn động cơ tuyến tính làm việc với nguyên lý không đồng bộ. Do vậy động cơ tuyến tính dạng đồng bộ kích thích vĩnh cửu thường được sử dụng nhiều hơn. Luâ ̣n văn tâ ̣p trung nghiên cứu đô ̣ng cơ tuyế n tin ́ h kiể u kích thích viñ h cửu ba pha. 1.1.2 Nguyên lý làm viêc̣ của đô ̣ng cơ tuyế n tính Xét đô ̣ng cơ tuyế n tính kích thích vĩnh cửu, khi đặt hệ thống điện áp nguồn 3 pha đối xứng vào dây quấn ba pha của động cơ đồng bộ tuyến tính, trong ba pha sẽ có các dòng điện iA, iB, iC. iA  2 I sin t (1.1a)  2  iB  2 I sin  t   (1.1b)  3   4  iC  2 I sin  t   (1.1c)  3 