Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp triệt tiêu hỗn loạn trong hệ truyền động không đồng bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa theo từ thông rotor

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu phương pháp triệt tiêu hỗn loạn trong hệ truyền động không đồng bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa theo từ thông rotor" được nghiên cứu với mục tiêu: Vận dụng lý thuyết hỗn loạn để khảo sát trạng thái hỗn loạn của hệ truyền động điện không đồng bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa theo từ thông rotor, đồng thời thiết kế bộ quan sát hỗn loạn và đề xuất phương pháp điều khiển dựa trên kết quả quan sát được giúp ổn định và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp triệt tiêu hỗn loạn trong hệ truyền động không đồng bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa theo từ thông rotor

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỖ HOÀNG NGÂN MI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TRIỆT TIÊU HỖN LOẠN TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA ĐIỀU KHIỂN TỰA THEO TỪ THÔNG ROTOR Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9 52 02 16 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, 2024
Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoá học 1: GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang Người hướng dẫn khoá học 2: PGS. TS. Lê Tiến Dũng Phản biện 1: Phản biện 2: Luận án được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận án tốt nghiệp Tiến sĩ Kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách Khoa vào … tháng … năm 2024. Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu và truyền thông, Trường Đại học Bách khoa- Đại học Đà Nẵng  Thư viện Quốc gia Việt Nam
ĐẶT VẤN ĐỀ i. Lý do chọn đề tài Cho đến những thập niên cuối thế kỷ 20, lý thuyết hỗn loạn mới bắt đầu được đưa vào tìm hiểu sâu trong các hệ thống truyền động.Từ những nghiên cứu đã có đối với hệ truyền động điện sử dụng động cơ không đồng bộ vào năm 1989 hiện tượng hỗn loạn trong hệ thống biến tần PWM của Kuroe và Hayashi [5]; sau đó được nghiên cứu sâu bởi Nagy, Suto năm 1996 [6]; tiếp theo là các nghiên cứu mở rộng về quan sát điểm phân nhánh của Bazanella và Reginatto năm 2000 [7] để nhận định về hiện tượng hỗn loạn của đối tượng động cơ không đồng bộ theo tham số; hay sử dụng tốc độ có tính chu kỳ sin để tạo ra chuyển động hỗn loạn của Gao và Chau năm 2003 [8] xem xét trạng thái làm việc của hệ thống động cơ không đồng bộ. Và năm 2018 là nghiên cứu phân tích và dự đoán phân nhánh nút yên, Hopf, Bogdanov-Takens gây ra bởi sự thay đổi được Jain, Ghosh và Maity nghiên cứu [9]; … Chính vì vậy hệ truyền động không đồng bộ - đối tượng của nghiên cứu hướng đến chắc chắn là hệ hỗn loạn ở những điều kiện nhất định. Được sự định hướng và dẫn dắt bởi hai thầy hướng dẫn, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu phương pháp triệt tiêu hỗn loạn trong hệ truyền động không đồng bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa theo từ thông rotor” với mong muốn phân tích, quan sát và triệt tiêu hỗn loạn trong hệ truyền động điện xoay chiều ba pha, hướng tới nâng cao chất lượng điều khiển. ii. Mục tiêu của luận án Vận dụng lý thuyết hỗn loạn để khảo sát trạng thái hỗn loạn của hệ truyền động điện không đồng bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa theo từ thông rotor, đồng thời thiết kế bộ quan sát hỗn loạn và đề
xuất phương pháp điều khiển dựa trên kết quả quan sát được giúp ổn định và nâng cao độ tin cậy của hệ thống. iii. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu a. Đối tượng nghiên cứu Hiện tượng hỗn loạn trong hệ truyền động điện không đồng bộ xoay chiều ba pha điều khiển tựa theo từ thông rotor. b. Phạm vi nghiên cứu: - Dựa trên cơ sở lý thuyết hỗn loạn, phân tích và quan sát hiện tượng hỗn loạn xảy ra trong quá trình làm việc dài hạn được đại diện bởi thành phần trong hệ truyền động điện không đồng bộ xoay chiều ba pha theo phương pháp RFOC. - Dựa trên kết quả quan sát được đề xuất phương pháp triệt tiêu hỗn loạn nhanh chóng đưa hệ về trạng thái làm việc ổn định; chứng minh dựa theo tiêu chuẩn ổn định Lyapunov và được đánh giá hiệu quả trên phần mềm Matlab - Simulink. iv. Những đóng góp mới - Mô hình hóa hệ truyền động không đồng bộ về các dạng DLPV khác nhau nhằm mục đích thiết kế các bộ quan sát để ước lượng thành phần gây ra hỗn loạn của động cơ được trình bày trong chương 4. - Đề xuất bộ quan sát gán cực, quan sát bền vững và đa mục tiêu mới để xác định hiện tượng hỗn loạn trong hệ truyền động không đồng bộ với tham số thay đổi và có xét đến nhiễu đầu vào và nhiễu đo lường được trình bày trong chương 4. - Đề xuất bộ điều khiển phản hồi trạng thái mới với khâu tích phân theo phương pháp gán cực kết hợp triệt tiêu hỗn loạn xảy ra trong hệ truyền động không đồng bộ xoay chiều ba pha được trình bày trong chương 5.
v. Bố cục luận án: Nội dung chính của luận án được trình bày qua 5 chương: Chương 1: Tổng quan về điều khiển RFOC động cơ không đồng bộ Chương 2: Khái quát về lý thuyết hỗn loạn Chương 3: Đặc điểm hỗn loạn của động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc Chương 4: Quan sát hiện tượng hỗn loạn trong hệ truyền động không đồng bộ điều khiển RFOC Chương 5: Đề xuất phương pháp triệt tiêu hỗn loạn trong hệ truyền động không đồng bộ điều khiển RFOC Kết luận và kiến nghị
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN RFOC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan về nguyên lý RFOC 1.3 Mô hình hóa hệ truyền động không đồng bộ 1.3.1 Mô hình trạng thái liên tục 1.3.2 Mô hình gián đoạn 1.3.3 Đặc điểm phi tuyến của mô hình trên hệ tọa độ dq 1.4 Khái quát các phương pháp điều khiển hệ truyền động không đồng bộ 1.4.1 Phương pháp điều khiển tuyến tính 1.4.1.1 Phương pháp PI 1.4.1.2 Phương pháp Dead-beat 1.4.2 Phương pháp điều khiển phi tuyến 1.4.2.1 Phương pháp tuyến tính hoá chính xác 1.4.2.1 Phương pháp thiết kế dựa trên nguyên lý phẳng 1.4.2.3 Phương pháp cuốn chiếu 1.5 Kết luận chương 1 Hướng nghiên cứu lý thuyết hỗn loạn được đề cập trong chương 2, được luận án ứng dụng trong hệ truyền động không đồng bộ với mong muốn phân tích hiện lượng hỗn loạn xảy ra trong hệ, hiểu rõ bản chất có thể xác định được của hiện tượng này hoàn toàn khác với nhiễu (điều này được trình bày cụ thể trong chương 3). Trong chương 4, luận án sẽ tiến tới xem xét và tập trung vào vấn đề còn bỏ ngỏ đó là mô hình hóa và quan sát hiện tượng hỗn loạn xảy ra trong hệ truyền động không đồng bộ và chương 5 đề xuất phương án triệt tiêu hiện tượng hỗn loạn dựa trên kết quả quan sát được từ chương 4. Trang 1
CHƯƠNG 2: KHÁT QUÁT VỀ LÝ THUYẾT HỖN LOẠN 2.1 Khái quát về hiện tượng hỗn loạn Từ “Chaos” - ́ bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp nghĩa là “một trạng thái thiếu trật tự” (“a state without order”), rối loạn và chuyển động bất thường tạm thời, “một dao động bất thường tuân theo quy luật đơn giản” [23] [24]. 2.2 Các đặc điểm chính của hệ hỗn loạn Nhìn chung hỗn loạn mang tính chất [22] [31] [32] [35]:  Phi tuyến  Tất định  Nhạy cảm với điều kiện ban đầu  Không tuần hoàn 2.3 Khái niệm cơ bản về lý thuyết hỗn loạn 2.3.1 Điểm cố định, điểm cân bằng 2.3.2 Trị riêng và vector riêng của hệ phi tuyến ô tô nôm 2.3.3 Khái niệm ổn định Lyapunov 2.3.4 Đường cong kín giới hạn 2.3.5 Phân nhánh 2.4 Phân nhánh xảy ra trong hệ bốn phương trình vi phân 2.5 Nhận biết hệ thống hỗn loạn 2.6 Ứng dụng hỗn loạn trong điều khiển 2.7 Kết luận chương 2 Đóng góp của luận án trong chương 2 nằm ở mục 2.3.5.2 giúp nhận dạng các trường hợp phân nhánh có thể xảy ra trong hệ hỗn loạn bốn phương trình vi phân. Và tùy theo mục đích mà hỗn loạn được ứng dụng vào ngành sinh học, hóa học, công nghệ thông tin, ... để nâng cao hiệu quả nhưng trong hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ, hiện tượng Trang 2
hỗn loạn lại cần được lưu tâm trong vấn đề điều khiển để tránh ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống. Bảng 2.1: Phân biệt hệ ổn định, tuần hoàn, bán tuần hoàn, hỗn loạn. Miền thời Trị Mặt cắt Hệ Tập hút Phổ gian riêng Poincare’ Ổn định 1 điểm Đường Không có
CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM HỖN LOẠN CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC 3.1 Các nguyên nhân gây ra hiện tượng hỗn loạn trong hệ truyền động không đồng bộ Hình 3.1:Các nguyên nhân có thể làm cho đối tượng động cơ không đồng bộ rơi vào vùng làm việc hỗn loạn. Bảng 3.1: Bảng so sánh các nghiên cứu điển hình cho hệ truyền động không đồng bộ xảy ra hỗn loạn. Nguyên Phương pháp triệt tiêu STT Tác giả nghiên cứu nhân hỗn loạn 1 Bazanella và Reginatto Không [7] 2 Romeu Reginatto và các Không đồng nghiệp [64] 3 Y. Gao và K. T. Chau [8] Không 4 Y. Lu, H. Li và W. Li Phương pháp phản hồi [65] trễ 5 J. K. Jain, S. Ghosh và Không S. Maity [9] 6 Guessas Laarem [66] Bộ điều khiển phi tuyến 7 Mi Do Hoang Ngan, Không Tien Dung Le, Nguyen Phung Quang [30] Trang 4
Nguyên Phương pháp triệt tiêu STT Tác giả nghiên cứu nhân hỗn loạn 8 Yoshitaka Ito và Không Masaharu Adachi [67] 9 Hakan Öztürk [68] Không 10 Alex Stephane Phương pháp phản hồi Kemnang Tsafack cùng trễ và điều khiển trượt cộng sự [69] phản hồi trễ 11 Mi Do Hoang Ngan, Bộ lọc Washout Tien Dung Le, Nguyen Phung Quang [36] 12 Ahmed Sadeq Hunaish, Không Fadhil Rahma Tahir [70] 13 Daxu Zhong cùng đồng L, C Không nghiệp [71] 3.2 Đặc điểm hỗn loạn của hệ truyền động không đồng bộ Hệ truyền động không đồng bộ là hệ hỗn loạn trong những điều kiện nhất định và có thể do nhiều nguyên nhân gây ra trong quá trình làm việc dài hạn được đại diện bởi thành phần . Hệ truyền động không đồng bộ có 4 bộ PI được viết lại: ( ) ( ) [ ( ) ] (3.6) ( ) ( ) { với: ∫( ) ∫( ) , ∫( ) , ∫( ) , Trang 5
, ( ( ) ) , ( ( ) ) 3.3 Kết quả mô phỏng 3.3.1 Kết quả mô phỏng hệ truyền động không đồng bộ khi hoạt động ổn định 3.3.2 Kết quả mô phỏng hệ truyền động không đồng bộ khi xảy ra hiện tượng hỗn loạn Đồng thời các biến trạng thái có những hành vi vô cùng phức tạp (hình 3.8, 3.9, 3.10, 3.11), các dao động gần như không tuần hoàn và có biên độ thay đổi lớn, tự duy trì. Hình 3.8: Đáp ứng thời gian: . Hình 3.9: Đáp ứng thời gian . Trang 6
Hình 3.10: Đáp ứng thời gian . Hình 3.11: Đáp ứng thời gian . Hình 3.12: Biểu đồ pha giữa các đại lượng và . Trang 7
Hình 3.13: Biểu đồ pha giữa các đại lượng và . Biểu đồ pha của hệ truyền động không đồng bộ (hình 3.12, 3.13) giữa các đại lượng và tại thời điểm xảy ra hiện tượng hỗn loạn thu được là những đường cong phân biệt tự đồng dạng trên không gian ba chiều và có “tập hút” lạ. Hình 3.14: Phổ Fourier của đại lượng . Đồng thời phổ Fourier của đại lượng .thu được là một chuỗi liên tục trải dài từ tần số 0Hz đến 50Hz thể hiện ở hình 3.14. Trang 8
Hình 3.15: Đáp ứng thời gian nhạy cảm với giá trị đặt ban đầu. Một trong những tính chất đặc trưng của hệ hỗn loạn là nhạy cảm với giá trị đặt ban đầu, sai khác tốc độ đặt ban đầu sẽ cho ra giá trị sai khác lớn, có những thời điểm sai khác đến 70 rad/s (hình 3.15). 3.4 Kết luận chương 3 Các kết quả mô phỏng đã làm rõ nét các tính chất đặc trưng của hệ phi tuyến hỗn loạn động cơ không đồng bộ:  Tính tất định: hệ làm việc ổn định (các kết quả mô phỏng ở mục 3.3.1), chỉ khi tham số hệ thống rơi vào vùng làm việc hỗn loạn (các kết quả mô phỏng ở mục 3.3.2), hệ mới thể hiện rõ nét tính chất hỗn loạn thông qua các đáp ứng thời gian vô cùng phức tạp, không hề có yếu tố ngẫu nhiên.  Nhạy cảm với các điều kiện ban đầu: đặt giá trị ban đầu giữa hai lần mô phỏng sai khác rất nhỏ cho ra giá trị đầu ra chênh lệch lớn. Trang 9
 Tập hút: trong vùng tham số hỗn loạn hệ truyền động không đồng bộ cho biểu đồ pha có hình dạng những đường cong phân biệt và có tập hút rõ ràng. Đồng thời dựa trên việc tổng hợp nghiên cứu các công trình hiện có trên các tạp chí và hội nghị chuyên ngành [7], [8], [64], [65], [66], [67], [68], [69], [70], [71], ... có thể thấy rằng các nghiên cứu trước đây mới chỉ tìm ra các nguyên nhân gây ra hỗn loạn và phân tích các loại phân nhánh xảy ra trong hệ truyền động không đồng bộ và chưa thể mô hình toán học hỗn loạn cũng như ước lượng được thành phần gây hỗn loạn. Đây là hướng nghiên cứu còn bỏ ngỏ và sẽ được đặt vấn đề, giải quyết ở chương 4. Trang 10
CHƯƠNG 4: QUAN SÁT HIỆN TƯỢNG HỖN LOẠN TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐIỀU KHIỂN RFOC 4.1 Mô hình hóa theo hướng ước lượng hỗn loạn ( ) (4.2) ( ) { ( ) vì là biến trạng thái đại diện cho nguyên nhân gây ra hỗn loạn, biến thiên chậm theo thời gian nên [71]. Hệ (4.2) được viết lại dưới dạng mô hình trạng thái sau đây: ̇ ( ) { (4.3) với vector trạng thái , vector đầu vào [ ], vector [ ] đầu ra [ ] và ma trận hệ thống: ( ) ( ) ( ) [ ] [ ]; [ ]; với là biến lập lịch được biết thông qua đo lường hoặc thông qua các trạng thái ước lượng và ma trận ( ) là ma trận phụ thuộc vào biến lập trình . Trang 11
4.1.1 Mô hình hóa hệ về dạng DLPV không xét đến nhiễu Để tránh sử dụng giả thuyết về sự biến đổi chậm của hỗn loạn, mục này sẽ mô hình hóa về dạng descriptor (kỳ dị) [72] [73] [74]. Hệ (4.3) được mô hình hóa thành: ̇ ( ) { (4.4) với vector trạng thái: , vector đầu vào: [ ], [ ] vector đầu ra: [ ] và ma trận hệ thống: [ ] Hệ (4.4) là hệ kỳ dị tuyến tính tham số thay đổi - DLPV (Descriptor Linear Parameter-Varying). 4.1.2 Mô hình hóa hệ về dạng DLPV có xét nhiễu gộp Khi xét đến nhiễu đầu vào và nhiễu hệ thống hệ (4.1) trở thành: ( ) ( ) (4.5) ( ) { ( ) với là thành phần đại diện cho nhiễu đầu vào; là thành phần đại diện cho trạng thái hỗn loạn. Đặt là nhiễu đầu vào, là nhiễu đo lường, [ ] là vector tín hiệu nhiễu. Biến đổi (4.5) thành hệ phương trình trạng thái mới: ̇ ( ) { (4.6) Trang 12
4.1.3 Mô hình hóa hệ về dạng DLPV có xét nhiễu riêng biệt Hệ (4.6) được viết lại dưới dạng hệ phương trình trạng thái: ̇ ( ) { (4.7) 4.2 Thiết kế bộ quan sát hiện tượng hỗn loạn Hình 4.1: Cấu trúc hệ truyền động không đồng bộ kết hợp bộ quan sát thành phần . 4.2.1 Bộ quan sát theo phương pháp gán cực 4.2.1.1 Cấu trúc bộ quan sát Mục này sẽ thiết kế bộ quan sát trạng thái có cấu trúc giảm bậc cho hệ DLPV (4.6): ̇ ( ) ( ) { (4.8) ̂ 4.2.1.2 Sai số ước lượng 4.2.1.3 Tham số hóa các ma trận quan sát ( ) ( ) ( ) (4.22) ( ) ( ) ( ) (4.23) (4.24) (4.25) với ( ) ( ) ( ) ( ) Trang 13
. 4.2.1.4 Thiết kế bộ quan sát theo phương pháp gán cực Định lý 4.1: Xét hệ thống (4.3) và bộ quan sát trạng thái (4.8), đồng thời chọn hệ số a>0, ma trận của bộ quát sát được thiết kế thỏa mãn các điều kiện trên nếu tồn tại một ma trận dương đối xứng và các ma trận ( ), là nghiệm của bất phương trình ma trận tuyến tính sau: (4.32) 4.2.2 Bộ quan sát theo phương pháp 4.2.2.1 Cấu trúc bộ quan sát Thiết kế tương tự như bộ quan sát bằng phương pháp gán cực. ̇ ( ) ( ) { (4.37) ̂ 4.2.2.2 Sai số ước lượng 4.2.2.3 Tham số hóa các ma trận quan sát 4.2.2.4 Thiết kế bộ quan sát bằng phương pháp Định lý 4.2: Xét hệ thống (4.6) và bộ quan sát trạng thái (4.37), ma trận bộ quan sát được thiết kế thỏa mãn điều kiện trên nếu tồn tại một ma trận dương đối xứng và các ma trận ( ) , hệ số là nghiệm của bài toán tối ưu LMI sau: với ràng buộc: [ ] (4.52) [ ] { 4.2.3 Bộ quan sát theo phương pháp 4.2.3.1 Cấu trúc bộ quan sát Bộ quan sát bằng phương pháp của hệ (4.7) được thiết lập: ̇ ( ) ( ) { (4.59) ̂ Trang 14
4.2.3.2 Sai số ước lượng 4.2.3.3 Tham số hóa các ma trận quan sát 4.2.3.4 Thiết kế bộ quan sát bằng phương pháp Định lý 4.3: Xét hệ thống (4.7) và bộ quan sát trạng thái (4.59), ma trận bộ quan sát được thiết kế thỏa mãn điều kiện trên nếu tồn tại một ma trận dương đối xứng và ma trận ( ) là nghiệm của bài toán tối ưu LMI sau: ( )( ( ) ) với với ràng buộc: [ ] ( ) ( ) [ ] (4.73) ( ) ( ) [ ] { với hệ số , khi đó ( )= ( ), ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . 4.3 Phân tích, đánh giá kết quả mô hình hóa hệ thống hỗn loạn và kết quả ước lượng của các bộ quan sát 4.3.1 Kết quả mô phỏng bộ quan sát theo phương pháp gán cực Kết quả thu được sai số ước lượng xấp xỉ gần bằng 0 (hình 4.8). Hình 4.8: Sai số ước lượng thành phần của bộ quan sát theo phương pháp gán cực. Trang 15