BO GIAO DUC VA DAO TAG TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI BUI VAN SON TIIÉT KÉ ĐIÊU KIIÈN ĐỘNG CƠ DC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TUYỂN TÍNH HÓA CHÍNH XÁC Chuyên ngành: Điều khiển và tự ding hoa LUAN VAN THAC SY KY THUAT DIEU KHIEN VA TY DONG HOA NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC: GS. NGUYEN PHUNG QUANG Ila Nội -2013 LOI CAM DOAN Sau khi hoàn thành các tín chỉ của chương trình đào tạo thạc sỹ kỹ thuật lớp 10BĐKĐ-DK khóa 2010 với chuyên ngành “Điều khiển và Tự động hóa”, tôi đã nhận được quyết định giao để tài luận văn: “7 biết kế điều khiển động cơ DC sử dụng phương pháp huyền tinh hóa chính xác” do GS. Nguyễn Thủng Quang hướng dẫn Dé tai này thực chất không phải là mới trên thể giới cũng như ở Việt Nam Ilướng đi của đề tài dựa trên cơ sởnhững đề tài đã có trước và hoàn thiện cầu trúc diều khiển thích nghĩ với tải. Tôi xin cam két qua trong luận văn hoàn toàn không sao chép bắt kỳ luận văn nào, mọi sẽ liệu tính toán đều đo tôi tự thực hiện.
Hà Nội, ngày 25 thẳng (13 năm 2013 TIọc viên thực hiện Bai Van Son LOI CAM ON Tôi xin chân thành cảm ơn G5. Nguyễn Phùng Quang đã chỉ bảo lận tỉnh, luôn sẵn lỏng giủp đỡ tôi trong những lúc khỏ khăn, vưởng mắc để tôi hoản thành luận văn này. Tôi cũng xin chân thành tất cả các thầy cô của Trường Đại học Bach Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, đạy đỗ tôi trong suốt quá trình học cao hoc Cuôỗi cùng tôi xin cảm ơm sự tạo điều kiện về mặt thời gian, sự động viên của những người trong gia đình, của cơ quan, đồng nghiệp trong suốt thời gian làm luận văn Danh mục các ký hiệu, viết tắt ® VY, là các biễn mới đầu vào của khâu bu khi thiết kể bộ điều khiến thích nghĩ với nhiễu. * 4, 1a cdc biến đầu vào mới của khâu bù khi thiết kế bộ điều khiển đặt điểm cực HT.
v,„„ là các giá trị đặt cho dau vio v,,v, © Opps hays jig là các giả trị dặt cho tốc độ, pia tốc vả dạo hàm gia tốc động, co © ba thyBey la cde gia tri đặt cho từ thông, dạo hàm tir thông và dạo ham bậc hai của từ thông. + ⁄47,C là các ma trận của hệthống sau khi thực hiện tuyến tính hóa. «®—G làma trận tách kênh của hệ thống sau khi tuyến tính hớa.(s),G,,(#),Gx(s),Gu(s) là các hàm trong mà trận GŒ ® 4„., là các ma trận của mộ hình mẫu.„„ là các hệ số trong bộ điều khiển tốc độ. ®-K¿¿„„, là các hệ số trong bộ điều khiển từ thông.,X,,X, là các hệ số trong ma trận mô hình mẫu.
© 1,1, la cdc hé sd trong bd quan sat. —n¿ lác gác điểm cực của bộ điều khiến tốc độ. © fey f- là các điểm cực của bộ điều khiển từ thông © 4, 4, a, a, lacac diém cực của mô hình mẫu. ® — p,, p» lacac diém cue cita bd quan sat.
* 7» là bậc của hệ thống ® r là bậc tương đối của hệ thống. Thiết kê điều Muẫn ĐCĐMC sử đụng phương pháp TTHỚ Trang 5 Danh mục các ký hiệu, viết tắt TDANIMỤC CÁC KÝ IIỆU, VIẾT TẮT * uy, là điện áp đặt vào phần ứng, « _¿„ là dòng điện của động cơ. « - 7„ là điện cấm day quần phần ứng © = R, ladién tré dây quấn phần ứng. * e, lasitc dién déng cam img.
© u, 1a dién ap kich tr. ® i, 1a dòng điện kích từ. «®_ ¿„ là điện cảm dây quấn kích từ, « _ñ„ là điện trở dây quân kích từ. «+ _ ở, là từ thông của cuộn kích tử.
e ala tắc độ của động cơ. ® 7, là mô men điện từ của động cơ. ® 7, là mô men tải của động cơ. ®- 7„„ là mô men tải én định của động cơ (cơi như là hằng số) © J 14mé men quản tính của dộng cơ © ø lả gia tốc của dộng cơ.
» 7 là đạo hàm của gia tốc động cơ. ® đ=7, —T,„„Ìä nhiều của mô men tải * Ad=d ả là sai lệch của nhiễu và giá trị nhiễu ước lượng .C Cy Cy ls 5 lả cáo hệ số. ®— Ø là vị trí póc của động cơ. Thiết kê điều Muẫn ĐCĐMC sử đụng phương pháp TTHỚ Trang 4 Danh mục các ký hiệu, viết tắt *® _m(x) là ma trận của nhiễu tải.
«+ Ø,(x) là ma trận hàm của biến đầu vào là điện áp phần ứng * g,(x) lả ma trận hàm của biển đầu vào là điện áp kích từ. ® x là véc lơ biển trạng thái kích thước [n x 1| * z là véc tơ biến đầu vào kích thước [mx 1] * y la véc tơ biên điều khiến đầu ra kich thuéc [mx 1] (x) la vée to him phi tuyển có kích thước [n x 1] Ss. (x) là ma trân hảm phi tuyển có kích thước [nx m] 8 eed h(x) 1a véc to ham phi tuyén có kích thước [mx 1] + J (x) lama tran lich kénh hé MIMO e P.O là các ma trận đối xứng xác định dương trong phương trình Lyapunov.B„,P„, là các hệ số của hàng đầu Liên ma trận P ® 1 lá véc tơ phép chuyển trục tọa độ kích cỡ |r x 1] *— £ lá véc tơ của hệ thống nội kích eỡ [ft-r) x 1] © z lả véc tơ chuyển trục tọa dộ có tỉnh thêm nhiễu tái kích cỗ |r x 1 | * 4 là hệ số trơng phương trinh Lyapunov œ® 1 là hàm động học nội. » SISO lahé théng một đầu vào, một đầu ra.
* MIMO 14 hé théng nhiều đầu vào, nhiều đầu ra. ® ĐCĐMC là động cư điện một chiều. « KTPL là kích từ độc lập ® _TTITCX 1á Luyến tính hóa chính xác Thiết kê điều Muẫn ĐCĐMC sử đụng phương pháp TTHỚ Trang 6 Danh mục các ký hiệu, viết tắt *® _m(x) là ma trận của nhiễu tải. «+ Ø,(x) là ma trận hàm của biến đầu vào là điện áp phần ứng * g,(x) lả ma trận hàm của biển đầu vào là điện áp kích từ.
® x là véc lơ biển trạng thái kích thước [n x 1| * z là véc tơ biến đầu vào kích thước [mx 1] * y la véc tơ biên điều khiến đầu ra kich thuéc [mx 1] (x) la vée to him phi tuyển có kích thước [n x 1] Ss. (x) là ma trân hảm phi tuyển có kích thước [nx m] 8 eed h(x) 1a véc to ham phi tuyén có kích thước [mx 1] + J (x) lama tran lich kénh hé MIMO e P.O là các ma trận đối xứng xác định dương trong phương trình Lyapunov.B„,P„, là các hệ số của hàng đầu Liên ma trận P ® 1 lá véc tơ phép chuyển trục tọa độ kích cỡ |r x 1] *— £ lá véc tơ của hệ thống nội kích eỡ [ft-r) x 1] © z lả véc tơ chuyển trục tọa dộ có tỉnh thêm nhiễu tái kích cỗ |r x 1 | * 4 là hệ số trơng phương trinh Lyapunov œ® 1 là hàm động học nội. » SISO lahé théng một đầu vào, một đầu ra. * MIMO 14 hé théng nhiều đầu vào, nhiều đầu ra.
® ĐCĐMC là động cư điện một chiều. « KTPL là kích từ độc lập ® _TTITCX 1á Luyến tính hóa chính xác Thiết kê điều Muẫn ĐCĐMC sử đụng phương pháp TTHỚ Trang 6 Danh mục các ký hiệu, viết tắt 3. Phương pháp tuyến tính hóa chính xác váoZra cho hệ MIMO: 28 3. Tuyển tính hóa chính xác vàora cho đông cơ điện một chiều kích từ đậc lập:.
Xác dinh phép chuyển trục tọa độ 31 3. Xác định khâu bu tuyén tính hóa mô hình động cơ:. Thiết kế bộ điều khiển Lốc độ động cơ: - 37 3. Thiết kế bộ điểu khiến từ thông động cơ:.
Thiết kế bộ điều khiển thích nghỉ với nhiễu tải 40 3. Thiết kể bộ quan sát mô men tải. XAY DUNG MO ITiNII M6 PIIONG TRONG SIMULINK 46 4. Thông số mô phỏng:.
Mô hình động cơ điện một chiêu kích từ độc lập: - 47 4. Mô hình khâu bù phân phi tuyến:. Mô hình các khâu tọa độ. Khâu Lọa độ trục X - 52 4.
Khâu tọa dộ trục 77 - - 54 4. Khâu tọa độ trục Z-. Mô hình bộ điều khiển thích nghỉ với nhiễu tải 55 4. Mô hình của khâu ước lượng nhiễu tải.
Mô hình khâu quan sát mô men tải - 60 4. Mô hình bộ điều khiển đặt điểm cực cho bộ điều khiển tốc đồ và bộ điều khiểntừ thông:. Sơ đồ khối mô phòng bộ diều khiển tốc độ vá từ thông bằng phương pháp pán điểm cực: 64 4. Sơ đồ khối mô phỏng bộ điều khiển MIMO thích nghĩ với nhiễu tải:65 Thiết kê điều Muẫn ĐCĐMC sử đụng phương pháp TTHỚ Trang 2 Danh mục các bằng DANIIMỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Mã tả Trang 1 Mảng 4.1 — Thông số động cơ 46 2 Bảng 4.2 Tham số của mô hình toán học mô tả động cư 46 Thiết kê điều Muẫn ĐCĐMC sử đụng phương pháp TTHỚ Trang 7 Danh mục các bằng DANIIMỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Mã tả Trang 1 Mảng 4.1 — Thông số động cơ 46 2 Bảng 4.2 Tham số của mô hình toán học mô tả động cư 46 Thiết kê điều Muẫn ĐCĐMC sử đụng phương pháp TTHỚ Trang 7 Danh mục các ký hiệu, viết tắt TDANIMỤC CÁC KÝ IIỆU, VIẾT TẮT * uy, là điện áp đặt vào phần ứng, « _¿„ là dòng điện của động cơ.
« - 7„ là điện cấm day quần phần ứng © = R, ladién tré dây quấn phần ứng. * e, lasitc dién déng cam img. © u, 1a dién ap kich tr. ® i, 1a dòng điện kích từ.
«®_ ¿„ là điện cảm dây quấn kích từ, « _ñ„ là điện trở dây quân kích từ. «+ _ ở, là từ thông của cuộn kích tử. e ala tắc độ của động cơ. ® 7, là mô men điện từ của động cơ.
® 7, là mô men tải của động cơ. ®- 7„„ là mô men tải én định của động cơ (cơi như là hằng số) © J 14mé men quản tính của dộng cơ © ø lả gia tốc của dộng cơ. » 7 là đạo hàm của gia tốc động cơ. ® đ=7, —T,„„Ìä nhiều của mô men tải * Ad=d ả là sai lệch của nhiễu và giá trị nhiễu ước lượng .C Cy Cy ls 5 lả cáo hệ số.
®— Ø là vị trí póc của động cơ. Thiết kê điều Muẫn ĐCĐMC sử đụng phương pháp TTHỚ Trang 4 Danh mục các ký hiệu, viết tắt *® _m(x) là ma trận của nhiễu tải. «+ Ø,(x) là ma trận hàm của biến đầu vào là điện áp phần ứng * g,(x) lả ma trận hàm của biển đầu vào là điện áp kích từ.