Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu đáp ứng động học và điều khiển động cơ một chiều không chổi than sử dụng giải thuật PI/PID

• Tác giả: Trần Công Toán
• Người hướng dẫn: Trương Nguyễn Luân Vũ
• Trường học: Cao đẳng Cao Thắng
• Chuyên ngành: Điều khiển động cơ
• Đề tài: Nghiên cứu điều khiển động cơ một chiều không chổi than bằng giải thuật PI/PID
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2.1. Sơ lược BLDC
• 1.2.2. Tình hình nghiên cứu BLDC trên thế giới
• 1.3. Tính cấp thiết đề tài
• 1.4. Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Nghiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài
• 1.6. Nội dung nghiên cứu trong đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
• 2.1. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động
• 2.2. Truyền động điện
• 2.3. Đặc tính cơ, điện
• 2.4. Suất phản điện động
• 2.5. Phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện tử
• 2.6. Mô hình toán học BLDC
• 2.7. Bộ điều khiển PID và PID ghép tầng
• 2.7.1. Bộ điều khiển PID
• 2.7.2. PID ghép tầng
• 2.8. Phương pháp hiệu chỉnh tham số PID và IMC-PID
• 2.8.1. Các phương pháp hiệu chỉnh tham số PID
• 2.8.2. Phương pháp IMC-PID
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN, MÔ PHỎNG MATLAB SIMULINK
• 3.1. Nhận dạng tham số mô hình
• 3.2. Thiết kế bộ điều khiển ghép tầng ba vòng
• 3.3. Thiết kế PI/PID vòng điều khiển dòng điện
• 3.4. Thiết kế IMC-PI/PID vòng điều khiển tốc độ
• 3.5. Nghiên cứu thêm bộ sớm trễ pha nối tiếp IMC-PID
• 3.6. Luật điều khiển mô hình bậc một
• 3.7. Luật điều khiển mô hình bậc hai
• 3.8. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
• 3.9. Thiết kế bộ điều khiển tốc độ
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 4.1. Giới thiệu mô hình thực nghiệm
• 4.2. Cấu trúc mô hình thực nghiệm
• 4.3. Các thiết bị thực nghiệm
• 4.4. Kết quả thực nghiệm
• 4.5. Đánh giá, so sánh
• KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng quan về nghiên cứu điều khiển động cơ một chiều không chổi than

Nghiên cứu điều khiển động cơ một chiều không chổi than (BLDC) đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ điện tử. Động cơ BLDC có nhiều ưu điểm vượt trội so với động cơ DC truyền thống, bao gồm hiệu suất cao, độ bền và khả năng điều khiển chính xác. Việc áp dụng các giải thuật điều khiển như PI và PID giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ, từ đó nâng cao hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp và dân dụng.

1.1. Đặc điểm và cấu tạo của động cơ một chiều không chổi than

Động cơ BLDC có cấu tạo đơn giản với các thành phần chính như stato, rôto và bộ điều khiển. Sự khác biệt lớn nhất giữa động cơ BLDC và động cơ DC truyền thống là việc loại bỏ chổi than, giúp giảm thiểu ma sát và hao mòn. Điều này không chỉ nâng cao độ tin cậy mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng động cơ BLDC trong công nghiệp

Động cơ BLDC mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp, bao gồm hiệu suất cao hơn, tiết kiệm năng lượng và khả năng điều khiển tốc độ chính xác. Những ưu điểm này giúp động cơ BLDC trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác và hiệu suất cao.

II. Thách thức trong điều khiển động cơ một chiều không chổi than

Mặc dù động cơ BLDC có nhiều ưu điểm, nhưng việc điều khiển chúng cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như độ ổn định của hệ thống, độ chính xác trong điều khiển tốc độ và mô men xoắn là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc áp dụng các giải thuật điều khiển như PI và PID có thể giúp giải quyết những vấn đề này, nhưng cũng cần phải điều chỉnh tham số một cách hợp lý để đạt được hiệu quả tối ưu.

2.1. Vấn đề ổn định trong hệ thống điều khiển

Độ ổn định của hệ thống điều khiển động cơ BLDC là một yếu tố quan trọng. Nếu không được điều chỉnh đúng cách, hệ thống có thể gặp phải hiện tượng dao động hoặc không ổn định, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động.

2.2. Độ chính xác trong điều khiển tốc độ và mô men

Để đạt được độ chính xác cao trong điều khiển tốc độ và mô men, cần phải sử dụng các cảm biến và bộ điều khiển chất lượng cao. Việc lựa chọn giải thuật điều khiển phù hợp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ chính xác.

III. Phương pháp điều khiển động cơ một chiều không chổi than bằng giải thuật PI PID

Giải thuật PI và PID là hai phương pháp phổ biến trong điều khiển động cơ BLDC. Chúng giúp cải thiện độ ổn định và độ chính xác của hệ thống điều khiển. Việc áp dụng các giải thuật này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn giảm thiểu sai số trong quá trình điều khiển.

3.1. Nguyên lý hoạt động của giải thuật PI

Giải thuật PI (Proportional-Integral) hoạt động dựa trên nguyên lý điều chỉnh sai số giữa giá trị thực tế và giá trị mong muốn. Phương pháp này giúp loại bỏ sai số tĩnh và cải thiện độ ổn định của hệ thống.

3.2. Nguyên lý hoạt động của giải thuật PID

Giải thuật PID (Proportional-Integral-Derivative) mở rộng từ giải thuật PI bằng cách thêm thành phần đạo hàm. Điều này giúp cải thiện khả năng phản ứng của hệ thống, giảm thiểu độ trễ và tăng cường độ chính xác trong điều khiển.

IV. Ứng dụng thực tiễn của động cơ một chiều không chổi than

Động cơ BLDC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp chế tạo máy đến các thiết bị tiêu dùng. Việc sử dụng động cơ BLDC trong các ứng dụng như xe điện, robot và thiết bị y tế cho thấy tính linh hoạt và hiệu quả của loại động cơ này. Các nghiên cứu gần đây cũng chỉ ra rằng động cơ BLDC có thể cải thiện hiệu suất năng lượng trong các hệ thống truyền động.

4.1. Ứng dụng trong xe điện

Động cơ BLDC là lựa chọn lý tưởng cho xe điện nhờ vào hiệu suất cao và khả năng tiết kiệm năng lượng. Việc sử dụng động cơ này giúp tăng cường hiệu suất hoạt động và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4.2. Ứng dụng trong robot và thiết bị tự động

Trong lĩnh vực robot, động cơ BLDC cho phép điều khiển chính xác và linh hoạt, giúp nâng cao hiệu suất làm việc. Các thiết bị tự động cũng được hưởng lợi từ khả năng điều khiển tốc độ và mô men của động cơ này.

V. Kết luận và hướng phát triển trong nghiên cứu điều khiển động cơ một chiều không chổi than

Nghiên cứu điều khiển động cơ một chiều không chổi than bằng giải thuật PI/PID đang mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực cơ điện tử. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, việc tối ưu hóa các phương pháp điều khiển sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của động cơ BLDC. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và học máy để cải thiện khả năng điều khiển.

5.1. Tương lai của động cơ một chiều không chổi than

Động cơ BLDC sẽ tiếp tục phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Sự cải tiến trong công nghệ chế tạo và điều khiển sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của loại động cơ này.

5.2. Nghiên cứu và phát triển công nghệ điều khiển mới

Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ điều khiển mới, bao gồm trí tuệ nhân tạo và học máy, sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc tối ưu hóa hiệu suất của động cơ BLDC. Những công nghệ này có thể giúp cải thiện khả năng điều khiển và giảm thiểu sai số trong quá trình hoạt động.