Nâng cao chất lượng hệ truyền động bám góc sử dụng động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu công suất nhỏ bằng phương pháp điều khiển thích nghi modal kết hợp với bù các đặc tính tĩnh

Bài báo trình bày phương pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động bám góc sử dụng động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu (PMSM) công suất nhỏ ứng dụng cho một lớp các đối tượng bao gồm: truyền động khớp robot, trên các thiết bị di động, những thiết bị công nghiệp và quân sự mà ở đó đòi hỏi hệ thống phải có cấu trúc đơn giản, tiết kiệm năng lượng trên cơ sở áp dụng phương pháp điều khiển thích nghi modal kết hợp với bù các đặc tính tĩnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao chất lượng hệ truyền động bám góc sử dụng động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu công suất nhỏ bằng phương pháp điều khiển thích nghi modal kết hợp với bù các đặc tính tĩnh Kỹ thuật điều khiển & Điện tử NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM GÓC SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU CÔNG SUẤT NHỎ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI MODAL KẾT HỢP VỚI BÙ CÁC ĐẶC TÍNH TĨNH Vũ Hữu Thích1*, Phạm Tuấn Thành2, Trần Văn Cấp3 Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp nâng cao chất lượng hệ truyền động bám góc sử dụng động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu (PMSM) công suất nhỏ ứng dụng cho một lớp các đối tượng bao gồm: truyền động khớp robot, trên các thiết bị di động, những thiết bị công nghiệp và quân sự mà ở đó đòi hỏi hệ thống phải có cấu trúc đơn giản, tiết kiệm năng lượng trên cơ sở áp dụng phương pháp điều khiển thích nghi modal kết hợp với bù các đặc tính tĩnh. Các kết quả kiểm nghiệm bằng mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink cho thấy áp dụng phương pháp này đảm bảo được độ chính xác bám trong điều kiện hệ thống chịu ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyến. Từ khóa: Hệ truyền động điện bám, Bù đặc tính tĩnh, Điều khiển thích nghi modal. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Chất lượng của một hệ truyền động bám góc (HTĐBG) phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn cơ cấu chấp hành và các giải pháp điều khiển. Song song với hai loại động cơ thường được sử dụng rộng rãi trong các HTĐBG công suất nhỏ là động cơ một chiều có cổ góp và động cơ không đồng bộ 2 pha, việc lựa chọn các bộ cơ - điện tử với khối cơ điện là động cơ PMSM làm phần tử chấp hành cho các hệ thống truyền động điện hiện đại là một xu hướng mới hiện nay. Chúng thừa hưởng được các ưu điểm của cả hai loại động cơ có cổ góp và không có cổ góp [6], [7]. Trong các HTĐBG, PMSM được điều khiển bằng nhiều phương pháp khác nhau như: điều khiển rời rạc [7], điều khiển liên tục [11], điều khiển tần số dòng điện [2], [8] điều khiển véc tơ (ĐKVT) [2], [9]. Trong số các phương pháp kể trên, ĐKVT cho chất lượng tốt hơn cả [9]. Tuy nhiên, khi áp dụng cho các hệ thống công suất nhỏ thì ĐKVT tỏ ra ít phù hợp do cấu trúc phức tạp, vi điều khiển phải tính toán với khối lượng lớn. Vì thế, trong các hệ công suất nhỏ thường áp dụng phương pháp điều khiển bù các đặc tính tĩnh (BĐTT). Nội dung cơ bản của phương pháp là: điện áp ud thay vì được tạo ra từ bộ điều chỉnh dòng điện Rid như trong ĐKVT, ở đây được tạo ra bằng cách tính toán gián tiếp từ điện áp uq và tham số nào đó của động cơ tùy thuộc vào mỗi thuật toán tính toán khác nhau. Về chất lượng, điều khiển BĐTT có thể so sánh được với ĐKVT kinh điển nhưng cấu trúc hệ thống lại đơn giản hơn nhiều [1]. Một vấn đề khác mà bài báo đề cập là: các hệ truyền động bám góc công suất nhỏ luôn đi kèm hộp số và có cấu trúc phần cơ tương đối phức tạp. Do có tính phi tuyến mạnh (khe hở bánh răng, hệ số đàn hồi, mô men ma sát) đã làm tăng đáng kể sai số bám. Phân tích các nghiên cứu đã công bố cho thấy, để khắc phục vấn đề nêu trên mà vẫn đảm bảo tính đơn giản trong cấu trúc điều khiển cho các hệ công suất nhỏ, giải pháp thích hợp hơn cả là sử dụng phương pháp điều khiển thích nghi modal. Theo [6] điều khiển thích nghi các hệ thống điện cơ tốt nhất nên tổ chức ở vòng tốc độ vì ở đây tập trung chủ yếu các nguồn nhiễu gây ra sai số bám. Sau đó, việc tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí được thực hiện bằng các phương pháp hàm chuẩn để đạt được độ chính xác điều khiển theo yêu cầu cho toàn hệ thống. 34 V. H. Thích, P. T. Thành, T.V.Cấp “Nâng cao chất lượng… các đặc tính tĩnh.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 2. THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BÙ ĐẶC TÍNH TĨNH Thuật toán điều khiển BĐTT được xây dựng từ hệ phương trình mô tả động cơ PMSM đã được sử dụng trong tài liệu [3]: (để cho đơn giản trong cách viết, ta bỏ kí hiệu gạch dưới các đại lượng véc tơ)  du   Ty dt  u   k y  u d cos(    0 )  u q sin(    0 )  ; (a)   T du   u  k  u sin (    )  u cos (    )  ; (b)  y dt  y  d 0 q 0   (1)  T di   i   1  u   C e  sin   ; (c)  dt R   di 1  T dt  i   R  u   C e  cos   ;  (d)   M  C  i cos   i sin   ; (e) m     d  J1  M  M c; (f)  dt  u s  u   ju   u m e j t ; u m  u d  ju q  (2) j t  i s  i   ji   i m e ; i m  i d  ji q trong đó: u d , u q , u  , u  , i  , i  tương ứng là hình chiếu của véc tơ điện áp stato u s và dòng điện stato i s trên các trục của hệ tọa độ dq và hệ tọa độ αβ; u m và im là biên độ phức véc tơ điện áp và dòng điện stato ở hệ toạ độ dq; ky là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại công suất;  là vị trí góc của rô to động cơ; 0 là góc ban đầu gán cho cảm biến vị trí rô to; Ce và Cm là hệ sức phản điện động và hệ số mô men của động cơ, T và T y tương ứng là hằng số thời gian điện từ và điện tử của động cơ; J1 là mô men quán tính; M là mô men động cơ; Mc là mô men cản; R là điện trở pha;  là tốc độ góc của động cơ. Lần lượt kết hợp (1a), (1b) và (1c), (1d) với (2) ta được biểu thức tính dòng điện im, từ đó viết tách ra thành phần dòng điện theo trục d và áp đặt điều kiện i d  0 cho biểu thức này ta tìm được luật điều khiển BĐTT như sau: ...