Thiết kế bộ điều khiển Passivity - Based để điều khiển hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc

Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu phương pháp điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based) để điều khiển hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ở các chế độ làm việc khác nhau. Căn cứ vào đặc điểm thụ động của đối tượng (động cơ) với mục tiêu làm cho toàn hệ thống cũng là một hệ thụ động. Những hệ thống sử dụng loại động cơ như vậy được mô tả bởi phương trình EulerLagrange, là cơ sở quan trọng để đi đến thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ điều khiển Passivity - Based để điều khiển hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sócTHIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PASSIVITY - BASED ĐỂ ĐIỀU KHIỂNHỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔ TO LỒNG SÓCĐặng Danh Hoằng1*, Phạm Ngọc Phú2Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên,2Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Vĩnh PhúcTÓM TẮTBài báo này trình bày kết quả nghiên cứu phương pháp điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity –Based) để điều khiển hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ở các chế độ làm việckhác nhau. Căn cứ vào đặc điểm thụ động của đối tượng (động cơ) với mục tiêu làm cho toàn hệ thống cũnglà một hệ thụ động. Những hệ thống sử dụng loại động cơ như vậy được mô tả bởi phương trình EulerLagrange, là cơ sở quan trọng để đi đến thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống.Việc khảo sát hệ thống truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có xét đến bản chất phituyến của động cơ bằng phương pháp điều khiển phi tuyến trên đem lại chất lượng động tốt như mong muốn.Từ khoá: điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động, Euler-Lagrange, pha cực tiểu, động cơ không đồngbộ rotor lồng sóc, cân bằng định lượngMỞ ĐẦUCác hệ truyền động sử dụng động cơ khôngđồng bộ rôto lồng sóc (ĐCKĐB-RTLS) làmột đối tượng có mô hình phi tuyến, đangđược sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp.Vì vậy chất lượng điều khiển là vấn đề đượcnhiều người quan tâm. Phương pháp điềukhiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity –Based) là phương pháp dựa trên hệ phươngtrình mô tả động học Euler - Lagrange, màtrong thực tế có rất nhiều đối tượng động họcđược mô tả bởi hệ này, trong đó có ĐCKĐBRTLS. Việc thiết kế bộ điều khiển này nhằmđưa ra một phương pháp thiết kế mới cho mộtsố hệ truyền động cụ thể trong thực tiễn (hệthống cân băng định lượng, cán thép...), khi cókể đến tính phi tuyến của đối tượng khác vớicác cách giải quyết bài toán trước đây là đốitượng được tuyến tính hoá. Với phương phápđiều khiển trên hệ thống sẽ có chất lượng làmviệc tốt, đáp ứng nhanh khi tải thay đổi.CƠ SỞ LÝ LUẬN PHƢƠNG PHÁP ĐIỀUKHIỂN PASSIVITY - BASEDHệ Euler-Lagrange thụ động là hệ mà độnghọc của chúng được mô tả bởi các phươngtrình Euler-Lagrange (EL) và bản thân hệthống không tự sinh ra năng lượng. Như vậykhi nhắc đến hệ Euler-Lagrange ta hiểu ngayrằng đó là hệ có bản chất thụ động.Điều khiển dựa trên thụ động (PassivityBased Control - PBC) là thuật toán điều khiểnmà nguyên lý của nó dựa trên đặc điểm thụđộng của đối tượng (hệ hở) với mục tiêu làmcho hệ kín cũng là một hệ thụ động với hàmlưu giữ năng lượng mong muốn.Xét một hệ động học có n bậc tự do, động họccủa hệ có thể được mô tả bởi phương trình ELsau [6]:d  L L  (x, x )   (x, x )  Q (1)dt  x xQVớiF(x )  B.u  Qnx(2)F ( x ) được gọi là hàm tiêu thụ Rayleigh,và thoả mãn:TxF)  0(xx(3)Xét một hệ được ký hiệu là  có hàm tổng lưugiữ năng lượng , vector tín hiệu điều khiển u,y là vector tín hiệu đầu ra và coi như hệ thốngkhông chịu tác động của nhiễu. Như vậy tốcđộ cung cấp năng lượng cho hệ thống sẽ làyTu. Hệ trên được gọi là thụ động nếu:T H(x(T ), x (T ))  H (x(0), x (0))Ty u0nang luong capnang luong luu giuThật vậy, từ (1),(2), (3) sau khi biến đổi được:Tel: 0974155446Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyênhttp://www.lrc-tnu.edu.vn| 84Đặng Danh Hoằng và csTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆTTF (x )TTH[T]H[0] + 0 x x dt  0 x Budt NL luu giuNL tieu hao73(11): 84 - 87(4)-mWisNL cung capT*)Từ (3) nên H [T]- H [0]   y T Budt ; ( y  x0suy ra hệ EL là hệ thụ động, và một tính chấtđặc biệt [6] khi phân tích hệ EL thành các hệEL con cũng như hệ kín (có bộ điều khiển)đều thoả mãn là thụ động. Đây là một trongnhững đặc điểm quan trọng khi thiết kế bộđiều khiển theo phương pháp PBC.PBCumHmmM-*HeBLQđặtTừ phương trình (4) ta có một số nhận xétsau:QĐ*. Nếu u = 0 thì năng lượng của hệ khôngtăng, vì vậy hệ sẽ ổn định tại trạng thái cânbằng “tầm thường”.Hình 2. Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băngđịnh lượng (phát triển từ [1])T*. Hệ sẽ vẫn ổn định nếu như đầu ra Bx bằngkhông, trong hệ tuyến tính thì hệ thống đượcgọi là pha cực tiểu (minimum phase), tức làhệ ổn định Lyapunov.ÁP DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂNPHI TUYẾN PASSIVITY - BASED ĐỂTHIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂNĐể áp dụng phương pháp điều khiển, ta xétmột số hệ truyền động như hệ thống cân băngđịnh lượng sử dụng động cơ không đồng bộ 3pha rôto lồng sóc. Để áp dụng phương pháp tatách ĐCKĐB - RTLS thành hai phần đó làđộng học phần điện và động học phần cơ(hình 1).usismMHmKLBL: Bộ lọc.Qđặt: là sản lượng đặt dây truyền cânbăng tính trên một đơn vị thời gian (Kg/s).KL: Đầu đo khối lượng trên một đơn vịđộ dài (Kg/m).TT: Khâu tính toánQĐ: Khâu quy đổi tốc độPBC: Bộ điều ...