Tổng hợp bộ quan sát trạng thái Kalman cho hệ truyền động nhiều động cơ có liên hệ ma sát đàn hồi

Bài viết trình bày kết quả tổng hợp bộ quan sát Kalman cho hệ cơ điện nhiều động cơ có liên hệ ma sát, đàn hồi. Các kết quả được khảo sát đánh giá bằng mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink cho thấy bộ quan sát này đảm bảo được độ chính xác ước lượng các biến trạng thái trong điều kiện hệ thống chịu ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyến do cấu trúc phần cơ gây ra.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp bộ quan sát trạng thái Kalman cho hệ truyền động nhiều động cơ có liên hệ ma sát đàn hồi Nghiên cứu khoa học công nghệ TỔNG HỢP BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI KALMAN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ CÓ LIÊN HỆ MA SÁT ĐÀN HỒI Phạm Tuấn Thành1, Trần Xuân Tình1*, Nguyễn Hồng Việt1, Vũ Đức Tuấn2, Trần Xuân Kiên3 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả tổng hợp bộ quan sát Kalman cho hệ cơ điện nhiều động cơ có liên hệ ma sát, đàn hồi. Các kết quả được khảo sát đánh giá bằng mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink cho thấy bộ quan sát này đảm bảo được độ chính xác ước lượng các biến trạng thái trong điều kiện hệ thống chịu ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyến do cấu trúc phần cơ gây ra. Từ khóa: Nhiều động cơ, Bộ quan sát, Phản hồi trạng thái. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ cơ điện nhiều động cơ là hệ động lực học phi tuyến, chứa các liên hệ ma sát đàn hồi độ rơ cơ khí giữa các khớp; Các mối liên hệ này làm cho mô hình của đối tượng điều khiển chứa nhiều biến trạng thái. Để giám sát các biến trạng thái cần phải sử dụng một lượng lớn các cảm biến, điều này khiến hệ trở nên cồng kềnh, làm tăng giá thành sản phẩm. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để giám sát được các biến trạng thái. Bằng cách thiết kế bộ quan sát Kalman cho hệ cơ điện nhiều động cơ bài báo cho thấy có thể ước lượng tương đối chính xác các biến trạng thái mà không cần phải thực hiện nhiều phép đo phức tạp. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH CƠ HỆ Xét một mô hình hệ thống điện cơ hai khối lượng đàn hồi dạng 1 kết hợp dạng 2 [1], [3] như hình 1. Ở đây chỉ xét dao động đàn hồi trong liên kết hai chiều giữa động cơ và tải; Giữa hai tải của hai động cơ, các mối liên kết khác coi như cứng vững hoàn toàn. Hình 1. Mô hình cơ hệ đàn hồi hai động cơ. Trong đó: M1, M2, MT1, MT2 là mô men động cơ, tải; J1, J2, JT1, JT2 là mô men quán tính động cơ, tải; ω1, ω2, ωT1, ωT2 là tốc độ động cơ, tốc độ tải; Ks1, Ks2, bs1, bs2 là hệ số cứng, hệ số ma sát nhớt của khớp nối, K12, b12: Hệ số cứng, hệ số ma Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 48, 04 - 2017 61  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử sát nhớt của băng tải. Chỉ số 1, 2 tương ứng của hệ truyền động động cơ 1 và động cơ 2. Theo [2], [5], [10], ta có sơ đồ cấu trúc với khớp nối có đàn hồi và ma sát, cho động cơ 1 (động cơ 2 tương tự), như hình 2: -MT1 M1 1 1  Ks1 1 T 1 J1 s - s JT 1s - bs1 Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ đàn hồi hai khối lượng. Trên cơ sở hình 2, ta có phương trình hàm truyền tốc độ động cơ đối với mô men truyền động động cơ khi coi M T 1  0 theo [2], [5]:   T 1 ( s )  1 1   bs1 s  K s1   . .  J J  (1) M 1 ( s )  s J1  J T 1   1 T 1 2   J  J s  bs1 s  K s1   1 T1  Hàm truyền này gồm hai thành phần: phần thứ nhất biểu hiện kết nối cứng hoàn toàn giữa động cơ và tải, phần thứ hai biểu hiện kết nối đàn hồi giữa động cơ và tải. Để giảm ảnh hưởng của hiện tượng cộng hưởng dao động thì cần phải làm cho bs1 s  K s1 1 (2) J T 1 J1 2 s  bs1 s  K s1 J T 1  J1 Muốn vậy, có thể tăng hệ số cứng K s1 . Trên thực tế, các khớp nối từ động cơ đến tải có hệ số ma sát nhớt không đáng kể nên có thể bỏ qua ( bs1  0 ), khi đó, có phương trình toán học dưới dạng ma trận mô tả cơ hệ đàn hồi hai khối lượng được viết như sau:  1  0 0  J1  1  0   1     1   J1           0 0 1    T 1   0 M 1     1  M (3)  T1   J T 1      JT 1  T 1  M S 1    M S 1   0     K s1  K s1 0   0  ...