Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu nâng cao chất lượng ổ từ kiểu lai - Vũ Đình Đạt, ĐH Bách Khoa Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ĐÌNH ĐẠT NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG Ổ TỪ KIỂU LAI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ ĐÌNH ĐẠT NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG Ổ TỪ KIỂU LAI Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Quang Địch 2. Nguyễn Huy Phương Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể hướng dẫn khoa học. Tài liệu tham khảo trong luận án được trích dẫn đầy đủ.

Các kết quả nghiên cứu của luận án là trung thực và chưa từng được các tác giả khác công bố. Hà Nội, ngày 22 tháng 02 năm 2022 Tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS. Nguyễn Quang Địch PGS. Nguyễn Huy Phương Vũ Đình Đạt 1 LỜI CẢM ƠN Trải qua một thời gian dài, khó khăn và nhiều thử thách tác giả cũng đã hoàn thành bản luận án của mình.

Trong suốt quá trình đó, tác giả đã luôn nhận được sự giúp đỡ hỗ trợ của các đơn vị chuyên môn, tập thể hướng dẫn, các nhà khoa học, gia đình và đồng nghiệp. Qua đây tác giả muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn PGS. Nguyễn Quang Địch, PGS. Nguyễn Huy Phương, những người đã định hướng, tận tình hướng dẫn chuyên môn và bổ sung kịp thời những kiến thức liên quan.

Xin chân thành cảm ơn các giảng viên, các nhà khoa học thuộc viện Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa, bộ môn Tự động hóa công nghiệp (viện Điện) trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, có những đóng góp chuyên môn quý báu và cung cấp tài liệu tham khảo để tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin cảm ơn Viện Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã hỗ trợ về thiết bị thí nghiệm, hướng dẫn vận hành để tác giả có thể hoàn thành một số quy trình thực nghiệm của luận án. Tác giả cũng xin cảm ơn tới Đảng ủy, Ban giám hiệu và các đồng nghiệp tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã đồng ý về chủ trương, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả sắp xếp thời gian vừa hoàn thành nhiệm vụ chuyên môn vừa hoàn thành luận án của mình. Đặc biệt tác giả muốn gửi lời cảm ơn tới vợ, hai con và toàn thể gia đình, bạn bè đã hết lòng ủng hộ, chia sẻ cả về tinh thần và vật chất để tác giả hoàn thành tốt nội dung nghiên cứu này.

Tác giả luận án 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. 2 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU. 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU. 11 DANH MỤC HÌNH VẼ.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN. BỐ CỤC VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN. TỔNG QUAN VỀ Ổ TỪ KIỂU LAI .1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ Ổ TỪ .1 Ổ từ bị động (PMB) .2 Ổ từ chủ động (AMB) .3 Ổ từ kiểu lai (HMB) .2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Ổ TỪ KIỂU LAI.1 Nghiên cứu về cấu trúc ổ từ kiểu lai .2 Nguyên cứu về các phương pháp điều khiển ổ từ kiểu lai .3 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU.

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỚI Ổ TỪ KIỂU LAI .1 Ổ TỪ KIỂU LAI KHÔNG CÓ KHE HỞ PHỤ.1 Cấu trúc ổ từ kiểu lai không có khe hở phụ .2 Phân tích mô hình bằng phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn .3 Phân tích so sánh kết quả .2 Ổ TỪ KIỂU LAI KHE HỞ PHỤ .1 Cấu trúc ổ từ kiểu lai khe hở phụ .2 Phương pháp tính toán mạch từ tương đương .3 Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn .4 Phân tích đánh giá kết quả .3 Ổ TỪ KIỂU LAI KHE PHÂN CÁCH .1 Cấu trúc ổ từ kiểu lai khe phân cách .2 Phương pháp tính toán mạch từ tương đương .3 Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn .4 So sánh ổ từ kiểu lai khe phân cách và ổ từ kiểu lai khe hở phụ .4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO Ổ TỪ KIỂU LAI KHE PHÂN CÁCH .1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC .1 Mô tả hệ thống ổ từ kiểu lai khe phân cách.2 Xây dựng mô hình toán học hệ thống ổ từ kiểu lai khe phân cách .2 XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH PHẢN HỒI TẬP TRUNG PD .1 Thiết kế hệ điều khiển PD .2 Mô phỏng đánh giá hệ điều khiển PD .3 XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN DỰA TRÊN BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT .1 Thiết kế hệ điều khiển trượt .2 Mô phỏng đánh giá hệ điều khiển trượt .4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM .2 CƠ CẤU CHẤP HÀNH CỦA HỆ THỐNG Ổ TỪ KIỂU LAI KHE PHÂN CÁCH .1 Stator của ổ từ kiểu lai khe phân cách .2 Rotor của ổ từ kiểu lai khe phân cách .3 PHẦN CỨNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN Ổ TỪ KIỂU LAI KHE PHÂN CÁCH .1 Mô tả phần cứng của hệ điều khiển ổ từ kiểu lai khe phân cách .2 Bộ biến đổi công suất .3 Cảm biến khoảng cách.4 Mô hình hoàn thiện hệ thống ổ từ kiểu lai khe phân cách.4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .1 Rotor ở trạng thái tĩnh không quay .2 Rotor ở trạng thái quay .3 Khi rotor thay đổi tải trọng và có tác động nhiễu lực bên ngoài .5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

104 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 114 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Danh mục các từ viết tắt STT Từ viết tắt Ý nghĩa tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt 1 AMB Active Magnetic Bearing Ổ từ chủ động 2 COM Center Of Mass Tâm khối 3 DOF Degrees Of Freedom Bậc tự do Equivalent Magnetic Circuit Phương pháp mạch từ tương 4 EMCM Method đương Phương pháp phần tử hữu 5 FEM Finite Element Method hạn 6 HMB Hybrid Magnetic Bearing Ổ từ kiểu lai Multiple-Input, Multiple- 7 MIMO Nhiều đầu vào nhiều đầu ra Output 8 PMB Passive Magnetic Bearing Ổ từ bị động 9 PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung 10 SISO Single-Input, Single-Output Một đầu vào một đầu ra 2.

Danh mục các ký hiệu STT Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa 1 B T Mật độ từ thông 2 H A/m Cường độ từ trường 3 Fpm A Sức từ động của nam châm 4 Rst 1/H Từ trở của gông thép stator trái phải 5 Rag 1/H Từ trở khe hở không khí giữa cực từ và rotor 5 6 Rrt 1/H Từ trở của rotor 7 Rt1 1/H Từ trở của mạch từ (trường hợp 1) 8 Rt2 1/H Từ trở của mạch từ (trường hợp 2) 9 Rsa 1/H Từ trở của khe hở phụ 10 1 Wb Từ thông của mạch từ (trường hợp 1) 11 2 Wb Từ thông của mạch từ (trường hợp 2) 12 F1 N Lực từ do nam châm vĩnh cửu sinh ra 13 F2 N Lực từ do cuộn dây điều khiển sinh ra 14 F N Tổng lực từ tác dụng lên rotor 15 0 H/m Độ từ thẩm của chân không 16 u Hệ số từ thẩm tương đối của nam châm 17 NI A Sức từ động cuộn dây điều khiển 18 N vòng Số vòng dây của cuộn dây điều khiển 19 Ag m Khoảng cách khe hở phụ ix 0 Dòng điện điều khiển tại vị trí rotor cân bằng 20 A chính giữa ix Lượng thay đổi dòng điện điều khiển khi rotor 21 A dịch chuyển một khoảng x 22 x m Khe hở không khí cực từ phía trên và rotor 23 x m Khe hở không khí cực từ phía dưới và rotor NI x Sức từ động cuộn dây điều khiển cực từ phía trên 24 A rotor Rai  Từ trở của khe hở không khí của cực từ và rotor 25 1/H (phần cực từ ở giữa chứa nam châm vĩnh cửu). Rai  Từ trở của khe hở không khí của cực từ và rotor 26 1/H (phần cực từ ở ngoài không nam châm vĩnh cửu).