Luận án thiết kế hệ điều khiển ổ từ dọc trục, xét ảnh hưởng dòng xoáy - Lê Ngọc Hội, ĐHBKHN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NGỌC HỘI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN Ổ TỪ DỌC TRỤC CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG DÒNG XOÁY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ NGỌC HỘI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN Ổ TỪ DỌC TRỤC CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG DÒNG XOÁY 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 Tùng Lâm Hà Nội - 2024 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 và các nhà 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 tháng năm 2024 Tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS. Nguyễn Quang Địch PGS. Nguyễn Tùng Lâm Lê Ngoc Hội i LỜI CẢM ƠN Trải qua một thời gian dài, với rất nhiều khó khăn và thử thách nghiên cứu sinh 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 những lời cảm ơn sâu sắc đến những người thầy, người giáo viên hướng dẫn của tôi là PGS. Nguyễn Quang Địch và PGS. Nguyễn Tùng Lâm, những người đã định hướng, tận tình hướng dẫn về chuyên môn và bổ sung kịp thời những kiến thức liên quan.

Xin chân thành cảm ơn tới các thầy thuộc Viện Kĩ thuật điều khiển & tự động hóa (Viện Công nghệ điều khiển & tự động hóa) và khoa Tự động hóa đã cho nghiên cứu sinh rất nhiều những góp ý trong các buổi báo cáo chuyên môn định kì của Viện và các Ban của Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận án. Tác giả cũng xin cảm ơn tới Đảng ủy, Ban giám hiệu - Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh đã đồng ý về chủ trương, tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh đi học; cảm ơn tới Ban chủ nhiệm Khoa, các anh chị đồng nghiệp Khoa Công Nghệ Điện đã hỗ trợ để nghiên cứu sinh sắp xếp được thời gian, vừa hoàn thành nhiệm vụ chuyên môn vừa nghiên cứu luận án. Đặc biệt tác giả muốn gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè và đặc biệt là vợ con đã hết lòng ủng hộ, ở bên cạnh để nghiên cứu sinh hoàn thành nội dung nghiên cứu này. Lê Ngọc Hội ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .v DANH MỤC BẢNG BIỂU. xii DANH MỤC HÌNH VẼ. xiii MỞ ĐẦU. 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. 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ Ổ TỪ DỌC TRỤC. Khái niệm chung về ổ từ.

Vài nét về lịch sử phát triển ổ đỡ từ .2 Phân loại ổ đỡ từ. Nghiên cứu tổng quan về ổ từ dọc trục .1 Khái quát về ổ từ dọc trục .2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ổ từ dọc trục. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế .1 Nghiên cứu phát triển cấu trúc và mô hình toán học ổ từ dọc trục .2 Các phương điều khiển. Định hướng nghiên cứu của luận án.

Chọn cấu hình ổ từ dọc trục. Xây dựng mô hình toán học và thiết kế điều khiển ổ từ dọc trục. Kết luận chương 1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA Ổ TỪ CÓ ẢNH HƯỞNG DÒNG XOÁY.

Xây dựng mô hình toán học ổ từ có ảnh hưởng dòng xoáy gồm một cặp cực từ hình E .1 Mô hình toán học một cực từ hình E có ảnh hưởng dòng xoáy .2 Mô hình toán học ổ từ hình E có ảnh hưởng dòng xoáy 1 cặp cực từ:35 2. Xây dựng mô hình toán học ổ từ dọc trục có ảnh hưởng dòng xoáy gồm 3 cặp cực từ. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO Ổ TỪ DỌC TRỤC CÓ ẢNH HƯỞNG DÒNG XOÁY. Cơ sở Toán học về phép đạo hàm bậc phân số.

Thiết kế bộ điều khiển PD cho ổ từ dọc trục có ảnh hưởng dòng xoáy .1 Thiết kế bộ điều khiển PD cho ổ từ một cặp cực từ.2 Thiết kế bộ điều khiển PD cho ổ từ gồm 3 cặp cực. Thiết kế bộ điều khiển Backstepping .1 Thiết kế điều khiển Backstepping cho đối tượng đạo hàm bậc phân số .2 Kỹ thuật điều khiển Backstepping cho ổ từ dọc trục có ảnh hưởng dòng xoáy. Kết luận chương 3. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC HỆ ĐIỀU KHIỂN Ổ TỪ DỌC TRỤC CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG DÒNG XOÁY.

Thiết kế bộ điều khiển trượt .1 Thiết kế điều khiển trượt cho đối tượng đạo hàm bậc phân số .2 Thiết kế điều khiển trượt cho ổ từ dọc trục có ảnh hưởng dòng xoáy 78 4. Thiết kế bộ điều khiển trượt kết hợp bộ quan sát trạng thái mở rộng bậc phân số (FO ESO).1 Bộ quan sát trạng thái mở rộng FO ESO .2 Bộ quan sát trạng thái mở rộng bậc phân số cho ổ từ dọc trục có ảnh hưởng dòng xoáy. Kết luận chương 4. XÂY DỰNG HỆ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.

Mô tả cấu hình thí nghiệm. Phần cứng của hệ điều khiển ổ từ dọc trục có ảnh hưởng dòng xoáy .1 Mô tả phần cứng của hệ điều khiển ổ từ dọc trục có ảnh hưởng dòng xoáy.2 Mạch vòng điều khiển dòng điện của bộ biến đổi công suất .3 Cảm biến khoảng cách. Trình tự thực hiện thí nghiệm:. Xây dựng giao diện thí nghiệm:.

Thí nghiệm và lấy kết quả của giai đoạn nâng tĩnh. Kết luận chương 5. 120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 121 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.

122 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 129 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Danh mục các từ viết tắt STT Từ viết Ý nghĩa tiếng anh Ý nghĩa tiếng việt tắt 1 PID Proportional Integral Điều khiển tỷ lệ, vi phân, Derivative tích phân 2 PD Proportional Derivative Điều khiển tỷ lệ, tích phân 3 FO PID Fractional Order Proportional Điều khiển tỷ lệ, vi phân, Integral Derivative tích phân bậc phân số 4 SMC Sliding mode control Điều khiển Trượt 5 BSC Backstepping Điều khiển Backstepping 6 FO ESO Fractional order extended state Bộ quan sát trạng thái mở observer rộng bậc phân số 7 AMB Active magnetic bearing Ổ từ chủ động 8 PMB Passive Magnetic Bearing Ổ từ thụ động 9 HMB Hybrid Magnetic Bearing Ổ từ kiểu lai 10 FBL Feedback Linearization Phản hồi tuyến tính 11 ADRC Active Disturbance Rejection Điều khiển loại bỏ nhiễu Controller chủ động 12 BBĐ Bộ biến đổi 13 DC Direct Current Dòng điện một chiều 14 AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều 15 PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung 16 MMF Magnemotive Force Sức từ động 17 FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn v 18 BIBO Bounded-input bounded-output Giới hạn đầu vào giới hạn đầu ra 19 DSP Digital Signal Proccessing Xử lý tín hiệu số 20 BĐ Biến đổi 2. Danh mục các ký hiệu STT Ký Hiệu Đơn vị Ý Nghĩa 01 ip , i A Dòng điện điều khiển trên miền thời gian, có giá trị thay đổi theo thời gian.

02 io A Dòng điện một chiều cố định (dòng tiền từ hóa). 03 I p s, A Dòng điện điều khiển trên miền tần số, có giá trị thay I s đổi theo tần số.