Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu thiết kế hệ thống xác định vị trí động cơ tuyến tính trong hệ thống chuyển động thẳng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH CHÍNH XÁC VỊ TRÍ CỦA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG Mã số: ĐH2016 -TN02 – 04 Chủ nhiệm đề tài: TS. Cao Xuân Tuyển Thái Nguyên, 02/2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH CHÍNH XÁC VỊ TRÍ CỦA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH TRONG CÁC HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG Mã số: ĐH2016 -TN02 – 04 Xác nhận của tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài KT. HIỆU TRƢỞNG PHÓ HIỆU TRƢỞNG PGS. Vũ Ngọc Pi TS.

Cao Xuân Tuyển Thái Nguyên, 02/2019 i NHỮNG NGƢỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1. Vũ Quốc Đông - Khoa Quốc tế – Trƣờng ĐHKT Công nghiệp. Vũ Ngọc Kiên – Khoa Điện – Trƣờng ĐHKT Công nghiệp. Nguyễn Tiến Dũng – Khoa Điện – Trƣờng ĐHKT Công nghiệp.

Vũ Xuân Tùng – Khoa Điện – Trƣờng ĐHKT Công nghiệp. ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH 1.Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ cao 2.Trung tâm Thí nghiệm – Trƣờng ĐHKT Công nghiệp. ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ - BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xi THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU xiv MỞ ĐẦU 1 1.Tính khoa học và cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu của đề tài 2 3.

Đối tƣợng, phạm vi 2 4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu 2 CHƢƠNG 1. ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH VÀ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ 4 TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH 1. Lịch sử phát triển của động cơ tuyến t nh 4 1.

Cấu tạo và phân oại động cơ tuyến t nh 4 1. Nguyên à việc của động cơ tuyến t nh đồng bộ ba pha kích thích 8 vĩnh cửu dạng phẳng đơn 1. Nguyên tắc chung điều hiển chung độngcơ tuyến t nh a pha ch 9 th ch vĩnh cửu 1. Nguyên điều khiển vô hƣớng 10 1.

Nguyên điều khiển vector 10 CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG PHẦN CỨNG 11 2. Sơ đồ khối hệ thống 11 2. Phần cứng mạch động lực 11 2.

Lựa chọn thiết bị chuyển mạch 12 2. Lựa chọn loại IGBT 12 iii 2. Thực hiện bộ nghịch ƣu nguồn áp ba nhánh sử dụng modul công 15 suất thông minh chuyên dụng ASIPM loại FSBB30CH60C 2. Các đặc tính kỹ thuật của FSBB30CH60C 15 2.

Các chân vào và ra của FSBB30CH60C 15 2. Sơ đồ mạch bên trong của FSBB30CH60C 18 2. Sơ đồ ghép nối với CPU (DSP hay vi xử lý) 18 2. Lựa chọn thiết bị cho bộ chỉnh ƣu 19 2.

Phần cứng mạch điều khiển 20 2. Giới thiệu DSP TMS320F2812 20 2. Phần cứng của vi xử lý F2812 21 2. Sơ đồ chức năng của vi xử lý TMS320F2812 22 2.

Khối nguồn ạch điều hiển 32 2. Mạch tạo dao động 33 2. Mạch ghép nối ộ nhớ ộ nhớ RAM IS61LV 25616AL, 256Kx16 33 bit 2. Mạch ghép nối ộ nhớ ộ nhớ FLASH SST39VF800, 512Kx16 it 34 2.

Mạch DSP JTAG 35 2. Sơ đồ chân của DSP trên Board điều hiển 36 2. Ghép nối TMS320 F2812 với module công suất thông minh 37 FSBB30CH60C 2. Một số hình ảnh về phần cứng 38 CHƢƠNG 3.

THIẾT KẾ PHẦN MỀM 42 3. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện cho động cơ tuyến tính ba pha kiểu 42 đồng bộ iv 3. Mô hình toán học động cơ tuyến t nh a pha ch th ch vĩnh cửu 42 3.2 Thiết ế ộ điều hiển dòng điện theo phƣơng pháp Backsteping cho 42 động cơ tuyến tính 3. Tổng hợp bộ điều chỉnh thành phần ird trên miền liên tục 44 3.

Tổng hợp bộ điều chỉnh thành phần irq trên miền liên tục 45 3. Tính ổn định của hệ có bộ điều chỉnh dòng Backstepping 47 3. Số hoá bộ điều chỉnh dòng Bac stepping cơ ản 47 3. Khắc phục sai lệch tĩnh 48 3.

Đƣa thành phần tích phân vào thuật toán ac stepping cơ ản để 49 khử sai lệch tĩnh 3. Thiết kế bộ điều khiển vận tốc 56 3. Thiết kế bộ điều khiển PID mờ cho mạch vòng điều chỉnh vị trí 57 3. Xác định các biến ngôn ngữ vào và ra 57 3.

Xác định dạng các hàm liên thuộc và các giá trị của biến ngôn ngữ 58 3. Xây dựng các luật điều khiển “ nếu. Chọn luật hợp thành và giải mờ 60 3. Xây dựng sơ đồ Matlab/Simulink tạo code nạp vào DSP TMS320F2812 60 3.

Sơ đồ Matlab/Simulink tạo code nạp vào DSP TMS320F2812 toàn bộ hệ 60 thống 3. Khâu điều chế vector không gian 60 3. Khối tạo ết nối MatLa /Si u in với phần ề tạo code và nạp 62 code cho TMS320F2812 3. Khối tạo xung đƣa vào các cực điều khiển của các IGBT sử dụng 63 TMS320F2812 3.

Sơ đồ simulink mạch hã động năng 66 v 3. Sơ đồ simulink bộ điều khiển dòng điện 66 3. Sơ đồ simulink bộ điều khiển vận tốc 67 3. Sơ đồ simulink bộ điều khiển vị trí 68 3.

Khâu chuyển hệ toạ độ từ (d,q) sang (a,b) 68 3. Khâu chuyển hệ toạ độ từ (a,b,c) sang (a,b) 70 3. Khâu chuyển hệ toạ độ từ (a,b) sang (d,q) 70 3. Khâu đọc vận tốc từ sensor của TMS320F2812 72 3.

Khâu đọc dòng điện ba pha từ sensor dòng điện, đọc giá trị đặt của 73 vị tr và đọc giá trị điện áp một chiều trung gian của TMS320F2812 (khâu ADC) 3. Lập trình DSPTMS320F2812 từ Matlab/Simulink và CCS 74 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ 81 KIẾN NGHỊ 4. Kết quả thử nghiệm 81 4.

Thử nghiệm ở tốc độ cao 81 4. Thử nghiệm ở tốc độ thấp 82 4. Thử nghiệm với quỹ đạo đặt s*=0,2t 83 4. Thử nghiệm với quỹ đạo đặt là hình sin x=0,6sin3t 85 4.

Đánh giá, ết luận và kiến nghị 86 4. Đánh giá hă năng à việc của hệ thống 86 4. Kiến nghị 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 PHỤ LỤC 93 vi DANH MỤC HÌNH VẼ - BẢNG BIỂU Hình 1. Nguyên chuyển đổi từ động cơ quay sang động cơ tuyến t nh 5 Hình 1.

Phân oại động cơ tuyến t nh 5 Hình 1. Động cơ tuyến t nh c stator dạng răng ƣợc 6 Hình 1. Động cơ tuyến t nh c stator dài 6 Hình 1. Động cơ tuyến t nh c stator ngắn 6 Hình 1.

Động cơ tuyến t nh 1 trục 7 Hình 1. Động cơ tuyến t nh 2 trục 7 Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống 11 Hình 2. Sơ đồ cấu trúc phần cứng mạch lực cho động cơ tuyến t nh đồng 11 bộ ba pha ch th ch vĩnh cửu Hình 2.

Sơ đồ khối IPM thông thƣờng 13 Hình 2. Sơ đồ khối ASIPM 14 Hình 2. Sơ đồ chân của FSBB30CH60C 16 Hình 2. Sơ đồ mạch bên trong của FSBB30CH60C 18 Hình 2.

Sơ đồ ghép nối FSBB30CH60C với CPU (DSP hay Vi xử lý) 19 Hình 2. IC chỉnh ƣu cầu một pha tích hợp: KBPC 2504 20 Hình 2. DSP TMS320F2812 21 Hình 2. Sơ đồ 176 chân của vi xử lý TMS320F2812 22 Hình 2.

Sơ đồ cấu trúc của vi xử lý TMS320F2812 23 Hình 2. Khối nguồn ạch điều hiển 32 Hình 2. Mạch Reset 32 Hình 2. Mạch tạo dao động 33 vii Hình 2.

Mạch ghép nối ộ nhớ ộ nhớ RAM IS61LV 25616AL, 34 256Kx16 bit Hình 2. Mạch ghép nối ộ nhớ ộ nhớ FLASH SST39VF800, 35 512Kx16bit Hình 2. Mạch DSP JTAG 36 Hình 2. Sơ đồ chân của DSP trên Board điều hiển 37 Hình 2.

Sơ đồ mạch Ghép nối TMS320 F2812 với module công suất 37 thông minh FSBB30CH60C Hình 2. Board mạch lực hệ thống 38 Hình 2. Board mạch giao tiếp điều khiển hệ thống 39 Hình 2. Hệ thống xác định chính xác vị trí của động cơ tuyến tính trong 40 các hệ thống chuyển động thẳng Hình 2.

Kết nối hệ thống với PLC và máy tính PC 41 Hình 3. Cấu trúc điều hiển ĐCTT oại ĐB - KTVC 3 pha sử dụng 43 phƣơng pháp Bac stepping Hình 3. Sơ đồ ộ điều chỉnh dòng Bac stepping 46 Hình 3. Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng điện irq 57 Hình 3.

Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh vận tốc và mạch vòng điều 57 khiển vị trísử dụng bộ điều khiển PID mờ FLC Hình 3. Cấu trúc bộ điều khiển vị trí kiểu PID mờ 58 Hình 3. Dạng các hàm liên thuộc và giá trị các biến ngôn ngữ vào 58 SLVT(ΔS) Hình 3. Dạng các hàm liên thuộc và giá trị các biến ngôn ngữ vào 59 VT(∆e) Hình 3.

Dạng các hàm liên thuộc và giá trị các biến ngôn ngữ ra v* 59 viii Hình 3. Sơ đồ Matlab/Simulink hệ thống 60 Hình 3. Xung đƣợc tạo ra khi so sánh giá trị trong các thanh ghi so sánh 61 và thanh ghi GPtimer Hình 3. Mẫu xung điều chế và sơ đồ định nghĩa thời gian đ ng ngắt 61 van Hình 3.

Sơ đồ Simulink mô phỏng hâu ĐCVTKG (“SVPWM”) 3. Khối tạo ết nối MatLa /Si u in với phần ề tạo code và 63 nạp code cho TMS320F2812 Hình 3. Biểu tƣợng của khối PWM trong MatLab/Simulink 63 Hình 3. Tab Timer của khối PWM 64 Hình 3.

Tab Outputs của khối PWM 64 Hình 3. Tab Logic của khối PWM 65 Hình 3. Tab Deadband của khối PWM 65 Hình 3. Sơ đồ simulink mạch hã động năng 66 Hình 3.

Sơ đồ simulink bộ điều khiển dòng điện 67 Hình 3. Sơ đồ simulink bộ điều khiển vận tốc 67 Hình 3. Sơ đồ simulink bộ điều khiển vị trí 68 Hình 3. Biểu tƣợng khâu chuyển hệ toạ độ từ (d,q) sang (a,b) 68 Hình 3.

Cấu trúc khâu chuyển hệ toạ độ từ (d,q) sang (a,b) 69 Hình 3. Hàm Fcn trong khâu chuyển hệ toạ độ từ (d,q) sang (a,b) 69 Hình 3. Hàm Fcn1 trong khâu chuyển hệ toạ độ từ (d,q) sang (a,b) 70 Hình 3. Khâu chuyển hệ toạ độ từ (a,b,c) sang (a,b) 70 Hình 3.

Biểu tƣợng khâu chuyển hệ toạ độ từ (a,b,c) sang (a,b) 70 Hình 3. Biểu tƣợng khâu chuyển hệ toạ độ từ (a,b) sang (d,q) 71 ix Hình 3. Khâu chuyển hệ toạ độ từ (a,b) sang (d,q) 71 Hình 3.Hàm Fcn của khâu chuyển hệ toạ độ từ (a,b) sang (d,q) 71 Hình 3. Hàm Fcn1 của khâu chuyển hệ toạ độ từ (a,b) sang (d,q) 72 Hình 3.

Khâu đọc vận tốc từ sensor của TMS320F2812 72 Hình 3. Thiết lập các tham số của Tab ADC Control 73 Hình 3.Thiết lập các tham số của Tab Input Channels của ADC 73 Control Hình 3. Hộp thoại XMakefile User Configuration 74 Hình 3. Tạo mô File Mô hình bằng lệch: File/new/Model 74 Hình 3.

thiết lập cấu hình cho khối Target Preferences 75 Hình 3. Sơ đồ Matlab/Simulink tạo code nạp vào DSP TMS320F2812 75 Hình 3.