Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hệ điều khiển cho hệ thống truyền động điện nhiều động cơ liên kết đàn hồi bằng phương pháp nội suy thực - Học viện Kỹ thuật Quân sự, 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ĐÀO SỸ LUẬT NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NHIỀU ĐỘNG CƠ LIÊN KẾT ĐÀN HỒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY THỰC. LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ĐÀO SỸ LUẬT NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NHIỀU ĐỘNG CƠ LIÊN KẾT ĐÀN HỒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY THỰC. Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển vàTự động hóa Mã số : 9.16 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: 1. Nguyễn Phú Đăng 2.

Phạm Văn Thuận HÀ NỘI - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Phú Đăng, TS. Phạm Văn Thuận cùng với các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.

Tác giả Đào Sỹ Luật ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Phú Đăng, người hướng dẫn khoa học thứ nhất và TS. Phạm Văn Thuận, người hướng dẫn thứ hai, đã tận tình chỉ bảo, đưa ra những nội dung chính cần phải giải quyết để tôi hoàn thành bản luận án này. Đồng thời tôi xin cảm ơn Ban Giám Đốc, Khoa Kỹ thuật Điều khiển, Bộ môn Điện tử y sinh - Học viện Kỹ thuật Quân sự và Ban Giám hiệu, Khoa Kỹ thuật- Đại học Đồng Nai, đã luôn tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã luôn động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tác giả luận án Đào Sỹ Luật iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.

xi MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Mục tiêu, nhiệm vụ, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án.

Nội dung và bố cục của luận án. Những đóng góp về khoa học và thực tiễn của đề tài. BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NHIỀU ĐỘNG CƠ CÓ CHỨA PHẦN TỬ LIÊN KẾT ĐÀN HỒI. Tổng quan hệ truyền động điện có chứa phần tử liên kết đàn hồi.

Đánh giá các nghiên cứu trong và ngoài nước. Các nghiên cứu trong nước. Các nghiên cứu ngoài nước. Xây dựng mô hình hệ truyền động điện nhiều động cơ có chứa phần tử liên kết đàn hồi.

Mô tả băng tải đàn hồi dạng vòng kín. Sơ đồ cấu trúc động cơ không đồng bộ với roto ngắn mạch trong hệ tọa độ quay (d, q):. Cấu trúc hệ truyền động điện hai động cơ không đồng bộ có chứa băng tải đàn hồi dạng vòng kín. Thiết lập vấn đề nghiên cứu.

Kết luận chương 1. ƯỚC LƯỢNG HÀM TRUYỀN ĐẠT MÔ TẢ CÁC ĐỐI TƯỢNG CÓ THAM SỐ PHÂN BỐ. Phương pháp nội suy thực (Real Interpolation Method - RIM). Đặc trưng số của tín hiệu liên tục.

Tính chất chéo nhau của phép biến đổi tích phân thực. Cơ sở ước lượng hàm truyền đạt mô tả các đối tượng có tham số phân bố bằng phương pháp nội suy thực. Đánh giá sai số ước lượng. Nâng cao độ chính xác ước lượng bằng phương pháp lặp.

Nâng cao độ chính xác xấp xỉ dựa trên sự phân bố không đều các điểm nút nội suy. Xây dựng chương trình tự động ước lượng. Kết luận chương 2. CƠ SỞ TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP NỘI SUY THỰC.

Thiết lập bài toán. Thuật toán tổng hợp bộ điều chỉnh. Xác định hệ số hồi tiếp K ht. Xác định hàm truyền mong muốn của hệ thống.

Giải phương trình tổng hợp. Hiệu chuẩn độ quá chỉnh của hệ thống sau tổng hợp. Hiệu chuẩn độ quá chỉnh th o th i gian uá độ yêu cầu ( qd ). Hiệu chuẩn độ uá chỉnh sử dụng các hà trọng ượng đặc biệt.

Hiệu chuẩn độ quá chỉnh dựa trên các hàm truyền mong muốn suy  rộng ( yc ). Tổng hợp các hệ thống điều khiển tự động nhiều vòng. Tổng hợp lần ượt từng vòng điều khiển. Tổng hợp đồng th i các vòng điều khiển.

Hiện thực hóa chương trình tổng hợp trên máy tính. Lưu đồ thuật toán chương trình. Xây dựng chương trình tổng hợp. Kết luận chương 3.

XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN HAI ĐỘNG CƠ CÓ CHỨA BĂNG TẢI ĐÀN HỒI DẠNG VÒNG KÍN. Tổng hợp hệ thống điều khiển. Tổng hợp vòng điều khiển từ thông. Tổng hợp vòng điều khiển tốc độ.

Mô phỏng, đánh giá hệ thống điều khiển sau tổng hợp. Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ truyền động điện hai động cơ có chứa băng tải đàn hồi. Sơ đồ chức năng của hệ thống. Thiết kế phần cứng hệ thống.

Xây dựng các chương trình điều khiển, giám sát hệ thống. Đánh giá ô hình thực nghiệm. Kết luận chương 4. 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Hướng nghiên cứu tiếp theo. 108 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ. 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 110 PHỤ LỤC CÁC CHƯƠNG TRÌNH.

119 vi BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu/Chữ viết tắt Ý nghĩa 1 ACS Hệ thống điều khiển tự động 2 SDP Hệ thống điều khiển có tham số phân bố 3 FLC Bộ điều khiển logic mờ 4 NN Mạng nơ ron 5 LQG Điều khiển tối ưu toàn phương tuyến tính 6 NADRC Điều khiển bù nhiễu phi tuyến 7 RIM Phương pháp nội suy thực 8 K ht Hệ số hồi tiếp 9  yc Độ quá chỉnh yêu cầu của hệ 10  th Độ quá chỉnh của hệ được tổng hợp 11  Sai lệch độ quá chỉnh cho phép 12 tqdyc Thời gian quá độ yêu cầu của hệ mong muốn 13 th tqd Thời gian quá độ của hệ được tổng hợp 14 min tqd Thời gian quá độ nhỏ nhất 15 k Wmm ( s) Hàm truyền của hệ kín mong muốn 16 Wthk ( s ) Hàm truyền của hệ kín được tổng hợp 17 Wrp ( s ) Hàm truyền đạt của các bộ điều chỉnh v trí 18 Wrc ( s ) Hàm truyền đạt của các bộ điều chỉnh tốc độ 19 Wrt ( s) Hàm truyền đạt của các bộ điều chỉnh v ng dòng 20 q Hệ số truyền của băng tải đàn hồi 21  Tọa độ không gian đầu ra của hệ vii 22 Etp Điện áp của bộ biến đổi Thiristor 23 Ed Sức phản điện của động cơ 24 I1 (t ) D ng điện của bộ biến đổi Thiristor 25 i Hệ số truyền của hộp giảm tốc 26 R1 Bán kính của tang quấn chủ động 27 F ( x, t ) Lực căng của băng tải tại điểm có tọa độ x 28 v ( x, t ) Tốc độ d ch chuyển của mặt c t băng tải tại tọa độ x theo thời gian t 29 u( x, t ) Độ d ch chuyển của mặt c t băng tải tại tọa độ x theo thời gian t 30 l Mật độ tuyến tính của phần tử cơ học đàn hồi 31 Ta Hằng số điện từ của mạch phần ứng 32 Ra Trở kháng của mạch phần ứng 33 CM Hằng số cơ học của động cơ 34  Mật độ vật chất của khâu liên kết đàn hồi 35 d ( s ) Vận tốc góc của động cơ 36 d ( s) Góc quay của động cơ 37 Tin , kin Hằng số thời gian và hệ số khuếch đại của bộ biến đổi 38  Thời gian trễ viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Cấu trúc hệ truyền động nhiều động cơ liên thuộc nhau bởi băng tải đàn hồi. Sơ đồ chức năng hệ truyền động trong máy cán liên tục. Sơ đồ chức năng máy làm giấy.

Sơ đồ chức năng máy sản xuất màng mỏng quang học. Mô hình chung hệ thống truyền động điện tháo-quấn băng vật liệu đàn hồi. Cấu trúc tổng quát hệ thống điều khiển truyền động hai động cơ liên kết bởi băng tải đàn hồi. Mô hình khảo sát băng tải đàn hồi dạng v ng kín .8: Các sơ đồ thay thế của động cơ điện không đồng bộ với roto ng n mạch trong hệ tọa độ quay (d,q) với tốc độ 1 được đ nh v theo véc tơ từ thông roto  2 : a - theo trục d, b - theo trục q .9: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện không đồng bộ với roto ng n mạch trong hệ tọa độ quay (d,q) với liên kết phản hồi phi tuyến chéo nhau.

Sơ đồ cấu động cơ điện không đồng bộ trong hệ tọa độ quay (d,q)24 Hình 1. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động điện hai động cơ không đồng bộ có tính đến ảnh hưởng của băng tải đàn hồi vào vòng tốc độ. Sự biến thiên của hàm truyền đạt thực Wdt ( ). Dạng đồ th của các đa thức Chebyshev đầu tiên Tn ( x ).

Đồ th của một số đa thức Chebyshev Tn (t ) đầu tiên khi a  1. Biểu diễn thuật toán eme xác đ nh xấp xỉ đều tối ưu. Giao diện chương trình tự động ước lượng hàm truyền đạt bằng phương pháp nội suy thực. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tự động điển hình.

Đồ th của đặc trưng quá độ mong muốn hmm k (t ) và mô hình tìm được h(t ). Đồ th của đáp ứng quá độ hmm k (t ) với các điểm đặc trưng. Biểu diễn hàm w(t ) với các giá tr  khác nhau. Đồ th của các hàm hmm k (t ) và w(t ) với các giá tr  khác nhau.

Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển nhiều v ng. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống ba v ng điều khiển. Lưu đồ thuật toán tổng hợp bộ điều chỉnh của hệ thống tự động nhiều v ng. Giao diện chương trình tự động tổng hợp bộ điều chỉnh của hệ thống cơ điện tử nhiều v ng.

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sau tổng hợp. Các quá trình quá độ của hệ thống trước và sau tổng hợp. Các quá trình quá độ của mạch d ng: 1- mong muốn; 2- tổng hợp85 Hình 4. Quá trình quá độ của v ng từ thông: 1- mong muốn; 2- tổng hợp 86 Hình 4.