Thiết kế bộ điều khiển cho hệ truyền động tuyến tính sử dụng động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid (LV thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------o0o-----------------

PHAN TRỌNG ĐẠT
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ TRUYỀN
ĐỘNG TUYẾN TÍNH SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ
TUYẾN TÍNH KÍCH THÍCH VĨNH CỬU DẠNG
POLYSOLENOID

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN NHƢ HIỂN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




THÁI NGUYÊN, 2016

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-----------------o0o------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Tên đề tài:

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG
TUYẾN TÍNH SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH KÍCH

THÍCH VĨNH CỬU DẠNG POLYSOLENOID

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60520216
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

KHOA CHUYÊN MÔN
TRƢỞNG KHOA

PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển
PHÕNG ĐÀO TẠO

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




THÁI NGUYÊN 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




1

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Phan Trọng Đạt
Sinh ngày: Ngày 11 tháng 05 năm 1988
Học viên lớp cao học khóa K16 - Tự động hóa - Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật

Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Ban quản lý dịch vụ công ích đô thị TP Thái
Nguyên
Xin cam đoan luận văn “Thiết kế bộ điều khiển cho hệ truyền động tuyến
tính sử dụng động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid ” do
thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển hƣớng dẫn là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung
trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội
dung của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của
mình.
HỌC VIÊN

Phan Trọng Đạt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




2

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất
lớn của nhà trƣờng, các khoa, phòng ban chức năng, các thầy cô giáo, gia đình
và đồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS. Nguyễn Nhƣ
Hiển, trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiêp đã tận tình hƣớng dẫn trong quá
trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô ở Khoa Điện, phòng thí

nghiệm Khoa Điện - Điện tử – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp
đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành trong điều kiện tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm
nghiên cứu của bản thân còn hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những thiếu
xót. Tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và
các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa hơn trong thực tế.

HỌC VIÊN

Phan Trọng Đạt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




3

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

MỞ ĐẦU

10

1. Khái quát chung

10

2. Mục tiêu nghiên cứu

10

3.Kết quả dự kiến

10

4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận

10

5 Cấu trúc của luận văn

11

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

12

1.1 Tổng quan về động cơ tuyến tính

12

1.1.1 Sơ lƣợc về sự xuất hiện của động cơ tuyến tính

12

1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ tuyến tính

13

1.1.3 Các dạng cấu tạo của động cơ tuyến tính

14

1.1.4 Những ứng dụng của động cơ tuyến tính đƣợc áp dụng trong
thực tiễn

18

1.2 Truyền động tuyến tính và các phƣơng pháp điều khiển động cơ
tuyến tính

20

1.2.1 Các đặc điểm của một truyền động tuyến tính

20

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




4
1.2.2 Phƣơng pháp tạo ra chuyển động tuyến tính gián tiếp

22

1.2.3 Phƣơng pháp tạo ra chuyển động tuyến tính trực tiếp

22

1.2.4 Điều khiển truyền động tuyến tính

24

1.3 Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid, điều
khiển cho truyền động dạng Polysolenoid

29

1.3.1 Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh của dạng Polysolenoid

29

1.3.2 Điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid

31

1.3.3 Khái quát về tình hình nghiên cứu về điều khiển truyền động

32

tuyến tính dạng Polysenoid ở trong nước và trên thế giới.
1.4 Đề xuất về phƣơng án nghiên cứu tiếp theo cho động cơ

33

Polysolenoid
1.5 Kết luận chƣơng 1

34

CHƢƠNG 2
MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH KÍCH THÍCH VĨNH
CỬU DẠNG POLYSENOID PHỤC VỤ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN
THỜI GIAN THỰC

36

2.1 Giới thiệu về động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng

36

Polysenoid
2.2 Xây dựng mô tả toán học cho động cơ Polysolenoid

37

2.2.1 Mô hình trạng thái liên tục

38

2.2.2 Mô hình trạng thái gián đoạn

41

2.2.3 Mô hình hóa động cơ Polysolenoid trên nền Matlab-SimulinkPlecs

43

2.3 Kết luận chƣơng 2

46

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




5
CHƢƠNG 3:

47

THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH
KÍCH THÍCH VĨNH CỬU DẠNG POLYSOLENOID
3.1 Cấu trúc điều khiển FOC

47

3.2 Điều chế vetor không gian cho ĐCTT ĐBKTVC

48

3.3 Thiết kế các bộ điều chỉnh

57

3.3.1 Bộ điều chỉnh dòng điện

57

3.3.2 Bộ điều chỉnh tốc độ

58

3.4 Kết luận chƣơng 3

59

CHƢƠNG 4: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG

60

4.1 Xây dựng cấu trúc mô phỏng trên Matlab-Simulink

60

4.2 Kết quả mô phỏng

65

4.3 Kết luận chƣơng 4

71

Kết luận và kiến nghị

72

TÀI LIỆU THAM KHẢO

73

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Nội dung

Trang

Hình 1.1: Nguyên lý chuyển đổi từ động cơ quay sang động cơ
tuyến tính

13

Hình 1.2: Động cơ tuyến tính phẳng với một mặt trƣợt đơn

14

Hình 1.3: Động cơ tuyến tính phẳng có dạng kết cấu răng lƣợc

15

Hình 1.4: Tubular linear motor

15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




6
Hình 1.5: Động cơ tuyến tính dạng Stator dài dạng phẳng và dạng
ống

16

Hình 1.6: Động cơ tuyến tính dạng Stator ngắn dạng phẳng và dạng
ống

16

Hình 1.7: Phân loại động cơ tuyên tính theo nguyên lý làm việc và
kết cấu hình học.

17

Hình 1.8: Các ứng dụng của động cơ tuyến tính.

19

Hình 1.9: Các ứng dụng trong một dây chuyền sử dụng động cơ
tuyến tính.

20

Hình 1.10: Tạo chuyển động thẳng sử dụng đai truyền

21

Hình 1.11: Tạo chuyển động thẳng sử dụng trục vít

21

Hình 1. 12 : Tạo chuyển động thẳng sử dụng động cơ tuyến tính

22

Hình 1.13. Cấu tạo của động cơ Polysenoid

30

Hình 1.14: Rotor của động cơ nói chung

30

Hình 1.15: Sơ đồ cấu tạo bên trong ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoide

31

Hình 1.16: Sơ đồ bàn thí nghiệm ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoide

34

Hình 2.1: Kết cấu Rotor (phần thứ cấp)

36

Hình 2.2: Kết cấu của Stator (phần sơ cấp)

37

Hình 2.3: cảm biến sin và cosin của động cơ

37

Hình 2.4: Kết cấu động cơ LinMot kiểu Polysolenoid

37

Hình 2.5: Mô hình trạng thái ĐCTT ĐBKTVC trên hệ tọa độ dq

40

Hình 2.6: Mô hình trạng thái gián đoạn của ĐCTT ĐBKTVC

42

Hình 2.7: Mô hình đã bù từ thông của đối tƣợng dòng stator động cơ
đồng bộ

43

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

7
Hình 2.8: Mô hình động cơ PLECS

44

Hình 2.9 : Mô hình khối nghịch lƣu 4 nhánh van

45

Hình 2.10: Đấu nối giữa động cơ và nghịch lƣu trong PLECS

46

Hình 3.1: Cấu trúc điều khiển ĐCTT ĐBKTVC

48

Hình 3.2: a)Sơ đồ mạch nghịch nuôi ĐCXCBP

49

Hình 3.2:b) Các vector điện áp chuẩn U0, U1, ...U7, tạo bởi ba nhánh
van IGBT (Q1,...Q4: góc phần tƣ, S1,...S6: góc phần sáu)
Hình 3.3: Thực hiện vector điện áp từ 2 vector biên

49

Hình 3.4: Mẫu xung của vector điện áp thuộc S1

53

Hình 3.5: Vector điện áp và mẫu xung điều khiển van thuộc các góc
S2,...S6.

55

Hình 3.6: Tần số fpuls và ảnh hƣởng của nó tới dạng của dòng/áp
stator. 1: Điện áp pha-pha; 2: Hài cơ bản của điện áp,; 3: Dòng

56

Hình 3.7: Sơ đồ vòng điều chỉnh dòng thay thế tƣơng đƣơng

57

Hình 3.8: Sơ đồ thay thế tƣơng đƣơng phục vụ thiết kế bộ điều

59

51

chỉnh tốc độ
Hình 4.1: Cấu trúc mô phỏng toàn hệ thống

61

Hình 4.2: Mô hình động cơ tuyến tính trên Simpower

62

Hình 4.3: Khối mạch lực nghịch lƣu 3 pha 4 dây

63

Hình 4.4: Kết nối giữa động cơ và mạch lực

63

Hình 4.5: Khối điều chế vector không gian

64

Hình 4.6: Khối tạo xung điều khiển các van

64

Hình 4.7: Khối bộ điều khiển PID dòng isd và isq

65

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




8
Hình 4.8. Khối bộ điều khiển PID tốc độ

65

Hình 4.9 :Đồ thị đáp ứng tốc độ

66

Hình 4.10: Đồ thị đáp ứng góc Theta

66

Hình 4.11 : Đồ thị đáp ứng dòng điện trên hệ tọa độ dq

67

Hình 4.12 :Đồ thị đáp ứng lực đẩy F

67

Hình 4.13 Khâu giới hạn điện áp trong Simulink

68

Hình 4.14. Khâu biến đổi Park ngƣợc trong Simulink

68

Hình 4.15: Góc theta

69

Hình 4.16 Dòng isd

69

Hình 4.17: Dòng isq

69

Hình 4.18: Lực đẩy F

70

Hình 4.19: Đáp ứng tốc độ động cơ tuyến tính

70

DANH MỤC CÁC K HIỆU VÀ CHỮ VIẾT T T
Ký hiệu

Đơn vị

nghĩa

Lsd, Lsq

H

điện cảmstator dọc trục và ngang trục

m

kg

khối lƣợng rotor

us, is

V, A

vector điện ápstator, dòng điện stator

v, ve

m/s

vận tốc cơ, vận tốc điện

Rs

Ω

điện trở stator

isd, isq

A

dòng điện trục dq

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




9
usd, usq

V



mm

điện áp trục dq
bƣớc cực
số đôi cực

p
Ψp

Wb

từ thông cực từ

x

mm

vị trí động cơ tuyến tính

Chữ viết tắt
ĐCĐB
ĐCTT

nghĩa
Động cơ đồng bộ
Động cơ tuyến tính

ĐBKTVC

Đồng bộ kích thích vĩnh cửu

ĐKTKTT

Điều khiển có tách kênh trực tiếp

MIMO

Multi Input Multi Output

SISO

Single Input Single Output

T4R

Tựa theo từ thông rotor

TTHCX

Tuyến tính hóa chính xác

TKTT

Tách kênh trực tiếp

SVM

Điều chế vector không gian

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Tênbảng

Bảng1.1

Lực đẩy sinh ra của các loại động cơ tuyến tính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Trang

17




10

Bảng2.1

Thông số động cơ LinMot

43

P01_48x240/390x540_C
Bảng3.1

Trạng thái logic của các vector điện áp chuẩn

50

Bảng 3.2

Trạng thái logic của véc tơ điện áp chuẩn

52

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




11
MỞ ĐẦU
1. Khái quát chung
Trong các hệ thống truyền động sử dụng động cơ truyền động quay khi
muốn chuyển từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến thì phải cần thêm
một hệ thống phụ. Việc bổ xung hệ thống phụ này sẽ làm giảm hiệu quả của hệ

thống, độ chính xác không cao, gây ra hao mòn cơ học dẫn đến phải thƣờng
xuyên bảo trì, bảo dƣỡng hệ thống... Sử dụng động cơ tuyến tính (Linear Motor)
sẽ khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm nêu trên của hệ thống truyền động sử dụng
động cơ quay tròn.
Động cơ tuyến tính là loại động cơ đƣợc thiết kế để tạo ra chuyển động
tịnh tiến – chuyển động thẳng, nhƣng chúng không đƣợc sử dụng rộng rãi bởi
những khó khăn mà chúng mang lại: Khó điều khiển, chất lƣợng thấp, giá thành
cao. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo các thiết
bị bán dẫn công suất và các bộ vi xử lý thì những khó khăn này đã đƣợc khắc
phục. Động cơ tuyến tính đƣợc coi là máy điện của tƣơng lai.
Từ những ƣu điểm nổi bật của động cơ tuyến tính, đồng thời để nâng cao
tính chính xác trong điều khiển dịch chuyển thẳng, tôi đề xuất đề tài “Thiết kế
bộ điều khiển cho hệ truyền động tuyến tính sử dụng động cơ tuyến tính kích
thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid ”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài đặt mục tiêu chính là thiết kế bộ điều khiển cho hệ truyền động
tuyến tính sử dụng động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid.
Các mục tiêu cụ thể là:
- Thiết kế bộ điều khiển động cơ tuyến tính.
- Tiến hành mô phỏng để đánh giá chất lƣợng bộ điều khiển.
3. Kết quả dự kiến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




12
- Thiết kế đƣợc bộ điều khiển cho hệ truyền động tuyến tính sử dụng động
cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid .
4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận

- Phƣơng pháp luận:
Nghiên cứu lý thuyết về động cơ tuyến tính, phƣơng pháp điều khiển và
bộ điều khiển cho hệ truyền động tuyến tính sử dụng động cơ tuyến tính kích
thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid .
- Phƣơng pháp nghiên cứu:
+ Phân tích và tổng hợp bằng mô hình toán.
+ Xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm tra, đánh giá các kết quả
nghiên cứu lý thuyết.
5. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm có các phần
Chƣơng 1: Tổng quan về động cơ tuyến tính
Chƣơng 2: Mô hình toán học của động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu
dạng Polysolenoid
Chƣơng 3: Thiết kế bộ điều khiển động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu
dạng Polysolenoid
Chƣơng 4: Đánh giá chất lƣợng hệ thống
Kết luận và kiến nghị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




13

Chƣơng 1. Tổng quan về động cơ tuyến tính
Trong điều khiển chuyển động, hệ thống truyền động điện đóng vai trò
quan trọng tạo nên các chuyển động quay liên tục hoặc gián đoạn nhờ các động
cơ điện. Các loại động cơ đƣợc sử dụng trong hệ thống truyền động điện rất đa
dạng có thể đƣợc kể ra ở đây nhƣ động cơ một chiều (ĐCMC), động cơ xoay

chiều ba pha đồng bộ (ĐCĐB) và không đồng bộ (ĐCKĐB), động cơ bƣớc,
động cơ servo,… Các động cơ thông dụng có rotor quay tròn, đầu ra ta nhận
đƣợc chính là tốc độ quay và mômen trên trục động cơ.
Ngày nay, trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp hay trong giao thông vận
tải và một số lĩnh vự khác đã và đang ứng dụng loại động cơ tạo chuyển động
thẳng, trong đó phải kể đến động cơ Polysolenoid là một thành viên trong của
gia đình động cơ tuyến tính. Điều khiển động cơ Polysolenoid là đối tƣợng
nghiên cứu của chƣơng tổng quan này.
Để làm rõ đƣợc tính chất của đối tƣợng nghiên cứu trong nội dung tiểu
luận tổng quan đƣợc chia làm bốn phần nhƣ sau:
1. Tổng quan về động cơ tuyến tính
2. Truyền động tuyến tính và các phương pháp điều khiển truyền động
tuyến tính.
3. Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid, điều
khiển cho truyền động dạng Polysolenoid.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




14
4. Đề xuất về phương án nghiên cứu tiếp theo cho động cơ
Polysolenoid.
1.1. Tổng quan về động cơ tuyến tính.
Động cơ tuyến tính sử dụng trực tiếp điện năng biến đổi thành cơ năng,
tạo ra các chuyển động thẳng. Trong nội dung phần nay ta sẽ đi tìm hiểu bối
cảnh xuất hiện và các ứng dụng của động cơ tuyến tính sử dụng trong công
nghiệp.
1.1.1. Sơ lƣợc về lịch sử xuất hiện của động cơ tuyến tính.
Theo [1-4] nguyên lý cơ bản của động cơ tuyến tính đƣợc đƣa ra vào khoảng

năm 1840 bởi Charles Wheatstone là một nhà khoa học ngƣời Anh. Năm 1889
hai nhà khoa học ngƣời Mỹ là Schuyler S. Wheeler và Charles S. Bradley đã xin
cấp bằng sáng chế về việc ứng dụng nguyên lý của động cơ tuyến tính đồng bộ
và dị bộ vào hệ thống tàu điện. Bằng sáng chế tại Mỹ đầu tiên đƣợc cấp cho nhà
sáng chế ngƣời Đức là Alfred Zehden vào năm 1902 và 1907 là về việc sử dụng
động cơ tuyến tính trên hệ thống đƣờng sắt. Một loạt các bằng sáng chế tại Đức
cho tàu đệm từ đƣợc cấp cho Hermann Kemper từ năm 1935 đến 1941. Đến
cuối những năm 1940 giáo sƣ Eric Laithwaite tại viện nghiên cứu Hoàng gia
Anh đã đƣa ra đƣợc động cơ mô hình thực tế làm việc đƣợc và nó đƣợc ứng
dụng trong hệ thống máy dệt công nghiệp. Với việc chế tạo thành công động cơ
tuyến tính đầu tiên này đã dành đƣợc nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học
và nó đƣợc coi là máy điện của tƣơng lai.
1.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ tuyến tính .
Để hiểu rõ hơn về động cơ tuyến tính ta có thể hình dung ra một động cơ
quay tròn bất kỳ nào, khi tăng bán kính của động cơ đến vô cùng, sẽ thu đƣợc
hình ảnh rotor và stator song song với nhau. Trong chuyển động tƣơng đối khi
chọn gốc tọa độ gắn với hệ quy chiếu nào ta sẽ suy ra đƣợc chuyển động tƣơng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




15
đối của thành phần còn lại so với gốc tọa độ. Với quan điểm nhƣ vậy động cơ
tuyến tính sẽ gồm hai thành phần: Thành phần thứ nhất nhận dòng năng lƣợng
điện đi tới (phần sơ cấp), thành phần thứ hai là dòng năng lƣợng đƣa ra dƣới
dạng cơ năng (phía thứ cấp). Từ quan điểm trên ta có thể thấy với động cơ tuyến
tính phần tạo chuyển động thẳng có thể là phần Stator hay phần Rotor của máy
điện quay truyền thống, từ đó tạo ra những động cơ tuyến tính tƣơng ứng.

Hình 1.1: Nguyên lý chuyển đổi từ động cơ quay sang động cơ tuyến
Từ nguyên lý cơ bản trên động cơ tuyến tính đƣợc phát triển với cấu tạo
tính.
khác nhau tƣơng ứng dựa vào mục đích sử dụng.
Việc lựa chọn động cơ tuyến tính phụ thuộc vào thuộc tính và nguyên tắc
hoạt động của chúng.
Ban đầu động cơ tuyến tính chủ yếu đƣợc sử dụng cho hệ thống giao
thông vận tải. Hiện nay động cơ tuyến tính đƣợc sử dụng để thay thế một hệ
thống sử dụng động cơ quay và các thiết bị cơ khí để tạo ra một chuyển động
tuyến tính trực tiếp.
1.1.3. Các dạng cấu tạo của động cơ tuyến tính.
Từ nguyên lý cơ bản nhƣ trên ta chế tạo đƣợc các dạng động cơ tuyến tính
khác nhau từ yêu cầu thực tế công nghệ. Tuy nhiên ta có thể chia làm ba dạng
chính nhƣ sau.
- Dạng thứ nhất: Single-sided là động cơ tuyến tính phẳng với một mặt
trƣợt đơn, động cơ này bao gồm một thành phần sơ cấp (phần động), một thành
phần thứ cấp (Phần tĩnh).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




16
Về nguyên lý phần tạo chuyển động là phần Rotor nhƣng trong động cơ
tuyến tính dạng Single-slided phần tạo chuyển động thƣờng đƣợc lựa chọn là
phần Stator (dạng Stator ngắn). Khái niệm Stator thƣờng đƣợc dùng để chỉ phần
tĩnh trong máy điện tuy nhiên ở động cơ tuyến tính Stator lại là phần động.

Hình 1.2: Động cơ tuyến tính phẳng với một mặt trƣợt đơn

Trong trƣờng hợp này stator mang ý nghĩa là phần nhận điện năng từ
nguồn cung cấp. Với động cơ tuyến tính đại đa số hệ thống cuộn dây đều nằm ở
phần động. Phần rotor lúc này đóng vai trò là phần tĩnh, trải dài theo toàn bộ
chiều dài của máy điện (hệ thống vòng ngắn mạch của động cơ tuyến tính không
đồng bộ, hệ thống nam châm vĩnh cửu của động cơ tuyến tính kích thích vĩnh
cửu).
- Dạng thứ hai: Double-sided Động cơ tuyến tính phẳng có dạng kết
cấu răng lƣợc Thông thƣờng phần sơ cấp chính là thành phần Stator đƣợc bố trí
đối xứng(dạng răng lƣợc) phần tạo chuyển động là phần Rotor (phần thứ cấp)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




17

HìnHinh1.3: Động cơ tuyến tính phẳng có dạng kết câu răng
lƣợc
- Dạng thứ ba: Tubular linear motor (Động cơ tuyến tính có kết cấu dạng
hình ống). Xuất phát từ ý tƣởng cuộn tròn động cơ tuyến tính dạng phẳng một
mặt trƣợt đơn quanh một trục thẳng, kết quả thu lại sẽ đƣợc một động cơ hình
ống.

Hình 1.4: Tubular linear motor
Ngoài ra, dựa vào cấu hình có thể phân ra các loại động cơ tuyến tính nhƣ
sau:
- Dạng Stator dài : Chiều dài của phần cung cấp thƣờng lớn hơn nhiều
lần phần kích thích (cảm ứng), đa số trong các trƣờng hợp thì phần kích thích
chính là phần chuyển động.

Hình 1.5: Động cơ tuyến tính dạng Stator dài dạng phẳng và dạng ống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




18
- Dạng Stator ngắn: Chiều dài của phần cung cấp ngắn hơn (hoặc bằng)
phần kích thích (cảm ứng), đa số trong các trƣờng hợp thì phần cung cấp chính
là phần chuyển động.

Hình 1.6: Động cơ tuyến tính dạng Stator ngắn dạng phẳng và dạng ống
Tổng hợp lại ta có cách phân loại động cơ tuyến tính theo nguyên lý cấu
tạo và kết cấu hình học theo hình 7 nhƣ sau

Hình 1.7: Phân loại động cơ tuyên tính theo nguyên lý làm việc và kết cấu
hình học.
Để kết thúc phần này, theo tài liệu [4] ta có bảng so sánh tổng thể lực đẩy
sinh ra của các loại động cơ tuyến tính có thể sinh ra.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




19
Loại động cơ
Động cơ tuyến tính loại không đồng bộ

Lực đầy sinh ra

1-2 N/cm2

Động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu Lên đến 6 N/cm2
(kiểu răng lƣợc)
Động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu Lên đến 3 N/cm2
(dạng phẳng)
Động cơ tuyến tính từ trở

1,5 N/cm2

Động cơ tuyến tính thông lƣợng ngang

3 N/cm2

Bảng 1.1 : Lực đẩy sinh ra của các loại động cơ tuyến tính
Xét về khả năng tạo lực đẩy thì động cơ tuyến tính làm việc theo nguyên
lý đồng bộ kích thích vĩnh cửu có khả năng tạo lực đẩy lớn hơn động cơ tuyến
tính làm việc với nguyên lý không đồng bộ. Do vậy động cơ tuyến tính dạng
đồng bộ kích thích vĩnh cửu thƣờng đƣợc sử dụng nhiều hơn.
1.1.4 Những ứng dụng của động cơ tuyến tính đã đƣợc áp dụng trong thực
tiễn.
Động cơ tuyến tính hiện đã đƣợc ứng dụng trong thực tiễn trong mọi dải
công suất. Ở dải công suất lớn chúng hiện diện trong cơ cấu truyền động dùng
trong các phƣơng tiện giao thông nhƣ tàu điện, xe bus nhanh (Metro). Trong dải
công suất trung bình và nhỏ nó đƣợc ứng dụng trong việc điều khiển tự động
máy công cụ kỹ thuật số CNC, điều khiển tay máy Robot, máy nâng hạ, điều
khiển các hệ thống sản xuất linh hoạt yêu cầu cao về độ chính xác vị trí, tốc độ
và tác động nhanh. Trong dải công suất nhỏ đƣợc sử dụng trong thiết bị nhƣ máy
in, máy cắt laser sử dụng trong phẫu thuật.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




20

Hình 1.8: Các ứng dụng của động cơ tuyến tính.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




21

Hình 1.9. Các ứng dụng trong một dây chuyền sử dụng động cơ tuyến tính.
Các động cơ tuyến tính khi đƣợc kết hợp vào modul, chúng đƣợc kết hợp
một cách nhanh chóng để tạo thành một hệ thống chuyển động đa trục. Việc can
thiệp vào dây chuyền cũng nhƣ tùy chỉnh quá trình công nghệ sẽ trở nên đơn
giản hơn khi các động cơ đƣợc kết nối với hệ thống điều khiển trung tâm.
1.2. Truyền động tuyến tính và các phƣơng pháp điều khiển truyền động
tuyến tính.
Đặt vấn đề:
Trong nội dung phần trƣớc ta đã tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của
động cơ tuyến tính. Trong nội phần này tập trung vào việc làm rõ cách thức
phƣơng pháp ứng dụng động cơ tuyến tính trong các hệ truyền động tuyến tính
và các phƣơng pháp đã đƣợc sử dụng trong điều khiển trong các hệ truyền động
này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

22
1.2.1. Các đặc điểm của một truyền động tuyến tính.
Truyền động tuyến tính đƣợc hiểu là tạo ra một truyền động thẳng cho các
đối tƣợng công nghệ. Để tạo ra truyền động thẳng co hai phƣơng pháp là
phƣơng pháp gián tiếp và phƣơng pháp trực tiếp

Hình 1.10: Tạo chuyển động thẳng sử dụng đai truyền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN