(Luận án tiến sĩ) Điều khiển chuyển động tuyến tính sử dụng động cơ Polysolenoid có xét đến hiệu ứng đầu cuối

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN HỒNG QUANG

ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG TUYẾN TÍNH SỬ DỤNG
ĐỘNG CƠ POLYSOLENOID CÓ XÉT ĐẾN HIỆU ỨNG ĐẦU CUỐI

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 9 52 02 16
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang
PGS.TS. Nguyễn Như Hiển

THÁI NGUYÊN - 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Hồng Quang, đang công tác tại Bộ môn Tự động hóa – Khoa
Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Tôi xin cam đoan
đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể các nhà khoa
học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa
được công bố trên bất cứ một công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày 12 tháng 6 năm 2019
Tác giả luận án

Nguyễn Hồng Quang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án này, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị, các em, các bạn và
các tổ chức. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn chân
thành tới:
Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Điện của trường đại học Kỹ thuật Công
nghiệp thuộc Đại học Thái Nguyên, Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ cao về Kỹ
thuật Công nghiệp thuộc Đại học Thái Nguyên và Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều
kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án.
GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang và PGS.TS. Nguyễn Như Hiển, những người
thầy kính mến đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho tôi.
Tập thể các nhà khoa học của Bộ môn Tự động hóa, Khoa Điện trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp, Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa của trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, đã có những ý kiến đóng góp quý báu để tôi hoàn chỉnh bản luận án
này.
Xin chân thành cảm ơn bố mẹ, các em và người vợ yêu quý cùng con gái đã luôn
luôn bên tôi, hết lòng thương yêu, quan tâm, sẻ chia, ủng hộ, động viên tinh thần, tình
cảm, tạo điều kiện giúp tôi có nghị lực để hoàn thành quyển luận án này.
Thái Nguyên, ngày 12 tháng 6 năm 2019
Tác giả luận án

Nguyễn Hồng Quang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Mục lục
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... iii
MỤC LỤC

................................................................................................................ ii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU....................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................ vi
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................ ix
MỞ ĐẦU

.................................................................................................................1

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án ..................................................................................1
2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu ........................................................1
3. Mục tiêu của luận án ....................................................................................................2
4. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..............................3
5. Bố cục của luận án .......................................................................................................3
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH
VÀ
CÁCPHƯƠNGPHÁP ĐIỀU KHIỂN ..............................................................................5

1.1 Khái quát về động cơ tuyến tính ...............................................................................5
1.1.1 Những đặc điểm của một hệ truyền động thẳng. ...........................................5
1.1.2 Lịch sử phát triển và ứng dụng của động cơ tuyến tính .................................8
1.1.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách phân loại động cơ tuyến tính .............10
1.1.4 Hiệu ứng đầu cuối (End effect) ....................................................................15
1.2 Truyền động tuyến tính và các phương pháp điều khiển truyền động tuyến tính ..19
1.2.1 Yêu cầu đặt ra với bài toán điều khiển truyền động tuyến tính ...................19
1.2.2 Khái quát về tình hình nghiên cứu về động cơ tuyến tính ...........................19
1.3 Truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid và các phương pháp điều khiển. ........22
1.3.1 Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid ........................22
1.3.2 Điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid ................................23
CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH ........................................26
2.1 Mô hình toán học của động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu ................26
2.2 Hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính .............................................................33
2.2.1 Giới thiệu về hiệu ứng đầu cuối ...................................................................33
2.2.2 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính đồng bộ .................................34
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Mục lục
2.3 Mô tả toán học động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid...........41
2.3.1 Mô hình mạch từ tương đương ....................................................................41
2.3.2 Hệ phương trình vi phân đề xuất..................................................................45
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH DẠNG POLYSOLENOID ...
...............................................................................................................54
3.1 Khái quát về cấu trúc điều khiển.............................................................................54
3.2 Các phương pháp điều khiển lực (điều khiển dòng điện) .......................................55
3.2.1 Điều khiển theo phương pháp deadbeat mới ...............................................55

3.2.2 Điều khiển dự báo MPC...............................................................................62
3.3 Bộ điều khiển vòng ngoài Min-Max MPC .............................................................72
3.4 Thiết kế thích nghi backstepping ............................................................................77
CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ...................................86
4.1 Kết quả mô phỏng ...................................................................................................88
4.1.1 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng dòng
điện FCS-MPC........................................................................................................88
4.1.2 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Min-Max MPC, mạchvòng
điềukhiển dòng điện CCS-MPC ...........................................................................101
4.1.3 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng điều
khiển dòng điện Dead-beat ...................................................................................115
4.1.4 Mô phỏng hệ thống bộ điều khiển thích nghi Backstepping .....................131
4.2 Kết quả thực nghiệm hệ thống ..............................................................................146
4.2.1 Kết quả thực nghiệm hệ thống với vòng ngoài Min-Max MPC, vòng dòng
điện FCS-MPC......................................................................................................147
4.2.2 Kết quả thực nghiệm hệ thống với vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng
dòng điện CCS-MPC ............................................................................................151
4.2.3 Kết quả thực nghiệm hệ thống với vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng
dòng điện Dead-beat. ............................................................................................156
4.2.4 Kết quả thực nghiệm hệ thống với bộ điều khiển thích nghi backstepping .....
....................................................................................................................160
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................168
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .....170
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................172
PHỤ LỤC...................... ..............................................................................................177
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

Mục lục
Phụ lục 1: Giới thiệu về bàn thí nghiệm .....................................................................177
Phụ lục 2: Chương trình lập trình ................................................................................191

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Danh mục các bảng biểu
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 So sánh các hệ chuyển động thẳng sử dụng thiết bị cụ thể (+: Tốt; -: Xấu)
(theo [31] ). ......................................................................................................................7
Bảng 1.2 Mật độ lực của ĐCTT làm việc theo các nguyên lý khác nhau. ...................14
Bảng 2.1 Mô tả quan hệ tương đương của các đại lượng vật lý trong 2 loại động cơ ĐB
- KTVC quay và tuyến tính. ........................................................................................27
Bảng 3.1 Các trạng thái đóng cắt của bộ biến đổi ........................................................64
Bảng 4.1 So sánh chất lượng các bộ điều khiển (+:tốt)..............................................165
Bảng 4.2 Bảng tổng hợp kết quả mô phỏng và thực nghiệm .....................................166

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Danh mục các ký hiệu, viết tắt
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Danh mục các ký hiệu
Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa

Lsd , Lsq

H

điện cảm dọc trục và ngang trục của stator

m

Kg

khối lượng của bộ phận sơ cấp (stator)

us , is

V, A

vectơ điện áp, dòng stator

Rs

W

điện trở stator

v, v
e

m/s

vận tốc cơ, điện

Fm , Fc

N

lực đẩy, lực cản

isd , isq

A

dòng điện trục d , q

usd , usq

V

điện áp trục d , q

t

mm

bước cực

p

số cặp cực

yp

Wb

từ thông cực từ

we

Rad/s

góc điện

xp

mm

vị trí của động cơ tuyến tính

cf

Hệ số ma sát

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

Danh mục các ký hiệu, viết tắt

Danh mục các chữ viết tắt

Chữ viết tắt

Ý nghĩa

ĐCMC

Động cơ một chiều

ĐCXC

Động cơ xoay chiều

ĐCKĐB

Động cơ không đồng bộ

ĐCĐB

Động cơ đồng bộ

KTVC

Kích thích vĩnh cửu

ĐB-KTVC

Đồng bộ - kích thích vĩnh cửu

ĐCTT

Động cơ tuyến tính

ĐCTTKTVC

Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu

ĐCTTKĐB

Động cơ tuyến tính không đồng bộ

TKTT

Tách kênh trực tiếp

PHTT

Phản hồi trạng thái

PMLSM

Permanet Magnet Linear Synchronous Motor

PLM

Polysolenoid Linear Motor

BLDC

Brushless DC motor

TLPMSM

Tubular Linear Permanent Magnet Synchronous Machines

CNC

Computerized Numerical Control

MPC

Model predictive control

CCS-MPC

Continuous control set Model predictive control

FCS-MPC

Finite control set Model predictive control

RFO

Rotor Flux Oriented

SFO

Stator Flux Oriented

DTC

Direct Torque Control

FOC

Field Oriented Control

FEM

Finite Element Method

LIM

Linear Induction Motor

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Danh mục các ký hiệu, viết tắt
LPMSM

Linear Permanent Magnet Synchronous Machines

PM

Permanent Magnet

MEC

Magnetic Equivalent Circuit

SVM

Space Vector Modulation

MIMO

Multi input Multi output

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Tạo chuyển động thẳng gián tiếp sử dụng đai truyền.......................................5
Hình 1.2 Tạo chuyển động thẳng gián tiếp sử dụng trục vít ...........................................6
Hình 1.3 Tạo chuyển động thẳng trực tiếp sử dụng động cơ tuyến tính .........................6
Hình 1.4 Các ứng dụng của động cơ tuyến tính. .............................................................9
Hình 1.5 Các ứng dụng trong một dây chuyền sử dụng động cơ tuyến tính [60] ...........9
Hình 1.6 Hình ảnh tầu Transrapid trên đoạn đường chạy thử nghiệm [7] ....................10
Hình 1.7 Nguyên lý chuyển đổi từ động cơ quay sang động cơ tuyến tính. .................11
Hình 1.8 Single-sided linear motor ...............................................................................11

Hình 1.9 Double-sided linear motor ..............................................................................12
Hình 1.10 Polysolenoid linear motor.............................................................................12
Hình 1.11 Các dạng thức của động cơ tuyến tính [7] ....................................................13
Hình 1.12 Động cơ tuyến tính dạng Stator dài dạng phẳng và dạng ống ......................13
Hình 1.13 Động cơ tuyến tính dạng Stator ngắn dạng phẳng và dạng ống ...................14
Hình 1.14 Phân loại động cơ tuyến tính theo nguyên lý làm việc và kết cấu hình học.14
Hình 1.15 So sánh mật độ lực của ĐCTT làm việc theo nguyên lý KĐB và ĐB [1] ...15
Hình 1.16 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính LIM kết cấu hình phẳng [34] 16
Hình 1.17 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính PLSM kết cấu hình phẳng [34]
.......................................................................................................................................18
Hình 1.18 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính PLSM kết cấu hình ống [31] .18
Hình 1.19 Cấu tạo của động cơ Polysolenoid [60] ........................................................23
Hình 1.20 Rotor của động cơ Polysolenoid [60] ...........................................................23
Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo bên trong ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoid [60] .....................23
Hình 2.1 Mối tương quan giữa các vector trong ĐCTT ................................................28
Hình 2.2 Mô tả sự hình thành của từ thông Stator ψ s ..................................................28
Hình 2.3 Mô hình động cơ tuyến tính ĐB - KTVC trong không gian trạng thái trên hệ
toạ độ dq ........................................................................................................................33
Hình 2.4 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ LPMSM kết cấu phẳng .............................34
Hình 2.5 Trục tham chiếu của động cơ và vị trí tương đối giữa hai trục tọa độ [18]....35
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Danh mục hình vẽ
Hình 2.6 Phân bố từ thông thu được khi duy nhất pha C (hình a) hoặc chỉ pha A (hình
b) được cấp điện [18] .....................................................................................................36
Hình 2.7 Mô hình phần ứng của động cơ truyền thẳng IPM biểu diễn vị trí tương đối
giữa nam châm và phần cuộn dây [18] .........................................................................37

Hình 2.8 Sơ đồ đo điện cảm tại tần số cao [13] ............................................................38
Hình 2.9 Giá trị điện cảm tại tần số 1000Hz của pha A,B,C và khung tham chiếu dq.
[13].................................................................................................................................38
Hình 2.10 Cấu tạo động cơ tuyến tính KTVC Polysolenoid [60] ................................42
Hình 2.11 Mặt cắt động cơ tuyến tính Polysolenoid .....................................................42
Hình 2.12 Đường cong B-H của vật liệu NdFeB N38UH [61] .....................................44
Hình 2.13 Mạch từ tương đương của động cơ tuyến tính 4 cặp cực khi có xét đến hiệu
ứng đầu cuối ..................................................................................................................45
Hình 2.14 Trục tọa độ α-β và d-qvới động cơ quay và động cơ tuyến tính .................46
Hình 2.15 Sơ đồ cấu trúc của động cơ tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid trên hệ tọa
độ dq ..............................................................................................................................53
Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển FOC áp dụng cho động cơ tuyến tính 2 pha, 2 cuộn
dây cấp nguồn độc lập ...................................................................................................55
Hình 3.2 Sơ đồ khối vòng điều khiển deadbeat dòng điện stator trên tọa độ tựa theo từ
thông rotor .....................................................................................................................60
Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển MPC .................................................................62
Hình 3.4 Sơ đồ 2 nghịch lưu 1 một pha điều chế đơn cực cấp nguồn áp cho 2 cuộn dây
độc lập của động cơ Polysolenoid .................................................................................64
Hình 3.5 Mặt phẳng điều chế trên trục tọa độ  ,  theo phương pháp CCS-MPC ......65
Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán bộ điều khiển FCS-MPC ...................................................68
Hình 3.7 Mặt phẳng điều chế trên trục tọa độ  ,  theo phương pháp FCS-MPC ......70
Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán bộ điều khiển FCS-MPC ...................................................71
Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ tuyến tính Polysolenoid theo phương pháp
thiết kế thích nghi backstepping ....................................................................................85
Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC không xét đến ảnh hưởng
của hiệu ứng đầu cuối ....................................................................................................88

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

Danh mục hình vẽ
Hình 4.2 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC có xét đến ảnh hưởng của
hiệu ứng đầu cuối ..........................................................................................................88
Hình 4.3 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: không tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ..................................................89
Hình 4.4 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: không tải có xét đến hiệu ứng đầu cuối .........................................................90
Hình 4.5 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ........................................................92
Hình 4.6 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối...............................................................93
Hình 4.7 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu đặt quỹ đạo
có vận tốc dạng xung vuông: không tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ..................95
Hình 4.8 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu đặt quỹ đạo
có vận tốc dạng xung vuông: không tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối ........................97
Hình 4.9 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu đặt quỹ đạo
có vận tốc dạng xung vuông: có tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ........................98
Hình 4.10 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối ........................99
Hình 4.11 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC không xét đến ảnh hưởng
của hiệu ứng đầu cuối ..................................................................................................102
Hình 4.12 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC có xét đến ảnh hưởng
của hiệu ứng đầu cuối ..................................................................................................102
Hình 4.13 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin : không tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối .........................................103
Hình 4.14 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin : không tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối ..............................................105
Hình 4.15 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo

đặt dạng sin : có tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ...............................................106
Hình 4.16 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin : có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối ......................................................108

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Danh mục hình vẽ
Hình 4.17 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: không tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối .........110
Hình 4.18 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: không tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối .........111
Hình 4.19 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS với tín hiệu đặt quỹ đạo có
vận tốc dạng xung vuông: có tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ..........................112
Hình 4.20 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối .....................113
Hình 4.21 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển MinMax MPC–Deadbeat không xét đến ảnh
hưởng của hiệu ứng đầu cuối.......................................................................................116
Hình 4.22 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển MinMax MPC–Deadbeat có xét đến ảnh hưởng
của hiệu ứng đầu cuối ..................................................................................................116
Hình 4.23 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin:
không tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ................................................................117
Hình 4.24 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- Deadbeattín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: không tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối ......................................................118
Hình 4.25 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- Deadbeattín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ......................................................119
Hình 4.26 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- Deadbeattín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối............................................................121

Hình 4.27 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- Deadbeat với tín hiệu đặt quỹ đạo
chạy thẳng không tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối .............................................124
Hình 4.28 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- Deadbeatvới tín hiệu đặt quỹ đạo
có vận tốc dạng xung vuông: không tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối .....................125
Hình 4.29 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- Deadbeatvới tín hiệu đặt quỹ đạo
có vận tốc dạng xung vuông: có tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối .....................126
Hình 4.30 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min Max- Deadbeatvới tín hiệu đặt quỹ đạo
có vận tốc dạng xung vuông: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối ............................129
Hình 4.31 Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển thích nghi backstepping không xét đến
ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối ................................................................................131

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Danh mục hình vẽ
Hình 4.32 Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển thích nghi backstepping có xét đến ảnh
hưởng của hiệu ứng đầu cuối.......................................................................................131
Hình 4.33 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backsteppingtín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: không tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ................................................133
Hình 4.34 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backsteppingtín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: không tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối ......................................................135
Hình 4.35 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backsteppingtín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ......................................................136
Hình 4.36 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backsteppingtín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối.............................................................138
Hình 4.37 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backstepping với ..................140
Hình 4.38 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backsteppingvới tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: không tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối ...............141

Hình 4.39 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backsteppingvới tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: có tải, không xét đến hiệu ứng đầu cuối ...............142
Hình 4.40 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển thích nghi backsteppingvới tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối .....................144
Hình 4.41. Cấu trúc thực tế bộ thực nghiệm ..............................................................146
Hình 4.42. Cơ cấu tạo tải thực tế ................................................................................146
Hình 4.43 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin: không tải .................................................................................................147
Hình 4.44 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin: có tải .......................................................................................................148
Hình 4.45 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: không tải ................................................................149
Hình 4.46 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-FCS MPC với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: có tải ......................................................................150
Hình 4.47 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin: không tải .................................................................................................151
Hình 4.48 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin: có tải .......................................................................................................153
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Danh mục hình vẽ
Hình 4.49 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: không tải ................................................................154
Hình 4.50 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-CCS MPC với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: có tải ......................................................................155
Hình 4.51 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin: không tải .................................................................................................156

Hình 4.52 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo
đặt dạng sin: có tải .......................................................................................................157
Hình 4.53 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-Deadbeat với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: không tải ................................................................158
Hình 4.54 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Min Max-Deadbeat với tín hiệu đặt quỹ
đạo có vận tốc dạng xung vuông: có tải ......................................................................159
Hình 4.55 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Backstepping với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: không tải.......................................................................................................161
Hình 4.56 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Backstepping với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải .............................................................................................................162
Hình 4.57 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Backstepping với tín hiệu đặt quỹ đạo có
vận tốc dạng xung vuông: không tải............................................................................163
Hình 4.58 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển Backstepping với tín hiệu đặt quỹ đạo có
vận tốc dạng xung vuông: có tải ..................................................................................164

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Mở đầu

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Để tạo ra một chuyển động thẳng khi sử dụng động cơ quay tròn truyền thống sẽ
phải qua các cơ cấu trung gian, điều đó dẫn đến hiệu suất, độ chính xác của hệ thống sẽ
bị suy giảm. Không chỉ dừng lại ở đó kết cấu cơ khí trung gian này sẽ làm tăng kích
thước của hệ thống đồng thời làm khả năng động học của hệ thống cũng trở nên xấu đi
so sai số tích lũy của các phần tử có trong toàn hệ thống. Trong công nghiệp hiện nay
chuyển động thẳng được sử dụng ngày càng rộng khắp có thể kể ra ở đây: Robot, máy

nâng hạ, máy công cụ kỹ thuật số (CNC)… Để tăng hiệu quả sử dụng trong một không
gian hạn định cho trước thì không gian để lắp đặt các thiết bị cần được tận dụng một
cách triệt để (giảm kích thước của các thiết bị lắp đặt) nhưng đồng thời vẫn phải đảm
bảo được sự linh hoạt, yêu cầu cao về độ chính xác vị trí, tốc độ và động học. Động cơ
tuyến tính có thể đáp ứng được những yêu cầu đặt ra cho yêu cầu trên, đây là đối tượng
có thể tạo ra chuyển động thẳng trực tiếp không cần qua các phần tử trung gian như
trong phương pháp tạo ra chuyển động thẳng gián tiếp. Động cơ Polysolenoid là loại
động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu với kết cấu hình ống, có thể đáp ứng
đầy đủ các yêu cầu nói trên đặc biệt quan trọng với các ứng dụng robot song song
(parallel robot) như hexapod. Do đó, động cơ Polysolenoid được lựa chọn là đối tượng
nghiên cứu của luận án này.
2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Luận án sẽ tập trung nghiên cứu đối tượng động cơ
Polysolenoid theo hướng thiết kế bộ điều khiển có khả năng xử lý được hiệu ứng đầu
cuối của động cơ KTVC Polysolenoid trong cấu trúc điều khiển. Bao gồm các nội dung
sau:
Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan về phương pháp mô hình hóa cho động cơ
tuyến tính kích thích vĩnh cửu nói chung từ đó đi vào trường hợp riêng là động cơ tuyến
tính dạng Polysolenoid. Tác giả đã tiến hành xây dựng mô hình hóa động cơ
Polysolenoid trong trường hợp đầu tiên khi không xét đến hiệu ứng đầu cuối. Thực hiện
phương án chuyển hệ tọa độ mô tả toán học của mô hình để sử dụng được cấu trúc tách
kênh trực tiếp trong cấu trúc điều khiển.
Nội dung 2: Tìm hiểu về hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính nói chung
(thể hiện qua các đặc điểm cấu tạo của động cơ tuyến tính, bản chất vật lý,…). Từ đó đề
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Mở đầu

xuất phương pháp mô hình hóa động cơ Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối.
Tiến hành xây dựng mô tả toán học, sơ đồ cấu trúc cho đối tượng điều khiển khi xét đến
hiệu ứng đầu cuối dùng trong điều khiển.
Nội dung 3: Từ mô hình toán học thu được tác giả tiến hành thiết kế điều khiển
cho động cơ Polysolenoid. Việc thiết kế điều khiển cho động cơ Polysolenoid được chia
làm hai nhóm phương pháp: Nhóm thứ nhất gồm các phương pháp (Min-max CCS, Minmax FCS, Min-max Deadbeat) được áp dụng với mô hình khi chưa xét đến hiệu ứng
đầu cuối, nhóm thứ hai (điều khiển thích nghi backstepping) có khả năng đối phó được
với hiệu ứng đầu cuối của động cơ Polysolenoid.
Nội dung 4: Đề xuất cấu trúc và xây dựng bàn thí nghiệm để kiểm chứng kết quả
nghiên cứu lý thuyết.
Phạm vi nghiên cứu của luận án: Luận án tập trung nghiên cứu đặc điểm và
những khó khăn khi xét đến hiệu ứng đầu cuối của động cơ Polysolenoid. Từ đó thực
hiện xây dựng cấu trúc điều khiển cho chuyển động tuyến tính dạng Polysolenoid. Với
đặc điểm của đối tượng điều khiển phức tạp này cho thấy, sẽ có nhiều thách thức trong
mô hình hóa, trong phân tích và lựa chọn phương pháp thiết kế điều khiển phù hợp cho
đối tượng để đạt được độ chính xác cao.
Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng phương pháp phân tích, đánh giá và
tổng hợp. Thông qua nghiên cứu tổng quan để tìm ra vấn đề cần giải quyết về lý thuyết
và thiết kế thuật toán giải quyết vấn đề đó, kiểm chứng các nghiên cứu lý thuyết bằng
mô phỏng và thực nghiệm.
3. Mục tiêu của luận án
Mục tiêu chung của luận án là nghiên cứu và thiết kế điều khiển cho các hệ thống
truyền động điện sử dụng động cơ Polysenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối. Mục tiêu
nghiên cứu trong luận án này được cụ thể như sau:
- Mô hình động học phi tuyến của động cơ Polysenoid khi xét đến hiệu ứng đầu
cuối: Mô hình chính xác là điều kiện tiên quyết để thành công với bất kì một kỹ thuật
điều khiển nào mà dựa vào mô hình, do đó cần xây dựng mô hình đối tượng phù hợp
với thiết kế điều khiển.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Mở đầu

- Áp dụng phương pháp thiết kế bộ điều khiển thích nghi backstepping cho hệ
thống truyền động điện sử dụng động cơ Polysolenoid. Kiểm chứng chất lượng điều
khiển của thuật toán bằng lý thuyết và thực nghiệm.
4. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu và thiết kế điều khiển cho các hệ thống truyền
động điện sử dụng động cơ Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối. Mục tiêu nghiên
cứu trong luận án này được cụ thể như sau:
Những đóng góp mới:
• Luận án đã xây dựng được mô hình của động cơ KTVC dạng Polysolenoid có
xét đến hiệu ứng đầu cuối và đưa ra được sơ đồ cấu trúc của động cơ này trong đó chỉ
ra được những thành phần nào bị ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối trong đó.
• Thiết kế được cấu trúc điều khiển hai mạch vòng trong đó mạch vòng trong điều
khiển lực (mạch vòng dòng điện) sử dụng các phương pháp điều khiển Dead-beat, CCSMPC, FCS-MPC; Mạch vòng ngoài điều khiển tốc độ và vị trí sử dụng bộ điều khiển
Min-max MPC. Cấu trúc điều khiển một mạch vòng (phương pháp thích nghi
backstepping) có khả năng xử lý được ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối. Kiểm chứng
chất lượng điều khiển của thuật toán bằng lý thuyết và thực nghiệm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
Giải quyết được vấn đề chuyển các kết quả nghiên cứu lý thuyết vào thực tiễn
thông qua hệ thống phần cứng được xây dựng của luận án. Phát triển các giải pháp cài
đặt linh hoạt thuật toán điều khiển để góp phần làm tăng hiệu quả khai thác thiết bị phần
cứng.
Kết quả nghiên cứu này có thể áp dụng cho một lớp các đối tượng tạo ra chuyển
động tuyến tính trực tiếp mà không phải sử dụng các bộ truyền cơ khí trung gian đặc

biệt là trong hệ thống robot song song như hexapod robot.
5. Bố cục của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, 04 chương và kết luận, được bố cục như sau:
Chương 1. Tổng quan về động cơ tuyến tính và các phương pháp điều khiển
Nội dung chương 1, trình bày các nghiên cứu khái quát về động cơ tuyến tính bao
gồm: Những đặc điểm của một hệ truyền động thẳng; Lịch sử phát triển và ứng dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Mở đầu

của động cơ tuyến tính; Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách phân loại động cơ tuyến
tính; Hiệu ứng đầu cuối (End effect); Truyền động tuyến tính và các phương pháp điều
khiển truyền động tuyến tính; Truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid với tác động
xen kênh và nhiễu; Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về điều khiển động cơ
tuyến tính.
Chương 2. Mô hình hóa động cơ tuyến tính
Xây dựng mô hình tổng quát của động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu, tập trung
nghiên cứu hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính nói chung, từ đó đi vào trường hợp
riêng là mô hình hóa ĐCTT dạng Polysolenoid nằm trong nhóm ĐCTTKTVC. Kết quả
thu được là mô hình toán học của động cơ động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng
Polysolenoid có kể đến hiệu ứng đầu cuối. Đây thực chất là một đóng góp mới của luận
án.
Chương 3. Điều khiển động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng
Polysolenoid.
Nội dung chương 3 trình bày các nội dung chính sau: Các phương pháp điều khiển
dòng điện (hay điều khiển lực) theo phương pháp Deadbeat mới và điều khiển dự báo
(MPC). Thiết kế bộ điều khiển vòng ngoài (mạch vòng tốc độ, vị trí) Min-Max MPC.

Thiết kế phương pháp điều khiển thích nghi backstepping dùng để xử lý ảnh hưởng của
hiệu ứng đầu cuối của động cơ Polysolenoid.
Chương 4. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
Trong chương 4, trình bày các kết quả mô phỏng hệ thống với vòng ngoài MinMax MPC: vòng dòng điện CCS-MPC, vòng dòng điện FCS-MPC, vòng dòng điện
Dead-beat. Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển thích nghi Backstepping. Trình bày
các kết quả thực nghiệm hệ thống.
Phần kết luận và Kiến nghị: Đã nêu bật những đóng góp mới của luận án và
những kiến nghị, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Chương 1: Tổng quan về động cơ tuyến tính và các phương pháp điều khiển

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
Truyền động điện có vai trò vô cùng quan trọng trong tất cả các ngành công
nghiệp, chúng tạo thành các thành phần cốt lõi của máy móc ở các nhà máy. Các hệ
thống truyền động điện với nhiệm vụ tham gia thực hiện các công đoạn của quá trình
công nghệ. Sự xuất hiện của tay máy robot, máy nâng hạ, máy công cụ kỹ thuật số CNC
trong các dây chuyền đã trở thành một điều tất yếu. Chính điều đó đã thúc đẩy truyền
động điện phải quan tâm tới một dạng chuyển động mới không còn bó buộc trong chuyển
động quay tròn truyền thống nữa đó chính là chuyển động thẳng. Đối tượng tạo ra
chuyển động thẳng trực tiếp không qua các cơ cấu cơ khí trung gian được sử dụng hiện
nay chính là động cơ tuyến tính. Nội dung chương 1 cần làm rõ một cách khái quát, cô
đọng các vấn đề về những thuộc tính của động cơ tuyến tính, những ứng dụng cụ thể và
phương pháp điều khiển cho đối tượng công nghệ này.
1.1

Khái quát về động cơ tuyến tính

1.1.1

Những đặc điểm của một hệ truyền động thẳng.
Để tạo ra truyền động thẳng cho các đối tượng công nghệ có hai phương pháp là

phương pháp gián tiếp và phương pháp trực tiếp.

Hình 1.1 Tạo chuyển động thẳng gián tiếp sử dụng đai truyền

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Chương 1: Tổng quan về động cơ tuyến tính và các phương pháp điều khiển

Hình 1.2 Tạo chuyển động thẳng gián tiếp sử dụng trục vít

Hình 1.3 Tạo chuyển động thẳng trực tiếp sử dụng động cơ tuyến tính
Từ hình ảnh sử dụng các phương pháp để tạo ra chuyển động thẳng trên ta có một
số nhận xét như sau:
Phương pháp tạo ra chuyển động thẳng gián tiếp: Nguồn động lực được sử dụng
ở đây là các động cơ quay tròn. Để tạo ra chuyển động thẳng của cơ cấu sản xuất thông
qua các phần tử cơ khí trung gian như (đai truyền, hộp số, trục vít,…). Do vậy nó tồn tại
những nhược điểm sau:
- Kết cấu cơ khí phức tạp, trong hệ thống tồn tại các phần tử trung gian, độ chính
xác của hệ thống thấp do sai số tích lũy của các phần tử có trong toàn hệ thống.

- Hiệu suất của hệ thống thấp.
- Khả năng động học của hệ thống thấp do tồn tại những dao động riêng của các
phần tử trung gian.
- Giá thành cao, chi phí bảo dưỡng cao.
- Choán lượng không gian lớn.
Phương pháp tạo ra chuyển động thẳng trực tiếp: Ở phương pháp này động cơ
tuyến tính được sử dụng để tạo ra chuyển động thẳng trực tiếp. Khi sử dụng động cơ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




Chương 1: Tổng quan về động cơ tuyến tính và các phương pháp điều khiển

tuyến tính hệ thống sẽ khắc phục được những nhược điểm của phương pháp tạo chuyển
động tuyến tính gián tiếp. Điều đó được thể hiện trong những mặt sau:
Đơn giản về mặt kết cấu cơ khí do loại bỏ được các phần tử trung gian do đó

-

giảm được chi phí bảo dưỡng vận hành.
-

Hiệu suất của hệ thống được nâng cao do loại bỏ được các cơ cấu trung gian.

-

Đặc tính động học của hệ được nâng cao, do loại được các dao động riêng của
các phần tử trung gian.

-

Tăng được giới hạn trên về lực đẩy và gia tốc.

-

Ít gây ồn khi làm việc, bảo dưỡng cũng dễ dàng hơn, tuổi thọ trung bình dài
hơn.

Tuy nhiên với hệ thống sử dụng động cơ tuyến tính vẫn còn tồn tại một số nhược
điểm như sau:
-

Giải pháp làm mát phức tạp.

-

Khó chuẩn hóa (thường được sử dụng trong các máy chuyên dụng) nên hệ thống
có giá thành cao.
Ngoài ra [31] cũng chỉ ra sự so sánh chi tiết giữa các hệ thống chuyển động thẳng

sử dụng các thiết bị cụ thể theo từng khía cạnh (Bảng 1.1).
Bảng 1.1 So sánh các hệ chuyển động thẳng sử dụng thiết bị cụ thể (+: Tốt; -: Xấu)
(theo[31]).
Thiết bị
Đai truyền
Vít dẫn
BánhRăng
Trục vít
ĐCTT

và Puli
hướng
Trườnghợp
Độ chính xác

--

-

++

+

++

Dải tốc độ

+

-

--

-

++

-

+

--

--

++

Lực đẩy

-

+

-

+

++

Ma sát

+

+

--

+

++

Bảo dưỡng

+

+

-

--

++

Thời gian

+

-

--

+

++

Phạm vi
dịch chuyển

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

Chương 1: Tổng quan về động cơ tuyến tính và các phương pháp điều khiển

Giá thành

+

++

++

+

-

Hiệu quả

+

-

--

-

++

Từ những phân tích trên ta thấy khi sử dụng động cơ tuyến tính mặc dù có nhiều

ưu điểm nhưng vẫn còn tồn tại những nhược điểm cố hữu của nó. Đặc biệt là về giá
thành của động cơ tuyến tính khi ứng dụng vào các hệ thống. Điều này sẽ được giải
quyết nếu như số lượng của động cơ tuyến tính được sản xuất hàng loạt trong hoạt động
sản xuất công nghiệp. Chính vì vậy trong thời gian gần đây các nghiên cứu để đưa động
cơ tuyến tính vào các dây chuyền sản xuất tự động đang được sự quan tâm đặc biệt và
tiềm năng tham gia của động cơ tuyến tính đã bắt đầu được khai thác.
1.1.2

Lịch sử phát triển và ứng dụng của động cơ tuyến tính

Vài nét về lịch sử phát triển của động cơ tuyến tính
Theo [8, 23, 32, 55] nguyên lý cơ bản của động cơ tuyến tính được đưa ra vào
khoảng năm 1840 bởi Charles Wheatstone là một nhà khoa học người Anh. Năm 1989
hai nhà khoa học người 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 không
đồng bộ vào hệ thống tàu điện. Bằng sáng chế tại Mỹ đầu tiên được cấp cho nhà sáng
chế người Đức là Alfred Zehden vào năm 1902 và 1907 là việc sử dụng động cơ tuyến
tính trên hệ thống đường sắt. Một loạt các bằng sáng chế tại Đức cho tàu đệm từ được
cấp cho Hermann Kemper từ năm 1935 đến 1941. Đến cuối những năm 1940 giáo sư
Eric Laithwaite tại viện nghiên cứu Hoàng gia Anh đã đưa ra được mô hình thực tế động
cơ làm việc được và nó được ứng dụng trong hệ thống máy dệt công nghiệp. Với việc
chế tạo thành công động cơ tuyến tính đầu tiên này đã dành được nhiều sự quan tâm của
các nhà khoa học và nó được coi là máy điện của tương lai.
Những ứng dụng của động cơ tuyến tính đã được áp dụng trong thực tiễn
Động cơ tuyến tính hiện đã được ứng dụng trong thực tiễn ở mọi dải công suất.
Ở dải công suất lớn chúng hiện diện trong cơ cấu truyền động dùng trong các phương
tiện giao thông như tàu điện, xe bus nhanh (Metro). Trong dải công suất trung bình và
nhỏ nó được 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

Chương 1: Tổng quan về động cơ tuyến tính và các phương pháp điều khiển

cầu cao về độ chính xác vị trí, tốc độ và tác động nhanh. Trong dải công suất nhỏ được
sử dụng trong thiết bị như máy in, máy cắt laser sử dụng trong phẫu thuật,…

Hình 1.4 Các ứng dụng của động cơ tuyến tính.

Hình 1.5 Các ứng dụng trong một dây chuyền sử dụng động cơ tuyến tính [60]
Các động cơ tuyến tính khi được chế tạo dưới dạng module sẽ dễ dàng kết hợp
một cách nhanh chóng để tạo thành một hệ thống chuyển động đa trục. Việc can thiệp
vào dây chuyền cũng như tùy chỉnh quá trình công nghệ sẽ trở nên đơn giản hơn khi các
động cơ được kết nối với hệ thống điều khiển trung tâm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN