Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật điều khiển động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng polysolenoid

1
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 tồn
hệ thống. Trong cơng nghiệp hiện nay chuyển động thẳng được sử dụng ngày càng rộng khắp có thể
kể ra ở đây:Robot, máy nâng hạ, máy cơng cụ kỹ thuật số (CNC)… Để tăng hiệu quả sử dụng trong
một khơng gian hạn định cho trước thì khơng 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 u 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: Nội dung của 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 mơ 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 mơ 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 mơ tả tốn
học của mơ 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 xuất phương pháp
mơ hình hóa động cơ Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối. Tiến hành xây dựng mơ tả tốn
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 mơ hình tốn 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, Min-max 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 sử dụng 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


2
phức tạp này cho thấy, sẽ có nhiều thách thức trong mơ 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.
Thơng qua nghiên cứu tổng quan để tìm ra vấn đề cần giải quyết về lý thuyết và thiết kế thuật tốn
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 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:
- Mơ hình động học phi tuyến của động cơ Polysenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối: Mơ
hình chính xác là điều kiện tiên quyết để thành cơng với bất kì một kỹ thuật điều khiển nào mà dựa
vào mơ hình, do đó cần xây dựng mơ hình đối tượng phù hợp với thiết kế điều khiển.
- Áp dụng thành công 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:
• Mơ hình động học phi tuyến của động cơ Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối: Luận
án đã xây dựng được mơ 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.
• Áp dụng thành cơng phương pháp thiết kế bộ điều khiển thích nghi backstepping cho hệ
thống truyền động điện sử dụng động cơ Polysolenoid để xử lý ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối.
Kiểm chứng chất lượng điều khiển của thuật toán bằng lý thuyết và thực nghiệm.
• Thiết kế được cấu trúc điều khiển hai mạch vịng trong đó mạch vịng trong điều khiển lực
(mạch vòng dòng điện) sử dụng các phương pháp điều khiển Dead-beat, CCS-MPC, FCS-MPC;
Mạch vịng ngồi điều khiển tốc độ và vị trí sử dụng bộ điều khiển Min-max MPC.
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 khơng 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, phần kết luận và kiến nghị, được bố cục như sau:


3
Chương 1. Tổng quan về động cơ tuyến tính và các phương pháp điều khiển
Chương 2. Mơ hình hóa động cơ tuyến tính
Chương 3. Điều khiển động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid.
Chương 4. Kết quả mơ phỏng và thực nghiệm
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.
CHƯƠNG 1 :

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH
VÀ CÁCPHƯƠNGPHÁP ĐIỀU KHIỂN

1.1

Khái quát về động cơ tuyến tính

1.1.1
1.1.2

Những đặc điểm của một hệ truyền động thẳng.
Lịch sử phát triển và ứng dụng của động cơ tuyến tính

Hình 1.4 Các ứng dụng của động cơ tuyến tính.
1.1.3

Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách phân loại động cơ tuyến tính

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 tương ứng.

Hình 1.7 Nguyên lý chuyển đổi từ động cơ quay sang động cơ tuyến tính.
1.1.4
Hiệu ứng đầu cuối (End effect)
Hiệu ứng đầu cuối là một điểm đặc trưng của động cơ tuyến tính khác so với các loại động cơ
khác. Do kết cấu mạch từ hở của động cơ tuyến tính dẫn đên phân bố từ thông ở khe hở không khí
của loại động cơ này phân bố khơng đều nhau tại khu vực giữa và hai đầu mút. Điều này gây ra sự

mấp mô về mô men và tốc độ trong quá trình vận hành của động cơ.


4
Hình 1.17 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính PLSM kết cấu hình phẳng [10]
1.2

Truyền động tuyến tính và các phương pháp điều khiển truyền động tuyến tính

1.2.1
1.2.2

Yêu cầu đặt ra với bài toán điều khiển truyền động tuyến tính
Khái qt về tình hình nghiên cứu về động cơ tuyến tính

Tình hình nghiên cứu động cơ tuyến tính trong nước.
- Về các cơng trình cơng bố trên các tạp chí khoa học trong nước có một số bài báo viết về
vấn đề này nhưng mới chỉ dừng trên mức độ tổng quan về phương pháp điều khiển trên lý thuyết và
mơ phỏng trên Mathlab Simulink.
- Các cơng trình luận án được nghiên cứu thực nghiệm trên thiết bị thực [2,6] được công bố
dưới dạng luận án tiến sĩ kỹ thuật.
Tình hình nghiên cứu động cơ tuyến trên thế giới
Trong giai đoạn vừa qua, đối tượng trong nhóm động cơ tuyến tính đồng bộ được tập trung
nghiên cứu nhiều nhất là nhóm động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu dạng phẳng với
Stator ngắn tương ứng với mơ hình của động cơ điện xoay chiều ba pha kích thích vĩnh cửu.
Các nhóm vấn đề được quan tâm nghiên cứu:
Nhóm vấn đề thứ nhất:Áp dụng các phương pháp điều khiển đã được ứng dụng thành cơng
cho nhóm động cơ quay cho động cơ tuyến tính.
Nhóm vấn đề thứ 2: Phương pháp xác đỉnh cực của trục tạo từ thơng rotor.
Nhóm vấn đề thứ 3: Mơ hình hóa động cơ.

Nhóm vấn đề thứ 4: Nâng cao chất lượng điều khiển.
Nhóm vấn đề thứ 5: Trong [31] đề xuất đến một phương pháp không cần nhận dạng hiệu ứng
đầu cuối sử dụng bộ điều khiển bền vững thích nghi bù bất định hiệu ứng đâu cuối, tuy nhiên trong
mơ hình vẫn tồn tại cảm biến đo vị trí.
1.3

Truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid và các phương pháp điều khiển.

1.3.1

Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid

Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid thuộc nhóm động cơ đồng bộ
kích thích vĩnh cửu có cấu tạo hình ống, động cơ có hai pha với hai cuộn dây bố trí lệch nhau 90 độ
điện.

Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo bên trong ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoid [60]
1.3.2

Điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid
Tình hình nghiên cứu trong nước:


5
Với nguồn tham khảo là các bài báo và luận án được lưu trữ tại thư viện quốc gia Việt Nam
thì chưa có cơng trình nào nghiên cứu về điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới:
Các nghiên cứu trên thế giới với đối tượng động cơ tuyến tính hình ống dạng stator ngắn tập
trung vào một số nhóm vấn đề như sau:





Nhóm vấn đề thứ nhất: Mơ hình hóa thiết kế động cơ
Nhóm vấn đề thứ hai: Thiết kế cấu trúc điều khiển
Nhóm vấn đề thứ ba: Mô tả hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính hình ống ba pha
sử dụng phương pháp thực nghiệm.

Trong các cơng trình đã được cơng bố tập trung vào hai hướng chính.
 Hướng thứ nhất: Tập trung vào việc nghiên cứu hiệu ứng đầu với hai hướng tiếp cận
là mô tả dưới dạng mạch từ tương đương và sử dụng FEM. Trong hai phương pháp
trên phương pháp sử dụng FEM mô tả hiệu ứng đầu cuối mang tính trực quan hơn.
Tuy nhiên khi sử dụng FEM phải có được các thơng số chính xác của động cơ.
 Hướng thứ hai: Nghiên cứu cấu trúc điều khiển bù bất định hiệu ứng đầu cuối tuy
nhiên trong hệ thống tồn tại cảm biến đo vị trí.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:
Từ những phân tích được thực hiện ở trên ta thấy rằng: ĐCTT có nguồn gốc từ động cơ quay
và về cơ bản trong nhiều trường hợp (thiết kế cấu trúc điều khiển, phân tích hiện tượng vật lý,...) có
sự tương đương giữa hai nhóm động cơ này. Nhưng ở ĐCTT vẫn tồn tại những đặc điểm riêng mà
không có ở động cơ quay là hiệu ứng đầu cuối (end effect) điều này cần tiếp tục nghiên cứu một
cách cụ thể hơn trong các phần sau của luận án. Việc thu nhận được những hiểu biết về động cơ
tuyến tính giúp ta thực hiện những mục tiêu sau:



Tạo cơ sở cho q trình mơ tả tốn học cho động cơ tuyến tính.
Hiểu về đặc tính đầu cuối trong động cơ tuyến tính từ đó tìm ra các phương pháp xử
lý hiện tượng này nhằm trong cấu trúc điều khiển.

Nội dung của phần 1.3 tập trung làm rõ về tình hình nghiên cứu động cơ tuyến tính

Polysolenoid, các vấn đề liên quan đến mơ hình và các phương pháp điều khiển truyền động tuyến
tính dạng Polysolenoid. Điều đó tạo thuận lợi cho việc lựa chọn đề xuất các phương pháp nghiên
cứu tiếp theo cho bài toán điều khiển truyền động tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid.
CHƯƠNG 2 :
2.1

MƠ HÌNH HĨA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

Mơ hình tốn học của động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu

1

,i

2

1

,i

2

1

,i
1

d
2

O

2

P

,i

1

d
2

P

2π

Hình 2.1 Mối tương quan giữa các vector trong ĐCTT
Mơ hình trạng thái động cơ tuyến tính ĐB - KTVC trên hệ toạ độ dq (hình 2.3) như sau:


6

usd 
isd 
f
 và u s    thỏa mãn phương trình:
 usq 
 isq 

f
với i s  

d f
 i s   A f i sf  B f usf  Ni sf e  S pe
dt
Af

Ma

trận

hệ

thống.

Bf

Ma

trận

đầu

vào.

N

Ma

trận

ghép

phi tuyến.

S

Ma

trận nhiễu.

 1
 T
sd
f
A 

 0

 1
L
sd
Bf  

 0



 0

N
 Lsd

 Lsq

Lsq 

Lsd 

0 


(2.20)


0 

1 
 
Tsq 

0 

1 

Lsq 

 0 



S 1 

 Lsq 

v

e

Phần phi
tuyến

u

f
s

p

Bf

N
di sf
dt

S

Af

Hình 2.3 Mơ hình động cơ tuyến tính ĐB KTVC trong không gian trạng thái trên hệ toạ
độ dq

2.2

Hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính KTVC

2.2.1

Giới thiệu về hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính KTVC

Động cơ tuyến tính loại đồng bộ kích thích vĩnh cửu (LPMSM) đang dần trở thành sản phẩm tự
động hóa phổ biến do nó cho phép loại bỏ các thiết bị truyền động cơ khí như trục vít vơ tận, đai
truyền,…. Tuy nhiên ở động cơ tuyến tính xuất hiện ảnh hưởng bởi hiệu ứng đầu cuối do kết cấu
mạch từ hở.

Hình 2.4 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ LPMSM kết cấu phẳng
Hiệu ứng đầu cuối được hiểu là sự phân biệt giữa các khu vực đầu và cuối với các điểm nằm
giữa về phân bố điện từ gây ảnh hưởng đến từ thông và lực do động cơ tuyến tính sinh ra (do tính
chất mạch từ hở của động cơ tuyến tính). Điều đó thể hiện ở đặc điểm: Với động cơ đồng bộ kích


7
thích vĩnh cửu thì là sự phân bố từ trường tại hai đầu của phần kích thích bị suy giảm minh họa
trong hình 2.4 Diễn biến này khác nhau phụ thuộc vào tốc độ của động cơ (độ lớn của dịng phía
bên kích thích). Sự xuất hiện hay kết thúc đột ngột của dịng phía cảm ứng (tương ứng với sự xuất
hiện hay kết thúc của dịng phía kích thích). Gây ra phản ứng dọc trục gây ra sự thay đổi tốc độ của
động cơ (nhấp nhô về tốc độ). Đây cũng là một điểm cần phải lưu tâm trong động cơ tuyến tính.
Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính đồng bộ hình ống

2.2.2

Hình 2.6 Phân bố từ thơng thu được khi duy nhất pha C (hình a) hoặc chỉ pha A (hình b)
được cấp điện [18]




cos(2 )

0
0

  iA 
 A   1 0 0 
 
2 

    L 0 1 0   L  0
cos  2   
0
  iB 
 B  0 
 2
3




  i 
 C 
0 0 1 

 C
 

2  

0
cos  2     

 0
3  




(2.25)

2 
2 



0
cos  2    cos  2    

3 
3 



 iA 

0 1 1  iA 
0 1 1  iA 
 
 
2 




 M 2  cos  2   
0
cos(2 )  iB   M 0 1 0 1 iB    M 0 1 0 1  iB 




3 
 
 i 
1 1 0  iC 
1 1 0  iC 
C

 

2 
cos(2 )
0
cos  2   


3 
 


Trong phương trình trên thành phần ΔM0 đặc trưng cho cho hiệu ứng đầu cuối trong động cơ
tuyến tính hình ống. Trong phương trình trên thành phần  M 0 đặc trưng cho hiệu ứng đầu cuối
trong động cơ tuyến tính hình ống. Chuyển phương trình từ thông sang tọa độ dq bằng phép biến
đổi (2.18) như sau



1



2



2 



2

2 

 d   L0  L2  M 0  M 2   M 1  cos  2      id   M sin  2    iq
2
3

3 
3
3 




0


1
2
2 


 q   L0  L2  M 0   M 0 1  cos  2      iq
2
3
3 




0

2
2 

  M 0 sin  2    id
3

3 


(2.26)

Đến đây ta tách phương trình (2.26) thành 2 thành phần đại diện cho thanh phần từ thông
không chịu tác động và chịu tác động của hiện tượng đầu cuối như sau


8
 d 0   Ld 1
    L
 q 0   qd 1

  d   Ld 2
     L
 q   qd 2

1

L

L2  M 0  M 2
0
Ldq1  id  
2

Lq1  iq  
0



 id 
   (2.27)
i
1
L0  L2  M 0  M 2   q 

2
0

2 
2 



1  cos  2     sin  2    

Ldq 2  id 
3 
3  id 
2



   (2.28)



M

Lq 2   iq 
3 0
2 
2   iq 


  sin  2    1  cos  2    
3 
3 




Ở đây ta thấy rằng (2.28) chính là mơ hình từ thông chịu ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối
trong động cơ tuyến tính KTVC 3 pha hình ốngtrên tọa độ dq. Trong đó thanh phần  M 0 được ước
lượng từ thực nghiệm dựa trên các phương trình (2.23) và (2.24)
2.3

Mơ tả tốn học động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid

2.3.1

Mơ hình mạch từ tương đương
bt bs
hs

A

B

A

B

A

B

A

R’

B

g

hm

N

R’’

S

N

S
A

N

B

S

N
A

S
B

N
A

S

N
B

S
A

N

S

N

S

N

S

N

B

Hình 2.11 Mặt cắt động cơ tuyến tính Polysolenoid
Trong trường hợp chung ta có cơng thức tính từ trở: Rm 
Từ trở tản được tính như sau: Rm 

2bs
0 hsls

lc H
Ac B

(2.30)

(2.32)

Với hs là chiều cao của rãnh cuốn dây. Với kết cấu của của động cơ tuyến tính dạng
R' +R''
Polysolenoid: ls =2π
(2.33)
2

R', R'' : lần lượt là bán kính ngồi và bán kính trong của phần chứa dây quấn trong các rãnh
tính từ tâm theo mặt cắt của động cơ.
Phần thứ cấp (Slider) của động cơ được làm từ vật liệu từ NdFeB N38UH. Các thông số dựa

theo tài liệu của nhà sản xuất kết hợp tra cứu theo tài liệu [62] ta thu được đặc tính B-H theo Hình
2.12


9

Hình 2.12 Đường cong B-H của vật liệu NdFeB N38UH [61]
Dựa vào đặc tính B-H ta có:
Từ trở của rãnh cuốn dây: Rmt 

hs
H
bt .2 .R ' Bt

Từ trở của cuộn dây: Rmy 

Từ thông sinh bởi nam châm:

(2.34)

hs
H
bs .2 .R ' By



ˆ cos  
 pma  
pm



 p




ˆ
 pmb   pm cos  
 p


(2.35)


x


x

(2.36)


2 

F
 Rmg  pma
Sức từ động của nam châm:  mpma

 Fmpmb  Rmg  pmb

(2.37)

Điện áp trên phần stator được viết như sau (với giả thiết động cơ có 4 cặp cực):
d

u  Ria  Nt ( a1   a 2   a 3   a 4 )

 a
dt

u  Ri  N d (       )
b
b
t
b1
b2
b3
b4

dt


(2.38)

Từ (2.31),(2.32),(2.34),(2.37),(2.38) ta xây dựng được sơ đồ mạch từ tương đương hình 2.13

Hình 2.13 Mạch từ tương đương của động cơ tuyến tính 4 cặp cực khi có xét đến hiệu ứng đầu cuối


10

2.3.2

Hệ phương trình vi phân đề xuất
Dựa trên những tính tốn về mạch từ tương đương trong hình 2.13.

di
L ( ) 

did
di
Ld ( )
 e Lqiq  Ld ( ) d  Ldq ( ) q  e  Lq ( )iq  Ldq ( )id 
id  dq
iq 
ud  Rsid  Lsd
(2.49)
dt
dt
dt







u  R i  L diq   L i     L ( ) diq  L ( ) did    L ( )i  L ( )i  Lq ( ) i  Ldq ( ) i 
s q
sq
e d d

e p
q
dq
e
d
d
dq
q
q
d 
 q
dt
dt
dt






Ta đưa Error! Reference source not found. về dạng phương trình vi phân bậc 1 với biến là các
vector dòng điện và điện áp trên tọa độ d-q:

u dq  Ri dq  L  

d
i dq  L1   ei dq  G pe
dt

(2.50)

Với:

ud 
id 
R
u dq    ; i dq    ; R   s
0
 uq 
iq 

0
 Ld ( ) Ldq ( ) 
0 
;
L




 L ( ) L ( )  ; G   

Rs 
q
1 
 dq


Ldq ( )
 Ld ( )


 Lq ( ) 
   Ldq ( )


L1    

L
(

)

L
(

)
 dq

q
 Ldq ( ) 
   Ld ( )


Đưa (2.50) về dạng:

di dq
dt

 L1Ri dq  L1L1i dqe  L1G pe  L1u dq

(2.51)

 di dq
1
1
1
1
 dt  L Ri dq  L L1i dqe  L G pe  L u dq

(2.56)




d

1
p
2
2
e

  piq   Ld ( )  Lq ( )  id iq  Ldq ( )  iq  id   
 Fc
 dt
m
 2 m 





Từ phương trình vi phân trên ta tiến hành xây dựng cấu trúc mô tả các thành phần trên hệ trục
tọa độ dq với mong muốn làm rõ bản chất vật lý cũng như bản chất MIMO của đối tượng.
Với cách đặt

Tq 

Lq
Rs

, Td 

Ld
2
 Lq
1
;   1  Ldq / Ld Lq , L  1 

2
Rs
Ld Lq  Ldq   Ldq

 1
 L
d
-1
L ( )L1 ( )  
 - Ldq


 Ld Lq

- Ldq 
Ld Lq   c1

1  c3

 Lq 

Phương trình (2.56) dẫn đến

 c1

c2    Ld

c4   c3

  Lq

-

Ldq c3
Ld Lq
Ldq c1
Ld Lq

 1

 Ldq    Ld
=

Ld    Ldq

 Ld Lq

L c 
c2
- dq 4 
 Ld Ld Lq 
L c 
c4
- dq 2 
 Lq Ld Lq 

 Ldq 
Ld Lq 
,

1

 Lq 


11
 di
 cL
 cL
L
L
1
c 

c 
1
id  dq iq  e  3 dq  1  id  e  4 dq  2  iq 
ud  dq uq
 sd  




 Td
 LqTd
 Ld
 Ld Lq
 dt
  Ld Lq  Ld 
  Ld Lq  Ld 

 c1Ldq
 c2 Ldq
Ldq
Ldq
c3 
1
c4 
1
1
 disq
 dt    T iq   L T id  e   L L   L  id  e   L L   L  iq   L e p   L uq   L L ud
q
d q

q 
q 
q
q
d q
 d q
 d q


(2.57)

Hình 2.15 Sơ đồ cấu trúc của động cơ tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid trên hệ tọa độ dq
Kết luận chương 2:
Kết quả đạt được của Chương 2 đã giải quyết được vấn đề xây dựng mơ hình thống nhất của
động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối.
Với mơ hình thu được là tiền đề trong việc thiết kế điều khiển cho hệ truyền động sử dụng động cơ
tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid. Đây chính là nội dung tiếp theo của luận án.
CHƯƠNG 3 :
3.1

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH DẠNG POLYSOLENOID

Khái quát về cấu trúc điều khiển

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
3.2
Các phương pháp điều khiển lực (điều khiển dòng điện)
3.2.1

Điều khiển theo phương pháp deadbeat mới


12
Trong mục này tác giả trình bày về cách thiết kế bộ điều khiển dịng stator theo hướng hồn
tồn mới nhằm đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng như: tách kênh, giá trị dòng điện stator đạt được giá
trị chủ đạo trong khoảng thời gian hữu hạn (FAT) đã được thiết kế thành cơng theo [1].

Hình 3.2 Sơ đồ khối vòng điều khiển deadbeat dòng điện stator trên tọa độ tựa theo từ thông rotor
  z  11  P1  z 1 
12 P2  z 1  


1
1
(3.17)
1  z 1P2  z 1  
 1  z P1  z 
R I  z 1   
1
  21P1  z 

1
1
 1  z P1  z 

3.2.2



 z   22  P2  z 1  


1  z 1P2  z 1  

Điều khiển dự báo MPC

Khác với điều khiển tối ưu truyền thống nơi mà nghiệm tối ưu được thành lập dựa vào giải
các bải toán tối ưu cho trước. Do đó rất khó phản ứng với những thay đổi phi tiền định của hệ thống
ví dụ như nhiễu, sai lệch mơ hình… Tín hiệu điều khiển tối ưu theo MPC là một dãy tín hiệu điều
khiển, mỗi phần tử trong dãy đó đại diện cho tín hiệu điều khiển tại thời điểm thứ k nhất định. Bài
toán tối ưu được lặp lại tại sau mỗi chu kì với những thơng tin mới nhất về hệ thống. Hình 3.1 dưới
đây mơ ta cấu hình cơ bản của hệ thống điều khiển dự báo mơ hình.

Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển MPC
Thêm vào đó căn cứ vào tính chất của cơ cấu chấp hành hay cụ thể hơn trong luận án này là
bộ biến đổi và phương thức điều khiển chúng, trong mục này ta đề xuất 2 phương án điều khiển dự
báo được phân biệt dựa vào tính chất liên tục và gián đoạn (hữu hạn) các phần tử trong tập điều
khiển.


13
- Nếu coi điện áp đặt vào 2 cuộn dây động cơ là liên tục, do giới hạn về điều chế dẫn đến điện
áp sẽ nằm trong tập bị chặn, liên tục. Điều này đưa đến phương pháp điều khiển dự báo với
tập điều khiển liên tục (Continuous control set MPC - CCS MPC).
- Nếu xét điện áp tức thời trên động cơ, coi bộ biến đổi là lý tưởng dẫn đến tập điện áp điều
khiển là hữu hạn phụ thuộc vào cấu hình bộ biến đổi. Điều này đưa trên phương pháp điều
khiển dự báo với tập điều khiển hữu hạn (Finite control set MPC - FCS MPC).
Điều khiển dự báo MPC với tập điều khiển liên tục

Hình 3.5 Mặt phẳng điều chế trên trục tọa độ
 ,  theo phương pháp CCS-MPC

Hình 3.6 Lưu đồ thuật tốn bộ điều khiển
CCS-MPC

Để hình thành nên miền điều chế ta sử dụng hệ công thức:
u s  u p  ut
u s  Q1 : u p 

Tp
Tpulse

u s  Q3 : u p  

U dc ; ut 

Tp
Tpulse

T
Tt
T
U dc ; u s  Q2 : u p   p U dc ; ut  t U dc
Tpulse
Tpulse
Tpulse

U dc ; ut  

T
Tt
T
U dc ; u s  Q4 : u p  p U dc ; ut   t U dc
Tpulse
Tpulse
Tpulse

Tp  Tt  Toff  Tpulse

Điều khiển dự báo MPC với tập điều khiển hữu hạn

(3.22)


14
Với các đối tượng có bản chất gián đoạn như các bộ biến đổi công suất, phương pháp FCS MPC tỏ
ra rất hữu hiệu. Nó cung cấp một cách tiếp cận hoàn toàn khác đối với các bộ biến đổi công suất.
Phương pháp này dựa vào số lượng hữu hạn số tổ hợp van cho phép của bộ biến đổi cơng suất.

Hình 3.7 Mặt phẳng điều chế trên trục tọa độ
 ,  theo phương pháp FCS-MPC

Hình 3.8 Lưu đồ thuật tốn bộ điều khiển FCSMPC

Bộ điều khiển vịng ngồi Min-Max MPC
Thiết kế thích nghi backstepping

3.3
3.4

Từ mơ hình động cơ (2.49), kết hợp với luật xấp xỉ (3.42) ta thu được hệ phương trình như
sau:





ud  Rsid  e  A1dq sin 2  B1dq cos 2  id   Lq  A1q sin 2  B1q cos 2  iq


 2e  A1d cos 2  B1d sin 2  id  2e  A1dq cos 2  B1dq sin 2  iq


di
di
  Ld  A1d sin 2  B1d cos 2  d   A1dq sin  2   B1dq cos 2  q


dt
dt

uq  Rsiq  e  Ld  A1d sin 2  B1d cos 2  id   A1dq sin 2  B1dq cos 2  iq   p


 2e  A1dq cos 2  B1dq sin 2  id  2e  A1q cos 2  B1q sin 2  iq

di
di


  A1dq sin 2  B1dq cos 2  d   Lq  A1q sin 2  B1q cos 2  q

dt
dt





Viết lại hệ phương trình trên dưới dạng ma trận ta thu được:






15
M

di dq
dt

 u dq  G  H

(3.43)

Trong đó:
i dq  id

T

iq  , udq  ud

T
 L  A1d sin  2   B1d cos  2 
uq  ; M   d
  A1dq sin  2   B1dq cos  2  


A

sin  2   B1dq cos  2   

 Lq  A1q sin  2   B1q cos  2  
1dq

   A sin  2   B cos  2   i 
 
1dq
d
 e  1dq
 
 A sin 2  B cos 2 i    L i   
  q  e q q  
  1q   1q
 2 A cos 2  B sin 2 i 
 
  1d    d
 e  1d
 

 2 A cos 2  B sin 2 i
 
  1dq    q
 Rs id


 
 e  1dq
G
;H  

 
  Rs iq  e p 
 e  A1d sin  2   B1d cos  2   id 



  A1dq sin  2   B1dq cos  2   iq   e Ld id   


 2e  A1dq cos  2   B1dq sin  2   id 



 2e  A1q cos  2   B1q sin  2   iq
 
Trong mục này tác giả đi thiết kế thích nghi trong trường hợp các tham số về điện cảm trong
công thức (3.42) là không biết trước. Do M  M   là ma trận xác định dương,
G  G i dq , e , H  H i dq , e , , dẫn đến hệ phương trình (3.44),(3.45),(3.46) sẽ có dạng hệ
tam giác dưới như sau









d
 e
dt
de
2
 Ei dq 
Fc
dt
m p
di dq
dt

(3.47)

 h  , e , i dq   M 1   u dq





Trong đó h  , e , i dq   M 1   G  i dq , e  + H  i dq , e ,  . Đến đây, ta đủ cơ sở để để tiến hành

thiết kế điều khiển backstepping cho hệ phương trình trên.
Lựa chọn tín hiệu điều khiển ảo tốc độ như sau:
c  r  k e

(3.51)

Với tín hiệu điều khiển ảo dịng điện như sau:

iqc  k  a 1c  e

(3.56)

Đến đây, Ta lựa chọn tín điện áp điều khiển:
T
udq  Γidq  G  Yξˆ  0  

Và luật thích nghi có dạng:

(3.62)


16



ξˆ  Π  ξˆ  YT idq



(3.63)

Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ tuyến tính Polysolenoid theo phương pháp thiết kế thích
nghi backstepping
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Tồn bộ cấu trúc điều khiển vị trí cho ĐCTT dạng polysolenoid đã được trình bày trong
chương 3 bao gồm 2 nhóm phương pháp là MPC và thích nghi backstepping. Trong nhóm phương
pháp MPC tác giả đã thiết kế cấu trúc điều khiển vịng trong, vịng ngồi. Mạch vịng điều khiển
dịng điện được đề xuất với 3 bộ điều khiển chính là deadbeat, CCS-MPC, và FCS-MPC. Với mạch
vòng điều khiển tốc độ và vị trí tác giả sử dụng phương án dùng bộ điều khiển Min-Max MPC. Để
giải quyết vấn đề ảnh hưởng của hiện tượng đầu cuối đến ĐCTT, tác sử dụng phương pháp thiết kế
thích nghi backstepping với việc xấp xỉ ảnh hưởng của hiện tượng đầu cuối thông qua sự thay đổi
trong điện cảm phía stator. Trong phần tiếp theo tác giả sẽ đi trình bày các kết quả mô phỏng và
thực nghiệm để so sánh chất lượng của các phương pháp đềxuất.
CHƯƠNG 4 :

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM

Nội dung mô phỏng được thực hiện theo kịch bản sau:




Tín hiệu đặt: xét với quỹ đạo dạng sin và quỹ đạo với vận tốc dạng xung vuông.
Tải tác động: xét với trường hợp động cơ chạy không tải và có tải.
Mơ hình động cơ: xét với trường hợp có hiệu ứng đầu cuối và khơng có hiệu ứng đầu
cuối.

4.1

Kết quả mô phỏng

4.1.1

Mô phỏng hệ thống với mạch vịng ngồi Min-Max MPC, mạch vịng dịng điện FCSMPC

Thơng số bộ điều khiển dịng điện FCS-MPC:
Chu kì trích mẫu dịng điện T i  50   s  ; Ma
trận Q  diag 10 1 ; Thông số bộ điều
khiển tốc độ, vị trí MinMax-MPC: Chu kì trích
mẫu tốc độ T w  2000   s  ; Ma trận
Q  diag 10 0.01 ; Tầm dự báo N w  6 ; Hình 4.1 Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển Min
Ma trận phản hồi trạng thái K  800 1 ; hệ số Max-FCS MPC không xét đến ảnh hưởng của
ma sát c f  0.1; N p  2
hiệu ứng đầu cuối


17

Hình 4.2 Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển Min
Max-FCS MPC có xét đến ảnh hưởng của hiệu
ứng đầu cuối
4.1.2

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

Mô phỏng hệ thống với mạch vịng
ngồi Min-Max MPC, mạch vịng
điều khiển dịng điện CCS-MPC

Thơng số bộ điều khiển dịng điện
CCS-MPC: Chu kì trích mẫu dòng điện
T i  100   s  ; Ma trận Q  diag 10 1 .
Thông số bộ điều khiển tốc độ, vị trí Hình 4.11 Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển Min MaxMinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc độ CCS MPC không xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng
T w  2000   s  ;Ma trận Q  diag 10 0.01 đầu cuối
; Tầm dự báo N w  6 ; Ma trận phản hồi trạng
thái K  800 1 ; hệ số ma sát c f  0.1;
N p  1.





Hình 4.12 Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển
Min Max-CCS MPC có xét đến ảnh hưởng
của hiệu ứng đầu cuối

Hình 4.16 Kết quả mơ 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


18
Mơ phỏng hệ thống với mạch vịng ngồi Min-Max MPC, mạch vịng điều khiển dịng

4.1.3

điện Dead-beat
Thơng số bộ điều khiển dịng điện

Dead-beat: Chu kì trích mẫu dịng điện
T i  50   s  ; Bậc của đa thức L  z 1  bằng
2, l 1  l2  0.5 ; Thơng số bộ điều khiển tốc
độ,vịtrí MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc
độ
Ma
trận
T w  2000   s  ;
Q  diag 10 0.01 ; Tầm dự báo
N w  6 ; Ma trận phản hồi trạng thái
K  800 1 ; Hệ số ma sát c f  0.1.





Hình 4.22 Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển
MinMax MPC–Deadbeat có xét đến ảnh
hưởng của hiệu ứng đầu cuối

Hình 4.21 Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển
MinMax MPC–Deadbeat khơng xét đến ảnh
hưởng của hiệu ứng đầu cuối

Hình 4.26 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min
Max- Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin:
có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối

Mô phỏng hệ thống bộ điều khiển thích nghi Backstepping

4.1.4

Thời gian trích mẫu T s  0.15  ms  Thơng
số

bộ

điều

khiển

thích

nghi:

  0.01,

k  50, k  0.01; Π = diag 0.1,...,0.1 ;
Γ = diag 500

500

Hình 4.31 Sơ đồ mơ phỏng với bộ điều khiển
thích nghi backstepping không xét đến ảnh
hưởng của hiệu ứng đầu cuối


19

Hình 4.32 Sơ đồ mơ phỏng với bộ điều khiển

thích nghi backstepping có xét đến ảnh hưởng của
hiệu ứng đầu cuối

4.2

Hình 4.36 Kết quả mơ phỏng bộ điều khiển
thích nghi backsteppingtín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối

Kết quả thực nghiệm hệ thống
Phần thực nghiệm của luận án được trình bày chi tiết ở phần phụ lục. Kịch bản chạy thực

nghiệm sẽ sử dụng quỹ đạo đặt giống như trong mơ phỏng. Có hai dạng quỹ đạo được sử dụng là
quỹ đạo hình sin và quỹ đạo có vận tốc dạng bước nhảy.

Hình 4.41 Hệ thống thí nghiệm
Để kiểm nghiệm khả năng hoạt động của bộ điều khiển, tải sử dụng trong khuôn khổ luận án
này là dạng tải thế năng, tức là tải khơng đổi trong cả q trình làm việc.


20

Hình 4.44 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển
Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải

Hình 4.52 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển
Min Max-Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải
4.3

Hình 4.48 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển
Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt
dạng sin: có tải

Hình 4.56 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển
Backstepping với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin:
có tải

Nhận xét về các kết quả mơ phỏng và thực nghiệm:
Trong các phương pháp đã được trình bày trong luận án được chia ra làm hai nhóm phương

pháp:
Nhóm phương pháp thứ nhất (trong thiết kế điều khiển không xét đến hiệu ứng đầu cuối)
bao gồm: Min max FCS – MPC, Min max CCS – MPC, Min max Deadbeat. Ở trong các phương
pháp này các thông số của bộ điều khiển phải được thiết kế dựa vào các thơng số chính xác của
động cơ nên thành phần điện cảm được khai báo trong phần thông số là hằng số.


21
Nhóm phương pháp thứ hai (trong thiết kế điều khiển không xét đến hiệu ứng đầu cuối):
Phương pháp thiết kế thích nghi Back stepping. Luật thích nghi được sử dụng để đối phó lại với giá
trị biến đổi của điện cảm trong quá trình vận hành động cơ.
Bảng 4.1 So sánh chất lượng các bộ điều khiển (+:tốt)
Bộ điều khiển Bộ điều khiển Độ chính xác
vịng ngồi
dịng điện
vị trí

Min max

MPC

Hiệu quả tách
kênh dịng
điện

Năng lực
tính tốn
của vi xử lý

Điều kiện
sử dụng
khi thiết kế
Khơng xét
đến hiệu
ứng đầu
cuối

FCS-MPC

+

+

++++

CCS-MPC

++

++

+++

Dead beat

+++

+++

++

++++

++++

+

Thích nghi Back Stepping

Có xét đến
hiệu ứng
đầu cuối

Các kết quả về thực nghiệm đã chỉ rõ những ưu điểm của phương pháp thiết kế thích nghi
backstepping mang lại về độ chính xác vị trí cũng như hiệu quả tách kênh của dòng điện.Tuy nhiên
phương pháp thiết kế backstepping ngồi những ưu điểm mang lại cịn có hạn chế là năng lực tính
tốn của vi xử lý phải đủ lớn.

Backstepping

Deadbeat

CCS

FCS

Trường hợp

0.26

Mô phỏng

Thực nghiệm

Mô phỏng

Thực nghiệm

Mô phỏng

Thực nghiệm

Mô phỏng

-

0.03

-

0.25

-

0.25

-

x

Hiệu ứng

Thực nghiệm

x

Tải

Quỹ đạo

0.17

0.03

0.30

0.27

0.41

0.27

0.63

0.33

o

x

Sin

-

0.10

-

0.42

-

0.45

-

0.51

x

o

0.19

0.10

0.32

0.45

0.53

0.48

1.2

0.56

o

o

-

0.05

-

0.14

-

0.14

-

0.18

x

x

0.067

0.05

0.24

0.15

0.25

0.15

0.29

0.21

o

x

Thẳng

-

0.11

-

0.42

-

0.45

-

0.52

x

o

0.38

0.11

0.62

0.46

0.99

0.49

1.3

0.57

o

o

22

Tổng hợp kết quả

Bảng 4.21. Bảng tổng hợp kết quả sai lệch trung bình mơ phỏng và thực nghiệm (x: khơng; o: có)


23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
A. Kết luận
Động cơ tuyến tính đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMLSMLM) ngày càng được sử dụng rộng
rãi trong cơng nghiệp bởi các tính chất như cung cấp trực tiếp chuyển động thẳng, mật độ cơng suất
cao, bền bỉ và chính xác. Hiện ứng đầu cuối (end effect) là hiện tượng đặc trưng có ở động cơ tuyến
tính khác với động cơ quay do cấu tạo hình học đặc thù với kết cấu mạch từ hở. Hầu hết các phương

pháp điều khiển đã được áp dụng vào động cơ tuyến tính đa phần đều bỏ qua hiệu ứng đầu cuối
trong cấu trúc điều khiển. Trước những tồn tại đó luận án đã tập trung nghiên cứu động cơ tuyến
tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối trong mơ hình hóa và
thiết kế điều khiển. Động cơ Polysolenoid là một trường hợp riêng của động cơ tuyến tính kích
thích vĩnh cửu có kết cấu dạng hình ống đặc biệt phù hợp với đối tượng robot song song như
hexapod. Thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu đề ra của đề tài luận án được cấu trúc lần lượt theo trình
tự: Tìm hiểu tổng quan về động cơ tuyến tính về nguyên lý cấu tạo, nguyên lý vận hành, các ứng
dụng trong thực tiễn của động cơ, các phương pháp điều khiển phía trước đã được áp dụng cho đối
tượng công nghệ này. Tất cả những điều đó với mục đích tạo ra một bức tranh tổng quan về tình
hình nghiên cứu đến thời điểm hiện tại từ đó định hướng con đường đi tiếp theo và đồng thời phục
vụ cho phần tiếp theo của luận án là thực hiện mơ hình hóa động cơ Polysolenoid. Là một trường
hợp riêng của động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu khi mơ hình hóa luận án đã đi xây dựng
phương pháp mơ hình hóa tổng quát cho động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu từ đó đi vào trường
hợp riêng là động cơ Polysolenoid. Từ khối kiến thức tổng qt mơ hình của động cơ Polysolenoid
được thành lập và được bổ xung thêm thành phần hiệu ứng đầu cuối trong mơ hình tốn học. Công
việc tiếp theo được thực hiện là đi vào bài toán thiết kế điều khiển được thực hiện với các phương
pháp điều khiển cho cả trường hợp xét đến hiệu ứng đầu cuối và không xét đến hiệu ứng đầu cuối
trong mơ hình tốn học. Các kết quả mơ phỏng trên máy tính và thực nghiệm trên bàn thí nghiệm
được xây dựng để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu đã được thực hiện để kiểm chứng tính đúng
đắn của lý thuyết xây dựng.
Kết quả nghiên cứu của luận án đạt được một số điểm đóng góp mới như sau


Luận án là đã xây dựng được mơ hình tốn học của động cơ Polysolenoid có xét đến

hiệu ứng đầu cuối thích hợp cho cơng tác thiết kế điều khiển. Mơ hình có xét đến hiệu ứng đầu cuối
của động cơ Polysolenoid được xây dựng trên cơ sở mạch từ tương đương (MEC), dựa trên cách
quy đổi mạch từ về mạch điện, các giá trị điện trở tương đương được tính tốn và sau đó đưa ra mơ
hình mạch điện tương đương, thể hiện các diễn biến từ thông thông qua giá trị điện cảm của động
cơ phụ thuộc vào vị trí của phần thứ cấp. Tiếp theo đó từ mơ hình mạch tương đương, tác giả

chuyển về mơ hình phương trình vi phân của động cơ tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid trên hệ


24
tọa độ dq. Kết quả thu được là hệ phương trình vi phân và sơ đồ cấu trúc của động cơ tuyến tính
KTVC dạng Polysolenoid có xét đến hiệu ứng đầu cuối được sử dụng trong điều khiển.


Đóng góp tiếp theo luận án là đã thiết kế được bộ điều khiển thích nghi backstepping

(cấu trúc điều khiển một mạch vịng) dùng để xử lý hiệu ứng đầu cuối của động cơ Polysolenoid.


Điểm đóng góp cuối cùng của luận án: Thiết kế được cấu trúc điều khiển hai mạch

vịng trong đó mạch vòng trong điều khiển lực (mạch vòng dòng điện) sử dụng các phương pháp
điều khiển Dead-beat, CCS-MPC, FCS-MPC; Mạch vịng ngồi điều khiển tốc độ và vị trí sử dụng
bộ điều khiển Min-max MPC. Các nhóm phương pháp này trong thiết kế điều khiển không xét đến
hiệu ứng đầu cuối trong mơ hình tốn học nhưng là những phương pháp có ưu thế về mặt động học
và có khả năng giảm bớt khối lượng tính tốn cho vi điều khiển. Các phương pháp này sẽ được sử
dụng để so sánh đánh giá chất lượng với phương pháp điều khiển Backstepping trong thực nghiệm.
Điều này là phù hợp vì khi tiến hành thực nghiệm thì đối tượng ở đây là động cơ thực (với các bản
chất vật lý là hiệu ứng đầu cuối luôn tồn tại) chất lượng các bộ điều khiển đều phải đáp ứng với đối
tượng thực chứ khơng phải chỉ trên mơ hình tốn trong mơ phỏng.
B. Kiến nghị
Luận án đã giải quyết được các mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu đề ra có một số đóng góp mới
song trên nền tảng kế thừa các kết quả đã đạt được luận án có thể mở ra các hướng nghiên cứu tiếp
theo cụ thể như sau:


Tiếp tục nghiên cứu các thuật toán điều khiển phi tuyến cho động cơ tuyến tính kích

thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid trên cơ sở mơ hình tốn học đã đề xuất và triển khai vào thực
nghiệm.


Tiếp tục nghiên cứu xây dựng các phương pháp đo để xác định chính xác giá trị thay

đổi của điện cảm của động cơ trong quá trình vận hành. Việc thành công trong phương pháp nhận
dạng giá trị điện cảm này sẽ cung cấp cho ta một bảng số liệu về giá trị của điện cảm trong hành
trình chuyển động (LUT), việc truy xuất giá trị điện cảm để bổ xung trực tiếp vào mơ hình tốn sẽ
giải quyết được đặc điểm riêng về hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính. Khi đó việc thiết kế
điều khiển sẽ sử dụng được hoàn toàn các kết quả nghiên cứu về điều khiển cho động cơ xoay chiều
đồng bộ cho động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu.

Triển khai các kết quả nghiên cứu về động cơ Polysolenoid cho các hệ thống robot song
song cụ thể là hệ Hexapod, điều khiển tay máy công nghiệp.