Nâng cao chất lượng của các hệ chuyển động thẳng bằng cách sử dụng hệ truyền động động cơ tuyến tính

....

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Đào Phương Nam

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA CÁC HỆ
CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BẰNG CÁCH SỬ DỤNG HỆ
TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ TỰ ĐỘNG HĨA XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP

Hà Nội – 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Đào Phương Nam

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CỦA CÁC HỆ
CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BẰNG CÁCH SỬ DỤNG HỆ
TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH
Chun ngành: Tự động hóa xí nghiệp cơng nghiệp
Mã số: 62.52.60.20

LUẬN ÁN TIẾN SĨ TỰ ĐỘNG HĨA XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TSKH NGUYỄN PHÙNG QUANG

2. PGS. TS LÊ HOÀI QUỐC

Hà Nội - 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả trong luận án hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào.

Tác giả luận án

Đào Phương Nam


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
1 TỔNG QUAN
1.1. Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng
1.2. Khái quát về các phương pháp điều khiển động cơ tuyến
tính
1.2.1. Nguyên lý điều khiển chung
1.2.2. Phương pháp điều khiển
1.2.3. Xác định vị trí đỉnh cực
1.2.4. Mơ hình hóa động cơ tuyến tính
1.3. Kết luận

2 MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH LOẠI ĐB - KTVC
2.1. Hệ phương trình tốn của ĐCTT loại ĐB - KTVC
2.2. Mơ hình trạng thái của ĐCTT loại ĐB – KTVC trên hệ

 , dq, dq
2.3. Mơ hình ĐCTT loại ĐB – KTVC có xét đến hiệu ứng đầu
cuối
2.4 Kết luận chương 2
3 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐƯỢC SỬ
DỤNG TRONG LUẬN ÁN
3.1. Phương pháp tuyến tính hóa chính xác
3.2. Phương pháp thiết kế trên cơ sở nguyên lý phẳng
3.3. Tương quan giữa hai phương pháp thiết kế
3.4. Ưu thế của phương pháp điều khiển dựa trên nguyên lý
phẳng
3.5. Kết luận chương 3
4 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐCTT LOẠI ĐB - KTVC
4.1. Xác định vị trí đỉnh cực: điều kiện để điều khiển tựa từ
thông cực
4.1.1. Điều khiển lực đẩy dựa trên phương pháp cộng hưởng
tần số
4.1.2. Điều khiển lực đẩy theo phương pháp thích nghi bù
bất định dựa trên hệ d , jq

Trang
iii
vi
vii
1
4

4
10
10
11
15
17
18
19
19
24
30
32
34
34
39
43
47
47
49
50
54

)

58

4.2. Cấu trúc TKTT thiết kế trên cơ sở phương pháp TTHCX
4.3. Cấu trúc điều khiển thiết kế trên cơ sở nguyên lý phẳng
4.4. Kết luận chương 4

64
67
73

(


5 KẾT QUẢ
5.1. Kết quả mô phỏng
5.1.1. Mô phỏng hệ thống điều khiển lực đẩy trên hệ tọa độ
tĩnh ab , d , jq

(

)

5.1.2. Mô phỏng hệ điều khiển ĐCTT 3 pha theo 2 phương
pháp điều khiển phi tuyến
5.2. Kết quả thí nghiệm
5.2.1. Giới thiệu bàn thí nghiệm truyền động
5.2.2. Tiến hành thí nghiệm
5.3. Kết luận chương 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

74
74
75
78

85
85
88
97
98
100
105


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Lsd , Lsq

Đơn vị
H

Ý nghĩa
Điện cảm dọc trục và ngang trục của
stator
Khối lượng của bộ phận sơ cấp (stator)
Vector điện áp, dòng stator

Rs

Kg
V, A
W

v , ve

m/s

Fm , F fc

N

isd , isq

A

Lực đẩy do động cơ sinh ra, lực cản do
ma sát.
Dòng điện trục d , q

usd , usq

V

Điện áp trục d , q

t
p

mm

yp

Wb

Bước cực

Số đôi cực
Từ thông cực từ

we , wm

xp , x

Rad/s
mm

J m , Jl , J s , J p

Kgm2

m

us , is

Điện trở stator
Vận tốc cơ, điện

qm

Rad

Vận tốc góc điện, cơ
Vị trí đỉnh cực, vị trí tương đối giữa phần
sơ cấp và thứ cấp của động cơ tuyến tính
Mơmen quán tính của động cơ, tải, trục
truyền chuyển động, trục vít vơ tận.

Vị trí góc (hình học) của động cơ quay

ql , qp

Rad

Vị trí góc của tải, trục vít vơ tận

qb

Rad

Vị trí góc của trục truyền chuyển động

qBL

Rad

qd = qm - ql

Rad

Góc khe hở giữa tải và trục truyền
chuyển động
Sai lệch về góc giữa động cơ và tải

qs = qm - qb

Rad

ks , ksblt

Nm/rad

Sai lệch về góc giữa động cơ và trục
truyền
Hệ số cứng xoắn của trục truyền, dây đai

ksadj

Nm/rad

Hệ số cứng xoắn quy đổi của hệ 2 vật

cs , csblt

Nm.s/rad

Hệ số nén bên trong trục truyền, dây đai

Tfc

Rad/s

Hệ số ma sát Coulomb

Bm , Bl

1/s

Hệ số ma sát nhớt của động cơ, tải

Ttrans (q)

Nm

Mômen truyền từ động cơ đến tải

T fcm , T fcl , T fcp

Nm

Tpos (qm ) , Tpos (ql )

Nm

Mơmen ma sát tại vị trí động cơ, tải, trục
vít vơ tận
Thành phần mơmen bất định gây ra đối
với động cơ, tải

2


iv

Tpos (q p )

Nm

Rm , Rp

m

Tbs

Nm

Fblt

N

Thành phần mômen bất định gây ra đối
với trục vít
Bán kính của pulley gắn với động cơ và
trục vít vơ tận.
Mơmen trục vít vơ tận truyền cho tải

ablt

rad

Fpos ( x)

N

Lực căng của động cơ truyền cho trục vít
thơng qua dây đai
Góc khe hở giữa dây đai và pulley động
cơ

Nhiễu lực đẩy tác động lên động cơ

Fg

Wb

Từ thơng khe hở khơng khí

R
Fa ,b,c ( x, t )

A.vịng/Wb
A.vịng

F ( x, t )

A.vịng

Từ trở khe hở khơng khí
Sức từ động của mỗi pha (phụ thuộc vị
trí và thời gian)
Sức từ động tổng được tạo bởi thành
phần sơ cấp trong máy điện.
Hệ số dây quấn của sóng hài bậc J

kw1J
l*
l

3

d p , qe
isa
d , dd , dq

m
m
Rad

m

Khe hở không khí tại vị trí bất kỳ, tại vị
trí đỉnh cực, tại vị trí khe cực
Hệ số dạng sóng tại vị trí đỉnh cực, khe
cực, tại vị trí mà góc giữa trục d và trục
a là q0

H, Wb,
Tesla

Điện cảm tự cảm, từ thơng móc vịng qua
1 vịng dây, từ thơng móc vịng qua 1
pha, mật độ từ thơng do dịng điện chảy
qua pha a sinh ra
Mật độ từ thơng nói chung, mật độ từ
thông do thành phần nam châm vĩnh cửu
của bộ phận thứ cấp trong ĐCTT sinh ra
Mật độ từ thơng tại vị trí đạt giá trị lớn
nhất do thành phần sơ cấp và thứ cấp
sinh ra

Từ thông do nam châm vĩnh cửu của bộ
phận thứ cấp trong ĐCTT sinh ra
Số vòng dây của mỗi pha

kd , kq , k (q0 )

Lsa , Fsa , ysa , Bsa

B, B p

Wb/m2
(Tesla)

Bsm , Bpm

Wb/m2
(Tesla)

yp

Wb

N

Chiều dài của p bước cực
Khoảng cách giữa trục dây quấn của 2
pha khác nhau
Góc hình học, góc điện giữa 2 trục a và
d
Vector dòng điện pha a

v

Li

m

Chiều dài quy đổi của 1 bối dây

Wm

J

Năng lượng tích trữ trong động cơ

Rad

Góc lệch giữa trục của từ thơng stator
(phần sơ cấp) y s và trục cực từ d



(d , jq )

Hệ trục tọa độ tựa theo cực từ

(d , jq )

Hệ trục có tốc độ chuyển động tịnh tiến

giống hệ tọa độ tựa theo cực từ (d , jq )
nhưng có thể có sự sai lệch d ¹ d

Nt

Vòng

Fpa ,b ,c

Avòng

Số vòng dây cuốn xung quanh răng phần
sơ cấp
Sức từ động sinh bởi nam châm vĩnh cửu

Rms
Rmg

A.vòng/Wb

Từ trở khe hở giữa các răng

A.vòng/Wb

Từ trở khe hở giữa răng và phần thứ cấp
(cực từ)
Ma trận hệ thống
Ma trận đầu vào
Ma trận ghép phi tuyến
Ma trận nhiễu

Đạo hàm Lie của hàm vô hướng g ( x) dọc

Af
Bf
N
S
L f g ( x)

theo quỹ đạo f ( x)

ad if g ( x)
span
dim
xm , y m

**
Chữ viết tắt
TTHCX
ĐB-KTVC
ĐCD
ĐC, ĐK
TKTT
PHTT
TĐTT
VĐK
SVM
MIMO
ĐCTT
T4R
DTC

Phép nhân Lie
Không gian các vector
Số chiều của không gian vector
Biến trạng thái và biến đầu ra mong
muốn
Lượng đặt của biến *
Ý nghĩa
Tuyến tính hố chính xác
Đồng bộ - kích thích vĩnh cửu
Điều chỉnh dịng
Động cơ, điều khiển
Tách kênh trực tiếp
Phản hồi trạng thái
Tọa độ trạng thái
Vi điều khiển
Điều chế vectơ không gian
Multiinput – multioutput
Động cơ tuyến tính
Tựa từ thơng rotor
Điều khiển trực tiếp mơ men


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
1.1

2.1

3.1
5.1

Tên
So sánh các hệ chuyển động thẳng sử dụng thiết bị cụ
thể (+: Tốt; -: Xấu; ++: Rất tốt; --: Rất xấu) (theo
[2,3])
Bảng mô tả quan hệ tương đương của các đại lượng vật
lý trong 2 loại động cơ ĐB - KTVC quay và tuyến tính.
Sơ lược về so sánh khả năng làm việc của 02 phương
pháp
Kết quả thí nghiệm điều khiển lực đẩy với các giá trị q
0

ban đầu khác nhau

Trang
9

21
47
93


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình
1.1
1.2

1.3
1.4

1.5
1.6
1.7
1.8
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7

Tên
Trang
Hệ chuyển động thẳng gián tiếp sử dụng cơ cấu trục vít
4
và đai truyền (theo [1])
4
Hệ chuyển động thẳng trực tiếp sử dụng ĐCTT loại ĐB
– KTVC (theo [1])
Mô tả hệ 2 vật được ghép nối với nhau có tồn tại khe hở
5
(theo [1])
8
Mơ tả cấu trúc của 02 hệ chuyển động thẳng bằng cách
sử dụng hệ truyền động động cơ tuyến tính và động cơ
quay (theo [3])

Hình ảnh ĐCTT thu được khi trải dài động cơ quay
9
tròn (theo [3])
12
Tổng quan về các nghiên cứu đảm bảo chất lượng động
học
13
Tổng quan về các nghiên cứu đảm bảo chất lượng động
lực học
16
Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí đỉnh cực
Biểu diễn các đại lượng vật lý thông qua hệ trục tọa độ
20
trong ĐCTT kiểu ĐB – KTVC 3 pha
21
Biểu diễn các đại lượng vật lý thông qua hệ trục tọa độ
trong ĐCTT kiểu ĐB – KTVC 3 pha.
22
Mối tương quan giữa các vector
Biểu diễn các đại lượng vật lý thông qua hệ trục tọa độ
23
trong ĐCTT kiểu ĐB – KTVC 3 pha
24
Mô tả sự hình thành của từ thơng Stator y s
Mơ hình động cơ tuyến tính ĐB - KTVC trong khơng
gian trạng thái trên hệ toạ độ dq
Mơ tả vector dịng điện i s trên các hệ trục toạ độ

26
28

ab , abc, d q , dq
2.8
2.9
3.1
3.2
3.3
3.4
4.1

Mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối đối với ĐCTT
loại KĐB
(a. Cấu trúc ĐCTT loại ĐB - KTVC, b. Mạch từ tương
đương mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối)
Cấu trúc của đối tượng phi tuyến sau khi đã TTHCX
(chuyển hệ tọa độ trạng thái – TĐTT) [41]
Minh họa bản chất của hệ phẳng.
Nguồn gốc hình thành hệ phẳng
Mơ tả q trình đảo chiều
Xác định trục  (a) đối với dây quấn 1 lớp (a. Dây
quấn; b. Sóng cơ bản của sức từ động các pha)

30
31
35
39
40
48
51

viii

4.2
4.3
4.4

Xác định trục  (a) đối với dây quấn 2 lớp (a. Dây quấn;
b. Sóng cơ bản của sức từ động các pha)
Mơ tả vị trí giữa các hệ trục tọa độ
Cấu trúc điều khiển lực đẩy theo phương pháp cộng
hưởng tần số dựa trên hệ trục (a, jb )

52
53
54

4.5

Thiết kế Ra , Rb

55

4.6
4.7

Biến đổi tương đương sơ đồ
a. Lựa chọn điểm cực cho hệ thống; b. Mô tả các thành
phần của dòng điện
Cấu trúc điều khiển lực đẩy theo phương pháp

Lyapunov dựa trên hệ trục d , jq

59
59

Cấu trúc khâu chuyển hệ TĐTT (có bản chất là khâu
PHTT tĩnh)
Cấu trúc điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC 3 pha sử
dụng TTHCX
Sơ đồ thiết kế các bộ điều khiển Risd , Risq

65

4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14
4.15
5.1
5.2
5.3

5.4
5.5

5.6
5.7

5.8

5.9

(

)

Cấu trúc điều khiển động cơ tuyến tính ĐB – KTVC sử
dụng nguyên lý phẳng
Thiết kế xử lý sai lệch
Thiết kế theo nguyên lý phẳng khi xuất hiện sai lệch
Sơ đồ thiết kế bộ điều khiển R
Mơ hình mơ phỏng điều khiển lực đẩy theo phương
pháp thích nghi bù bất định dựa trên hệ trục tọa độ d q
Mô hình mơ phỏng điều khiển lực đẩy theo cộng hưởng
tần số dựa trên hệ trục tọa độ ab
Kết quả mô phỏng đối với F * = 100 N , q0 = 0, q0 = p (a,b.
3
2
Đáp ứng theo p thích nghi bù bất định; c,d. Đáp ứng
theo p2 cộng hưởng tần số)
Cấu trúc điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC sử dụng
phương pháp tựa phẳng
Cấu trúc điều khiển động cơ tuyến tính ĐB – KTVC 3
pha sử dụng TTHCX phục vụ so sánh khả năng làm
việc của 2 phương pháp
Mô hình mơ phỏng điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC
theo phương pháp TTHCX
Mơ hình mơ phỏng điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC

theo phương pháp sử dụng nguyên lý phẳng
Kết quả mô phỏng theo p2 tựa phẳng (a. Đáp ứng Vị
trí; b. Đáp ứng tốc độ; c. Đáp ứng dịng điện; d. Ước
lượng lực cản)
Kết quả mô phỏng theo phương pháp TTHCX (a. Đáp

62

66
67
68
69
70
71
76
77
78

80
81

82
83
84

84


ix

5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16

5.17
5.18
5.19
5.20

ứng vị trí; b. Đáp ứng tốc độ; c. Đáp ứng dòng điện; d.
Ước lượng lực cản)
Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp truyền thống cấp cho
động cơ tuyến tính 3 pha.
Hình ảnh tổng thể về bàn thí nghiệm
Hình ảnh về bảng điện được lắp ráp
Động cơ tuyến tính loại LSE1K1004/LSM1-1060
(Baumueller).
Cấu trúc bàn thí nghiệm hiện tại vận hành ĐCTT loại
ĐB – KTVC.
Hình ảnh CP1103 được chế tạo.
Tiến hành thực nghiệm điều khiển xung lực theo
phương pháp thích nghi bù bất định dựa trên phần
mềm Matlab rti
Giao diện vận hành thí nghiệm điều khiển xung lực
theo phương pháp thích nghi bù bất định.
Tiến hành thực nghiệm điều khiển tốc độ sử dụng

phương pháp TTHCX dựa trên phần mềm Matlab rti
Giao diện vận hành thí nghiệm điều khiển tốc độ sử
dụng phương pháp TTHCX khi không tải
Giao diện vận hành thí nghiệm điều khiển tốc độ sử
dụng phương pháp TTHCX khi có tải

85
86
86
87
87
88
91

92
94
95
96


MỞ ĐẦU
Trong thực tế sản xuất hiện nay, chuyển động thẳng là dạng chuyển động
phổ biến, xuất hiện nhiều, đặc biệt trong lĩnh vực cơ khí. Xuất phát từ cơng
nghiệp chế tạo máy với những dịch chuyển của bàn gá, mũi khoan,… trong
các máy gia công cho đến sự ra đời của máy CNC đã dẫn đến nhu cầu đòi hỏi
tạo ra chuyển động thẳng có chất lượng cao. Ngồi ra những chuyển động
thẳng này còn tồn tại nhiều trong các thiết bị khác như Robot cơng nghiệp
hay máy móc phục vụ ngành cơng nghiệp bán dẫn,… và nó cịn xuất hiện ở
cả những lĩnh vực tưởng chừng xa lạ như ngành giao thông vận tải với tàu
đệm từ trường ở các nước phát triển (Đức, Nhật,..).

Cho đến nay việc tạo ra các chuyển động thẳng hầu hết được thực hiện
một cách gián tiếp thông qua các động cơ quay trịn với những ưu thế như
bền vững, khơng nhạy với nhiễu, độ tin cậy cao,… Tuy nhiên đối với những
hệ thống này do phải bổ sung các cơ cấu chuyển đổi trung gian như hộp số,
trục vít,… nên dẫn đến sự phức tạp về kết cấu cơ khí, tiềm ẩn bên trong nó
những dao động riêng, tổn hao năng lượng cũng như ảnh hưởng đến chất
lượng chuyển động của hệ thống. Việc sử dụng loại động cơ có khả năng tạo
chuyển động thẳng trực tiếp (động cơ tuyến tính) cho phép loại bỏ những
nhược điểm nói trên và những nghiên cứu về loại động cơ này hy vọng sẽ
phần nào khắc phục được những đặc điểm đó.
Luận án có nhiệm vụ đặt ra “Nâng cao chất lượng của các hệ chuyển động
thẳng bằng cách sử dụng hệ truyền động động cơ tuyến tính” với mục tiêu
điều khiển động cơ tuyến tính đóng vai trị là một thiết bị chấp hành được sử
dụng trong hệ chuyển động thẳng trực tiếp (đảm bảo chiếm ưu thế so với hệ
chuyển động thẳng gián tiếp) đạt được đáp ứng tốt về các mặt động học, động
lực học.
Luận án cịn có nhiệm vụ cho thấy khả năng vận dụng loại động cơ này
trong công nghiệp. Đây là cơng việc khó khăn bởi đó là loại động cơ không
được sử dụng phổ biến trong nền công nghiệp nước ta. Trên thế giới, mặc dù
ĐCTT đã có từ rất lâu (năm 1895) nhưng phương án sử dụng nó trong hệ
thống chuyển động thẳng chỉ được quan tâm khi xuất hiện những phương
pháp điều khiển phi tuyến mới cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý,


2

điện tử tạo điều kiện thuận lợi trong việc điều khiển loại động cơ này. Thực
tế sản xuất ở các nước phát triển đã cho thấy xu thế ĐCTT dần dần đóng vai
trị quan trọng trong các máy cơng cụ địi hỏi điều khiển nhiều chuyển động
thẳng.

Trong q trình thực hiện nhiệm vụ trên đây, luận án đã tập trung giải
quyết một số vấn đề. Về lý thuyết, luận án tập trung nghiên cứu sử dụng các
phương pháp điều khiển phi tuyến vận dụng vào ĐCTT loại ĐB – KTVC và
đưa ra phương pháp xác định vị trí đỉnh cực giúp thực hiện các cấu trúc điều
khiển phi tuyến đã trình bày. Về thực nghiệm, luận án đã xây dựng được
một mơ hình thí nghiệm kiểm chứng những lý thuyết đã đề xuất.
Bản luận án có bố cục như sau:
Chương 1. Tổng quan. Chương này trình bày về đặc điểm của một hệ
chuyển động thẳng, ưu thế của hệ chuyển động thẳng trực tiếp sử dụng
ĐCTT, những vấn đề về điều khiển cũng như tình hình nghiên cứu ĐCTT
hiện nay.
Chương 2. Mơ hình động cơ tuyến tính loại đồng bộ - kích thích vĩnh cửu.
Đó là cơ sở quan trọng cho việc thiết kế hệ thống điều khiển sau này. Chương
này mơ tả về cơ chế hình thành các vector biểu diễn các đại lượng ba pha
trong ĐCTT, mối quan hệ giữa chúng trên các hệ trục tọa độ tĩnh và chuyển
động tịnh tiến cũng như trình bày về đặc điểm phi tuyến trong mơ hình.
Ngồi ra, hiệu ứng đầu cuối (một đặc điểm riêng thể hiện sự khác biệt giữa
ĐCTT và động cơ quay) cũng được xét đến.
Chương 3. Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển sử dụng trong luận
án. Ở đây luận án sử dụng hai phương pháp điều khiển phi tuyến là phương
pháp tuyến tính hóa chính xác và phương pháp thiết kế trên cơ sở nguyên lý
phẳng. Từ đó, sự tương quan giữa hai phương pháp này cũng như ưu thế của
chúng trong một số chế độ vận hành cũng được mơ tả, trình bày.
Chương 4. Cấu trúc điều khiển ĐCTT loại ĐB – KTVC. Chương này trình
bày về những cấu trúc điều khiển cụ thể được xây dựng dựa trên những
phương pháp điều khiển phi tuyến đã được nêu ở trên. Ngoài ra luận án cũng
trình bày về phương pháp xác định vị trí đỉnh cực, là vị trí tương đối giữa
cuộn dây (phần sơ cấp) và cực từ (phần thứ cấp). Việc xác định đó có ý nghĩa
trong việc tiến hành các cấu trúc điều khiển tựa từ thông cực nhờ vào các
phép biến đổi chuyển hệ tọa độ.

Chương 5. Kết quả và bàn luận. Tồn bộ các kết quả mơ phỏng và thực
nghiệm được trình bày trong chương này với những thuyết minh kèm theo.
Cuối cùng là Kết luận và kiến nghị.
Liên quan đến chủ đề ĐCTT còn nhiều vấn đề phức tạp, địi hỏi nhiều
cơng sức với sự tham gia của nhiều người, trong nỗ lực đưa ĐCTT ứng dụng


3

vào thực tế. Đề tài nghiên cứu đã tạo ra cơ sở ban đầu cho những bước phát
triển tiếp theo sau này.
Bản luận án được viết với sự cảm thông, giúp đỡ to lớn của gia đình (bố,
mẹ và anh trai,…). Tác giả luận án cũng xin bày tỏ tấm lòng cảm ơn sâu sắc
đối với sự chỉ dẫn tận tình cũng như sự động viên chân thành của tập thể
thầy giáo hướng dẫn: GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang và PGS. TS. Lê Hồi
Quốc trong suốt q trình, từ lúc hình thành ý tưởng đến các bước thực hiện
cụ thể của đề tài nghiên cứu này. Xin cảm ơn ban lãnh đạo Trung tâm
Nghiên cứu Công nghệ cao và bộ môn Điều khiển tự động – ĐHBK Hà Nội đã
tạo mọi điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Lời cảm
ơn cũng xin gửi đến các thầy cơ giáo viện Điện đã có những hướng dẫn và
trao đổi rất giá trị về chuyên môn.
Tác giả

Đào Phương Nam


1 TỔNG QUAN

1.1 Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng.
Theo [1,2], một hệ thống chuyển động thẳng có thể được thực hiện bằng

hai cách trực tiếp hoặc gián tiếp, trong đó hệ thống chuyển động thẳng gián
tiếp được xây dựng dựa trên động cơ quay (hình 1.1) và ĐCTT sẽ được sử
dụng trong hệ chuyển động thẳng trực tiếp (hình 1.2):

H×nh 1.1 Hệ chuyển động thẳng gián tiếp sử dụng cơ cấu trục vít và đai truyền
(theo [1])

H×nh 1.2 Hệ chuyển động thẳng trực tiếp sử dụng ĐCTT loại ĐB – KTVC
(theo [1])


1.1 Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng.

5

Đối với một hệ chuyển động thẳng gián tiếp, do bổ sung cơ cấu trung gian
nên nhược điểm đầu tiên cần kể đến là ảnh hưởng của khe hở trong khu vực
ghép nối giữa động cơ – trục truyền hay tải – trục truyền được mơ tả theo
hình 1.3 [1]:

2a

Jm

Jl

k s , cs
qd = qm - ql
qs = qm - qb
H×nh 1.3 Mô tả hệ 2 vật được ghép nối với nhau có tồn tại khe hở (theo [1])

Theo [1], phương trình động học mô tả hệ 2 vật được liên kết vi nhau
thụng qua trc truyn (hỡnh 1.3) cú dng:
ổ
ử
d 2qm
2
ỗỗTm -Ttrans - Bm d qm -Tfcm -Tpos (qm )÷÷
=
2
(1.1)
÷ø
dt
dt
2 J m + J s ỗố

ử
d 2ql
d ql
2 ổỗ
=
-Tfcl -Tpos (ql )ữữữ
ỗỗTtrans - Bl
2
(1.2)
ứ
dt
dt
2Jl + J s ố
Trong ú T fcm , T fcl (Nm) là mômen ma sát tại vị trí động cơ, tải

và Tpos (qm ) , Tpos (ql ) (Nm) là thành phần mômen bất định gây ra đối với động cơ,
tải. Ở đây Tpos (qm ) , Tpos (ql ) có đặc điểm liên tục, tuần hồn theo vị trí và bị
chặn nên có thể được biểu diễn dưới dạng:
¥
¥
a
Tpos (ql ,m ) = 0 + å an cos (nW0ql ,m ) + å bnsin (nW0ql ,m )
2 n=1
n=1
với W0 (Hz) là tần số góc cơ bản.

(1.3)

Ngồi ra do tồn tại khe hở nên mômen truyền từ động cơ đến tải Ttrans (q)
phụ thuộc vào quan hệ (tiếp xúc phải, tiếp xúc trái, không tiếp xúc) giữa trục
truyền và tải (hình 1.3) thể hiện ở:
ì
ỉ
ư
ï
ïïksadj (qd - a) + cs d qd ; ỗỗqd , d qd ữữ ẻ A+
ù
ốỗ
dt
dt ữứ
ù
ù
ù
ổ dq ử
ù

Ttrans = ù
; ỗỗqd , d ữữữ ẻ A0
ớ0
ỗố
(1.4)
ù
dt ứ
ù
ù
ù
ổ
ử
ùùksadj (qd + a) + cs d qd ; ỗỗqd , d qd ữữ ẻ Aù
ỗố
ù
dt
dt ÷ø
ï
ỵ


6

1 TỔNG QUAN

ỉ dq ư
với A+ , A0 , A- l tp hp cỏc vector ỗỗqd , d ữữữ ln lt c trng cho cỏc trng
ỗố
dt ứ
thỏi tip xỳc phi, không tiếp xúc, tiếp xúc trái được xác định như sau:

ỡù
d qd
ùùqd > a
&
0
ỡ
ỹ
ổ
ử
ù
ù
d
q
ù
dt
(1.5)
A+ = ùớỗỗqd , d ữữữùý : ùớ
ùợùốỗ
d qd
d qd
dt ứùỵù ùù
0 &
<0
ùùk s (qd - a ) + cs
dt
dt
ợù
ỡù
d qd
ùùqd < -a

&
Ê0
ỡ
ỹ
ùùổỗ d qd ửữùù ùù
dt
(1.6)
A = ớỗqd ,
ữý : ớ
ùợùỗố
d qd
d qd
dt ữứùỵù ùù
Ê0 &
>0
ùùk s (qd + a ) + cs
dt
dt
ïỵ
A0 = P \ ( A+ È A- )

(1.7)

ỉ dq ư
với P Ì  2 l tp hp cỏc vector ỗỗqd , d ữữữ cú th cú trong h 2 vt c liờn
ỗố
dt ứ
kt thơng qua trục truyền chuyển động (hình 1.3). Có thể thấy mômen truyền
từ động cơ đến tải chỉ thực sự được hình thành khi xuất hiện tiếp xúc giữa
ỉ dq ử

trc truyn v ti ( ỗỗqd , d ữữữ ẻ { A+ È A- } ) và mômen này phụ thuc vo tỏc
ỗố
dt ứ
ng ca ng c gõy ra vi trục truyền thơng qua sai lệch về góc giữa động
cơ và trục truyền
qs = qd  a
(1.8)

khi hình thành tiếp xúc phải, trái.
Theo [1], với một hệ chuyển động thẳng cụ thể, ví dụ như hình 1.1 sử dụng
trục vít và đai truyền thì thực hiện biến đổi như trên sẽ thu được các phương
trình mơ tả có dạng như sau:

ử
d 2qm
dq
1 ổ
= ỗỗTm - Rm Fblt - Bm m -Tfcm -Tpos (qm )ữữữ
2
ứ
dt
J m ỗố
dt
d 2q p
dt 2

=

ổ
ử

2
ỗỗ R F - T - B d q p - T - T (q )÷÷
p blt
bs
p
fcp
pos
p ÷
2 J p + J s ỗố
dt
ứữ

ử
d 2ql
d ql
2 ổỗ
=
-Tfcl -Tpos (ql )ữữữ
ỗỗTbs - Bl
2
ứ
dt
dt
2Jl + J s è

(1.9)

(1.10)

(1.11)

Ở đây vì ảnh hưởng của khe hở xuất hiện ở cả phần ghép nối giữa động cơ
và dây đai nên khơng chỉ có thành phần mơmen trục vít vơ tận truyền cho tải
Tbs được xác định gián đoạn tương tự như (1.4) mà còn phải xét đến lực căng

Fblt của động cơ truyền cho trục vít thông qua dây đai. Cũng cần lưu ý khi sử
dụng vit – me bi ở trục vít vơ tận thì (1.4) sẽ đơn giản hơn do khe hở không
tồn tại.


1.1 Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng.

ìï
ïïksblt ( xd - xa ) + csblt dxd ;
ïï
dt
ïï
ï
;
Fblt = ïí0
ïï
ïï
dxd
ïï
;
ïïksblt ( xd + xa ) + csblt
dt
ïỵ
ì xd = Rmqm - R p q p
ï

với ïí
ï
ï
ỵ xa = Rmablt

7

ỉ dxd ữử
+
ỗỗ xd ,
ữữ ẻ A
ỗố
dt ứ
ổ dxd ửữ
0
ữữ ẻ A
ỗỗỗ xd ,
ố
ứ
dt

(1.12)

ổ dxd ửữ
ỗỗ xd ,
ữẻ A
ốỗ
dt ữứ
(1.13)

ổ dx ử
v cũng tương tự như trên A+ , A0 , A- l tp hp cỏc vector ỗỗ xd , d ữữữ ln lt
ỗố
dt ứ
c trng cho cỏc trng thỏi tip xỳc phải, không tiếp xúc, tiếp xúc trái giữa
động cơ và dây đai được xác định như sau:
ì
dxd
ï
ï
&
xd > xa
³0
ï
ì
ü
ỉ
ư
ï
ï
dx
ï
dt
+
d
ï
ï
ï
÷
(1.14)

A = ớỗỗ xd ,
ữý : ớ
ùợùốỗ
ù
dxd
dxd
dt ữứù
ỵù ù
0 &
<0
k sblt ( xd - a ) + csblt
ù
ù
dt
dt
ù
ợ
ỡ
dxd
ù
ù
&
xd < -xa
Ê0
ù
ỡ
ỹ
ổ
ử
ùỗ dxd ữùù ùù

dt
ù
(1.15)
:ớ
A = ớỗ xd ,
ữứữý
ỗố
ù
ù
ù
dx
dx
dt
d
d
ù
ù
ợ
ỵ ù
0 &
<0
k sblt ( xd + xa ) + csblt
ï
ï
dt
dt
ï
ỵ
(1.16)
A0 = P \ ( A+ È A- )

ỉ dx ư
với P Ì  2 là tp hp cỏc vector ỗỗ xd , d ữữữ cú th cú trong h 2 vt (ng c
ỗố
dt ứ
trc vít) được liên kết thơng qua dây đai (hình 1.1). Có thể thấy lực căng
truyền từ động cơ đến trục vít chỉ thực sự được hình thành khi xuất hiện tiếp
ỉ dx ư
xúc giữa đai truyền và động cơ ( ỗỗ xd , d ữữữ ẻ { A+ ẩ A- } ) v lc truyn ny ph
ỗố
dt ứ
thuc vo tỏc động của đai truyền gây ra với trục vít vơ tận khi hình thành
tiếp xúc phải, trái.
Trong khi đó phương trình động học mơ tả hệ chuyển động thẳng trực tiếp
bằng cách sử dụng ĐCTT có dạng đơn giản như sau:
d 2x 1
= ( Fm - Bx - Ffc - Fpos ( x))
(1.17)
dt 2
m
ở đó Fpos ( x ) là thành phần lực bất định tác động lên động cơ có đặc điểm liên

tục, tuần hồn theo vị trí và bị chặn.
Từ (1.17), (1.1) – (1.16) có thể thấy sự phức tạp của mơ hình mơ tả hệ
chuyển động thẳng gián tiếp so với hệ chuyển động thẳng trực tiếp không chỉ
chiếm số lượng thông số và số lượng các phương trình mơ tả nhiều hơn mà
cịn bởi lý do chính ở đây là trong hệ chuyển động thẳng gián tiếp tồn tại khe
hở ở khu vực ghép nối khiến cho lực căng Fblt được xác định theo (1.12) cũng


8

1 TỔNG QUAN

như mômen truyền Tbs được xác định gián đoạn tương tự như (1.4). Điều này
gây ra khó khăn cho hệ thống điều khiển. Tài liệu [3] cũng đã chỉ ra ưu thế
của hệ thống chuyển động thẳng trực tiếp (hình 1.4) và xu hướng sử dụng
ĐCTT trong các hệ thống chuyển động thẳng (nhất là trong máy CNC) bởi:
 Đơn giản hơn về kết cấu cơ khí do giảm bớt được các phần tử truyền
trung gian như hộp số và trục vít.
 Tổn thất tổng giảm đáng kể và đảm bảo độ chính xác cao hơn, đặc
biệt các sai số do hao mòn cùng với thời gian sử dụng sẽ giảm đi.
 Đạt được động học hệ thống tới mức cao nhất, đồng thời loại được các
dao động riêng tiềm ẩn trong chuyển động xoắn của trục vít.

H×nh 1.4 Mô tả cấu trúc của 02 hệ chuyển động thẳng bằng cách sử dụng hệ
truyền động động cơ tuyến tính và động cơ quay (theo [3])

Ngồi ra [2] 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).
Thiết bị

Đai truyền
Bánh răng
và Pulley
Trường
hợp
Độ
chính
-xác

Vít
dẫn
Trục vít
hướng

ĐCTT

++

+

++

Dải tốc độ

+

-

--

-

++

Phạm vi
dịch chuyển

-

+

--

--

++

Lực đẩy

-

+

-

+

++

Ma sát

+

+

--

+

++

Bảo dưỡng

+

+

-

--

++


1.1 Đặc điểm của một hệ chuyển động thẳng.

9

Thời gian

+

-

--

+

++

Giá thành

+

++

++

+

-

Hiệu quả

+

-

--

-

++

B¶ng 1.1. So sánh các hệ chuyển động thẳng sử dụng thiết bị cụ thể (+: Tốt; -:
Xấu; ++: Rất tốt; --: Rất xấu) (theo [2,3]).

Về lịch sử, nguyên lý cơ bản của ĐCTT được đưa ra vào năm 1895 nhưng
chưa được phát triển và phải đến năm 1947, Eric Laithwaite, một kỹ sư điện

người Anh, đã sử dụng động cơ này trong hệ thống truyền động máy dệt công
nghiệp. Nghiên cứu của Laithwaite được sự quan tâm của các nhà khoa học
và cơng trình này được Viện nghiên cứu Hồng gia Anh cơng nhận vào những
năm 60 của thế kỷ 20 là Máy điện của tương lai.
Có thể nói ĐCTT là một loại động cơ tạo trực tiếp chuyển động thẳng [3].
Để hiểu được nguyên lý của ĐCTT, ta chỉ cần hình dung ra một động cơ quay
trịn bất kỳ (một chiều, xoay chiều, từ kháng, bước …) với hai bộ phận: phần
tĩnh (stator) và phần động (rotor). Một trong hai bộ phận đó là nơi dịng năng
lượng điện đến (phía sơ cấp), bộ phận cịn lại là dịng năng lượng rời đi dưới
dạng cơ (phía thứ cấp). Khi hình dung tăng dần bán kính của động cơ tiến tới
vơ cùng, ta sẽ có phần stator dưới dạng trải dài (hình 1.5) và phần rotor sẽ là
phần di động trên bề mặt trải dài đó. Nếu tiếp tục hình dung ra một mâm
cặp dao, hay một toa xe,… gắn với rotor thì sẽ thu được hình ảnh của động
cơ tuyến tính trong cơng nghệ chế tạo máy, hay trong tàu điện cao tốc
Transrapid.
Từ những hình dung trên ta có thể rút ra hai điều sau:
 Có thể tạo ra ĐCTT có nguyên lý từ bất kỳ động cơ quay trịn kinh điển
nào.
 Có thể áp dụng các phương pháp điều khiển quen biết cho ĐCTT tương
ứng.

H×nh 1.5 Hình ảnh ĐCTT thu được khi trải dài động cơ quay tròn (theo [3])


10

1 TỔNG QUAN

1.2 Khái quát về các phương pháp điều khiển động cơ tuyến tính
Như đã biết, ĐCTT có ngun lý kế thừa từ động cơ quay nên phần lớn

những nghiên cứu đối với động cơ này có nguồn gốc từ các nội dung đã thực
hiện đối với động cơ quay bởi mối quan hệ tương đương về cấu tạo giữa hai
nhóm động cơ này. Tuy vậy, do cịn có những đặc điểm riêng đặc trưng cho
ĐCTT (ví dụ hiệu ứng đầu cuối,…) nên hình thành một số nghiên cứu có
nguồn gốc từ nhóm các vấn đề này.
1.2.1 Nguyên lý điều khiển chung
Cũng như những phương pháp đã được thực hiện đối với động cơ quay, lúc
này phương pháp điều khiển cho ĐCTT vẫn dựa trên hai hướng chính dựa
vào nguyên lý điều khiển vector và nguyên lý điều khiển vô hướng.
 [4,5,6] đã chỉ ra các phương pháp đại diện cho hướng nghiên cứu sử
khơng đổi (với mục đích duy
dụng ngun lý điều khiển vơ hướng: U
f
trì từ thơng khe hở không đổi giúp tạo ra khả năng sinh mômen mong
muốn), điều khiển độ trượt,… Tuy nhiên việc tạo ra từ thơng khe hở
khơng đổi sẽ gặp khó khăn khi phụ tải thay đổi vì sụt áp trên Stator
phụ thuộc vào dịng chảy qua nó [4] và điều này được khắc phục bằng
cách điều khiển U
sao cho từ thông khe hở là hàm của mômen tải
f
[6]. Các phương pháp dựa trên ngun lý điều kiển vơ hướng có ưu
điểm dễ thực hiện nhưng chúng đều gặp khó khăn trong việc nâng cao
chất lượng của hệ truyền động (đặc biệt ở vùng tốc độ thấp).
 Nguyên lý điều khiển vector đã được trình bày trong hệ thống tài liệu
[7,8,9,10]. Đối với ĐCTT, việc vận dụng nguyên lý này cần dựa trên một
hệ thống các vector mô tả một cách tường minh các đại lượng vật lý
(dòng điện, điện áp, từ thơng,…) được trình bày ở mục 2.1. Những
cơng trình thuộc hướng nghiên cứu này có thể được chia thành các
nhóm phương pháp: Điều khiển trực tiếp mômen (DTC), tựa từ thông
rotor (T4R), tựa theo hệ trục tọa độ tĩnh ab .

+ Theo [2], vào khoảng những năm 1980, Manfred Depenbrock và Isao
Takahashi, Toshihiko Noguchi đã đề xuất ý tưởng của phương pháp
DTC như sau: Từ thông stator cũng như mômen sinh ra bởi động cơ
hồn tồn có thể được tạo ra bằng cách điều khiển trực tiếp vector
điện áp stator u s thơng qua việc đóng cắt các van IGBT của nghịch
lưu cấp điện cho động cơ. Tuy sau này hãng ABB đã đưa ra một
nhóm biến tần có cài đặt phương pháp DTC nhưng phương pháp này
gặp phải một số khó khăn như: Cơ sở lý luận trong việc lựa chọn
bảng đóng cắt, mơmen và từ thơng đập mạch (đặc biệt ở vùng tốc độ
thấp), tần số chuyển mạch các van liên tục thay đổi và nghịch lưu đòi


1.2 Khái quát về các phương pháp điều khiển động cơ tuyến tính

11

hỏi sử dụng các van có tần số đóng cắt lớn. Thực tế trên thế giới
cũng xuất hiện những nghiên cứu theo hướng khắc phục những vấn
đề nêu trên [11] nhưng việc nghiên cứu vẫn đang được tiếp tục tiến
hành. Vận dụng ý tưởng của phương pháp DTC cho động cơ quay, [2]
cũng đã đưa ra cấu trúc điều khiển trực tiếp lực đẩy cho ĐCTT loại
ĐB – KTVC.
+ Đối với ĐCTT, nguyên lý điều khiển T4R chiếm phần lớn trong các
nghiên cứu, triển khai bởi khả năng cho phép tách các thành phần
dịng tạo từ thơng và dòng tạo lực đẩy từ các dòng điện chảy trong
các cuộn dây pha phần sơ cấp của động cơ (xem mục 2.2)
[7,8,9,10]. Để thực hiện điều này thì cần thiết phải xác định chính
xác vị trí tương đối giữa trục của từ thơng rotor và trục của cuộn dây
pha, đó chính là vị trí đỉnh cực trong ĐCTT (xem mục 4.1).
+ Ngồi ra, cũng có những nghiên cứu điều khiển ĐCTT dựa trên hệ

trục tọa độ tĩnh ab mặc dù hệ trục này khơng có ý nghĩa tường minh
về mặt vật lý [12]. Không những thế, lúc này khâu điều chỉnh dòng
làm việc trên hệ trục ab khiến cho giá trị chủ đạo và giá trị thực biến
thiên theo hình sin. Một trong những cách khắc phục nhược điểm
này là sử dụng khâu điều khiển PI cộng hưởng tần số (xem mục 4.1)
[12].
1.2.2 Phương pháp điều khiển
Cũng như đối với động cơ quay, nhiệm vụ điều khiển ĐCTT gồm hai nội
dung chính, đó là đảm bảo chất lượng về mặt động học và động lực học.
 Về mặt chất lượng động học thể hiện ở các đáp ứng tốc độ, vị trí được
can thiệp chủ yếu bởi mạch vịng điều chỉnh bên ngoài. Đối với hệ
truyền động ĐCTT, tuy loại bỏ được cơ cấu cơ khí trung gian nhưng
khiến cho hệ thống trở nên kém bền vững, rất nhạy đối với các tác động
phụ như lực ma sát, hiệu ứng đầu cuối (xem mục 2.4), tải thay đổi,
phân bố từ thông không sin,… gây ảnh hưởng đến chất lượng điều
khiển. Một số nghiên cứu tiêu biểu đã đề cập đến khả năng khắc phục
những ảnh hưởng nêu trên (xem hình 1.6), đó là:


[13] đã đưa ra phương án thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ theo phương
pháp điều khiển PI – Tự chỉnh kết hợp với những kỹ thuật ước lượng
phù hợp ở vùng tốc độ thấp giúp đạt được chất lượng tốt ở vùng làm
việc này. Tuy nhiên trong trường hợp tải biến động (ví dụ như thay
đổi khối lượng vật nặng,...) sẽ gây ra sự thay đổi lực ma sát và các
lực cản khác, lúc này bộ điều khiển PI – Tự chỉnh khơng cịn hiệu
quả và phương pháp điều khiển thích nghi mơ hình mẫu dựa trên lý
thuyết ổn định Lyapunov đã được vận dụng trong trường hợp này
[14].

12

1 TỔNG QUAN



Phương pháp thiết kế cuốn chiếu Backstepping cũng được sử dụng
để khắc phục ảnh hưởng của ma sát và lúc này bộ điều khiển được
thiết kế dựa trên mơ hình ước lượng ma sát Lugrie [15]. Tuy vậy ma
sát là một ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào điều kiện làm việc (nhiệt
độ, độ ẩm,...) nên những mơ hình ước lượng ma sát sẽ gặp sai số
trong ứng dụng thực tế. Việc vận dụng phương pháp điều khiển
mạng nơ ron thích nghi sẽ giúp khắc phục khó khăn này [16].
Phương pháp giúp chỉnh định các thông số bộ điều khiển dựa trên
những giả định và luật thích nghi, đảm bảo kết quả hội tụ đến giá trị
thực. [17] cũng trình bày một phương pháp khác khắc phục ảnh
hưởng của ma sát nhờ vào bộ điều khiển mờ thích nghi. Có thể thấy
những phương pháp nói trên có nhược điểm cần sử dụng những
VĐK mạnh do khối lượng tính tốn lớn.

H×nh 1.6



Tổng quan về các nghiên cứu đảm bảo chất lượng động học.

Bộ điều khiển trượt với ưu điểm đảm bảo cho giá trị thực nhanh
chóng bám theo lượng đặt từ những quỹ đạo được lựa chọn cũng đã
được sử dụng để điều khiển ĐCTT [18]. Tuy nhiên phương pháp này
gặp khó khăn trong việc xác định mặt trượt và hiện tượng dao động

quanh quỹ đạo trượt. [19] đã đưa ra biện pháp khắc phục hiện
tượng dao động nói trên nhờ sử dụng bộ điều khiển trượt có cải tiến.
Ngồi ra hiệu ứng đầu cuối cũng được xử lý với bộ điều khiển này
[19]. Một phương án khác khắc phục ảnh hưởng của hiện tượng dao


1.2 Khái quát về các phương pháp điều khiển động cơ tuyến tính

13

động nói trên cũng đã được nghiên cứu, đó là sử dụng bộ điều khiển
bền vững H¥ [20].


Tiếp theo, đối với động cơ quay loại ĐB – KTVC, phương pháp điều
khiển sử dụng nguyên lý phẳng được trình bày trong [21]. Tuy
nhiên, [21] vẫn chưa đưa ra những xử lý trong trường hợp điện áp
cần cấp vào động cơ vượt quá khả năng của bộ nghịch lưu cũng như
tính chất phẳng của mơ hình động cơ chỉ được rút ra sau khi đã chỉ
ra biến phẳng. Luận án sẽ trình bày những biện pháp khắc phục
nhược điểm này (xem chương 4).

Có thể thấy tất cả các nghiên cứu nêu trên vẫn chưa xét đến việc nâng
cao chất lượng động học trong các chế độ vận hành phi tuyến (khi hoặc
cả dòng và áp đi vào giới hạn hoặc chỉ có điện áp bị giới hạn ở dải tốc
độ cao), hay khi tốc độ cần gia tốc, biến đổi nhanh trong một khoảng
thời gian nhỏ. Cũng cần lưu ý rằng chế độ làm việc nói trên thường
xuyên xảy ra đối với các hệ chuyển động thẳng (CNC, hexapod,...) và
khả năng khắc phục những nhược điểm này được trình bày trong mục
3.4 .

 Về mặt chất lượng động lực học, đó là các đáp ứng về mơmen, lực đẩy
phụ thuộc chủ yếu vào mạch vịng điều chỉnh phía trong. Đây là nhiệm
vụ rất quan trọng làm cơ sở cho việc nâng cao chất lượng của hệ truyền
động. Trên cơ sở nội dung khái quát về các phương pháp điều chỉnh
dòng đã được sử dụng [7,8,9], luận án bổ sung những hướng nghiên
cứu cơ bản trong việc nâng cao chất lượng ng lc hc nh sau (xem
hỡnh 1.7).

d ạ d
Hình 1.7

Tng quan về các nghiên cứu đảm bảo chất lượng động lực học.