1. Trang Chủ
  2. Cơ khí - Chế tạo máy
  3. Điều khiển Backstepping cho mô hình kết hợp của động cơ từ trở chuyển mạch

Điều khiển Backstepping cho mô hình kết hợp của động cơ từ trở chuyển mạch

Động cơ từ trở chuyển mạch (SRM) với nhiều ưu điểm nhưng khó điều khiển bởi động cơ có tính phi tuyến rất mạnh. Bài viết trình bày một phương pháp tổng hợp bộ điều khiển cho SRM dựa trên kỹ thuật điều khiển phi tuyến backstepping. Bộ điều khiển này lần đầu tiên được áp dụng cho SRM có mô hình toán là sự kết hợp của cả khóa chuyển mạch và động cơ trong cùng một mô hình. 18 Phí Hoàng Nhã, Phạm Hùng Phi, Đào Quang Thủy, Phạm Xuân Đạt, Lê Xuân Hải ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING CHO MÔ HÌNH KẾT HỢP CỦA ĐỘNG

Thể loại Tài liệu miễn phí Cơ khí - Chế tạo máy

Số trang 6

Ngày tạo 4/8/2023 6:03:12 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.75 M

Tên tệp

Tải Điều khiển Backstepping cho mô hình kết hợp của độ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. 18 Phí Hoàng Nhã, Phạm Hùng Phi, Đào Quang Thủy, Phạm Xuân Đạt, Lê Xuân Hải ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING CHO MÔ HÌNH KẾT HỢP CỦA ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ CHUYỂN MẠCH BACKSTEPPING CONTROL FOR COMBINATION MODEL OF SWITCHED RELUCTANCE MOTOR Phí Hoàng Nhã1,3*, Phạm Hùng Phi1, Đào Quang Thủy2, Phạm Xuân Đạt1, Lê Xuân Hải3 1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2 Bộ Khoa học và Công nghệ 3 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Tác giả liên hệ: phihoangnha@gmail.com (Nhận bài: 22/7/2021; Chấp nhận đăng: 28/9/2021) Tóm tắt - Động cơ từ trở chuyển mạch (SRM) với nhiều ưu điểm Abstract - Switched Reluctance Motor (SRM) has many nhưng khó điều khiển bởi động cơ có tính phi tuyến rất mạnh. Bài advantages with very strong nonlinearity, hence it is difficult to báo trình bày một phương pháp tổng hợp bộ điều khiển cho SRM control. The paper presents a method to design a nonlinear dựa trên kỹ thuật điều khiển phi tuyến backstepping. Bộ điều controller for SRM based on backstepping nonlinear control khiển này lần đầu tiên được áp dụng cho SRM có mô hình toán là technique. This controller is first applied to SRM which its sự kết hợp của cả khóa chuyển mạch và động cơ trong cùng một mathematical model is a combination of both the commutator and mô hình. Mô hình kết hợp của SRM góp phần giảm ảnh hưởng the motor in the same model. The combination model of SRM của tính phi tuyến do bộ khóa chuyển mạch, tăng tính chính xác contributes to reduce the influence of nonlinearity due to the trong điều khiển động cơ này. Tính ổn định của vòng điều khiển switching lock, increasing the accuracy in controlling this motor. được phân tích dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov. Kết quả The stability of the closed control loop was analyzed based on the mô phỏng thực hiện trên Matlab/Simulink khẳng định tính chính Lyapunov stability standard. The simulation results performed on xác của mô hình kết hợp và chất lượng của hệ thống điều khiển Matlab/Simulink confirmed the accuracy of the combination backstepping. model and the quality of the backstepping control system. Từ khóa - Động cơ từ trở chuyển mạch (SRM); Kỹ thuật Key words - Switched Reluctance Motor (SRM); Backstepping Backstepping; Mô hình kết hợp; Lyapunov Technique; Combination model; Lyapunov 1. Giới thiệu phương pháp thiết kế dựa trên kỹ thuật backstepping áp Động cơ từ trở chuyển mạch (SRM) là động cơ điện có dụng với mô hình kết hợp SRM. Các kết quả nghiên cứu nhiều ưu điểm nổi trội như chi phí chế tạo thấp, cấu tạo đơn được kiểm chứng thông qua mô phỏng số. giản, rotor không có dây quấn nên cho phép nhiệt độ làm 2. Mô hình toán kết hợp của động cơ từ trở chuyển việc cao, mô men khởi động lớn,... [1-3]. Do cấu trúc vốn mạch có của SRM và nguyên lý điều khiển khiển đóng ngắt liên tục giữa các pha làm cho SRM có tính phi tuyến mạnh. Mô hình toán của động cơ từ trở chuyển mạch được Nhiều công trình đưa ra mô hình cho động cơ từ trở chuyển sử dụng để tổng hợp bộ điều khiển dưới dạng phương mạch ở cả dạng mô hình phi tuyến và mô hình tuyến [4-9]. trình vi phân trên cơ sở các phương trình cơ bản của máy Công trình [7] lần đầu tiên đưa ra được mô hình động học điện. Động lực học của động cơ từ trở bao gồm các cho động cơ từ trở chuyển mạch được kết hợp với các khóa phường trình về điện áp, phương trình mô men và phương chuyển mạch trong một mô hình. Đáng tiếc, tác giả của trình cơ. công trình này lại tuyến tính hóa mô hình động lực học của Phương trình vi phân mô tả SRM với m pha có dạng sau: SRM từ mô hình kết hợp nhằm sử dụng các phương pháp d j tổng hợp bộ điều khiển tuyến tính cho SRM. u j = R.i j + (1) dt Một vài nghiên cứu [10-16] tổng hợp bộ điều khiển áp dụng kỹ thuật điều khiển phi tuyến như trượt, Trong đó: j = 1, 2, …, m; backstepping,... cho động cơ từ trở chuyển mạch. Nhưng uj là điện áp của pha j; các mô hình sử dụng để tổng hợp bộ điều khiển cho SRM R là điện trở pha j; đến nay chỉ dừng lại ở mô hình truyền thống, đó là mô hình toán của động cơ từ trở được tách riêng với mô hình bộ ij là dòng điện pha j; khóa chuyển mạch (converter). ѱj từ thông pha j. Để giảm bớt những sai số do quá trình tuyến tính hóa Từ phương trình (1), từ thông của một pha j bất kỳ được mô hình, trong bài báo này, nhóm tác giả đề xuất áp dụng biểu diễn: 1 Ha Noi University of Science and Technology (Phi Hoang Nha, Pham Hung Phi, Pham Xuan Dat) 2 Ministry of Science and Technology (Dao Quang Thuy) 3 Ha Noi University of Industry (Phi Hoang Nha, Le Xuan Hai)
  2. ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 19, NO. 11, 2021 19 T d  j =  (u j − R.i j )dt (2) = 0 dt d 1  m  Từ thông ѱj phụ thuộc vào cả dòng điện ij và góc θ, nên =  T j ( , i j ) − Tl ( ,  )  (11) nó được biểu diễn đầy đủ hơn như sau: ѱj(ij, θ). dt J  j =1  Phương trình đặc tính cơ của SRM: −1 di j   j   j    j  d 2 = −   Ri j + +  u j = Te − Tl  i    i j J (3) dt  j   dt 2 Mô hình trạng thái hệ truyền động động cơ từ trở Trong đó, Te là mô men một pha; Tl là mô men tải; J là mô chuyển mạch được trình bày dưới đây dựa trên [7]. Xét với men quán tính. động cơ từ trở chuyển mạch có m=4 pha, véc tơ trạng thái Theo nguyên lý chuyển đổi năng lượng xảy ra trong là x = [ , , i1 , i2 , i3 , i4 ]T = [x1 , x2 , x3 , x4 , x5 , x6 ]T . Phương động cơ từ trở chuyển mạch, mô men sinh ra chính bằng trình trạng thái của động cơ: biến thiên đối năng lượng từ trường ( W j' ) trong cuộn dây x1 = x2 (12) stator theo vị trí góc rotor. 1 Wj' x2 = T1 ( , x3 ) + T2 ( , x4 ) + T3 ( , x5 ) + T4 ( , x6 ) − Tl ( x1, x2 )  T j ( , i j ) = (4) J    s f1 ( x1 ) ij  f 2 ( x ) x N r 1 − [1 + x3 f1 ( x1 )]e − x3 f1 ( x1 )   ở đó: W j' ( , i j ) =  j ( , i j )di j (5)  1 1 1    s f 2 ( x1 ) − x4 f 2 ( x1 )  0 + 2 N r 1 − [1 + x4 f 2 ( x1 )]e  Mô men trong SRM là hàm phi tuyến theo dòng điện  f 2 ( x1 ) x1  nếu mạch từ là tuyến tính. Khi đó, mô men tổng sinh ra 1   s f3 ( x1 )  = + 2 N r 1 − [1 + x5 f3 ( x1 )]e − x5 f3 ( x1 )   chính bằng tổng mô men ở các pha: J  f3 ( x1 ) x1    f ( x )  N r 1 − [1 + x6 f 4 ( x1 )]e − x6 f4 ( x1 )   m Te ( , i1 , i2 ,..., im ) = T j ( , i j ) (6) + 2 s 4 1 j =1  f 4 ( x1 ) x1   − Bx − mgl sin( x )  Để điều khiển được động cơ từ trở chuyển mạch, chúng  2 1  ta cần xác định được đặc tính từ thông ѱj (θ, ij) càng chính   xác càng tốt. Để thuận tiện trong quá trình nghiên cứu, phát (13) triển các thuật toán điều khiển, đặc tính từ thông có thể ( x3 =  − s e− x3 f1 ( x1 ) f1 ( x1 )   Rx3 + ( s e − x3 f1 ( x1 ) ) x3 1x11 x2  ) −1 f ( x ) được xấp xỉ là một hàm liên tục [7], như sau:   − i j f j ( )  j ( , i j ) =  s (1 − e ) (7) +  s e− x3 f1 ( x1 ) f1 ( x1 )  u1 −1 với j = 1, 2, …, m; ѱs là từ thông bão hòa. (14) Nhìn chung, do cấu tạo đặc biệt của SRM nên sự hoạt f 2 ( x1 )   Rx4 + ( s e )( x ) x  −1 f 2 ( x1 ) x4 =  − s e − x4 f 2 ( x1 ) − x4 f 2 ( x1 ) động của động cơ này không giống như các động cơ điện  4 x1 2 −1 thông thường. Rotor của động cơ từ trở chuyển mạch quay +  s e − x4 f2 ( x1 ) f 2 ( x1 )  u2 từng góc rời rạc nên hàm fj(θ) có thể được biểu diễn bằng chuỗi Fourier: (15) ( x5 =  − s e− x5 f3 ( x1 ) f3 ( x1 )   Rx5 + ( s e − x5 f3 ( x1 ) ) x5 3x1 1 x2  ) −1 f ( x )  2 f j ( ) = a +  {bn sin[nN r − ( j − 1) ]   n =1 m −1 (8) +  s e− x5 f3 ( x1 ) f3 ( x1 )  u3 2 + cn cos[nN r − ( j − 1) ]} (16) m x6 =  − s e − x6 f4 ( x1 ) f 4 ( x1 )   Rx6 + ( s e − x6 f4 ( x1 ) ) x6 4x1 1 x2 ( ) −1 f ( x ) ở đó, Nr là số cực rotor, và nếu bỏ qua các thành phần bậc   cao hơn trong chuỗi Fourier [8], ta thu được hàm (8) đơn −1 giản hơn: +  s e − x6 f 4 ( x1 ) f 4 ( x1 )  u4 2 (17) f j ( ) = a + b sin[ N r − ( j − 1) ] (9) m ở đó: Mô men của pha j được biểu diễn như sau [9]: fi  2  = bNr cos  N r x1 − ( j − 1)  (18)  df j ( ) x1  m −i f j ( ) T j ( , i j ) = 2 s {1 − [1 + i j f j ( )]e j } (10) f j ( ) d Lưu ý rằng, trong mô tả không gian trạng thái trên Bx2 là thành phần đối lập với chuyển động quay, trong khi mgl Phương trình không gian trạng thái của động cơ từ trở là mô men tải cơ học. chuyển mạch, bao gồm các phương trình sau: Từ (13) ta đặt:
  3. 20 Phí Hoàng Nhã, Phạm Hùng Phi, Đào Quang Thủy, Phạm Xuân Đạt, Lê Xuân Hải fa ( x) = 1   s f1 ( x1 )  2   N r 1 − e − x3 f1 ( x1 )   −1 (  Rx6 +  s e − x6 f4 ( x1 ) ) J  f1 ( x1 ) x1  pd ( x ) =  − s e − x6 f 4 ( x1 ) f 4 ( x1 )     (  6 x1 )  x f4 ( x1 ) x 2   1   s f1 ( x1 )  ga ( x) =  2 J  f1 ( x1 ) x1  N r − f1 ( x1 )e − x3 f1 ( x1 )   qd ( x ) =  s e− x6 f4 ( x1 ) f 4 ( x1 )  −1  1   s f 2 ( x1 )  Ta viết lại phương trình (14) đến (17) như sau: fb ( x ) =  2 J  f 2 ( x1 ) x1  N r 1 − e − x4 f2 ( x1 )   x3 = pa ( x ) + qa ( x )u1  x4 = pb ( x ) + qb ( x )u2 1  f 2 ( x1 )    (21) gb ( x ) =  2 s N r − f 2 ( x1 )e − x4 f2 ( x1 )  x5 = pc ( x ) + qc ( x )u3 J  f 2 ( x1 ) x1  x6 = pd ( x ) + qd ( x )u4 1  f 3 ( x1 )  fc ( x) =  2 s J  f 3 ( x1 ) x1  N r 1 − e − x5 f3 ( x1 )   Thay (21) vào (20), ta có:  x2 =  f a ( x ) + g a ( x ) x3 + g a ( x ) pa ( x ) + g a ( x )qa ( x )u1  + 1  f 3 ( x1 )  gc ( x) =  2 s J  f 3 ( x1 ) x1  N r − f 3 ( x1 )e − x5 f3 ( x1 )    fb ( x ) + gb ( x ) x4 + gb ( x ) pb ( x ) + gb ( x )qb ( x )u2  +   f c ( x ) + g c ( x ) x5 + g c ( x ) pc ( x) + g c ( x )qc ( x )u3  + 1   s f 4 ( x1 )  fd ( x) =  2 J  f 4 ( x1 ) x1  N r 1 − e − x6 f4 ( x1 )    f d ( x ) + g d ( x ) x6 + g d ( x ) pd ( x ) + g d ( x )qd ( x )u4  −  1   s f 4 ( x1 )  B mgl gd ( x) =  2 J  f 4 ( x1 ) x1  N r − f 4 ( x1 )e − x6 f4 ( x1 )   J x2 − J cos( x1 ) x1  (22) Phương trình (13) có thể viết lại thành: Động cơ từ trở chuyển mạch hoạt động được với x2 =  f a ( x ) + g a ( x ) x3  +  f b ( x ) + gb ( x ) x4  nguyên lý cấp điện áp cho từng pha. Nếu xét số pha là 4, ta được u j = k j u , (với j=1, 2, 3, 4); kj là khóa chuyển pha nên B mgl +  f c ( x ) + g c ( x ) x5  +  f d ( x ) + g d ( x ) x6  − x2 − sin( x1 ) chỉ nhận 2 giá trị là 0 hoặc 1. Phương trình (22) có thể biểu J J (19) diễn lại như sau: Vi phân phương trình (19) theo thời gian, ta được:  f a ( x ) + g a ( x ) x3 + g a ( x ) pa ( x) + f b ( x ) + gb ( x ) x4    x2 =  f a ( x ) + g a ( x ) x3 + g a ( x ) x3  + x2 =  + gb ( x ) pb ( x ) + f c ( x ) + g c ( x ) x5 + g c ( x ) pc ( x ) +     fb ( x ) + gb ( x ) x4 + gb ( x ) x4  +  f d ( x ) + g d ( x ) x6 + g d ( x ) pd ( x )   g a ( x )qa ( x )k1 + gb ( x ) qb ( x ) k2 + g c ( x ) qc ( x ) k3   f c ( x ) + g c ( x ) x5 + g c ( x ) x5  + (20) +   + g d ( x ) qd ( x ) k 4   f d ( x ) + g d ( x ) x6 + g d ( x ) x6  B mgl − x2 − cos( x1 ) x1 B mgl J J − x2 − cos( x1 ) x1 (23) J J Bằng cách đặt hàm: Từ phương trình (14) đến (17), ta đặt:  f a ( x ) + g a ( x ) x3 + g a ( x ) pa ( x ) + f b ( x ) + g b ( x ) x4  (  Rx3 +  s e− x3 f1 ( x1 ) −1 )  F(x )=  + gb ( x ) pb ( x ) + f c ( x ) + g c ( x ) x5 + g c ( x ) pc ( x ) +   pa ( x ) =  − s e − x3 f1 ( x1 ) f1 ( x1 )    3 x1 (  x f1 ( x1 ) x 2 )     f d ( x ) + g d ( x ) x6 + g d ( x ) pd ( x )   −1 và: qa ( x ) =  s e− x3 f1 ( x1 ) f1 ( x1 )   g a ( x )qa ( x )k1 + g b ( x )qb ( x )k 2 + g c ( x )qc ( x )k3  −1 (  Rx4 +  s e − x4 f2 ( x1 ) ) G(x )=   + g d ( x ) qd ( x ) k 4   pb ( x ) =  − s e − x4 f2 ( x1 ) f 2 ( x1 )    4 x1 (  x f2 ( x1 ) x 2 )   Ta thu được dạng khác của phương trình (23) như sau: B mgl qb ( x ) =  s e− x4 f2 ( x1 ) f 2 ( x1 )  −1 x2 =F(x ) + G( x ) − x2 − cos( x1 ) x1 (24) J J (  Rx5 +  s e − x5 f3 ( x1 ) −1 ) Đặt: pc ( x ) =  − s e − x5 f3 ( x1 ) f 3 ( x1 )   B f ( x ) = F(x ) − x2 − mgl ( )  x f3 ( x1 ) x  cos( x1 ) x1 J J (25)  5 x1 2  −1 g ( x) = G( x) qc ( x ) =  s e− x5 f3 ( x1 ) f3 ( x1 )  Ta có:
  4. ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 19, NO. 11, 2021 21 x2 = f ( x ) + g ( x )u (26) Đạo hàm theo thời gian ta được: Để thuận lợi cho việc thiết kế, ta biểu diễn (26) dưới V2 = V1 + e2 e2 (39) dạng mô hình trạng thái. Đặt x2 = z1 , ta có mô hình trạng Thế biểu thức (33) và (37) vào (39) thu được: thái của SRM: V2 = −c1e12 + e1e2 + e2  f ( x ) + g ( x ) u − 1  (40)  z1 = z2   (27) Chọn tín hiệu điều khiển cho hệ từ (40):  z2 = f ( x ) + g ( x ) u  −c2 e2 − e1 −  f ( x ) − 1  với f ( x ) , g ( x ) được định nghĩa ở (25). u= (41) g ( x) Mô hình (27) hoàn toàn phù hợp sử dụng kỹ thuật backstepping để thiết kế bộ điều khiển. với c2 là hằng số dương và: j( j) j( j)  j ( , i j )   3. Tổng hợp bộ điều khiển backstepping cho SRM  4 T  , i    , i  −1    3.1. Thuật toán điều khiển backstepping  i  i   j 1  j =1    − Ri −     f ( x) =  j  j    Trong phần 2 của bài báo, mô hình động lực học của SRM được biểu diễn bằng mô hình trạng thái (27): J  +  j ( j ) − B − dTl + 4 T  , i    j =1  dt   z1 = z2   (28)  z2 = f ( x ) + g ( x ) u 1 4 T j ( , i j )   j ( , i j )  −1  g ( x) =    kj Đó là mô hình hệ phi tuyến truyền ngược chặt bậc 2. J j =1 i j  i j    Theo kỹ thuật backstepping ta cần thực hiện hai bước thiết kế cho hệ thống này. Định lý: SRM có mô hình trạng thái (28) được điều Bước 1: Gọi sai lệch bám tốc độ đặt zd = d là e1 , ta có: khiển bằng bộ điều khiển backstepping (41). Trong đó, c1 , c2 là các hằng số dương đảm bảo hệ kín ổn định e1 = z1 − zd (29) Lyapunov (điều kiện g ( x )  0 ). Đạo hàm e1 theo thời gian ta được: Chứng minh: e1 = z1 − zd = z2 − zd (30) Chọn hàm Lyapunov cho hệ kín có dạng như sau: Đặt e2 = z2 − 1 , trong đó 1 là tín hiệu điều khiển ảo cho hệ con thứ nhất V= 2 ( e1 + e2 ) = V1 + e22 = V2 1 2 2 1 2 (42) Thay vào (30) ta được: Đạo hàm V theo thời gian ta được: e1 = z1 − zd = z2 − zd = e2 + 1 − zd (31) V = −c1e12 + e1e2 + e2  f ( x ) + g ( x ) u − 1  (43) Để xác định tín hiệu điều khiển ảo đảm bảo e1→0 ta chọn hàm Lyapunov Thay u từ biểu thức (41) vào (43) ta được 1 V1 = e12 (32) V = −c1e12 + e1e2 + e2  f ( x ) − c2e2 − e1 −  f ( x ) − 1  − 1  2 V = −c1e12 − c2e22  0 Đạo hàm V1 theo thời gian ta được: (44) V1 = e1e1 = e1 ( e2 + 1 − zd ) = −c1e12 + e1e2 (33) Vậy điều cần chứng minh đã được chứng minh. Để có (33) thì tín hiệu điều khiển ảo có dạng như sau: 3.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển SRM 1 = −c1e1 + zd (34) Trong đó, c1 là hằng số dương. Để e1 → 0 thì e2 → 0 Bước 2: e2 = z2 − 1 (35) Đạo hàm e2 theo thời gian ta được: e2 = z2 − 1 (36) Từ (28) ta có e2 = z2 − 1 = f ( x ) + g ( x ) u − 1 (37) Hình 1. Cấu trúc điều khiển SRM sử dụng Backstepping Để xác định tín hiệu điều khiển u đảm bảo e2 → 0 , ta Cấu trúc hệ thống điều khiển SRM với đầu vào là giá trị đặt tốc độ, đầu vào bộ điều khiển backstepping là sai số chọn hàm Lyapunov: tốc độ, điện áp, dòng điện và từ thông được thể hiện trong 1 Hình 1. Trong Hình 1, bộ điều khiển backstepping được V2 = V1 + e22 (38) 2 xây dựng trong Phần 3.1 với tín hiệu điều khiển u trong
  5. 22 Phí Hoàng Nhã, Phạm Hùng Phi, Đào Quang Thủy, Phạm Xuân Đạt, Lê Xuân Hải biểu thức (41). Đối tượng điều khiển chính là SRM, mô backstepping khá tốt, đáp ứng được với nhiễu. hình SRM thể hiện trong biểu thức (28). Với hệ thống này, phản hồi tốc độ được đo bằng encoder, dòng điện và điện áp các pha được đo bằng các cảm biến dòng và áp. Giá trị từ thông được xác định dựa trên phương trình (7) với các giá trị tức thời theo từng dòng điện và vị trí rotor. Tín hiệu điều khiển (41) được đưa vào mô hình toán SRM là mô hình kết hợp cả khóa chuyển mạch và động cơ trong cùng một mô hình (28). Các kết quả được kiểm chứng thông qua mô phỏng trên phần mềm Matlab/ Simulink với nhiều trường hợp khác nhau. 4. Mô phỏng kiểm chứng Các kết quả mô phỏng được thực hiện trên phần mềm Hình 3. Đáp ứng tốc độ khi d = 10cos ( t / 3) (rad / s) Matlab Simulink. Với một số các thông số SRM và tham số lựa chọn của bộ điều khiển biểu diễn trong Bảng 1. Bảng 1. Bảng một số thông số mô hình SRM và bộ điều khiển [17] Số cực rotor Nr = 6 Hệ số mô men quán tính J = 6,8  103 ( kgm2 ) Hệ số tính từ thông a = 1,5 10−3 ( H ) Hệ số tính từ thông b = 1,364 10−3 ( H ) Số cực stator Ns = 8 Điện trở pha R = 0,05( ) Hệ số ma sát B = 0,2 a) c2 = 0.1 c1 = 2 Để đánh giá chất lượng của bộ điều khiển backstepping với mô hình kết hợp của SRM, tác giả kiểm chứng tính ổn định, khả năng bám tín hiệu đặt trong trường hợp tốc độ đặt d = 30(rad / s) và d = 10cos ( t / 3) (rad / s) . b) Hình 4. Đáp ứng tốc độ khi d = 30(rad / s) với nhiễu điều khiển Hình 2. Đáp ứng tốc độ khi d = 30(rad / s) Trường hợp tốc độ đặt d = 30(rad / s) , thể hiện trong hình 2, đáp ứng tốc độ cho thấy chất lượng điều khiển tốt khi lượng quá điều chỉnh bằng 0%, thời gian quá độ chỉ 0,6s, thời gian đáp ứng chỉ mất 0,3s. Trường hợp tốc độ đặt d = 10cos ( t / 3) (rad / s) , thể hiện trong hình 3, đáp ứng tốc độ cho thấy chất lượng điều Hình 5. Đáp ứng tốc độ khi d = 10cos ( t / 3) (rad / s) khiển tốt, tín hiệu nhanh chóng bám theo giá trị đặt hình sin. với nhiễu điều khiển Khi có nhiễu tác động lên tín hiệu điều khiển có dạng Tương tự, khi xét nhiễu tác động là nhiễu tín hiệu điều như hình 4a, tín hiệu nhiễu là 30V, xét tại thời điểm 1s, đáp khiển (25V) như Hình 4a, với tốc độ đặt có biên dạng hình ứng tốc độ trong trường hợp này bị mất ổn định khi lượng quá điều chỉnh vọt lên 34,5 (rad/s) tương ứng 15%. Sau đó, sin d = 10cos ( t / 3) (rad / s) , đáp ứng tốc độ như trong chỉ mất thời gian xác lập là 0,4s hệ thống đã ổn định (hình Hình 5. Xét tại thời điểm 1s kích tín hiệu nhiễu điều khiển, 4b). Như vậy, chất lượng điều khiển của bộ điều khiển tốc độ nhảy vọt từ 10 (rad/s) lên 12 (rad/s), sau đó nhanh
  6. ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 19, NO. 11, 2021 23 chóng bám theo quỹ đạo đặt. Bộ điều khiển backstepping 5. Kết luận một lần nữa thể hiện khả năng điều khiển tốt với cả tín hiệu Bài báo trình bày chi tiết mô hình kết hợp của động cơ đầu vào có dạng hình sin. từ trở chuyển mạch, đó là mô hình kết hợp cả khóa chuyển mạch và động cơ trong cùng một mô hình toán. Kỹ thuật điều khiển phi tuyến backstepping lần đầu được sử dụng với mô hình này để điều khiển tốc độ. Kết quả mô phỏng cho thấy, chất lượng điều khiển tốt của bộ điều khiển backstepping và tính chính xác của mô hình kết hợp SRM, ngay cả khi có nhiều loại nhiễu khác nhau tác động. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L. Zeng and H. Yu, “Research on a novel Rotor Structure Switched Reluctance Motor”, Phys. Procedia, vol. 24, 2012, pp. 320–327. [2] K. Deguchi, S. Sumita, and Y. Enomoto, “Analytical Method a) Applying a Mathematical Model for Axial-Gap-Switched Reluctance Motor”, Electr. Eng. Japan (English Transl. Denki Gakkai Ronbunshi), vol. 196, no. 3, 2016, pp. 30–38. [3] L. Shen, J. Wu, S. Yang, and X. Huang, “Reluctance Motors Excluding Rotor Clamping”, vol. 62, no. 1, 2013, pp. 185–191. [4] A. Berdai et al., “Similarity and Comparison of the Electrodynamics Characteristics of Switched Reluctance Motors SRM with Those of Series DC Motors”, Engineering, vol. 07, no. 01, 2015, pp. 36–45. [5] J. A. Makwana, P. Agarwal, and S. P. Srivastava, “Modeling and Simulation of Switched Reluctance Motor”, Lect. Notes Electr. Eng., vol. 442, 2018, pp. 545–558. [6] A. Nirgude, M. Murali, N. Chaithanya, S. Kulkarni, V. B. Bhole, and S. R. Patel, “Nonlinear mathematical modeling and simulation of switched reluctance motor”, IEEE Int. Conf. Power Electron. Drives Energy Syst. PEDES 2016, vol. 2016-Janua, 2017, pp. 1–6. [7] G. Rigatos, P. Siano, and S. Ademi, “Nonlinear H-infinity control b) for switched reluctance machines”, Nonlinear Eng., vol. 9, no. 1, Hình 6. Đáp ứng tốc độ khi d = 30(rad / s) với nhiễu trắng 2019, pp. 14–27. [8] M. Ilic’-Spong, R. Marino, S. M. Peresada, and D. G. Taylor, "Feedback Linearizing Control of Switched Reluctance Motors", IEEE Trans. Automat. Contr., vol. 32, no. 5, 1987, pp. 371–379. [9] O. Ustun, “A nonlinear full model of switched reluctance motor with artificial neural network”, Energy Convers. Manag., vol. 50, no. 9, 2009, pp. 2413–2421. [10] James J. Carroll, Andrew J. Geoghan, “A Backstepping Based Computed Torque Controller for Switched Reluctance Motors Driving Inertial Loads”, IEEE, 1995, pp. 779–786. [11] Muthana T. Alrifai, Joe H. Chow, David A. Torrey “A Backstepping Nonlinear Control Approach to Switched Reluctance Motors”, Proceedings of the 37th IEEE, 1998, pp. 4652–4657. [12] Muthana T. Alrifai, Joe H. Chow, David A. Torrey “Backstepping nonlinear speed controller for switched reluctance motors”, IEE Proceedings, vol. 150, No. 2, 2003, pp. 193–200. Hình 7. Đáp ứng tốc độ khi d = 10cos ( t / 3) (rad / s) [13] Muthana T. Alrifai, Joe H. Chow, David A. Torrey “Practical với nhiễu trắng Application of Backstepping nonlinear current Control to Switched Reluctance Motor”, Proceedings of the American Control Xét trường hợp nhiễu là nhiễu trắng có biên độ thay đổi Conference, vol. 150, No. 2, 2000, pp. 594–599. liên tục (Hình 6a), khả năng đáp ứng tốc độ trong trường [14] Mohammad S. Islam, Iqbal Husain, Robert J. Veillette and Celal hợp này của bộ điều khiển backstepping thể hiện trong Hình Batur, “Design and Performacne Analysis of Sliding-Mode of Observers for Sensorless Operation of Switched Reluctance 6b với tốc độ đặt là hằng số d = 30(rad / s ) và Hình 7 với Motors”, IEE Transactions on control systems technology, vol. 11, tốc độ đặt là hình sin d = 10cos ( t / 3) (rad / s) . Kết quả No. 3, 2003, pp. 383–389. [15] Chih-Hong Lin “Adaptive nonlinear backstepping control using mended cho thấy, đáp ứng tốc độ trong cả hai trường hợp tín hiệu recurrent Romanovski polynomials neural network and mended particle đặt khác nhau là rất tốt, độ nhấp nhô của tín hiệu đáp ứng swam optimization for switched reluctance motor drive system”, nhỏ, luôn bám sát tín hiệu đặt. Transactions of the Institute Measuremanet and Control, 2019, pp. 1–15. [16] Ahmed Tahour, Abdelkader Meroufel, Hamza Abid, Abdel Ghani Aissaoui, Các kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ của động cơ từ “Sliding controller of switched reluctance motors”, Leonardo Electronic trở chuyển mạch sử dụng bộ điều khiển backstepping với Journal of Practices and Technologis, vol. 12, 2008, pp. 151–162 các trường hợp tốc độ đặt khác nhau, nhiễu tác động khác [17] Muthana Rafiq, Saeed-ur Rehman, Fazal-ur Rehman, Qarab Raza nhau cho thấy, chất lượng bộ điều khiển backstepping rất Butt, Irfan Awan “A second order sliding mode control design of switched reluctance motor using super twisting algorithm”, tốt. Hơn nữa, bộ điều khiển backstepping sử dụng mô hình Simulation Modelling and Theory, vol. 25, 2012, pp. 106–177. kết hợp của SRM một lần nữa khẳng định tính chính xác [18] R. Ortega, A. Sarr, A. Bobtsov, I. Bahri, D. Diallo, “Adaptive state của mô hình và tính phù hợp của kỹ thuật điều khiển obsevers for sensorless control of switched reluctance motor”, Int J backstepping với đối tượng này. Robust Nonlinear Control, 2018, pp. 1-17.
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học