ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - TÓM TẮT LUẬN VĂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ KÍCH TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN TỰA THEO THỤ ĐỘNG (Passivity - Based) Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Học Viên: MAI VƯƠNG SONG Người HD Khoa học: PGS.TS NGUYỄN NHƯ HIỂN THÁI NGUYÊN – 2011 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Do nhu cầu lượng giới nước ta ngày tăng Việc nâng cao hiệu suất lượng hệ truyền động sử dụng động điện trở nên quan trọng hết Động chiều thời giải pháp tối ưu hệ truyền động yêu cầu mômen lớn Tuy nhiên nhược điểm khó khắc phục động chiều tượng đánh tia lửa điện chổi than vành góp Điều dẫn đến an toàn sản xuất, động chiều lại có giá thành cao, kích thước lớn, khó sản xuất, phải bảo dưỡng thường xuyên Với phát triển mạnh mẽ công nghệ điện tử công suất, vi xử lý công nghệ máy tính việc điều chỉnh tốc độ động xoay chiều trở nên dễ dàng đạt chất lượng điều chỉnh cao Do giải pháp sử dụng động đồng KTVC cần thiết Bên cạnh nghiên cứu trước thường xấp xỉ đối tượng động đồng KTVC hệ truyền đồng khâu tuyến tính, đánh chất phi tuyến đối tượng Vì vậy, đề tài đưa phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động Mục đích nghiên cứu chất thực đối tượng để nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống truyền động ĐỐI TƯỢNG, NGUỒN TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Bộ điều khiển dựa vào phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động cho hệ truyền động điện sử dụng động đồng kích thích vĩnh cửu 2.2 Nguồn tài liệu Luận văn sử dụng tài liệu ngồi nước, tạp chí khoa học kỹ thuật, kết nghiên cứu liên quan 2.3 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết để đưa thuật toán điều khiển động đồng KTVC - Mơ hình hố mơ Matlab – Simulink để kiểm nghiệm kết nghiên cứu ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN Hiện xã hội ngày phát triển, đất nước ta đẩy mạnh công nghiệp hóa - đại hóa, sở hạ tầng như: Đường giao thơng, tịa nhà cao tầng … xây dựng với quy mơ lớn, địi hỏi cần có nguồn xi măng phục vụ lớn đáp ứng nhu cầu ngày tăng Đặc biệt bùng nổ đầu tư phát triển công nghiệp xi măng nước phát triển, phải kể đến Việt Nam Để đáp ứng yêu cầu ngày cao người tiêu dùng chất lượng giá cạnh tranh thị trường, việc đầu tư cải tiến công nghệ công ty xí nghiệp giải pháp tốt cho việc cạnh tranh giá chất lượng Ở nước ta kinh tế khoa học kỹ thuật đà phát triển, phù hợp với phát triển chung khu vực, với sách mở cửa Đảng Nhà nước ta Ở nước ta thu hút vốn đầu tư nước ngày nhiều, phải kể đến việc đầu tư vào công nghệ sản xuất xi măng năm gần Với nhà máy xi măng nào, nhà máy có mức độ tự động hố cao việc cân băng định lượng dùng giám sát, điều khiển thành phần phối liệu vơ quan trọng, yếu tố định đến suất dây truyền tỷ lệ thành phần phối liệu ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng xi măng sản xuất Do đặc điểm công nghệ sản xuất xi măng có nhiều cơng đoạn hầu hết cần đến hệ thống cân băng định lượng từ khâu nghiền liệu đến khâu nghiền xi măng Với nhiệm vụ đặt cho cân băng định lượng thoả mãn nhu cầu từ thực tế sản xuất, phải đảm bảo đủ lượng liệu cần thiết cho công đoạn khối lượng tỷ lệ thành phần phối liệu tốc độ cấp liệu cho thời điểm Tuỳ theo vị trí, tính chất, chức khâu dây truyền sản xuất mà cân băng định lượng khâu có đặc điểm riêng, chế độ làm việc, sai số cho phép, dải điều chỉnh tốc độ, độ ổn định …vv Bản luận văn gồm 100 trang với chương, tác giả tìm hiểu lý thuyết mô kết sau: + Tốc độ động thay đổi kịp thời thời điểm khối lượng băng tải thay đổi (hình 4.2) + Sản lượng cân băng ln giữ ổn định với thời gian đáp ứng nhỏ (hình 4.6) + Động làm việc tốt bám tốc độ để đáp ứng kịp thời Q thay đổi khối lượng thay đổi (hình 4.3, 4.4 hình 4.5) + Sản lượng cân băng bám tốt lượng đặt thay đổi (hình 4.7 hình 4.8) Như vậy, luận văn đóng góp phần nhỏ đưa vào ứng dụng thực tiễn để điều khiển hệ thống cân băng định lượng sản xuất xi măng KẾT CẤU LUẬN VĂN Ngoài phần Mở đầu, Kết luận Mục lục, luận văn bố cục gồm chương, 02 bảng biểu, 38 hình vẽ 15 tài liệu tham khảo CHƯƠNG 1: Tổng quan hệ thống điều khiển phi tuyến áp dụng cho động đồng kích thích vĩnh cửu (ĐCĐBKTVC) CHƯƠNG 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống CHƯƠNG 3: Áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity-Based) cho hệ thống CHƯƠNG 4: Mô đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển phi tuyến áp dụng cho động đồng kích thích vĩnh cửu (ĐCĐBKTVC) Ở chương luận luận văn đưa giới thiệu chung tổng quan hệ thống điều khiển phi tuyến mơ hình hệ thống động đồng KTVC: * Giới thiệu số phương pháp điều khiển phi tuyến, trọng tâm phương pháp điều khiển dựa thụ động Passivity-Based (PBC) Trong đó: - Trình bày nguyên lý điều khiển dựa thụ động - Phương trình Euler-Lagrange T ∫ y Tudt & & ≥ H (x(T ), x(T )) − H (x(0), x(0)) Năng lượng bên cung cấp Năng lượng Lưu giữ hệ thống - Các đặc tính hệ EL - Đặc tính ổn định hệ EL * Giới thiệu mơ hình hệ thống động đồng KTVC bao gồm: - Tổng quan động đồng kích thích vĩnh cửu - Mơ hình tốn học, cấu trúc điều khiển động đồng ba pha - Phương trình ĐCĐB KTVC hệ tọa độ (d, q) - Xây dựng cấu trúc điều khiển + Phương trình điện áp Stator dψ sf U =Ri + + jω sψ sf dt f s f s s + Phương trình từ thơng ψ sf = Lsisf + ψ pf + Phương trình mơ men MĐĐB-KTVC có dạng sau: mM = [ 3 z p (ψ sd isq −ψ sq isd ) = z p ψ p isq + isd isq ( Lsd − Lsq ) 2 ] Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống Giới thiệu sơ lược ngành sản xuất xi măng; công nghệ sản xuất xi măng; Tìm hiểu cơng nghệ hệ thống cân băng định lượng dùng nhà máy xi măng; xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng dung ĐCĐB KTVC với điều khiển phi tuyến - Sơ đồ khối cân băng định lượng: - Sơ đồ nguyên lý kết cấu cân băng tải: - Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng dùng động đồng kích thích vĩnh cửu với điều khiển phi tuyến Theo cấu trúc điều khiển hình 2.8 ta thấy toán điều chỉnh sản lượng Q điều quy đổi toán điều chỉnh tốc độ cho đối tượng động đồng KTVC tốc độ đặt n đặt quy đổi từ sản lượng đặt Qđặt giá trị khối lượng đầu đo khối lượng Như mục tiêu đặt thiết kế điều khiển phi tuyến cho hệ thống tốc độ thực tế trục động phải bám theo tốc độ đặt Có nghĩa bước thiết kế điều khiển phi tuyến thỏa mãn hai đại lượng mơmen quay (M) dịng từ hóa (ψ’) đạt đến đại lượng đặt Chương 3: Áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity-Based) cho hệ thống Trực tiếp áp dụng phương pháp điều khiển tựa theo thụ động để thiết kế điều khiển phi tuyến cho hệ thống cân băng định lượng sử dụng động đồng kích thích vĩnh cửu - Cấu trúc điều khiển: - Cấu trúc điều khiển hệ thống cân băng định lượng: - Sơ đồ cấu trúc điều khiển phi tuyến: - Mơ hình động đồng kích thích vĩnh cửu hệ toạ độ dq: MT /L sd T sd /(1 + sT sd ) Us -K - In 0 P ro d u ct4 -K - 0 s+ us d 0 0 s L sd - L sq zc/sJ z c/2 -K Uv In P ro d u ct1 -K Om ega Uw In P ro d u c t us q /L sq -K - -K T r2 v s1 0 Q uy d oi n guo n Om egaS tu th o n g 0 s+ T sq /(1 + sT sq ) s T ic h p h a n vs -K isq Q uy doi T oc n isd * Phân tích động học động đồng KTVC thành động học gồm phần điện động học phần nối theo kiểu phản hồi hình (Hình 3.4) * Đặc điểm thụ động động cơ: + Để chứng minh cho khẳng định trên, ta xét hàm tổng lượng động sau: H = He + Hm = T & i Li + Jθ 2 + Tích phân phương trình ta có phương trình cân lượng sau: t t [ ] & H (t ) − H (0) = − ∫ i T (τ ) Ri (τ )dτ + ∫ i sT (τ )u (τ ) − θ (τ )mW dτ Năng lượng động Năng lượng cung cấp từ bên Năng lượng tiêu thụ + Áp dụng phương pháp Passivity – Based thiết kế điều chỉnh dịng Qua biến đổi phương trình ta điện áp: dψ * s us = + Rs i* − K (ω )(i s − i * ) s s dt (3.32) u s = u* − K (ω )(i s - i * ) s s (3.33) * Tổng hợp điều chỉnh thành phần isd Tín hiệu điều khiển có dạng: PBC usd = u * − Kω s ).%sd ( i sd (3.35) Qua biến đổi điều khiển thành phần ird viết dạng: di* PBC * (3.38 usd = a sd + bi* − cωs isq − K( ωs )( isd − i* ) sd sd dt ) * Tổng hợp điều chỉnh thành phần isq Tín hiệu điều khiển có dạng: PBC % u sq = u * − K (ωs ).isq sq (3.39) 10 Qua biến đổi điều khiển thành phần irq viết dạng: PBC usq = c (3.42) di* sq dt * + b' i* + aωsi* +ωs ψp − K( ω)( isq − i* ) sq sd sq Từ điều chỉnh dòng tựa thụ động ta thấy đảm bảo tách kênh nhờ bù liên kết ngang thành phần ωs.isd ωs.isq bù thông số khác điện áp lưới, từ thông stator tốc độ rotor  * J * m = ω − z + mW Ta có pt lọc điều khiển tốc độ:  (3.43) zp ~  z = −az + bω  & Trong giá trị tốc độ đặt ω*được xác định dựa giá trị sản lượng đặt Qđặt khối lượng m(Kg) lấy từ đầu đo khối lượng Nó xác định sau: 2π Qđăt 2π (3.44 ω * = nđ = kv 60 m 60 ) Ta có cấu trúc hệ thống điều khiển tựa theo thụ động cho hệ thống cân băng định lượng sử dụng động đồng KTVC hình 3.5: 11 12 Chương 4: Mơ đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển * Sơ đồ điều khiển mơ hình Matlab-Simulink * Sơ đồ điều khiển PCB mô hình Matlab-Simulink - Khối điều khiển dịng 13 * - Khâu tính tốn giá trị dịng đặt isd * - Khâu tính tốn giá trị dịng đặt isq - Khâu tính tốn hệ số suy giảm K( ws ) - Điều khiển tốc độ tính tốn mơ men - Khâu tính tốn vận tốc đặt ω * 14 * Tham số động Điện trở stator: Rs = 0,57 Ω Điện cảm Stator đo vị trí đỉnh cực: Lsd = 0,00872 H Điện cảm Stator đo vị trí ngang cực: Lsq = 0,0228 H Mơmen qn tính: 0,004 Nm Số đơi cực: z p = * Tham số điều khiển - Tham số điều khiển PCB: e = 0.04 ,d = 10 - Tham số điều khiển tốc độ: a = 6;b = 100 - Hệ số quy đổi kv = 30 * Kết mô tốc độ 15 16 * Kết mô sản lượng Q - Q m không đổi - Q thay đổi m không đổi 17 - Q không đổi m thay đổi - Q thay đổi m thay đổi 18 19 KẾT LUẬN Từ kết mô phỏng, ta có nhận xét chế độ làm việc hệ thống sau: * Ở chế độ sản lượng không đổi: + Tốc độ động thay đổi kịp thời thời điểm khối lượng băng tải thay đổi (hình 4.2) + Sản lượng cân băng giữ ổn định với thời gian đáp ứng nhỏ (hình 4.6) * Ở chế độ sản lượng thay đổi: + Động làm việc tốt bám tốc độ để đáp ứng kịp thời Q thay đổi khối lượng thay đổi (hình 4.3, 4.4 hình 4.5) + Sản lượng cân băng bám tốt lượng đặt thay đổi (hình 4.7 hình 4.8) - Với kết mơ hệ thống điều khiển đạt vấn đề nghiên cứu đặt - Luận văn mở phương pháp thiết kế phi tuyến để điều khiển trình làm việc hệ cân băng định lượng sử dụng động đồng kích thích vĩnh cửu nói riêng hệ truyền động nói chung sở lý thuyết để phát triển ứng dụng vào thực tiễn Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài a Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu đề tài góp phần bổ sung phương pháp điều khiển phi tuyến cho hệ truyền động điện cân băng định lượng nhà máy xi măng có sử dụng động đồng KTVC b Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài để đảm bảo chất lượng điều khiển hệ truyền động sử dụng động đồng KTVC phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity – based) 20