Giáo trình Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện bám sát vị trí trên cơ sở đánh giá mô men cản - Vũ Thái Hà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ VŨ THÁI HÀ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BÁM SÁT VỊ TRÍ TRÊN CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ MÔ MEN CẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Hà Nội - Năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ VŨ THÁI HÀ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BÁM SÁT VỊ TRÍ TRÊN CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ MÔ MEN CẢN Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 60 52 02 16 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Nguyễn Thanh Tiên Hà Nội - Năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Cán bộ chấm phản biện 1:.................................................................. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị) Cán bộ chấm phản biện 2:.................................................................. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Ngày ... tháng ... năm 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Vũ Thái Hà Đề tài luận văn: Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện bám sát vị trí trên cơ sở đánh giá mô men cản. Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 60 52 02 16 Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Tiên Tác giả, cán bộ hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày......................... với các nội dung sau: ................... Ngày ... tháng ...năm 20... Cán bộ hướng dẫn Tác giả luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) CHỦ TỊCH HOẶC THƯ KÝ HỘI ĐỒNG (Kỹ và ghi rõ họ tên) Tôi xin cam đoan: Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam. Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Vũ Thái Hà MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Bản xác nhận chỉnh sửa luận văn Bản cam đoan Mục lục sửa luận văn Tóm tắt luận văn Danh mục các hình vẽ TÓM TẮT LUẬN VĂN + Họ và tên học viên: Vũ Thái Hà + Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Khoá: 26 + Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Tiên + Tên đề tài: Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện bám sát vị trí trên cơ sở đánh giá mô men cản. + Tóm tắt: Nội dung của luận văn đã trình bày một cách tổng quan ảnh hưởng của mô men cản đến chất lượng hệ truyền động bám sát vị trí. Xây dựng mô hình đánh giá mô men cản sinh ra do ma sát. Nâng cao độ chính xác bám sát vị trí trên cơ sở đánh giá thích nghi thành phần mô men cản. Kiểm chứng kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng hệ thống điều khiển trên phần mềm Matlab-Simulink. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Điểm làm việc định mức của hệ truyền động và dạng đặc tính cơ của động cơ 3 Hình 1.2. Dạng đặc tính cơ của tải điển hình 5 Hình 1.3. Sơ đồ động học thể hiện mối quan hệ các phần tử trong phần cơ 7 Hình 1.4. Mô hình mô men ma sát phụ thuộc vào tốc độ 8 Hình 1.5. Phương pháp thiết kế modal phản hồi đầu ra 10 Hình 1.6. Mô hình điều khiển theo đầu ra 11 Hình 1.7. Sơ đồ khối bộ quan sát và bộ điều khiển chế độ trượt trong hệ kín 19 Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống 29 Hình 2.2. Mô hình mô men ma sát phụ thuộc vào tốc độ 32 Hình 2.3. Mô hình nghiên cứu ma sát động 33 Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc hệ thống mô hình đánh giá mô men xoắn kết hợp bộ quan sát và đánh giá tham số ma sát động 40 Hình 2.5. Mô phỏng ma sát tĩnh (2.5) và kết quả nhận được 41 Hình 2.6. Kết quả mô phỏng ma sát động (2.12) và (2.13) 42 Hình 2.7. Mô hình đánh giá mô men xoắn xây dựng trong MATLAB-SIMULINK 43 Hình 2.8. Giá trị mô men giả định 44 Hình 2.9. Giá trị mô men nhận được 44 Hình 2.10. Đánh giá sai số của mô men 44 Hình 3.1. Cấu trúc của hệ thống bám sát điện cơ 47 Hình 3.2. Kích thước của động cơ tuyến tính IMD3 của SuperJack 57 Hình 3.3. Xây dựng hàm trong SIMULINK 58 Hình 3.4. Mô hình mô men ma sát theo (17),(18), (19) 58 Hình 3.5. Kết quả mô phỏng mô men ma sát 58 Hình 3.6. Mô hình quan sát mô men ma sát (18) 59 Hình 3.7. Mô hình hiệu chỉnh tham số 59 Hình 3.8. Mô hình tổng hợp với bù mô men ma sát 60 Hình 3.9. Điện áp điều khiển đặt vào phần ứng của động cơ chấp hành 60 Hình 3.10. Sai số hội tụ theo dạng hàm mũ 61 Hình 3.11. Hệ thống anten định hướng Viba 61 Hình 3.12. Mô hình kết nối hệ thống anten định hướng Viba 62 Hình 3.13. Kết nối anten Viba với thiết bị thu thập tín hiệu 63 MỞ ĐẦU Trong các hệ truyền động điện tự động, thành phần mô men cản được xem như là thành phần nhiễu loạn tác động lên hệ thống [1] . Để thiết kế các hệ truyền động bám sát vị trí đòi hỏi độ chính xác cao nhất thiết phải có được các thông tin đánh giá về thành phần mô men cản để xây dựng luật điều khiển bù [Leonid Freidovich, et al;]. Mô men cản được hiểu là thành phần cản trở, chống lại chuyển động quay của vật xung quanh trục quay. Như vậy thành phần này là tổng của nhiều yếu tố tác động: + Khối lượng quán tính của vật. Thành phần này thông thường khó xác định chính xác khi có sự tham gia đồng thời của nhiều chuyển động. + Tính chất chuyển động của tải: Vận tốc, gia tốc chuyển động của buồng thang máy, cầu trục, bơm nước, quạt gói, đặc biệt trong các hệ thống truyền động đòi hỏi độ chính xác cao như trạm quan sát quang học, lade, quan sát ngoài vũ trụ vì rằng nếu tồn tại một lượng sai số rất nhỏ của góc quay thì với bám kính hang nghìn, trăng nghìn kilômét thì sai số cự ly đã rất lớn. + Ảnh hưởng của trụ đỡ và trục quay: Thông thường trụ đỡ giả thiết được thiết kế đủ cứng vững cho phần quay, cách ly giữa phần quay và phẫn tĩnh thông thường là các vòng bi vòng bạc thông thường tồn tại thành phần ma sát, thành phần cản trở do ma sát phụ thuộc vào điều kiện bôi trơn, nhiệt độ, tốc độ; một ảnh hưởng đáng kết là sự không đồng trục, hiện tượg không đồng trục thông thường khi thiết kế điều khiển người ta xem là tồn tại một sai lệch giữa mô hình thật và mô hình tổng hợp. Như vậy mô men cản tồn tại trong hệ thống truyền động có chứa các yếu tố bất định. Xét vi dụ đơn giản ta kéo gầu nước từ giềng nước lên, khi ta không biết nước trong gầu đã đầy chưa, gầu nặng hay nhẹ, khi đó ta phải thử xem nước trong gầu đầy hay vơi bằng cách kéo lên, thử xuống để ước lượng mức độ nặng nhẹ của lực kéo, tức là lượng nước trong gầu. Một hình tượng đơn gián trong cuộc sống nhưng nó cũng phản ảnh được sự ảnh hưởng tính chất của tải đến tính chất chuyển động. Xuất phát từ thực tế đó, tác giả của luận văn đi vào nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện bám sát vị trí trên cơ sở đánh giá mô men cản” Phạm vi ứng dụng của đề tài là các hệ truyền động điện tự động có đòi hỏi chất lượng cao: + Truyền động bám sát cho các tay máy phục vụ trong lĩnh vực vi điện tử, lắp ráp linh kiện điện tử. + Các truyền động trong các hệ ngắm bắn quang học + Hệ truyền động dẫn động an ten viba trong tổ hợp Mololib-B Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu cơ sở l‎ý thuyết đánh giá thành phần mô men cản Nghiên cứu xây dựng luật điều khiển bù thích nghi thành phần mô men cản Xây dựng mô hình mô phỏng Nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Mô men cản – Nhiễu trong hệ truyền động bám sát vị trí; bộ quan sát trượt. Chương 2: Xây dựng mô hình đánh giá mô men cản sinh ra do ma sát. Chương 3: Nâng cao độ chính xác bám sát vị trí trên cơ sở đánh giá thích nghi thành phần mô men cản. Chương 1. MÔ MEN CẢN - NHIỄU TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM SÁT VỊ TRÍ; BỘ QUAN SÁT TRẠNG THÁI TRONG CHẾ ĐỘ TRƯỢT Khi xét mô men cản là nhiễu loạn tác động lên hệ thống nội dung chương này chỉ rõ cơ chế tác động của mô men cản, thành phần cản trở có tính bất định của mô men cản. Đồng thời nội dung chương này trình bày các vấn đề tổng quan về bộ quan sát trạng thái và ứng dụng bộ quan sát trạng thái trượt để đánh giá mô men cản 1.1. Phương trình trạng thái truyền động điện Xuất phát từ phương trình cân bằng năng lượng, ta xây dựng được phương trình trạng thái truyền động điện như sau: Trong đó: thành phần mô men quán tính quy đổi về trục quay tốc độ quay Mô men phát sinh bởi động cơ điện Mô men cản của tải quy đổi về trục quay Điểm làm việc cân bằng của hệ truyền động điện được xác định là giao điểm của hai đường đặc tính cơ của động cơ và đặc tính cơ của tải. Hình 1.1. Điểm làm việc định mức của hệ truyền động và dạng đặc tính cơ của động cơ Khi mô men cản biến thiên thì điểm làm việc của hệ thống truyền động cũng thay đổi. Sự thay đổi này làm thay đổi trạng thái của hệ thống, tức là vận tốc góc thay đổi, vị trí thay đổi. Khi ta thực hiện vòng ổn định vị trí, tốc độ theo sự thay đổi ngẫu nhiên của mô men cản tức là khi đó ta đã xây dựng vòng điều khiển có phản hồi theo sự thay đổi của tải, đảm bảo sự phù hợp của đặc tính cơ động cơ với đặc tính cơ của tải. Khi mô men cản thay đổi, ta cần có các thông tin về đặc tính mô men cản, để ta có thể xác định điều kiện làm việc ổn định của hệ thống. 1.2. Đặc tính cơ của tải Sự phụ thuộc của tốc độ quay của tải vào mô men cản ta xây dựng được đặc tính cơ của tải. Khi xét từ đầu trục của động cơ về phía tải ta có mô hình động lực học của tải, khi xét từ đầu trục động cơ quay ngược về phía động cơ ta có động học của động cơ chấp hành. Căn cứ vào tính chất của tải ta có các dạng đặc tính cơ của tải như sau: - Tải thế năng: Tốc độ quay của tải không phụ thuộc vào mô men cản (mô men cản là hằng số) - Mô men cản tỷ lệ thuận với tốc độ quay - Mô men tải tỷ lệ nghịch với tốc độ quay - Mô men cản tỷ lệ với bình phương tốc độ... Khi mô men cản biến thiên ngẫu nhiên sẽ làm giảm chất lượng của hệ truyền động bám. Đặc biệt trong một số chế độ hoạt động mô men cản có sự tham gia của thành phần ma sát thì yếu tố bất định thể hiện rất rõ. Khi đó thành phần bất định này làm giảm đáng kể chất lượng làm việc của hệ bám. Hình 1.2. Dạng đặc tính cơ của tải điển hình 1.3. Chế độ làm việc của hệ truyền động bám Theo mối tương quan giữa mô men động cơ và mô men cản ta có thể chia các chế độ làm việc của hệ thống bám thành 2 loại là chế độ làm việc với đối tượng điều khiển chuyển động nhanh và chế độ làm việc với đối tượng điều khiển chuyển động chậm. Với hệ thống chuyển động nhanh với gia tốc lớn thì mô men quay của động cơ chấp hành lớn hơn nhiều lần mômen ma sát, với hệ thống chuyển động chậm thì mômen động cơ chấp hành cho phép so sánh với mômen ma sát và mômen cản. Khi quan tâm đến hệ thống làm việc ở chế độ chậm, thì chất lượng bám sát phụ thuộc nhiều vào việc đánh giá mô men cản. Mômen ma sát là đại lượng khó xác định chính xác, phụ thuộc vào nhiều yếu tố mang tính bất định của mô hình hệ thống truyền động điện. Xây dựng mô hình phần cơ hệ thống truyền động: Phần cơ của hệ thống truyền động bao gồm nhiều khối chuyển động có liên quan với nhau gồm: động cơ, bộ truyền chuyển động và cơ cấu công tác. Rô to của động cơ chịu tác động mô men điện từ và quay với tốc độ là ω1, tốc độ quay được chuyển qua bộ truyền tới cơ cấu công tác để thực hiện công cơ học, quan hệ giữa phần tử này trong phần cơ được biểu diễn như sơ đồ hình 1.3. Hình 1.3. Sơ đồ động học thể hiện mối quan hệ các phần tử trong phần cơ Phân tích những ảnh hưởng của mô men ma sát trong hệ thống bám làm việc ở chế độ chậm: Ma sát là kết quả của nhiều dạng tương tác phức tạp khác nhau, khi có sự tiếp xúc và dịch chuyển hoặc có xu hướng dịch chuyển giữa hai vật thể, trong đó diễn ra quá trình cơ, lý, hoá,... quan hệ của quá trình đó rất phức tạp phụ thuộc vào đặc tính tải, vận tốc trượt, vật liệu và môi trường. Ta có: , trong đó μ là hệ số ma sát, μ = f(p,v,C), N là tải trọng pháp tuyến; C là điều kiện ma sát (vật liệu, độ cứng, độ bóng, chế độ gia công, môi trường...). Việc phân tích ảnh hưởng thành phần mô men ma sát có thể dựa vào các mô hình ma sát chuẩn như: mô hình ma sát tổng hợp, mô hình Dalh, mô hình ma sát LuGre, mô hình ma sát Lorentz, các mô hình này đánh giá thành phần ma sát coulomb và ma sát nhớt, phụ thuộc vào vận tốc; chiều thay đổi; lực tác động; sự tiếp xúc; sự hoạt động của độ dịch chuyển trung bình của bristle (lông cứng) trên bề mặt tiếp xúc, ... Ta có thể phân loại ma sát như sau, dựa vào động học chuyển động thì có: ma sát trượt, ma sát lăn, ma sát xoay. Dựa vào chất tham gia của sự bôi trơn: ma sát ướt, ma sát khô, ma sát tới hạn. Dựa vào động lực học thì ta có: ma sát tĩnh, ma sát động. Dựa vào đặc tính quá trình ma sát có: ma sát bình thường là quá trình ma sát trong đó chỉ xảy ra hao mòn tất yếu và cho phép (xảy ra từ từ, chỉ trên lớp cấu trúc thứ cấp, không xảy ra sự phá hoại kim loại gốc). Trong phạm vi giới hạn tải trọng; vận tốc trượt và điều kiện ma sát bình thường, ma sát không bình thường là quá trình ma sát trong đó p, v, C vượt ra ngoài phạm vi giới hạn, xảy ra hư hỏng: tróc loại 1, loại 2, mài mòn... Người ta tìm các biện pháp thiết kế, công nghệ, sử dụng để mở rộng phạm vi cho phép của p, v, C theo hướng tăng hoặc giảm. Hình dạng các lực ma sát, mô men ma sát được chỉ ra trên hình 1.4 như sau: Hình 1.4. Mô hình mô men ma sát phụ thuộc vào tốc độ Trong thực tế, thì một lượng nhỏ ma sát tĩnh (không có vận tốc) hoặc ma sát cu lông (được mô tả ở dạng như hình 1.4a) luôn tồn tại ở khớp nối, thậm chí trong ổ trục dạng bi hoặc con lăn. Thành phần ma sát có hai tác động cơ bản quan trọng đến hệ điện cơ: một là thành phần mô men hoặc lực của cơ cấu chấp hành bị mất đi do phải thắng lực ma sát, dẫn đến không hiệu quả về năng lượng cũng như hiệu suất làm việc của hệ thống. Khi cơ cấu chấp hành dịch chuyển hệ thống đến vị trí cuối, thì vận tốc gần bằng không và mô men/ lực của cơ cấu công tác sẽ tiệm cận giá trị cân bằng một cách chính xác với đại lượng trọng lực và ma sát. Tác động này làm giảm khả năng lặp lại của hệ điện cơ trong quá trình làm việc. Điều khiển phản hồi theo đầu ra hệ phi tuyến được phát triển mạnh mẽ trong nhiều năm gần đây, đặc biệt là phương pháp điều khiển ổn định cho hệ thống có tham số bất định. Để sử dụng các bộ điều khiển này ta luôn cần đến giá trị đo của các biến trạng thái trong hệ, tuy nhiên trên thực tế có nhiều biến trạng thái không thể đo được hoặc đo được nhưng gặp rất nhiều khó khăn về mặt vật lý như khó gắn các thiết bị đo hoặc khi thêm các thiết bị đo sẽ làm thay đổi cấu trúc động học của hệ và sai số của thiết bị đo do ảnh hưởng của ngưỡng nhạy....Để khắc phục nhược điểm này ta sử dụng giải pháp là sử dụng bộ quan sát trạng thái (QSTT) trong chế độ trượt để ước lượng các trạng thái từ các tín hiệu vào – ra đo được của hệ nhằm thay thế cho các biến trạng thái thực có mặt trong bộ điều khiển PHTT. Khi ghép chung bộ điều khiển PHTT và bộ QSTT ta được bộ điều khiển PHĐR. 1.4. Quan sát trạng thái trong hệ thống điều khiển 1.4.1 Phản hồi trạng thái Xét đối tượng được mô tả bởi hệ phương trình trạng thái: trong đó ARnxn , B Rnxm, CRrxn . Ta đi tìm bộ điều khiển phản hồi sao cho hệ kín thu được với mô hình: có các điểm cực là những giá trị cho trước Để thiết kế bộ điều khiển phản hồi đầu ra R, ta có thể bắt đầu với thuật toán tìm bộ điều khiển modal phản hồi trạng thái Rx, sau đó chuyển điểm hồi tiếp từ x về y nhờ ma trận QRr. Ma trận Q phải thỏa mãn: CQC = C ( điều này để tránh trường hợp C suy biến). Phương trình trên lúc nào cũng có nghiệm, trong đó có nghiệm: Q = CT (CCT) -1 B M-1 d/dt Rx C G Q M z x y Hình 1.5. Phương pháp thiết kế modal phản hồi đầu ra Từ đây ta có thuật toán tìm R gồm có các bước như sau: Sử dụng thuật toán modal phản hồi trạng thái để tìm bộ điều khiển Rx Tìm Q thỏa mãn điều kiện ổn định Tính R=RxQ Tuy nhiên trong thuật toán trên phải lưu ý hạng của Q không được lớn hơn hạng của C, tức là không được lớn hơn r, do đó hạng của bộ điều khiển R cũng chỉ có thể nhiều nhất là r. Điều này đồng nghĩa với bộ điều khiển R không thể chuyển hết n điểm cực cũ sang n vị trí mới (là các trị riêng của A-BRC) mà nhiều nhất chỉ có thể r trong số chúng. Bên cạnh đó thuật toán trên còn có một nhược điểm đó là các điểm cực không được dịch chuyển cũng bị ảnh hưởng, chúng dịch chuyển song không tới các vị trí đã chọn. Bên cạnh đó cũng không kiểm soát được các điểm cực còn lại nên rất có thể chúng di chuyển đến các vị trí có thể gây bất lợi cho chất lượng của hệ thống, do đó thuật toán không có ý nghĩa ứng dụng. Ngoài ra chúng ta cũng nhận xét ngay một vấn đề, trong thuật toán tổng hợp bằng phương pháp đặt điểm cực thực hiện khi ta giả thiết toàn bộ các biến trạng thái đều có thể phản hồi. Thực tế lại không như vậy, do đó cần phải đánh giá các tham biến trạng thái không phản hồi được. Một điều cũng nên tránh là lấy vi phân của một tham biến trạng thái để sinh ra một biến trang thái khác. Việc này sẽ làm giảm tỉ số tín/tạp bởi vì nhiễu tạp thường biến đổi nhanh hơn tín hiệu sai lệch. Vấn đề được giải quyết với thuật toán sử dụng bộ điều khiển phản hồi trạng thái kết hợp với các bộ quan sát trạng thái x từ những tín hiệu vào u và ra y , là ta đã có bộ điều khiển phản hồi theo đầu ra làm việc gián tiếp theo nguyên lý gán điểm cực. Hình 1.6. Mô hình điều khiển theo đầu ra 1.4.2 Tổng hợp bộ quan sát trạng thái Bộ quan sát trạng thái đánh giá các tham biến trạng thái dựa trên phép đo đầu ra và các tham biến điều khiển. Tất nhiên các bộ quan sát có thể tổng hợp được khi và chỉ khi thỏa mãn điều kiện ”tính quan sát được”. Xét hệ thống: (1.1) Ý tưởng thiết kế bộ quan sát là sử dụng mô hình: (1.2) làm bộ quan sát để có được xấp xỉ ít nhất là sau một khoảng thời gian T đủ ngắn, tức là có được khi t>T (1.3) trong đó là số hạng hiệu chỉnh, liên quan đến sai lệch đầu ra y đo được và đầu ra đánh giá được. Ma trận L được coi là ma trận trọng số. Số hạng hiệu chỉnh sẽ giúp cho việc theo dõi trạng thái . Phép cộng thêm số hạng hiệu chỉnh sẽ giúp rút gọn tác động nhờ sai số giữa mô hình động và mô hình thực. Nhiệm vụ của thiết kế bộ quan sát là xác định L trong (1.2) để đạt được yêu cầu trong (1.3). Lập phương trình sai số giữa hai mô hình: (1.4) Như vậy, để e(t)0 thì A-LC phải là ma trận bền. Sai số e(t) sẽ càng tiến nhanh về 0, tức là thời gian cần thiết cho việc quan sát tín hiệu vào ra sẽ càng nhỏ, nếu trị riêng của A-LC nằm càng xa trục ảo. Chính vì thế ta có thể chủ động tìm L với một tốc độ tiến về 0 của e(t) đã được chọn trước bằng cách xác định L sao cho A-LC có các trị riêng phù hợp với tốc độ đó. Bài toán xác định bộ quan sát trạng thái chính là bài toán thiết kế bộ điều khiển cho trước điểm cực ứng với hệ đối ngẫu của đối tượng đã cho. Bài toán tổng hợp bộ quan sát trở thành bài toán xác định ma trận L của bộ quan sát, sao cho sai số động được xác định bởi (1.4) là ổn định tiệm cận, với một tốc độ đáp ứng thích hợp. Tính ổn định tiệm cận và tốc độ đáp ứng của sai số động được xác định bởi trị riêng của A-LC . Để tổng hợp bộ quan sát ta cần phải giải bài toán kép (bài toán đối ngẫu), đó là bài toán đặt cực cho hệ thống đối ngẫu mô tả bởi: giả thiết tín hiệu điều khiển: v=-Kz Nếu hệ thống đối ngẫu có thể điều khiển trạng thái một cách hoàn toàn, thì ma trận phản hồi trạng thái K có thể được xác định sao cho ma trận A*-C*K sẽ tạo ra các giá trị riêng mong muốn. Nếu các giá trị là các giá trị riêng mong muốn của ma trận quan sát trạng thái, và nếu coi như các giá trị mong muốn của ma trận khuếch đại phản hồi trạng thái của hệ thống đối ngẫu thì ta sẽ nhận được : Do các trị riêng A*- C*K và của A*- K*C là như nhau nên ta có: (1.5) So sánh đa thức đặc trưng và đa thức đặc trưng của hệ thống quan sát, ta nhận thấy Ke và K* liên hệ với nhau bởi: L = K*. Do đó, sử dụng ma trận K được xác định bởi phương pháp đặt cực trong hệ đối ngẫu thì ma trận khuếch đại L của bộ quan sát cho hệ thống ban đầu có thể được xác định bằng cách sử dụng qua hệ L = K*. Xác định và lựa chọn ma trận khuếch đại L tối ưu Thuật toán xác định L của bộ quan sát cho đối tượng (1.1) có thể thực hiện theo các bước sau: - Chọn trước n giá trị có phần thực âm ứng với thời gian T mong muốn để quan sát tín hiệu vào ra. Các giá trị được chọn nằm càng xa trục ảo về phía trái so với các giá trị riêng của A, thì thời gian T càng ngắn và do đó sai lệch e(t) càng nhanh tiến về 0. - Sử dụng các phương pháp đã biết như phương pháp biến đổi trực tiếp hoặc sử dụng bài toán đối ngẫu để nhận được công thức Arkerman để xác định L của bộ quan sát. Theo đối tượng mô tả như hình (1.6) nhận thấy tín hiệu phản hồi qua ma trận khuếch đại L của bộ quan sát có tác dụng hiệu chỉnh đưa tới mô hình thiết bị để tính toán các tín hiệu chưa biết trong thiết bị. Nếu các tín hiệu chưa biết bao gồm các tín hiệu cơ bản, thì tín hiệu phản hồi qua ma trận L phải tương đối rộng. Tuy nhiên, nếu tín hiệu ra bị nhiễu loạn thì đầu ra không đáng tin cậy, và tín hiệu phản hồi qua L phải tương đối hẹp. Vì vậy, khi xác định L cần thử nghiệm cẩn thận các tác động nhiễu loạn liên quan đến đầu ra y. Ma trận khuếch đại L của bộ quan sát phụ thuộc vào phương trình đặc trưng mong muốn: Việc lựa chọn tập trong một số trường hợp là không duy nhất. Vì vậy phương trình đặc trưng mong muốn có thể chọn khác nhau. Chính vì thế, mỗi phương trình đặc trưng ta sẽ có một ma trận L tương ứng. Do đó ta sẽ căn cứ vào hiệu suất và yêu cầu của hệ thống để lựa chọn L đảm bảo phù hợp giữa đáp ứng tức thời và độ nhạy đối với các nhiễu tạp. 1.4.3 Bộ quan sát khi hệ thống có nhiễu loạn bất định – Bộ quan sát trượt Khi hệ thống điều khiển không chứa bất kỳ mô hình bất định hoặc nhiễu loạn, người ta sẽ có thể sử dụng một bộ quan sát tiêu chuẩn Luenberger để có được các đánh giá tiệm cận của các trạng thái. Tuy nhiên, sự bất định trong hệ thống động học thực tế đã thúc đẩy nghiên cứu sự kết hợp của bộ điều khiển và bộ quan sát trong chế độ trượt để thực hiện sự ổn định hoặc bám sát quỹ đạo mong muốn của một hệ phi tuyến không ổn định. Các nghiên cứu trước đây về bộ quan sát chế độ trượt tập trung vào một cấu trúc rất giống với một bộ quan sát tiêu chuẩn đầy đủ, nhưng với việc thay thế số hạng tuyến tính (dạng ) thành dạng không liên tục của biểu thức:. Với sự lựa chọn phù hợp hệ số trượt, quỹ đạo bộ quan sát hội tụ về mặt trong thời gian hữu hạn bất chấp sự có mặt nhiễu loạn không xác định. Các trạng thái quan sát được hội tụ dần tới mặt trượt trong thời gian hữu hạn, đến cùng một số điểm toàn bộ trạng thái đánh giá là xác định trong thời gian hữu hạn. Nghiên cứu trình bày ở đây sẽ chứng minh về sự ổn định với hệ như vậy nhờ bộ điều khiển trượt kết hợp bộ quan sát. Xét hệ tổng quát được mô tả dạng tam giác sau: (1.6) với đầu ra y = x1. Véc tơ trạng thái được định nghĩa x= [x1, x2,....,xn]T trong đó xi thuộc R. Hàm số h(x ) và g(x ) được xác định và . Ở đây là vector điều khiển đầu vào và là đầu vào chưa biết hoặc nhiễu. Mặc dù sự phát triển bị giới hạn trong các hệ thống dạng tam giác, nhiều hệ thống thực tế được mô tả theo cách này. Các hệ thống điện cơ với ma sát hay biến đổi phù hợp với cấu trúc mô hình này. Mô hình hệ thống điện cơ điển hình có các trạng thái vị trí và vận tốc, ở đó điều khiển và nhiễu loạn đưa vào thông qua đạo hàm của trạng thái vận tốc. Sự biến đổi ma sát có thể được xem như là một nhiễu loạn không xác định đến mô hình, nó sẽ bị loại bỏ bởi bộ điều khiển kết hợp quan sát sẽ được chứng minh trong phần này. Mục tiêu của chiến lược điều khiển này là phải bám sát một quỹ đạo mong muốn nếu nó được đưa ra, hoặc để ổn định gốc tọa độ của hệ nếu không có quỹ đạo tham chiếu, mà có sự hiện diện của nhiễu loạn. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng bộ điều khiển trượt với việc tiếp cận chỉ theo đo lường đầu ra y. Việc triển khai sẽ được thực hiện cho trường hợp bám sát. Tuy nhiên, điều này làm giảm tính ổn định giả dụ trong cách rất đơn giản khi r(t) là xác định không. Định nghĩa sai số bám sát là với i=1,....,n sai số bám động học được đưa ra như sau: (1.7) trong đó r(i) là đạo hàm cấp i của r. Bộ điều khiển trượt sẽ thiết kế theo mối quan hệ sau: (1.8) nó sẽ theo mặt trượt sau: (1.9) người ta lựa chọn hệ số khuếch đại ki phù hợp thỏa mãn nghiệm của đa thức : ổn định và đưa ra mong muốn thực hiện sai số động học trên mặt trượt s=0. Tuy nhiên, vì chỉ những đánh giá các trạng thái của hệ là xác định, mặt trượt sau thật sự được sử dụng trong bộ điều khiển, (1.10) với . Bộ điều khiển được đưa ra : (1.11) Với Kg là hệ số trượt. Điều kiện cho sự lựa chọn hệ số trượt sẽ được đưa ra trong phần sau. Để đánh giá các trạng thái của hệ, bộ quan sát đầu ra trên cơ sở chế độ trượt được sử dụng, (1.12) trong đó . Biểu thức Ei =0 nếu và Ei = 1 với các giá trị khác. Biểu thức tương đương đầu ra thu được thông qua biểu thức qua bộ lọc thông thấp. Trong thực tế, một chế độ trượt lý tưởng không thể tồn tại và do đó quỹ đạo trượt xung quanh đa tạp trượt. Thuật ngữ gián đoạn có thể được coi như là một sự kết hợp của các điều khiển tương đương tần số thấp và tín hiệu chuyển đổi tần số cao. Thông qua một bộ lọc thông thấp với một băng thông lớn hơn băng thông hệ thống nhưng nhỏ hơn so với tần số chuyển đổi, người ta có thể có được những đầu ra tương đương. Bộ Quan sát này được thiết kế để đánh giá trạng thái hội tụ tại một thời điểm trong thời gian hữu hạn, cho đến khi cuối cùng toàn bộ trạng thái đánh giá được xác định. Một sơ đồ khối cho thấy cấu hình của hệ thống hoàn chỉnh được đưa ra trong Hình 1.7 Bộ điều khiển trượt Mô hình Bộ quan sát trượt d r u y Hình 1.7. Sơ đồ khối bộ quan sát và bộ điều khiển chế độ trượt trong hệ kín Phân tích tính ổn định Phân tích này sẽ cho thấy sự hội tụ của trạng thái đánh giá với trạng thái của hệ thực tế đạt được cũng như sự hội tụ của các quỹ đạo trạng thái trên mặt trượt trong thời gian hữu hạn, kết quả bám sát tiệm cận hoặc ổn định tiệm cận trên mặt trượt. Để kiểm tra sự ổn định của hệ thống kín, người ta xây dựng một bộ quan sát sai số động học. Định nghĩa sai số quan sát như , bộ quan sát sai số động học được diễn đạt như sau: (1.13) Ở đây: Xem xét hệ (1.6), bộ điều khiển (1.11), bộ quan sát (1.12), quỹ đạo mong muốn r(t) và các giả định 1-5. Tồn tại một bộ điều khiển có hệ số khuếch đại : với là hệ số bộ quan sát, ta chứng minh trạng thái đánh giá hội tụ đến trạng thái x thực tế trong thời gian hữu hạn, và hệ bám sát tiệm cận theo quỹ đạo đặt r(t) . Chứng minh bắt đầu bằng cách chỉ ra thời gian hội tụ hữu hạn của các biến đánh giá đến các trạng thái thực, giới hạn trên về thời gian hội tụ được tính ở đây. Ban đầu, khi bộ quan sát sai số động học có dạng (9), nơi tất cả các Ei=0. Vì kết quả của giả định 1, 3 và 4 đánh giá sai số không có thời gian thoát hữu hạn. Điều này đảm bảo hiệu quả rằng các sai số đánh giá trong không gian LPE. Xem xét hàm ứng viên Lyapunov cho trạng thái e1 sau đây: (1.14) ta có (1.15) Người ta có thể lựa chọn, trong đó > 0. Thì . Điều này sẽ đảm bảo rằng với mọi , và cũng đảm bảo thời gian giới hạn hội tụ của e1 về mặt trượt e1=0. Ngoài ra, việc lựa chọn trong đó T lớn hơn hoặc bằng với thời gian cần cho e1 để hội tụ trên mặt trượt, cho phép một giá trị cố định cho và cũng đảm bảo rằng với mọi . Bởi vậy, trạng thái e1 sẽ hội tụ về không. Để cho thấy sự hội tụ sẽ xảy ra trong thời gian hữu hạn, định nghĩa hàm . Ở đây, sự lựa chọn hệ số được xem xét. Sau đó, (1.16) Vì . Định nghĩa thì . Xét (1.17) thì (1.18) (1.19) (1.20) Bằng cách sử dụng bổ đề, kết quả nhận được, thì (1.21) Từ , rõ ràng từ kết quả trên sẽ có một số thời gian hữu hạn khi đạt đến không. Để giải quyết cho các ràng buộc trên vào thời gian này, đặt Sắp xếp lại, ta đi đến, (1.22) Do đó, vào thời điểm t =T1 các trạng thái e1 sẽ hội tụ trên mặt trượt e1= 0. Trên bề mặt và giải quyết cho kết quả đầu ra tương đương . Điều này dẫn đến trên mặt trượt, điều khiển tương đương thu được bởi một bộ lọc thông thấp của . Sau thời gian T1 sai số động học có dạng: (1.23) (Nhớ lại rằng trên bề mặt Cho thấy sự hội tụ của trạng thái sai số quan sát thứ hai có thể tiến hành tương tự. Từ trên, từ sai số quan sát là trong không gian LPE và một thời gian hữu hạn T1 đã qua, trạng thái e2 vẫn còn hữu hạn vào thời điểm này. Lựa chọn một hàm ứng viên Lyapunov cho hệ thống này, (1.24) Sai số e1 biến mất vì sau khi t = T1, e1 = 0 và Hàm Lyapunov đơn giản hoá, như ở trên. Lấy đạo hàm dọc theo quỹ đạo của hệ thống, (1.25) đối với T lớn hơn hoặc bằng với thời gian cần cho e2 hội tụ mặt trượt e2 = 0, cũng lựa chọn, với mọi . Ngoài ra, lựa chọn một được cố định , sẽ đảm bảo rằng với mọi . Với sự lựa chọn hệ số khuếch đại, trạng thái e2 sẽ hội tụ về không trong thời gian hữu hạn. Nó có thể được xác nhận rằng, khi hệ số được chọn , ràng buộc là, (1.26) Khi quỹ đạo đã hội tụ vào bề mặt e2=0, ta có và đầu ra tương đương . Giá trị tương đương này là thu được trong thực tế thông qua một bộ lọc thông thấp trên . Tại thời điểm này, . Thủ tục này được thực hiện cho mỗi trạng thái sai số quan sát lên đến để cho thấy rằng hệ số tồn tại ở mỗi bước và có một giới hạn trên ràng buộc về thời gian cho các trạng thái để hội tụ trên mặt trượt đặc biệt. Nói chung, hệ số có thể được lựa chọn như , với mọi . Một khi các bề mặt đã đạt được, một phân tích sự ổn định của trạng thái cuối có thể được thực hiện. Ràng buộc trên về thời gian cần thiết cho n -1 trạng thái đầu tiên để hội tụ trên các mặt trượt của nó là Tn-1. Tại thời điểm này, các sai số động học có dạng, ( 1.27) Để cho thấy tính ổn định cho trạng thái quan sát cuối, xét hàm ứng viên Lyapunop: (1.28) vì ei =0 với mọi i <n tại thời điểm Tn-1. Ta đạo hàm Vn dọc theo quỹ đạo của hệ thống, (1.29) (1.30) (1.31) (1.32) (1.33) Lựa chọn , với mọi . Điều này đảm bảo thời gian hữu hạn hội tụ vào mặt trượt en=0. Một cách khác có thể chọn một giá trị cố định cho là , với một số T lớn hơn hoặc bằng với thời gian cần thiết cho trạng thái en để tiếp cận với mặt trượt. Nó có thể được xác nhận rằng với sự lựa chọn của hệ số với ràng buộc là, (1.34) Cuối cùng, sau thời gian Tn các quỹ đạo sai số quan sát nằm trên bề mặt , và một đánh giá của các đầu vào d chưa biết có thể thu được từ đầu ra tương đương. Để tính toán đầu ra tương đương, giải quyết trên phương trình chokhi . Điều này dẫn đến: (1.35) Vì, đầu vào d chưa biết được tính như . (Nhớ lại rằng, trên bề mặt vector trạng thái x là xác định vì sai số quan sát là không, do đó g(x) có thể được tính toán). Đầu ra tương đương thu được bằng cách sử dụng một bộ lọc thông thấp trên. Việc chỉ ra rằng các sai số quan sát hội tụ bằng không trong thời gian hữu hạn Tn có sự hiện diện của nhiễu loạn không xác định, nó còn cho thấy rằng các trạng thái hệ thống hội tụ vào mặt trượt xác định bởi (1.6) trong thời gian hữu hạn. Xem xét các hàm ứng viên Lyapunov, (1.36) đạo hàm dọc theo quỹ đạo của và sử dụng luật điều khiển (7). (1.37) (1.38) (1.39) (1.40) (1.41) trong đó Vì vậy và với mọi . Thời gian hội tụ hữu hạn trên mặt trượt có thể được hiển thị một cách tương tự như sử dụng ở trên cho các quan sát động học. Kết quả là các quỹ đạo hội tụ về bề mặt tại thời điểm ở đây, (1.42) Đã chỉ ra rằng các mặt trượt đạt được trong thời gian hữu hạn, nó vẫn còn để phân tích hành vi của hệ trên bề mặt trượt. Để tìm điều khiển tương đương, số lần đạo hàm của các mặt trượt được thiết lập bằng số không và kết quả hệ thống đại số được giải quyết cho điều khiển vector u. Thay thế các kết quả vector điều khiển tương đương vào hệ tạo nên trường hệ động học kín trên mặt trượt. Số lần đạo hàm của mặt trượt . Thay thế vào cho các thành phần của vector và sắp xếp lại cho điều khiển đầu vào, (1.43) Áp dụng điều khiển tương đương này cho sai số bám sát động học (1.13), (1.44) (1.45) Các phương trình trên đại diện cho sai số bám sát động học trên mặt trượt . Theo kết quả của giả định, sai số bám sát động học trên mặt trượt còn tồn tại trong không gian Lpe. Có nghĩa là, bất kỳ suy giảm hữu hạn sai số bám sát động học trên mặt trượt với điều khiển tương đương được áp dụng sẽ là hữu hạn. Như trình bày ở trên, các trạng thái đánh giá của hệ sẽ hội tụ về các trạng thái thực trong thời gian hữu hạn không phụ thuộc vào sự ổn định của hệ. (Giả thiết các hệ số được lựa chọn đúng). Vì vậy, nếu , thì mặt trượt sẽ đạt được trước khi bộ quan sát hội tụ. Tuy nhiên, bằng thời gian Tn xảy ra, sai số quan sát động học sẽ hội tụ về không không phụ thuộc vào đáp ứng của hệ. Đó là, . Thì, Hệ tương đương ở trên trở thành, (1.46) (1.47) s=0 (1.48) Sự giảm bậc động học cưỡng bức đến các mặt trượt (lưu ý rằng khi sai số quan sát động học đã hội tụ, ) được đưa ra bởi hệ tuyến tính bậc (n-1) có cực được điều chỉnh bởi sự lựa chọn hệ số . Sự lựa chọn đúng các hệ số sẽ đảm bảo giảm bậc động học là ổn định trên mặt trượt. Điều này sẽ đảm bảo bám sát tiệm cận quỹ đạo đặt r, hoặc ổn định tiệm cận trong trường hợp không có một quỹ đạo đặt. Chứng minh này cho thấy, với các giả định được đưa ra thỏa mãn và sự lựa chọn thích hợp hệ số trượt, hệ thống sẽ đạt được bề mặt trượt trong một thời gian hữu hạn. Thời gian cho hệ thống để hội tụ đến các mặt trượt được tìm thấy là . Tại thời điểm này trong thời gian hệ thống sẽ được điều chỉnh bởi sự giảm bậc động học. Điều này hoàn thành chứng minh. Kết luận chương 1 Để nâng cao chất lượng điều khiển trong các hệ truyền động điện tự động, đặc biệt hệ truyền động bám sát làm việc trong chế độ chịu ảnh hưởng của thành phần cản không xác định thì nhất thiết phải đánh giá được thành phần cản không xác định. Để đánh giá được thành phần cản không xác định này ta xây dựng bộ quan sát, cho phép đánh giá nó. Đồng thời nội dung chương này cũng trình bày một cách khái quát về bộ quan sát trạng thái cho hệ không có nhiễu và hệ chịu tác động của nhiễu. Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ MÔ MEN CẢN SINH RA DO MA SÁT TRÊN CƠ SỞ BỘ QUAN SÁT TRƯỢT Nội dung chương này tập trung vào làm rõ vấn đề ứng dụng bộ quan sát trượt đã trình bày trong chương 1 để đánh giá mô men cản sinh ra do ma sát trong các hệ truyền động 2.1. Đặt vấn đề Việc đánh giá mô men cản có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng vòng điều chỉnh theo mô men để đảm bảo chất lượng động học của hệ. Thông thường khi ta tổng hợp điều khiển truyền động điện tự động ta giả thiết thành phần mô men cản là hằng số. Nhưng thực tế thành phần mô men cản này là nhiễu loạn không biết trước. 2.2. Xây dựng mô hình Để xây dựng mô hình toán học đánh giá mô men cản ta xét phương trình chuyển động quay của hệ: (2.1) Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống Trong đó: Góc quay Mô men quán tính phụ thuộc vào góc quay Thành phần mô men quán tính khối lượng. Thành phần mô men sinh ra bởi động cơ chấp hành Thành phần mô men ma sát cản trở chuyển động quay của tải. Thành phần mô men tải, cản trở chuyển động quay của trục. Từ (2.1) ta có nhận xét về các thành phần mô men bên vế phải như sau: Thành phần mô men tải mang yếu tố không xác định, phụ thuộc vào điều kiện mang tải thực tế của động cơ, nhưng khi ta có thể thực hiện đánh giá mô men cản ở chế độ không tải khi cắt ly hợp, cách ly trục động cơ và trục truyền động sang tải. Hoặc là ta có thể khảo sát trong các điều kiện điển hình để có được đặc trưng gần đúng của mô men tải. Thành phần mô men ma sát được xem là thành phần khó xác định chính xác. Đã có các nghiên cứu về mô hình mô men ma sát, khi có mô hình mô men ma sát thì ta có thể xây dựng bộ đánh giá mô men ma sát. Mô hình mô men ma sát Ma sát luôn tồn tại trong các hệ thống cơ khí chuyển động. Đối với động cơ đốt trong, việc khảo sát mô hình ma sát có ý nghĩa quan trọng để đưa ra chế độ làm việc hợp lý: làm mát, bôi trơn. Lực ma sát xuất hiện do chuyển động của hai bề mặt tiếp xúc: Bề mặt tiếp xúc của piston với ống lót xy lanh, bề mặt tiếp xúc của các ổ đỡ, vòng bi, hộp số... Lực ma sát có thể xem là được kết hợp giữa thành phần ma sát nhớt và thành phần ma sát khô. Ma sát nhớt có thể dễ dàng mô tả khi sử dụng hệ số phản kháng. Ma sát khô trong hệ thống phụ thuộc vào chất lượng bề mặt tiếp xúc, điều kiện bôi trơn... Xét hai mô hình: mô hình tĩnh và mô hình động: Mô hình tĩnh Ma sát phụ thuộc vào vận tốc và chiều thay thổi, và lực tác động, chưa xét đến sự biến thiên theo thời gian. Mô hình ma sát đơn giản nhất của Coulomb: (2.2) Trong đó: là hệ số ma sát, lực sinh ra chuyển động tại vùng tiếp xúc ; bán kính quay tính từ tâm quay đến vị trí vùng tiếp xúc sinh ma sát. thành phần mô men ma sát Coulomb phụ thuộc vào dấu của tốc độ quay Ma sát nhớt: (2.3) Trong đó: thành phần mô men ma sát nhớt tỷ lệ với tốc độ góc quay thông qua hệ số Mô hình kết hợp dạng hàm mũ: (2.4) Trong đó: mô men ma sát, là các tham số thực nghiệm, Lực đỉnh tại vùng tiếp xúc của bề mặt. Tùy thuộc vào sự lựa chọn các tham số ta có các mô hình hàm mũ khác nhau. Mô hình tương đương tuyến tính hóa (2.5) Trong đó là các hằng số phụ thuộc tốc độ hoạt động Mô hình Lorentzian (2.6) Một dạng khác của (2.6) (2.7) Từ (2.7) ta có thể viết dưới dạng tích của các hàm số đã biết và các hằng số không xác định. Hình dạng của các dạng lực ma sát, mô men ma sát có thể chỉ ra trên Hình 2.2 Hình 2.2. Mô hình mô men ma sát phụ thuộc vào tốc độ a) Mô men ma sát Coulomb; b) Mô men ma sát Coulomb cộng với ma sát nhớt; c)d) Mô men ma sát tổng hợp (6),(7) Mô hình này có các hạn chế sau: + Mômen bằng không khi tốc độ bằng không; + Mô hình không phản ánh sự tăng momen ma sát ở tốc độ gần không; + Mô hình không trơn để thuận tiện cho việc phân tích và tổng hợp điều khiển. Mô hình động Các mô hình tĩnh của thành phần mô men ma sát chưa mô tả hết được các ảnh hưởng động học của quá trình ma sát ví dụ như: dịch chuyển trước khi trượt, tính trễ, hiệu ứng Stribeck, tốc độ thấp và vùng trước khi trượt. Để xây dựng mô hình đánh giá ta sử dụng mô hình động. Hình 2.3. Mô hình nghiên cứu ma sát động Trong mô hình động đề cập đến hai mô hình được mô tả như sau: Mô hình Dahl (2.8) Trong đó là hệ số, là tham số xác định trên cơ sở đường cong ứng suất và biến dạng. Khi thì mô hình Dahl có dạng: (2.9) Khi viết dưới dạng (2.10) (2.11) Mô hình LuGre Là sự kết hợp các đặc tính của mô hình tĩnh và mô hình động. Mô hình này được dùng phổ biến nhất trong các mô hình động của mô men ma sát. (2.12) (2.13) Trong đó: : Mô men ma sát mô tả dịch chuyển trung bình Brisles, là thành phần không đo được (biến trung gian) là các tham số của mô men ma sát phản ánh các hiện tượng vật lý xảy ra trên bề mặt tiếp xúc: Độ cứng và hệ số phản kháng, hệ số nhớt... Hàm hệ số trong (2.13): (2.14) Trong đó: : Ma sát Coulomb : Lực Stiction : hằng số vận tốc Stribeck Tính chất của mô hình LuGre Tồn tại hằng số dương sao cho: (2.15) Nếu thì Mô tả (2.1) dưới dạng các phương trình trạng thái bằng cách đặt các biến trạng thái: ta thu được các phương trình vi phân cấp 1 có dạng: (2.16) Giả thiết ta đo được thành phần tốc độ quay của trục động cơ. Phương trình đo có dạng: (2.17) Ta có nhận xét về phương trình (2.16) như sau: Hệ phi tuyến, tham số thay đổi trong quá trình hoạt động. Trong (2.16) có thành phần không xác định chính xác và hệ số biến thiên trong quá trình làm việc. Mục tiêu là ta muốn có được thông tin về thành phần mô men xoắn phát sinh do quá trình hoạt động của động cơ . Tuy nhiên một khó khăn cho việc đánh giá này là do các thành phần khác còn lại trong phương trình (2.16) : + Mô men ma sát thành phần này rất khó xác định chính xác cần được xây dựng mô hình đánh giá. + Thành phần mô men tải: . Thành phần này phụ thuộc vào chế độ mang tải của hệ thống truyền động và tính chất của tải. + Thành phần mô men khối lượng , thành phần này có thể tính toán được thông qua mô hình cơ học của cơ hệ. Trên cơ sở kết quả đánh giá trên ta có thể có được đánh giá mô men xoắn của động cơ. 2.3. Tổng hợp bộ quan sát trạng thái, đánh giá mô men cản Ứng dựng bộ quan sát trạng thái trong chế độ trượt giải quyết bài toán đánh giá mô men cản. Mô hình đối tượng từ (2.16), phương trình đo (2.17) ta xây dựng mô hình quan sát có dạng: (2.18) Trong đó: Biến quan sát , là các giá trị tính toán được từ mô hình vật lý của động cơ. Sai số giữa giá trị thực của biến trạng thái và biến quan sát: Như vậy ta có thể xây dựng được hệ phương trình sai số từ (2.16) và (2.18): (2.19) Giá trị các thành phần có thể tính toán được và giá trị thực tế sẽ tồn tại một sai số. Ta mong muốn sai số đó sẽ bằng không: Như vậy nhiệm vụ của việc tổng hợp bộ quan sát là tìm ra thành phần sao cho sai số đánh giá sau khoảng thời gian đủ nhỏ. Nếu thời gian hội tụ quá lớn thì kết quả việc đánh giá sẽ không sử dụng để tạo luật điều khiển được vì không phản ánh thông tin tức thời về biến trạng thái. Trên cơ sở lý thuyết quan sát trong chế độ trượt, và đặc điểm động học của hệ (2.19) ta có thể lựa chọn các tác động dưới dạng hàm dấu của các biến sai số để sao cho xuất hiện chế độ trượt trên các đường trượt . Giả thiết ta chỉ đo được tốc độ quay của trục khửu thì ta có thể chọn: (2.20) Trong đó là hằng số dương được lựa chọn sao cho xuất hiện chế độ trượt . Thành phần được hình thành trên cơ sở sai khác giữa giá trị thực và giá trị đo được của tốc độ quay trục khửu, khi giả thiết mô hình cứng vững không đàn hồi. Khi đó ta nhận được: (2.21) Để xuất hiện chế độ trượt trên đường trượt: Ta lựa chọn trên cơ sở tương đương với: (2.22) Trong đó là giá trị lớn nhất của gia tốc góc Từ bất đẳng thực trên ta có nhận xét là giá trị của hệ số được hiệu chỉnh để giảm hiện tượng dao động trên mặt trượt. Khi xuất hiện chế độ trượt thì: (2.23) Trong đó: là giá trị trung bình của thông qua một khâu lọc thông thấp, có hằng số thời gian đủ nhỏ. Khi có được các tính toán tin cậy của các thành phần thì: (2.24) Thì ta nhận được: (2.25) Ta xét cụ thể các thành phần trong (2.24): Thành phần có được thông qua mô hình tải thực tế hoạt động của động cơ. Sai khác mô men quán tính khối lượng ta có thể thông qua mô hình tính toán cụ thể của động cơ: Thành phần sai khác mô men quán tính Thành phần nhận được thông qua mô hình đánh giá của mô men ma sát. Đánh giá mô men ma sát. Đánh giá mô men ma sát theo mô hình tĩnh thực hiện đơn giản thông qua việc tính toán thành phần mô men ma sát theo các công thức với các hệ số xác định thông qua thực nghiệm và biến vận tốc góc. Đánh giá mô men ma sát theo mô hình động thông qua xây dựng mô hình quan sát trạng thái. Đánh giá mô men ma sát thông qua việc xây dựng mô hình bộ quan sát trạng thái của mô men ma sát LuGre. Xây dựng mô hình quan sát cho biến (2.12), (2.13). (2.26) Phương trình sai số giữa giá trị thực và giá trị quan sát (2.13)-(2.26): (2.27) Việc lựa chọn có ý nghĩa quan trọng quyết định đến việc đánh giá mô men ma sát. Cấu trúc của . Và sau đó ta tính toán thành phần ma sát theo: (2.28) Trong đó: là các đánh giá của hằng số bất định. Các hằng số này được lựa chọn trên cơ sở luật thích nghi. Như vậy với mô hình bộ quan sát trong chế độ trượt (2.18), thỏa mãn điều kiện (2.22) và khâu lọc thông thấp cho mô hình hiệu chỉnh tương đương (2.25), mô hình đánh giá mô men ma sát (2.26), (2.28) ta có thể xây dựng mô hình đánh giá mô men xoắn như sau: Mô hình động cơ tương đương theo (2.16) Mô hình đánh giá mô men xoắn Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc hệ thống mô hình đánh giá mô men xoắn kết hợp bộ quan sát và đánh giá tham số ma sát động 2.4. Xây dựng mô hình mô phỏng Mô hình mô phỏng được xây dựng trong phần mềm MATLAB-SIMULINK Mô hình ma sát tĩnh xây dựng theo (2.5) Hình 2.5. Mô phỏng ma sát tĩnh (2.5) và kết quả nhận được Mô hình ma sát động Dahl (2.10), (2.11) Mô hình ma sát động LuGre (2.12), (2.13) Hình 2.6. Kết quả mô phỏng ma sát động (2.12) và (2.13) Mô hình mô phỏng tổng hợp theo (2.16), (2.18), (2.26), (2.28) Hình 2.7. Mô hình đánh giá mô men xoắn xây dựng trong MATLAB-SIMULINK Giả định mô men sinh bởi động cơ chấp hành có dạng trên Hình 2.8, lựa chọn tham số của bộ quan sát sao cho xuất hiện chế độ trượt trên đường trượt , bộ lọc thông thấp với hằng số thời gian 0.01s, ta nhận được kết quả trên Hình 2.9 và sai số đánh giá trên Hình 2.10 Hình 2.8. Giá trị mô men giả định Giá trị đánh giá nhận được có dạng Hình 2.9. Giá trị mô men nhận được Sai số đánh giá: Hình 2.10. Đánh giá sai số của mô men Mô hình đánh giá mô men ma sát với bộ quan sát trong chế độ trượt, mô hình quan sát mô men ma sát với mô hình LuGre đã nhận được kết quả tương đối chính xác. Tuy nhiên để nâng cao chất lượng đánh giá, giảm dao động trên mặt trượt sai số ta có thể sử dụng vòng hiệu chỉnh thích nghi hệ số , và giảm sai số tính toán các thành phần theo (2.24). Kết luận chương 2 Kết quả của đã chỉ ra cấu trúc bộ quan sát trong chế độ trượt, bộ quan sát mô men ma sát làm định hướng cho thiết kế thiết bị để nhận được đánh giá mô men xoắn. Mô hình kiểm chứng thông qua mô phỏng off-line trong MATLAB-SIMULINK, thể hiện tính đúng đắn về mặt lý thuyết. Thông qua kết quả này ta có thể xây dựng vòng điều chỉnh mô men xoắn của động cơ trong các chế độ tải khác nhau. Chương 3. NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BÁM SÁT VỊ TRÍ TRÊN CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ THÍCH NGHI THÀNH PHẦN MÔ MEN CẢN Nội dung chương này tập trung vào sử dụng mô hình đánh giá mô men ma sát đã trình bày trong chương 2, kết hợp với đánh giá thích nghi các hệ số trong mô hình ma sát để nâng cao chất lượng hệ truyền động bám sát vị trí, với mô hình thử nghiệm cho hệ truyền động an ten viba trong tổ hợp Monolit-B. Tuy nhiên sự khảng định trong thực tế cần kiểm chứng nhiều hơn. 3.1. Phần mở đầu Với mục tiêu ứng dụng hê truyền động bám sát để tự động hóa xác định và bám sát theo vị trí mà tại đó đảm bảo được tín hiệu cực đại, ta đi vào các nội dung sau: - Mô hình truyền động bám sát góc với động cơ chấp hành một chiều kích từ độc lập - Mô hình lực ma sát, mô men ma sát - Tổng hợp bộ quan sát trạng thái đánh giá mô men ma sát LuGre - Tổng hợp điều khiển bù với đánh giá mô men ma sát LuGre trong bài toán tổng hợp điều khiển bám sát theo góc - Xây dựng mô hình mô phỏng - Xây dựng mô hình thực nghiệm 3.2. Xây dựng mô hình Xét mô hình hệ truyền động điện bám sát vị trí trên Hình 3.1. Để đảm bảo cho việc tổng hợp luật điều chỉnh hệ truyền động ta xây dựng mô hình biểu diễn toán học cho hệ thống bao gồm: - Phương trình động lực học chuyển động phần cơ - Mô hình mô men ma sát - Phương trình động học của động cơ chấp hành Động cơ chấp hành Cơ cấu công tác Trục vít, bánh vít Phạm vi làm việc của truyền động anten Biến đổi công suất Bộ điều khiển Hình 3.1. Cấu trúc của hệ thống bám sát điện cơ Phương trình mô tả chuyển động của đối tượng điều khiển (chuyển động của cơ cấu công tác) có dạng: (3.1) trong đó, - mô men tải qui đổi về trục cơ cấu công tác; - mô men sinh ra do ma sát đặt lên trục quay của cơ cấu công tác. - mô men sinh bởi động cơ điện một chiều thông qua hộp đổi tốc, thanh truyền; - tốc độ góc của cơ cấu công tác; - mô men quán tính tương đương quy đổi về đầu trục quay của cơ cấu công tác: bao gồm mô men quán tính của rô to động cơ, mô men quán tính của cơ cấu công tác. Ảnh hưởng của gió, và các rung động cơ khí sinh ra: Trong điều kiện khai thác của các an ten Viba phải tính đến ảnh hưởng của gió. Sự ảnh hưởng của gió đến hệ thống truyền động giữ vững định hướng của an ten thông qua mô hình mô men cản. Đặc trưng của gió được thể hiện qua cấp độ gió, hướng gió, và sự đổi hướng. Mô men quy đổi ảnh hưởng của gió là đại lượng biến thiên. Thông thường ta xét đến sự ảnh hưởng cực đoan nhất với giá trị cực đại. Nếu không bù được sự biến thiên này thì khả năng giữ vững định hướng của anten sẽ không chính xác. Tương tự anh hưởng của gió, ảnh hưởng của rung động cơ khí khi hệ thống anten được đặt trên xe ô tô cũng cần phải xét đến. Rung động cơ khí này sinh ra do hoạt động của động cơ ô tô, máy phát điện... Như vậy ảnh hưởng của gói chuyển mạch và các rung động cơ khí có thể mô tả bằng một hàm biến thiên và có biên độ bị chặn như sau: (3.2) trong đó, là biên độ cực đại của mô men cản, thành phần biến thiên điều hòa có tần số và pha phụ thuộc vào đặc trưng của gió, thành phần ảnh hưởng của khối lượng quán tính tĩnh của hệ an ten. Mô men điện từ Mô men điện từ phát sinh bởi động cơ chấp hành. Động cơ chấp hành có thể là động cơ một chiều, động cơ xoay chiều. Trong một số nghiên cứu, người ta bỏ qua động học của động cơ chấp hành. Khi tính đến động học của động cơ chấp hành thì bậc của hệ thống tăng lên. Để nâng cao chất lượng bám sát thì nhất thiết phải xét đến động học của động cơ chấp hành, đó là động học quá trình phát sinh mô men điện từ dưới tác động điều khiển đầu vào. Đối với động cơ chấp hành một chiều, kích từ độc lập tác động đầu vào là điện áp phần ứng, điện áp kích từ, hoặc cả hai. Phương trình mô men điện từ sinh ra bởi động cơ chấp hành, động cơ điện một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu: (3.3) trong đó, mô men điện từ sinh bởi động cơ chấp hành; hệ số phụ thuộc kết cấu động cơ; dòng điện phần ứng của động cơ. Khi quy đổi về trục quay cơ cấu công tác thông qua hộp đổi tốc, ta có mối quan hệ giữa mô men công tác và mô men điện từ như sau: trong đó, hệ số quy đổi giữa mô men điện từ và mô men trên trục cơ cấu công tác. Theo mạch vòng phần ứng của động cơ ta có phương trình cân bằng điện áp: (3.4) trong đó, dòng điện phần ứng; điện áp phần ứng; điện cảm phần ứng; điện trở phần ứng của động cơ; sức điện động do vòng dây phần ứng sinh ra với . Ta nhận được phương trình vi phân dòng điện: (3.5) Xây dựng mô hình trạng thái của hệ như sau: Đặt các biến trạng thái: Góc quay: ; tốc độ góc , dòng điện phần ứng của động cơ . Từ các phương trình trên ta nhận được: Với giả thiết các thành phần mô men tải và thành phần không chính xác của mô men quán tính khối lượng được bù hoàn toàn thì ta nhận được hệ phương trình trạng thái như sau: (3.6) (3.7) (3.8) (3.9) trong đó, , Bài toán đặt ra là tổng hợp quy luật giá trị điện áp đặt vào phần ứng của động cơ một chiều, để giá trị góc đầu ra bám sát theo giá trị góc đầu vào , (3.10) với giả thiết giá trị góc đầu vào là hàm trơn theo thời gian (có tồn tại đạo hàm đến bậc 3). Giả thiết đo lường được tất cả các biến trạng thái. 3.3. Đánh giá mô men ma sát Mô hình ma sát ta không đo được biến , và giả thiết các tham số phải được đánh giá trong quá trình hoạt động. Khi đó để có được các thông tin đánh giá về mô men ma sát ta phải xây dựng mô hình bộ quan sát và đánh giá tham số. Xây dựng mô hình quan sát cho biến từ (3.8), ta có: (3.11) Phương trình sai số giữa giá trị thực và giá trị quan sát (3.8)-(3.11): (3.12) Việc lựa chọn có ý nghĩa quan trọng quyết định đến việc đánh giá mô men ma sát. Cấu trúc của phải dựa trên các thông tin đo được. Và sau đó ta tính toán thành phần ma sát theo biểu thức: (3.13) Các thành phần đánh giá các hằng số và lương hiệu chỉnh của bộ quan sát được lựa chọn trong phần sau. 3.4. Tổng hợp điều khiển và đánh giá các hằng số ma sát Trên cơ sở các bước tổng hợp đã trình bày kết hợp với kết quả xây dựng bộ quan sát đánh giá thành phần mô men ma sát (3.11), (3.13) ta thực hiện như sau: Bước 1: Ta quan tâm đến sai số: và tốc độ thay đổi sai số: , thay thế (3.6) vào ta nhận được: (3.14) Lựa chọn biến điều khiển có dạng: (3.15) trong đó, . Thay thế (3.15) vào (3.14), ta nhận được: (3.16) Nếu thành phần sai khác thì sai số bám sát sẽ hội tụ về không theo dạng hàm mũ, tốc độ hội tụ phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ số , khi đó sai số . Tuy nhiên sau khoảng thời gian thì sai số bám sát trong phạm vi chấp nhận được của thiết bị. Ta có thể thực hiện áp đặt quá trình trước quá trình theo nghĩa phân chia chuyển động. Bước 2: Để thực hiện đảm bảo quá trình , tương tự bước 1 ta cũng xét rút ra từ (3.15) (3.17) Vi phân (3.17) theo thời gian: (3.18) Thay thế các phương trình (3.7), (3.16) vào ta nhận được: (3.19) Trong (3.19), ta lựa chọn biến điều khiển có dạng: (3.20) Thay thế (3.20) vào (3.19) ta nhận được: (3.21) ở đây, Ta mong muốn các thành phần sai số đánh giá sẽ bằng không. Như vậy ta phải chọn quy luật đánh giá hằng số trên cơ sở hàm Lyapunov cho hệ (3.21), có dạng: (3.22) Vi phân (28) theo thời gian ta được: (3.23) Thay thế các phương trình có liên quan vào (3.23), ta nhận được: Chọn luật cập nhật: (3.24) Thành phần, từ tính chất của của mô hình ma sát. Khi đó ta nhận được: Để sai số sau khoảng thời gian ta cần đảm bảo trước. Bước 3: Trong bước tiếp theo này ta quan tâm đến tốc độ hội tụ về không của biến . Từ (3.20) ta có: (3.25) Vi phân (3.25) theo thời gian ta có: (3.26) Thay thế các phương trình có liên quan vào (3.26), ta thực hiện như sau: Trước tiên ta đặt hàm phụ như sau: Từ đó ta nhận được: (3.27) Kết hợp các bước ta nhận được hệ mới trong các biến sai số, quy luật hiệu chỉnh các hệ số: Trong hệ mới này động học hệ thống được phân chia ra các quá trình: (3.28) Khi thiết kế hệ thống ta đưa ra yêu cầu xác định về thời gian đáp, tức là sau khoảng thời gian xác định thì sai số bám sát phải trong giới hạn cho phép. Lựa chọn biến điều khiển có dạng: (3.29) Trong đó là ước lượng của Đảm bảo xuất hiện chế độ trượt trên đường trượt . Khi lựa chọn (3.30) thì . Khi đó sẽ xuất hiện chế độ trượt thì sai số sau khoảng thời gian . Kết luận: Xét hệ động học (3.6)-(3.9), với điều khiển (3.29), điều kiện (3.30) và bộ quan sát ma sát (3.11), luật cập nhật các hằng số không xác định và thành phần của mô hình qna sát ma sát (3.24) thì sau khoảng thời gian xác định thì thỏa mãn (3.10), nghĩa là bài toán bám sát được giải hoàn toàn. 3.5. Xây dựng mô hình mô phỏng Mô hình mô phỏng được xây dựng trong MATLAB-SIMULINK, với các tham số khảo sát như sau: - Động cơ điện là loại động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu kết hợp mô hình trục vít tuyến tính. Hình 3.2. Kích thước của động cơ tuyến tính IMD3 của SuperJack Với các thông số kỹ thuật: - Tốc độ 0-12mm/s, tải trọng 70KgN - Khẩu độ dài cố định: L1 = 158mm - Cự ly di chuyển: L3 = 50mm - Chiều dài cực đại chưa kể đến các khớp nối 208mm, cực tiểu 158mm tính theo tâm lỗ. - Thời gian di chuyển hết hành trình với tốc độ cực đại t = 4.17s với các tham số: , , . Cơ cấu công tác với mô men quán tính quy đổi . Mô hình ma sát với các tham số danh định: Mô hình mô phỏng được xây dựng trong MATLAB-SIMULINK Xây dựng mô hình khảo sát: Hình 3.3. Xây dựng hàm trong SIMULINK Hình 3.4. Mô hình mô men ma sát theo (17),(18), (19) Hình 3.5. Kết quả mô phỏng mô men ma sát Hình 3.6. Mô hình quan sát mô men ma sát (18) Hình 3.7. Mô hình hiệu chỉnh tham số Hình 3.8. Mô hình tổng hợp với bù mô men ma sát Kết quả quả mô phỏng có dạng sau: Hình 3.9. Điện áp điều khiển đặt vào phần ứng của động cơ chấp hành Hình 3.10. Sai số hội tụ theo dạng hàm mũ Sau khi xây dựng mô hình mô phỏng off-line trong Matlab-Simulink ta nhận được kết quả minh chứng cho phần phân tích trên Hình 3.9. Sai số bám sát hội tụ dạng hàm mũ. Kết quả bám sát bền vững khi thay đổi các tham số của mô men ma sát. Mô hình thực nghiệm: Trong nghiên cứu này, đối tượng cụ thể thực nghiệm với hệ thống điều chỉnh định hướng anten Viba như sau: Hình 3.11. Hệ thống anten định hướng Viba Trên cơ sở lý thuyết đã đưa ra, ta tiến hành thực nghiệm với hệ truyền động bám sát làm việc tốc độ chậm là mô hình hệ thống anten Viba làm nhiệm vụ thu phát tín hiệu trong quân sự, xây dựng hệ truyền động bám sát này với các thiết bị đo lường và điều khiển trên mô hình vật lý. Cần minh chứng đúng đắn của thuật toán vừa tổng hợp, trên cơ sở đánh giá chất lượng mô hình: Với cơ cấu chấp hành được tính đến là động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu được điều khiển thông qua bộ đổi tốc, có kết hợp với hệ thống đo lường, lọc tín hiệu nhiễu và nhiều thiết bị hiện đại khác. Sau khi kết nối thiết bị điều khiển với hệ thống điều chỉnh định hướng anten Viba, ta nhận được một số kết quả khả quan. Tuy nhiên để có các ứng dụng trong thực tế cần phải thử nghiệm qua nhiều bước: Thử nghiệm đo đạc sai số, thử nghiệm tính bền vững dưới tác động của nhiễu, ma sát.... Kết luận chương 3 Các nội dung đã trình bày các bước tổng hợp luật điều khiển hệ truyền động bám góc có tính đến thành phần không xác định chính xác của mô hình ma sát. Luật điều khiển được tổng hợp trong chế độ trượt dựa trên việc tính toán mặt trượt xác định theo (31) bao gồm dòng điện, tốc độ quay và các thành phần đánh giá của mô men ma sát. Kết quả mô phỏng chứng minh tính bền vững của luật điều khiển. Với kết quả này, đã ứng dụng xây dựng thiết bị thực trên an ten Viba tổ hợp ra đa Monolit-B cho kết quả tốt. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 1. Kết luận chung Sau thời gian thực hiện luân văn với nhiều cố gắng và nỗ lực của bản thân cùng với hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thanh Tiên và các thầy trong bộ môn kỹ thuật điều khiển. Luận văn “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện bám sát vị trí trên cơ sở đánh giá mô men cản” đã hoàn thành đúng thời gian quy định theo yêu cầu đặt ra. Những công việc đã hoàn thành trong luận văn là: Phân tích các dạng tải của hệ truyền động điện, đặc biệt hệ truyền động bám sát làm việc trong chế độ chịu ảnh hưởng của thành phần cản không xác định thì nhất thiết phải đánh giá được thành phần cản không xác định. Để đánh giá được thành phần cản không xác định này ta xây dựng bộ quan sát, cho phép đánh giá nó. Đồng thời nội dung chương này cũng trình bày một cách khái quát về bộ quan sát trạng thái cho hệ không có nhiễu và hệ chịu tác động của nhiễu. Kết quả của đã chỉ ra cấu trúc bộ quan sát trong chế độ trượt, bộ quan sát mô men ma sát làm định hướng cho thiết kế thiết bị để nhận được đánh giá mô men xoắn. Mô hình kiểm chứng thông qua mô phỏng off-line trong MATLAB-SIMULINK, thể hiện tính đúng đắn về mặt lý thuyết. Thông qua kết quả này ta có thể xây dựng vòng điều chỉnh mô men xoắn của động cơ trong các chế độ tải khác nhau Các nội dung đã trình bày các bước tổng hợp luật điều khiển hệ truyền động bám góc có tính đến thành phần không xác định chính xác của mô hình ma sát. Luật điều khiển được tổng hợp trong chế độ trượt dựa trên việc tính toán mặt trượt xác định theo bao gồm dòng điện, tốc độ quay và các thành phần đánh giá của mô men ma sát. Kết quả mô phỏng chứng minh tính bền vững của luật điều khiển. Với kết quả này, đã ứng dụng xây dựng thiết bị thực trên an ten Viba tổ hợp ra đa Monolit-B cho kết quả tốt. Các kết quả đã đạt được của luận văn hoàn toàn có thể phục vụ cho việc nghiên cứu và ứng dụng về hệ truyền động điện đòi hỏi chất lượng cao ứng dụng trong khí tài quân sự và dân sinh. Tuy nhiên do thời gian có hạn và khả năng cũng như trình độ của bản thân có hạn nên không khỏi có những thiếu sót. Vì vậy tác giả rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy, các bạn đồng nghiệp để đề tài này càng được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thanh Tiên, và các thầy trong khoa đã giúp em hoàn thành tốt luận văn này. 2. Khuyến nghị Hướng phát triển của đề tài: Luận văn làm cơ sở cho việc tiếp tục nghiên cứu cải tiến hệ thống truyền động của súng pháo phòng không đặt trên xe cơ động nói riêng và các hệ bám nói chung. Tiến tới làm chủ thiết kế và đưa vào thử nghiệm trên thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bui Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn; Điều chỉnh tự động truyền động điện NXB KHKT-2008 2. Nguyễn Thanh Tiên, Lê Văn Duyên, Dương Ngọc Khang; Tổng hợp bộ điều khiển cho hệ truyền động con lắc với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên cơ sở phương pháp điều khiển trượt, Hội nghị cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 – 2012 3. Nguyễn Thanh Tiên, Lê Văn Duyên, Dương Ngọc Khang Tổng hợp bộ điều khiển bám sát cho hệ truyền động súng pháo với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên cơ sở phương pháp phân khối và điều khiển trượt, VCCA 2013 4. Nguyễn Doãn Phước; Lý thuyết điều khiển nâng cao NXB KHKT 2009 5. Jay A. Farrell, Marios M. Polycarpou; Adaptive approximation based control : unifying neural, fuzzy and traditional adaptive approximation approaches; John Wiley & Sons, Inc. 2006 6. Jeffrey T. Spooner, Manfredi Maggiore, Ra´ul Ord´o˜nez, Kevin M. Passino; Stable Adaptive Control and Estimation for Nonlinear Systems: Neural and Fuzzy Approximator Techniques. John Wiley & Sons, Inc. 2002 7. Jinkun Liu, Xinhua Wang, Advanced Sliding Mode Control for Mechanical Systems 8. John Chiasson, Modeling and high performance control of electric machines, A John wiley & sons 2005. 9. Krstíc, M.; Kanellakopoulos I.; Kokotovíc, P.: Nonlinear and Adaptive Control Design. John Wiley & Sons, Inc., New York 1995. 10. H. Olsson, K.J. Åström, C. Canudas de Wit, M. Gäfvert, P. Lischinsky; Friction Models and Friction Compensation; American Control Conference, pages 1920–1926, San Francisco, California,1993. 11. Utkin V., Guldner J, Shi J., Sliding Mode Control in Electromechanical Systems, CRC Press LLC, 1999. 12. Leonid Freidovich, et al; LuGre-Model-Based Friction Compensation; IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, VOL. 18, NO. 1, JANUARY 2010. 13. Tong Heng Lee, Kok Kiong Tan, and Sunan Huang; Adaptive Friction Compensation With a Dynamical Friction Model; IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, VOL. 16, NO. 1, FEBRUARY 2011. 14. Zhiping Li, Jie Chen, Guozhu Zhang, and Minggang Gan; Adaptive Robust Control of Servo Mechanisms With Compensation for Nonlinearly Parameterized Dynamic FrictionIEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, VOL. 21, NO. 1, JANUARY 2013. LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ và tên: Vũ Thái Hà Ngày tháng năm sinh: 23/08/1988 Nơi sinh: Đồng Hỷ - Thái Nguyên Địa chỉ liên lạc: Sơn Giao – Ngọc Sơn – Hiệp Hòa – Bắc Giang Quá trình đào tạo: Từ 2007-2012: Sinh viên trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Quá trình công tác: Từ 6/2012 đến nay: Nhân viên Công ty TNHH Samsung Electronics Việt Nam XÁC NHẬN QUYỂN LUẬN VĂN ĐỦ ĐIỀU KIỆN BẢO VỆ Họ và tên tác giả luận văn: Vũ Thái Hà Đề tài luận văn: Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động điện bám sát vị trí trên cơ sở đánh giá mô men cản Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 60 52 02 16 Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Tiên Đã đủ điều kiện bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC (Ký và ghi rõ họ tên) TS. Nguyễn Thanh Tiên HỌC VIÊN (Ký và ghi rõ họ tên) Vũ Thái Hà CHỦ NHIỆM KHOA (BỘ MÔN) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Ký và ghi rõ họ tên) CÁN BỘ KIỂM TRA (Ký và ghi rõ họ tên)