Nghiên cứu hệ truyền động bám điện cơ tốc độ chậm cho động cơ một chiều không cổ góp

Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tính T. Đ. Chuyển, “Nghiên cứu động cơ một chiều không cổ góp.” 76 Nghiªn cøu hÖ truyÒn ®éng b¸m ®iÖn c¬ tèc ®é chËm cho ®éng c¬ mét chiÒu kh«ng cæ gãp TRẦN ĐỨC CHUYỂN Tóm tắt: Bài báo trình bày vấn đề nghiên cứu các đặc điểm về động học, mô hình của hệ điện cơ làm việc tốc độ chậm sử dụng động cơ một chiều không cổ góp (BLDC) trong công nghiệp và quốc phòng. Trên cơ sở xây dựng mô hình mô phỏng; từ đó đánh giá thành phần tốc độ, mô men, dòng điện cho hệ thống bám này. Mô hình mô phỏng được kiểm chứng trên Matlab-Simulink, thực nghiệm với mô hình để minh chứng kết quả. Từ khóa: Hệ thống bám, Động cơ một chiều không cổ góp, Tốc độ chậm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Gần đây, động cơ một chiều không cổ góp được sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền động bám có điều chỉnh tốc độ chất lượng cao được ứng dụng nhiều trong các thiết bị kỹ thuật có độ chính xác cao như: xe điện, các khớp mềm robot công nghiệp, hệ truyền động bám sát của vũ khí, các máy đo xa laze, hệ thống ra đa mặt đất và trên máy bay, các thiết bị y tế,vì các đặc tính nổi trội của nó (dải tốc độ làm việc rộng, tỉ số momen/dòng điện lớn, ít nhiễu, bền vững, hiệu suất cao) [1, 10, 11]. Hệ truyền động bám là một hệ phức tạp đòi hỏi tín hiệu ra bám sát theo tín hiệu vào với một lượng sai số nhỏ, khi tín hiệu vào có sai số biến thiên. Ta luôn mong muốn sai số này càng nhỏ càng tốt, tuỳ thuộc vào yêu cầu của thiết bị [10, 11]. Hình 1. Mô hình điều khiển hệ truyền động bám sát theo góc. Trong hệ bám sát điện cơ đòi hỏi sai số bám sát nhỏ thì tính chất chuyển động của hệ thống phải được quan tâm trong quá trình thiết kế bộ điều chỉnh, [10, 11]. Với chuyển động ở tốc độ cao thì mô men quay của động cơ chấp hành lớn hơn nhiều lần mômen ma sát, với chuyển động của tốc độ chậm thì mômen của động cơ chấp hành cho phép so sánh với mômen ma sát và mômen cản. Khi quan tâm đến chế độ làm việc ở tốc độ chậm và rất chậm, thì chất lượng bám sát phụ thuộc vào nhiều yếu tố bất định: mô men cản, đàn hồi của khớp nối mềm, do khe hở..., [1, 8, 10]. Việc xây dựng mô hình mô phỏng cho hệ truyền động này có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng vòng điều chỉnh theo mô men, tốc độ để đảm bảo tính tối ưu tác động nhanh cho hệ thống trong quá trình điều khiển. Bài báo này trình bày một phương pháp mô hình hóa mô phỏng hệ điện cơ làm việc ở tốc độ chậm đảm bảo mô men, kết hợp với khâu hiệu chỉnh tỷ lệ - tích phân PI để sửa sai lệch góc, thực nghiệm với mô hình và các thiết bị đo lường; phần cứng điều khiển cho đối tượng để minh chứng kết quả, [7, 9, 12]. Các kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc thiệt lập thuật toán điều khiển, thiết kế hệ thống truyền động bám trong công nghiệp và quốc phòng.đây là một hướng đi mang tính khoa học và có nhiều triển vọng mới. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 31, 06 - 2014 77 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT 2.1. Đặc điểm động học của hệ thống bám làm việc tốc độ chậm Khi thiết kế hệ thống bám thường cho rằng đặc tính mômen cản là các thành phần mô men tác động lên trục quay của động cơ; là thành phần phi tuyến khó xác định. Khi động cơ mang tải, tốc độ giảm khi tải tăng. Đặc tính của mômen cản có thể tồn tại ở 2 dạng: Mômen ma sát và mômen do cơ khí. Mô men cản do ma sát có dạng: 0. . 1C T C TM M sign  với 0  (1) Giả thiết này chỉ đúng khi hệ thống làm việc ở tốc độ cao. Trong nhiều trường hợp đòi hỏi hệ thống bám (HTB) làm việc với độ chính xác cao khi tốc độ thấp. Khi đó đặc tính mô men cản có dạng như (hình 2) nó có đoạn với đạo hàm âm [6]. T 0 .C TM T  T T 0 . 1C TM 0 . 1C TM 0 .C TM T TFtg  Ftg  T T 0 . 1C TM 0 0 . 1 . 2 )( C T C TM M 0 .C TM 0 . 1C TM 0 0 . 1 . 2 )( C T C TM M 0 .C TM Hình 2. Đặc tính mô men cản của hệ thống bám làm việc ở tốc độ chậm Tiệm cận đường cong đặc tính thay đổi mômen cản ma sát bằng đoạn thẳng tiếp tuyến ta có: 0 . . 0 . 1 ( ) ; 0 ( ) ( ) ; . C T T T C T C T T M F sign M M F sign                  (2) trong đó, MCT; FT; F, ωT là các hằng số; ω tốc độ quay của động cơ. Đối với đặc tính dạng trễ của mô men ma sát ta có thể tiệm cận bằng biểu thức sau: . . 1 . 2 . 3( ) ( ) ( ) ( ),C T C T C T C Tf f f f      (3) ở đây 0. 1 . 1( )C T C Tf M sign  là đặc tính mô men ma sát khô; . 2 ( )C Tf  là đặc tính mô men ma sát có đoạn đạo hàm âm, . 2 2 C T T dMF d  . 0 . 2 2 . 2 ( ) ; 0 , 0; ( ) 0 , 0. C T T T C T T M F sign f                     (4) . 3( )C Tf  là đặc tính mô men ma sát có đoạn đạo hàm âm, . 33 C TT dMF d  . 0 . 3 3 . 3 ( ) ; 0 , 0; ( ) 0 , 0. C T T T C T T M F sign f                    (5) Hai số hạng đầu của biểu thức (3) xác định đặc tính đơn trị của hàm FC.T(ω) (hình 2.a. số hạng thứ 3 tính đến đặc tính của FC.T3(ω), nó phụ thuộc vào hướng và tốc độ của trục động cơ chấp hành [6, 7]. Khi trục động cơ dừng lại (ω = 0) mô men cản trong biểu thức 2 xác định bởi mômen ma sát tĩnh, nó lấy giá trị trong khoảng: 0 0. . .(0) ,C T C T C TM M M   (6) Khi hệ thống bám làm việc ở chế độ chậm thì ảnh hưởng của thành phần mô men ma sát là đáng kể. Khi mô hình mô men ma sát được kết hợp giữa thành phần ma sát nhớt và Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tính T. Đ. Chuyển, “Nghiên cứu động cơ một chiều không cổ góp.” 78 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 thì phụ thuộc vào chất lượng bề mặt tiếp xúc. Các mô hình tĩnh của các thành phần mômen 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, đặc tính trễ; hiệu ứng Stribeck, tốc độ thấp và vùng trước khi trượt. Với mục tiêu điều khiển chính xác vị trí và bài toán bám sát ở vùng tốc độ rất thấp thì khi đó người ta sử dụng mô hình mô men ma sát động: Trên thực tế có mô hình Dahl; và mô hình LuGre, [5, 11]. Đặc tính thay đổi của MC.T(0) hình 2.b. khi thay đổi hướng chuyển động qua giá trị 0 xác định bằng biểu thức: 0 0 0. . . 1 2(0) ,C T C T C T CTM M M M    (7) Khi đó tốc độ thay đổi từ dương sang âm và ta có: 0 0 0. . 2 .( ) (0)C T C T C T CTM M M M    (8) Quá trình ngược lại khi tốc độ thay đổi từ âm tới dương. Trong các công thức trên 0 0 0 . 1 . 2 . 3, ,C T C T C TM M M và các hệ số độ nghiêng FT2, FT3 là hằng số. Trên hình 2.b trình bày đồ thị fC.T(ω) khi có trễ. Nó có hai nhánh; một nhánh ứng với trường hợp khi tốc độ; tăng đến tốc độ vượt quá ωT. Nhánh thứ hai ứng với trường hợp đổi hướng chuyển động. Nếu tốc độ ω thay đổi trong giới hạn nhỏ hơn ωT thì ta giả thiết rằng đồ thị fC.T(ω) trong nhánh trễ có đoạn thẳng đứng. Với đặc tính mô men cản như trên, khi hệ thống bám làm việc ở tốc độ thấp có thể phát sinh dao động. Giả sử tốc độ chuyển động của đối tượng điều khiển gồm hai thành phần: thành phần không đổi ω0 và thành phần biến đổi điều hoà ωг(t) = ωasinωt. ω(t) = ω0(t)+ ωг(t) (9) Đối với tác động vào β(t) và mô men nhiễu MB(t) biến thiên chậm ta có: ( ) ( 2 / ) ( ) ; ( ) ( 2 / ) ( ) ,B B Bt t t M t M t M t              Có thể nói trong một chu kỳ dao động của ωг(t) thì 0, , ,B aM   và ω là không đổi. Dao động ωг(t) là cao tần so với β(t) và MB(t). Sử dụng phương pháp tuyến tính hoá điều hoà để xác định biên độ và pha của điều hoà bậc nhất với thành phần mômen cản MC.T(t). Khai triển hàm fC.T(t) theo chuỗi Furie, bỏ qua các số hạng điều hoà bậc cao ta thu được biểu thức mô men cản trên đầu ra phần tử phi tuyến theo hình 2.a.  . . . 0 0 0( ) ( ) ( , ) ( , ) ( ) ,C T C T C T a aM t f t M q t         (10) Khi đặc tuyến có dạng hình 2.b ta có: , 0 . . . 0 0 0 ( , )( ) ( ) ( , ) [ ( , ) ] ( ) ,aC T C T C T a a qM t f t M q p t                   (11) Ở đây MC.T0: thành phần không đổi; q(ωa, ω0), q’(ωa, ω0) hệ số tuyến tính hoá điều hoà. Biểu thức (10) và (11) có thể viết gộp ở dạng:  . . 0 0 0( ) ( , ) ( , ) ( ) ,C T C T a H aM t M W t       (12) Ở đây, WH(ωa, ω0) là hàm truyền phần tử phi tuyến (như hình 2) với lượng vào là tín hiệu điều hoà ωг(t) và lượng ra là hàm điều hoà bậc nhất của fC.T(t). Với phần tử phi tuyến đơn trị như hình 2.a ta có: 0 0( , ) ( , ),H a aW q    (13) Với phần tử phi tuyến có trễ (hình 2.b) ta có: , 0 0 0 ( , )( , ) ( , ) ,aH a a qW q p        (14) Từ biểu thức (9) với hàm fC.T(t) theo (10), (11) ta có: Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 31, 06 - 2014 79 2 . 0 0 . 0 0 1( , ) ( sin ) ; 2C T a C T a M M d           (15) 2 0 . 0 0 1( , ) ( sin ) sin ;a C T a a q M d            (16) 2 ' 0 . 0 0 1( , ) ( sin ) s ,a C T a a q M co d            (17) ở đây, γ = ωt; trong đó t là thời gian tính từ bắt đầu một chu kỳ dao động [6, 7]. Trên cơ sở những đặc điểm về động học của hệ thống bám làm việc tốc độ chậm ta đi xây dựng mô hình cho hệ thống bám sử dụng động cơ BLDC ở hình 1 như sau. 2.2. Xây dựng mô hình bộ điều khiển cho động cơ BLDC Động cơ một chiều có tính điều khiển vượt trội so với các loại động cơ khác, song sự tồn tại của bộ phận cổ góp chổi than làm giảm độ tin cậy và khả năng ứng dụng của nó. Động cơ một chiều không tiếp xúc ra đời là sự kết hợp của động cơ đồng bộ với bộ chuyển mạch bán dẫn bằng các BJT (Bipolar junction transistor, tranzitor hai mối nối: Mosfet, Jfet, IGBT), đã kết hợp được tính năng điều khiển vượt trội với độ tin cậy cao là sự thay thế tốt cho các động cơ một chiều trong hệ thống điều khiển vũ khí và trong công nghiệp; đòi hỏi chất lượng cao. Thực chất mô hình của động cơ BLDC là mô hình gián đoạn khá phức tạp. Trong các hệ truyền động điện của các hệ thống tự động hóa công suất vừa và nhỏ chủ yếu là loại động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, trên hình 3b chỉ ra cấu trúc nguyên lí của động cơ BLDC. Động cơ BLDC được xét ở đây trong 1 tổ hợp gồm: Cảm biến vị trí rô to, khối biến đổi và phần mạch lực bán dẫn công suất. Chúng hình thành và cấp cho cuộn dây stator động cơ 3 pha; các điện áp Va,Vb, Vc phù hợp với vị trí rô to [1, 2, 9]. Trong điều khiển tựa theo từ thông rotor, momen và từ thông được điều khiển một cách độc lập nên vị trí góc và tốc độ của rotor là những thông tin cần thiết trong thiết kế điều khiển. Do đó, các cảm biến vị trí với độ phân dải cao thường được sử dụng để xác định vị trí rotor và bộ chuyển mạch bán dẫn công suất, chúng tương tác với từ trường kích thích tạo ra mô men quay. Hơn nữa trong miền làm việc tốc độ thấp của hệ thống bám này, thì việc đo vị trí và tốc độ của rôto cần phải thực hiện chính xác với cảm biến vị trí được lắp ngay trên trục động cơ, cảm biến này đóng vai trò rất quan trọng trong mạch vòng điều chỉnh ngoài việc điều chỉnh tốc độ và vị trí còn cần điều chỉnh mô men, [1, 2, 4, 8, 10, 12]. Từ đó ta đi xét: Mô hình hệ truyền động bám sát theo góc với động cơ chấp hành BLDC làm việc ở tốc độ chậm như hình 1, và cấu trúc các cuộn dây stator và roto là nam châm vĩnh cửu được thể hiện như hình 3 . b c a La S6 S5 S4 S3 S2 + 48V DC S1 Ra Hình 3. a) Mô hình động cơ BLDC; b) Vị trí đặt cảm biến Hall để đo giá trị điện áp, mômen. Mô hình toán học của động cơ BLDC trong bài báo này là ba pha, 4 cực được nối hình sao như hình 3a. Do đó mô hình biến đổi thành phần điện áp các pha abc là mô hình được biểu diễn theo hệ tọa độ d - q. Hơn nữa có giả thiết như sau: Điện trở stato, các giá trị điện cảm hỗ cảm giữa các pha là bằng nhau và không đổi; Hiện tượng từ trễ và tổn hao do dòng Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tính T. Đ. Chuyển, “Nghiên cứu động cơ một chiều không cổ góp.” 80 điện xoáy được loại bỏ; Tất cả các thiết bị chuyển mạch công suất được coi là lý tưởng [4, 10]. Với các giả thiết như vậy mô hình toán học của động cơ BLDC theo hình 3 được mô tả như sau: a b ca a a a ab ac a di di diV R i L M M E dt dt dt      (18) b a cb b b b ba bc b di di diV R i L M M E dt dt dt      (19) c a bc c c c ca cb c di di diV R i L M M E dt dt dt      (20) trong đó, Ra, Rb, Rc là điện phần ứng mỗi pha [Ω]; La điện cảm phần ứng các pha [H]; Mab, Mbc, Mcb hỗ cảm giữa các pha với nhau; Va, Vb, Vc điện áp mỗi pha [V]; Ea, Eb, Ec sức phản điện động các pha (back – EMF) [V]. Khi đó ta có: ( ) 2( ) 3 2( ) 3 a e m e b e m e c e m e E K F E K F E K F                    (21) trong đó, Ke là hằng số sức phản điện động [V/rad.s-1], F(θe) hàm chức năng hệ số sức phản điện động của vị trí rôto động cơ, θe hằng số góc sức điện động của rôto; ωm tốc độ góc quay rôto [rad.s-1]; và ta có: mm d dt    (22) Do đó, mô hình toán học động cơ BLDC có thể được viết dưới dạng phương trình ma trận như sau: 0 0 0 0 0 0 a a a aa ab ca a ba b bc b b b b b ca cb c cc c c c i v i eL M M R dM L M i v R i e dt M M L Ri v i e                                                        (23) Nếu giả thiết rằng rôto được thiết kế trên bề mặt phẳng nhẵn, hiện nay động cơ BLDC nói chung là bề mặt rôto không có sự nhấp nhô [1, 10], sao cho sức điện động tự cảm stato động cơ không phụ thuộc vào các vị trí của rôto, do đó: La = Lb = Lc = L. Và hệ số tự cảm tương hỗ sẽ có dạng: Mab = Mac = Mba = Mbc = Mca = Mcb = M. Giả sử điện áp 3 pha cân bằng nhau, điện trở các pha được viết bởi: Ra = Rb = Rc = R. Từ đó ta viết lại biểu thức (6) như sau: 0 0 0 0 0 0 a a a a b b b b c c c c i v i eL M M R dM L M i v R i e dt M M L Ri v i e                                                        (24) Mô men điện từ phát sinh bởi động cơ chấp hành. Ở đây động cơ chấp hành ở hệ thống bám này là BLDC, trong một số nghiên cứu người ta bỏ qua động học của động cơ chấp hành [1, 11]; 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 của quá trình phát sinh mô men điện từ dưới tác động đầu vào. Đối với động cơ là động cơ một chiều không cổ góp do có đặc tính mô men rất tốt, thì tác động đầu vào là điện áp phần ứng trên các pha của động cơ, điện áp kích từ, hoặc cả hai [2, 3, 4, 9]. Phương trình mô men điện từ sinh ra bởi các pha của động cơ chấp hành BLDC [5]: Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 31, 06 - 2014 81 ( ) 2( ) 3 2( ) 3 a t a e b t b e c t c e K i F K i F K i F                    (25) trong đó, Kt hằng số mô men động cơ; ia, ib, ic dòng điện mỗi pha của động cơ (A). Và khi đó: 2e m P   (26) Khi quy đổi về trục quay của cơ cấu công tác thông qua khớp nối mềm ở hình 1, ta có mối quan hệ giữa mô men công tác và mô men điện từ như sau [5, 9]: otor.ct ct mK  (27) trong đó, Kct hệ số quy đổi giữa mô men điện từ và mô men trên trục cơ cấu công tác. Mô men điện từ sinh ra bởi động cơ BLDC [5, 9]: 2 2 m m e L d dJ dt dt        (28) Tuy nhiên mô men điện từ của ba pha động cơ BLDC thì phụ thuộc vào dòng điện, tốc độ và dạng sóng sức điện động phản hồi, nên mô men điện từ tức thời tại thời điểm được viết như sau: 1 ( )em a a b b c c m E i E i E i     (29) hoặc ta cũng có thể viết mô men điện từ theo các pha của động cơ BLDC: e a b c      (30) trong đó, θm hệ số góc cơ khí của roto [rad]; τe mô men điện từ sinh ra bởi động cơ chấp hành [Nm]; J mô men quán tính [kgm2]; β hằng số mô men ma sát [Nms.rad-1]; τL mô men cản phụ thuộc vào tải [Nm]. Từ biểu thức (18), (19), (20) và (28) ta cũng có thể viết như sau: ( ) ( ) ( )ab a b a b ab dV R i i L M i i E dt       (31) ( ) ( ) ( )bc b c b c bc dV R i i L M i i E dt       (32) trong đó, ia + ib + ic = 0 , do đó sau khi biến đổi biểu thức (31) và (32) và bỏ qua các hệ số cảm ứng tương hỗ giữa các pha ta có: 2 1( ) ( ) 3 3 a a ab ab bc bc di R i V E V V dt L L L       (33) 2 1( ) ( ) 3 3 b b ab ab bc bc di R i V E V V dt L L L       (34) Từ đó mô hình không gian trạng thái của động cơ BLDC được viết như sau: Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tính T. Đ. Chuyển, “Nghiên cứu động cơ một chiều không cổ góp.” 82 ' ' ' 2 1 00 0 3 3 1 10 0 0 3 3 10 0 0 0 a a ab ab b b bc bc m e Lm R L LLi i V E Ri i V E L L L L J                                                          (35) Cuối cùng ta có: 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 a a b b c c m m i i i i i i                                  (36) Việc khai triển mô hình không gian trạng thái của động cơ BLDC theo (35), (36) có ý nghĩa cho việc tính toán xây dựng mô hình mô phỏng hệ điện cơ này dễ dàng hơn. 3. MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM Trên cơ sở lí thuyết đã đưa ra ở trên, tác giả đã tiến hành mô phỏng, thực nghiệm tại bộ môn kỹ thuật điện, khoa kỹ thuật điều khiển - Học viên kỹ thuật quân sự, với đầy đủ các thiết bị dụng cụ: Động cơ, máy tính nhúng, Matlab R2013 kết hợp cạc điều khiển phần cứng DSP dòng TMS230, thiết bị đo lường và nhiều công cụ khác. Trên cơ sở mô hình đã xây dựng và các phương trình toán học của động cơ BLDC đã đưa ra ở trên, giả thiết đo được tất cả các biến trạng thái. Các tham số mô phỏng động cơ BLDC: n = 1000 vòng/phút; p = 4; số pha là 3; nguồn công suất DC, P = 300(V); J = 0.8e-3 (kgm2); R = 2.8750Ω; LS = 8.5e-3(H); τL = 1.5Nm. Việc lựa chọn cảm biến cho hệ truyền động bám làm việc tốc độ gần không và qua không trên toàn dải tốc độ với yêu cầu có độ chính xác cao, cảm biến thường được sử dụng đó là cảm biến Hall và encorder có vị trí góc quay đầu ra sin cos; hoặc tính bằng arctang (sin/cos). Điều này có ý nghĩa cần thiết cho phép điều chỉnh các cơ cấu của vòng điều chỉnh mô men cũng như vòng điều chỉnh vị trí và tốc độ [2, 9, 12]. Trên cơ sở đó ta có các kết quả mô phỏng với lượng vào lượng vào khác nhau theo (góc đặt trước). Khảo sát hệ thống bám xét đến ảnh hưởng các thông số bộ điều chỉnh đến chất của hệ thống; tính tác động nhanh và khả năng tiệm cận (bám sát) không có dao động đến vị trí cuối, từ đó lựa chọn tham số bộ điều chỉnh để đạt được giá trị mong muốn với sai số là bé nhất. Hình 4. Dạng sóng đầu ra tốc độ Hình 5. Dòng điện pha a của bộ PWM và và góc bám sát. dòng điện điều khiển. Trên hình 5 dòng điện điều khiển bộ điều khiển giống như dạng sóng hình sin, còn đặc tính dạng sóng của bộ PWM thì có dao động. Hình 6. Dạng sóng đầu ra mô men . Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 31, 06 - 2014 83 Trên hình 6 dạng sóng mô men ở đây khi khi khảo sát hàm truyền theo nhiễu nên tại thời điểm 0.1s có hiện tượng dao động. Trên cơ sở lý thuyết đã đưa ra, ta tiến hành thực nghiệm với hệ truyền động bám làm việc với tốc độ chậm, sử dụng động cơ chấp hành BLDC, với các tham số như sau: Động cơ BLDC kiểu BM 141 8ZXF, công suất 750W, điện áp làm việc 48V, tốc độ 1000V/phút, dòng điện làm việc 21A. b c a S6 S5 S4 S3 S2 + 48V DC S1 ai bi ci cVbVaV Hình 7. Sơ đồ cấu trúc của thiết bị thí nghiệm Hình 8. Hình ảnh mô hình thí nghiệm Trên hình 7, hình 8 là sơ đồ cấu trúc các khối và mô hình thực nghiệm cho hệ truyền động bám làm việc tốc độ chậm sử dụng động cơ BLDC kết nối với máy tính; Control board DSP 1102; các mạch phụ trợ và các thiết bị đo lường. Trên hình 9 là đáp ứng bộ điều khiển mô men, dòng điện theo tốc độ động cơ BLDC làm việc tốc độ rất thấp, từ gần không và qua không (đến 50 vòng/ phút). Trên hình 10, 11. Lần lượt là đáp ứng từ mô hình bộ điều khiển của hệ thống bám sử dụng động cơ BLDC làm việc tốc độ thấp: speed 50v/ phút → 5v/div; dòng điện pha 2A/div, và: speed 20v/phút → 5v/div; dòng điện pha 2A/div. Ở hình 10 và 11 đã đưa ra các đáp ứng là: 1. mô men, 2. dòng điện, 3. quá trình chuyển mạch của 6 van bán dẫn và 4. là tốc độ làm việc của động cơ BLDC. 4. KẾT LUẬN Bài báo đã tiến hành nghiên cứu mô hình toán học, cơ sở lý thuyết, mô phỏng thực nghiệm về hệ truyền động bám góc làm việc tốc độ chậm sử dụng động cơ BLDC. Quá trình cứu hệ điện cơ này với nhiều ưu điểm vượt trội so với các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ và một chiều. Đây là hệ truyền động có nhiều ưu điểm: hiệu suất cao, không có tổn hao trong rô to, dòng không tải nhỏ hơn vì có nam châm vĩnh cửu mạnh, đặc tính điều khiển ít nhạy với sự biến thiên thông số của động cơ, việc điều chỉnh tốc độ, mô men và dòng điện vượt trội so các dạng động cơ khác trong công nghiệp và quốc phòng. Thông qua kết quả này ta có thể xây dựng vòng điều chỉnh mô men của động cơ BLDC trong nhiều chế độ tải khác nhau để làm cơ sở cho các hướng nghiên cứu tiếp theo, như xét đến yếu tố ma sát, đàn hồi, khe hở cho hệ truyền động bám phức tạp này. Kỹ thuật điện tử & Khoa học máy tính T. Đ. Chuyển, “Nghiên cứu động cơ một chiều không cổ góp.” 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Đức Chuyển, Nguyễn Thanh Tiên, “Tổng hợp bộ điều khiển Backstepping trượt thích nghi cho hệ truyền động bám góc động cơ chấp hành một chiều không cổ góp với bộ biến đổi DC/DC,” TCNCKH&CNQS, số 21, (2012), tr. 64 -71, 2012. [2]. Đào Hoa Việt, “Phân tích và tổng hợp hệ thống truyền động điện,” HVKTQS (2010). [3]. Nguyễn Thanh Tiên, “Ứng dụng điều khiển trượt tổng hợp điều khiển hệ điện cơ” (dùng cho đào tạo cao học), NXB Quân Đội Nhân Dân 2013. [4]. Đào Hoa Việt, “Bài tập ví dụ và thực hành điều khiển tự động truyền động điện.” (dùng cho đào tạo cao học), HVKTQS Xuất Bản 2010. [5]. H.Olsson, K.J. Åström, C.Canudas de Wit, M. Gäfvert, P. Lischinsky, “Friction Models and Friction Compensation,” American Control Conference, pages 1920- 1926, Sanfrancisco, California, 1993. [6]. John Chiasson, “Modeling and high performance control of electric machines,” Inc, Hoboken, USA New Jersey; Published simultaneously in Canada, 2005. [7]. Alex Simpkins, Emanuel Todorov, “Position estimation and control of compact BLDC motor based on analog linear hall effect sensors,” American control conference June 30- July 02, 2010 USA. [8]. Mohamed A.Awadallah, Ehab H.E.Bayoumi, Hisham M. Soliman, ”Adaptive deadbeat controllers for brushless DC drives using PSO and ANFIS techniques,” Journal of Electrical engineering, Vol. 60, No 1, 2009. [9]. Sanita C S, J T Kuncheria, “Modelling and Simulation of Four Quadrant Operation of Three Phase Brushless DC Motor With Hysteresis Current Controller,” IJAREEIE, Vol. 2, Issue 6, June 2013. [10]. С.В. Емельянов, С.К. Коровин, “Нелинейная динамика и управление,”Выпуск 4, Москва Физматлит, 2004. [11]. Б.К Чемоданов - Следящие приводы Т1, 2.- М.: Изд. МГТУ им Баумана, 1999. [12]. B. C.Краснова С.А., Уткин В.А. Каскадный синтез наблюдателей состояния динамических систем. М.: Наука, 2006. ABSTRACT RESEARCH ON DRIVE SYSTEM TRACKING ELECTRIC MECHANISMS AT SLOW SPEED FOR BLDC MOTOR This paper presents the research problems of the kinetic characteristics, models of electric - mechanisms systems make slow speed use BLDC in the industry and national defense. On the basis of building simulation models, which formative assessment speed, torque currents for this tracking system. Simulation model was tested on Matlab-Simulink, modeling experiments to demonstrate results. Keywords: Tracking system, Brushless DC motor, Slow speed. Nhận bài ngày 26 tháng 10 năm 2013 Hoàn thiện ngày 22 tháng 04 năm 2014 Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 05 năm 2014 Địa chỉ: NCS Bộ môn Kỹ Thuật Điện - Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự. ĐT: 0912171980. Email: tranducchuyen1977@gmail.com