1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án

Để tạo ra một chuyển động thẳng khi sử dụng động cơ quay tròn truyền thống sẽ phải qua

các cơ cấu trung gian, điều đó dẫn đến hiệu suất, độ chính xác của hệ thống sẽ bị suy giảm. Không

chỉ dừng lại ở đó kết cấu cơ khí trung gian này sẽ làm tăng kích thước của hệ thống đồng thời làm

khả năng động học của hệ thống cũng trở nên xấu đi so sai số tích lũy của các phần tử có trong toàn

hệ thống. Trong công nghiệp hiện nay chuyển động thẳng được sử dụng ngày càng rộng khắp có thể

kể ra ở đây:Robot, máy nâng hạ, máy công cụ kỹ thuật số (CNC)… Để tăng hiệu quả sử dụng trong

một không gian hạn định cho trước thì không gian để lắp đặt các thiết bị cần được tận dụng một

cách triệt để (giảm kích thước của các thiết bị lắp đặt) nhưng đồng thời vẫn phải đảm bảo được sự

linh hoạt, yêu cầu cao về độ chính xác vị trí, tốc độ và động học. Động cơ tuyến tính có thể đáp ứng

được những yêu cầu đặt ra cho yêu cầu trên, đây là đối tượng có thể tạo ra chuyển động thẳng trực

tiếp không cần qua các phần tử trung gian như trong phương pháp tạo ra chuyển động thẳng gián

tiếp. Động cơ Polysolenoid là loại động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu với kết cấu hình

ống, có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu nói trên đặc biệt quan trọng với các ứng dụng robot song

song (parallel robot) như hexapod. Do đó, động cơ Polysolenoid được lựa chọn là đối tượng nghiên

cứu của luận án này.

2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nội dung của luận án sẽ tập trung nghiên cứu đối tượng động cơ

Polysolenoid theo hướng thiết kế bộ điều khiển có khả năng xử lý được hiệu ứng đầu cuối của

động cơ KTVC Polysolenoid trong cấu trúc điều khiển. Bao gồm các nội dung sau:

Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan về phương pháp mô hình hóa cho động cơ tuyến tính

kích thích vĩnh cửu nói chung từ đó đi vào trường hợp riêng là động cơ tuyến tính dạng

Polysolenoid. Tác giả đã tiến hành xây dựng mô hình hóa động cơ Polysolenoid trong trường hợp

đầu tiên khi không xét đến hiệu ứng đầu cuối. Thực hiện phương án chuyển hệ tọa độ mô tả toán

học của mô hình để sử dụng được cấu trúc tách kênh trực tiếp trong cấu trúc điều khiển.

Nội dung 2: Tìm hiểu về hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính nói chung (thể hiện

qua các đặc điểm cấu tạo của động cơ tuyến tính, bản chất vật lý,…). Từ đó đề xuất phương pháp

mô hình hóa động cơ Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối. Tiến hành xây dựng mô tả toán

học, sơ đồ cấu trúc cho đối tượng điều khiển khi xét đến hiệu ứng đầu cuối dùng trong điều khiển.

Nội dung 3: Từ mô hình toán học thu được tác giả tiến hành thiết kế điều khiển cho động cơ

Polysolenoid. Việc thiết kế điều khiển cho động cơ Polysolenoid được chia làm hai nhóm phương

pháp: Nhóm thứ nhất gồm các phương pháp (Min-max CCS, Min-max FCS, Min-max Deadbeat)

được áp dụng với mô hình khi chưa xét đến hiệu ứng đầu cuối, nhóm thứ hai (điều khiển thích nghi

backstepping) có khả năng đối phó được với hiệu ứng đầu cuối của động cơ Polysolenoid.

Nội dung 4: Đề xuất cấu trúc và xây dựng bàn thí nghiệm sử dụng để kiểm chứng kết quả

nghiên cứu lý thuyết.

Phạm vi nghiên cứu của luận án: Luận án tập trung nghiên cứu đặc điểm và những khó

khăn khi xét đến hiệu ứng đầu cuối của động cơ Polysolenoid. Từ đó thực hiện xây dựng cấu trúc

điều khiển cho chuyển động tuyến tính dạng Polysolenoid. Với đặc điểm của đối tượng điều khiển

2

phức tạp này cho thấy, sẽ có nhiều thách thức trong mô hình hóa, trong phân tích và lựa chọn

phương pháp thiết kế điều khiển phù hợp cho đối tượng để đạt được độ chính xác cao.

Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng phương pháp phân tích, đánh giá và tổng hợp.

Thông qua nghiên cứu tổng quan để tìm ra vấn đề cần giải quyết về lý thuyết và thiết kế thuật toán

giải quyết vấn đề đó, kiểm chứng các nghiên cứu lý thuyết bằng mô phỏng và thực nghiệm.

3. Mục tiêu của luận án

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu và thiết kế điều khiển cho các hệ thống truyền động điện

sử dụng động cơ Polysenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối. Mục tiêu nghiên cứu trong luận án này

được cụ thể như sau:

- Mô hình động học phi tuyến của động cơ Polysenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối: Mô

hình chính xác là điều kiện tiên quyết để thành công với bất kì một kỹ thuật điều khiển nào mà dựa

vào mô hình, do đó cần xây dựng mô hình đối tượng phù hợp với thiết kế điều khiển.

- Áp dụng thành công phương pháp thiết kế bộ điều khiển thích nghi backstepping cho hệ

thống truyền động điện sử dụng động cơ Polysolenoid. Kiểm chứng chất lượng điều khiển của thuật

toán bằng lý thuyết và thực nghiệm.

4. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu và thiết kế điều khiển cho các hệ thống truyền động điện

sử dụng động cơ Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối. Mục tiêu nghiên cứu trong luận án

này được cụ thể như sau:

Những đóng góp mới:

• Mô hình động học phi tuyến của động cơ Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối: Luận

án đã xây dựng được mô hình của động cơ KTVC dạng Polysolenoid có xét đến hiệu ứng đầu cuối

và đưa ra được sơ đồ cấu trúc của động cơ này trong đó chỉ ra được những thành phần nào bị ảnh

hưởng của hiệu ứng đầu cuối trong đó.

• Áp dụng thành công phương pháp thiết kế bộ điều khiển thích nghi backstepping cho hệ

thống truyền động điện sử dụng động cơ Polysolenoid để xử lý ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối.

Kiểm chứng chất lượng điều khiển của thuật toán bằng lý thuyết và thực nghiệm.

• Thiết kế được cấu trúc điều khiển hai mạch vòng trong đó mạch vòng trong điều khiển lực

(mạch vòng dòng điện) sử dụng các phương pháp điều khiển Dead-beat, CCS-MPC, FCS-MPC;

Mạch vòng ngoài điều khiển tốc độ và vị trí sử dụng bộ điều khiển Min-max MPC.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:

Giải quyết được vấn đề chuyển các kết quả nghiên cứu lý thuyết vào thực tiễn thông qua hệ

thống phần cứng được xây dựng của luận án. Phát triển các giải pháp cài đặt linh hoạt thuật toán

điều khiển để góp phần làm tăng hiệu quả khai thác thiết bị phần cứng.

Kết quả nghiên cứu này có thể áp dụng cho một lớp các đối tượng tạo ra chuyển động tuyến

tính trực tiếp mà không phải sử dụng các bộ truyền cơ khí trung gian đặc biệt là trong hệ thống

robot song song như hexapod robot.

5. Bố cục của luận án

Luận án gồm phần mở đầu, 04 chương, phần kết luận và kiến nghị, được bố cục như sau:

3

Chương 1. Tổng quan về động cơ tuyến tính và các phương pháp điều khiển

Chương 2. Mô hình hóa động cơ tuyến tính

Chương 3. Điều khiển động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid.

Chương 4. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Phần kết luận và Kiến nghị: Đã nêu bật những đóng góp mới của luận án và những kiến

nghị, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

VÀ CÁCPHƯƠNGPHÁP ĐIỀU KHIỂN

1.1 Khái quát về động cơ tuyến tính

1.1.1 Những đặc điểm của một hệ truyền động thẳng.

1.1.2 Lịch sử phát triển và ứng dụng của động cơ tuyến tính

Hình 1.4 Các ứng dụng của động cơ tuyến tính.

1.1.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách phân loại động cơ tuyến tính

Với động cơ tuyến tính phần tạo chuyển động thẳng có thể là phần stator hay phần rotor của

máy điện quay truyền thống, từ đó tạo ra những động cơ tuyến tính tương ứng.

Hình 1.7 Nguyên lý chuyển đổi từ động cơ quay sang động cơ tuyến tính.

1.1.4 Hiệu ứng đầu cuối (End effect)

Hiệu ứng đầu cuối là một điểm đặc trưng của động cơ tuyến tính khác so với các loại động cơ khác. Do kết cấu mạch từ hở của động cơ tuyến tính dẫn đên phân bố từ thông ở khe hở không khí của loại động cơ này phân bố không đều nhau tại khu vực giữa và hai đầu mút. Điều này gây ra sự mấp mô về mô men và tốc độ trong quá trình vận hành của động cơ.

4

Hình 1.17 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính PLSM kết cấu hình phẳng [10]

1.2 Truyền động tuyến tính và các phương pháp điều khiển truyền động tuyến tính

1.2.1 Yêu cầu đặt ra với bài toán điều khiển truyền động tuyến tính

1.2.2 Khái quát về tình hình nghiên cứu về động cơ tuyến tính

Tình hình nghiên cứu động cơ tuyến tính trong nước.

- Về các công trình công bố trên các tạp chí khoa học trong nước có một số bài báo viết về

vấn đề này nhưng mới chỉ dừng trên mức độ tổng quan về phương pháp điều khiển trên lý thuyết và

mô phỏng trên Mathlab Simulink.

- Các công trình luận án được nghiên cứu thực nghiệm trên thiết bị thực [2,6] được công bố

dưới dạng luận án tiến sĩ kỹ thuật.

Tình hình nghiên cứu động cơ tuyến trên thế giới

Trong giai đoạn vừa qua, đối tượng trong nhóm động cơ tuyến tính đồng bộ được tập trung

nghiên cứu nhiều nhất là nhóm động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu dạng phẳng với

Stator ngắn tương ứng với mô hình của động cơ điện xoay chiều ba pha kích thích vĩnh cửu.

Các nhóm vấn đề được quan tâm nghiên cứu:

Nhóm vấn đề thứ nhất:Áp dụng các phương pháp điều khiển đã được ứng dụng thành công

cho nhóm động cơ quay cho động cơ tuyến tính.

Nhóm vấn đề thứ 2: Phương pháp xác đỉnh cực của trục tạo từ thông rotor.

Nhóm vấn đề thứ 3: Mô hình hóa động cơ.

Nhóm vấn đề thứ 4: Nâng cao chất lượng điều khiển.

Nhóm vấn đề thứ 5: Trong [31] đề xuất đến một phương pháp không cần nhận dạng hiệu ứng

đầu cuối sử dụng bộ điều khiển bền vững thích nghi bù bất định hiệu ứng đâu cuối, tuy nhiên trong

mô hình vẫn tồn tại cảm biến đo vị trí.

1.3 Truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid và các phương pháp điều khiển.

1.3.1 Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid

Động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid thuộc nhóm động cơ đồng bộ

kích thích vĩnh cửu có cấu tạo hình ống, động cơ có hai pha với hai cuộn dây bố trí lệch nhau 90 độ

điện.

Hình 1.21 Sơ đồ cấu tạo bên trong ĐCTT ĐBKTVC Polysolenoid [60]

1.3.2 Điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid

Tình hình nghiên cứu trong nước:

5

Với nguồn tham khảo là các bài báo và luận án được lưu trữ tại thư viện quốc gia Việt Nam

thì chưa có công trình nào nghiên cứu về điều khiển truyền động tuyến tính dạng Polysolenoid.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Các nghiên cứu trên thế giới với đối tượng động cơ tuyến tính hình ống dạng stator ngắn tập

trung vào một số nhóm vấn đề như sau:

Nhóm vấn đề thứ nhất: Mô hình hóa thiết kế động cơ

Nhóm vấn đề thứ hai: Thiết kế cấu trúc điều khiển

Nhóm vấn đề thứ ba: Mô tả hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính hình ống ba pha

sử dụng phương pháp thực nghiệm.

Trong các công trình đã được công bố tập trung vào hai hướng chính.

Hướng thứ nhất: Tập trung vào việc nghiên cứu hiệu ứng đầu với hai hướng tiếp cận

là mô tả dưới dạng mạch từ tương đương và sử dụng FEM. Trong hai phương pháp

trên phương pháp sử dụng FEM mô tả hiệu ứng đầu cuối mang tính trực quan hơn.

Tuy nhiên khi sử dụng FEM phải có được các thông số chính xác của động cơ.

Hướng thứ hai: Nghiên cứu cấu trúc điều khiển bù bất định hiệu ứng đầu cuối tuy

nhiên trong hệ thống tồn tại cảm biến đo vị trí.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1:

Từ những phân tích được thực hiện ở trên ta thấy rằng: ĐCTT có nguồn gốc từ động cơ quay

và về cơ bản trong nhiều trường hợp (thiết kế cấu trúc điều khiển, phân tích hiện tượng vật lý,...) có

sự tương đương giữa hai nhóm động cơ này. Nhưng ở ĐCTT vẫn tồn tại những đặc điểm riêng mà

không có ở động cơ quay là hiệu ứng đầu cuối (end effect) điều này cần tiếp tục nghiên cứu một

cách cụ thể hơn trong các phần sau của luận án. Việc thu nhận được những hiểu biết về động cơ

tuyến tính giúp ta thực hiện những mục tiêu sau:

Tạo cơ sở cho quá trình mô tả toán học cho động cơ tuyến tính.

Hiểu về đặc tính đầu cuối trong động cơ tuyến tính từ đó tìm ra các phương pháp xử

lý hiện tượng này nhằm trong cấu trúc điều khiển.

Nội dung của phần 1.3 tập trung làm rõ về tình hình nghiên cứu động cơ tuyến tính

Polysolenoid, các vấn đề liên quan đến mô hình và các phương pháp điều khiển truyền động tuyến

tính dạng Polysolenoid. Điều đó tạo thuận lợi cho việc lựa chọn đề xuất các phương pháp nghiên

cứu tiếp theo cho bài toán điều khiển truyền động tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid.

CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

2.1 Mô hình toán học của động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu

Hình 2.1 Mối tương quan giữa các vector trong ĐCTT

Mô hình trạng thái động cơ tuyến tính ĐB - KTVC trên hệ toạ độ dq (hình 2.3) như sau:

1 1,i

d

2 2,i

1P

2P

1

1

,i

O

22

,i

2πd

6

với sdf

s

sq

i

i

i và sdf

s

sq

u

u

u thỏa mãn phương trình:

f f f f f f

s s s s e p e

d

dt i A i B u Ni S (2.20)

fA Ma

trận hệ

thống.

fB Ma

trận đầu

vào.

N Ma

trận ghép

phi tuyến.

S Ma

trận nhiễu.

10

10

sdf

sq

T

T

A

10

10

sdf

sq

L

L

B

0

0 sq

sd

sd

sq

L

L

L

L

N

0

1

sqL

S

ev

f

su

p

fB

S

N

fA

f

sd

dt

i

Phần phi

tuyến

Hình 2.3 Mô hình động cơ tuyến tính ĐB -

KTVC trong không gian trạng thái trên hệ toạ

độ dq

2.2 Hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính KTVC

2.2.1 Giới thiệu về hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính KTVC

Động cơ tuyến tính loại đồng bộ kích thích vĩnh cửu (LPMSM) đang dần trở thành sản phâm tự

động hóa phổ biến do nó cho phép loại bỏ các thiết bị truyền động cơ khí như trục vít vô tận, đai

truyền,…. Tuy nhiên ở động cơ tuyến tính xuất hiện ảnh hưởng bởi hiệu ứng đầu cuối do kết cấu

mạch từ hở.

Hình 2.4 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ LPMSM kết cấu phẳng

Hiệu ứng đầu cuối được hiểu là sự phân biệt giữa các khu vực đầu và cuối với các điểm nằm

giữa về phân bố điện từ gây ảnh hưởng đến từ thông và lực do động cơ tuyến tính sinh ra (do tính

chất mạch từ hở của động cơ tuyến tính). Điều đó thể hiện ở đặc điểm: Với động cơ đồng bộ kích

7

thích vĩnh cửu thì là sự phân bố từ trường tại hai đầu của phần kích thích bị suy giảm minh họa

trong hình 2.4 Diễn biến này khác nhau phụ thuộc vào tốc độ của động cơ (độ lớn của dòng phía

bên kích thích). Sự xuất hiện hay kết thúc đột ngột của dòng phía cảm ứng (tương ứng với sự xuất

hiện hay kết thúc của dòng phía kích thích). Gây ra phản ứng dọc trục gây ra sự thay đổi tốc độ của

động cơ (nhấp nhô về tốc độ). Đây cũng là một điểm cần phải lưu tâm trong động cơ tuyến tính.

2.2.2 Hiệu ứng đầu cuối trong động cơ tuyến tính đồng bộ hình ống

Hình 2.6 Phân bố từ thông thu được khi duy nhất pha C (hình a) hoặc chỉ pha A (hình b)

được cấp điện [18]

0 2

2

cos(2 ) 0 01 0 0

20 1 0 0 cos 2 0

30 0 1

20 0 cos 2

3

2 20 cos 2 cos 2

3 3

2cos 2 0 cos(2 )

3

2cos 2

A A

B B

C C

i

L L i

i

M

00

0 1 1 0 1 1

1 0 1 1 0 1

1 1 0 1 1 0

cos(2 ) 03

A A A

B B M B

C C C

i i i

i M i i

i i i

(2.25)

Trong phương trình trên thành phần ΔM0 đặc trưng cho cho hiệu ứng đầu cuối trong động cơ

tuyến tính hình ống. Trong phương trình trên thành phần 0M đặc trưng cho hiệu ứng đầu cuối

trong động cơ tuyến tính hình ống. Chuyển phương trình từ thông sang tọa độ dq bằng phép biến

đổi (2.18) như sau

0 0

0 0

0 2 0 2

0 2 0

1 2 2 2 21 cos 2 sin 2

2 3 3 3 3

1 2 2 2 21 cos 2 sin 2

2 3 3 3 3

d M d M q

q M q M d

L L M M i i

L L M i i

(2.26)

Đến đây ta tách phương trình (2.26) thành 2 thành phần đại diện cho thanh phần từ thông

không chịu tác động và chịu tác động của hiện tượng đầu cuối như sau

8

0 2 0 20 1 1

0 1 1

0 2 0 2

10

2

10

2

d d dq d d

q qd q q q

L L M ML L i i

L L i iL L M M

(2.27)

0

2 2

2 2

2 21 cos 2 sin 2

3 32

3 2 2sin 2 1 cos 2

3 3

d d dq d d

M

q qd q q q

L L i i

L L i i

(2.28)

Ở đây ta thấy rằng (2.28) chính là mô hình từ thông chịu ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối

trong động cơ tuyến tính KTVC 3 pha hình ốngtrên tọa độ dq. Trong đó thanh phần 0M được ước

lượng từ thực nghiệm dựa trên các phương trình (2.23) và (2.24)

2.3 Mô tả toán học động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid

2.3.1 Mô hình mạch từ tương đương

A

A A

A A A

A A

B B B B

B B B B

mh

gsh

bt

SN N N N N N N N N NS S S S S S S S

bs

R’

R’’

Hình 2.11 Mặt cắt động cơ tuyến tính Polysolenoid

Trong trường hợp chung ta có công thức tính từ trở: cm

c

l HR

A B (2.30)

Từ trở tản được tính như sau: 0

2 sm

s s

bR

h l

(2.32)

Với sh là chiều cao của rãnh cuốn dây. Với kết cấu của của động cơ tuyến tính dạng

Polysolenoid: s

R' +R'' l =2π

2 (2.33)

R', R'' : lần lượt là bán kính ngoài và bán kính trong của phần chứa dây quấn trong các rãnh

tính từ tâm theo mặt cắt của động cơ.

Phần thứ cấp (Slider) của động cơ được làm từ vật liệu từ NdFeB N38UH. Các thông số dựa

theo tài liệu của nhà sản xuất kết hợp tra cứu theo tài liệu [62] ta thu được đặc tính B-H theo Hình

2.12

9

Hình 2.12 Đường cong B-H của vật liệu NdFeB N38UH [61]

Dựa vào đặc tính B-H ta có:

Từ trở của rãnh cuốn dây: .2 . '

smt

t t

h

b R BR

H

(2.34)

Từ trở của cuộn dây: .2 . '

smy

s y

h

b R BR

H

(2.35)

Từ thông sinh bởi nam châm: ˆ cos

ˆ cos2

pma pm

p

pmb pm

p

x

x

(2.36)

Sức từ động của nam châm: mpma mg pma

mpmb mg pmb

F R

F R

(2.37)

Điện áp trên phần stator được viết như sau (với giả thiết động cơ có 4 cặp cực):

1 2 3 4

1 2 3 4

( )

( )

a a t a a a a

b b t b b b b

du Ri N

dt

du Ri N

dt

(2.38)

Từ (2.31),(2.32),(2.34),(2.37),(2.38) ta xây dựng được sơ đồ mạch từ tương đương hình 2.13

Hình 2.13 Mạch từ tương đương của động cơ tuyến tính 4 cặp cực khi có xét đến hiệu ứng đầu cuối

10

2.3.2 Hệ phương trình vi phân đề xuất

Dựa trên những tính toán về mạch từ tương đương trong hình 2.13.

( )( )( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )

q dqd d dsd e q q d dq e q q dq d d q

q q q dqdq q sq e d d e p q dq e d d dq qs q

s d

d

d R i

R

di Ldi di Lu L L i L L L i L i i i

dt dt dt

di di L Ldiu L L i L L L i L i i i

dt dt dti

(2.49)

Ta đưa Error! Reference source not found. về dạng phương trình vi phân bậc 1 với biến là các

vector dòng điện và điện áp trên tọa độ d-q:

1dq dq dq e dq p e

d

dt u Ri L i L i G (2.50)

Với:

( ) ( )0 0

; ; ; ;( ) ( )0 1

d d d dq

dq dq

q q dq qs

su i L L

u i L LR

R

u i R L G

1

( )( )( ) ( )

( ) ( )( ) ( )

dqddq q

dq q

d dq

LLL L

L LL L

L

Đưa (2.50) về dạng:

1 1 1 1

1

dq

dq dq e p e dq

d

dt

iL Ri L L i L G L u (2.51)

1 1 1 1

1

2 21( ) ( ) ( )

2

dq

dq dq e p e dq

pep q d q d q dq q d c

d

dt

di L L i i L i i F

dt m m

iL Ri L L i L G L u

(2.56)

Từ phương trình vi phân trên ta tiến hành xây dựng cấu trúc mô tả các thành phần trên hệ trục

tọa độ dq với mong muốn làm rõ bản chất vật lý cũng như bản chất MIMO của đối tượng.

Với cách đặt

,q d

q d

s s

L LT T

R R ;

21 /dq d qL L L , 1

2

1

1 =

1

dq

d d qq dq

dq d dqd q dq

d q q

L

L L LL L

L L LL L L

L L L

L ,

3 41 2

1 2-1

1

3 4 1 23 4

-1- -

( ) ( )- 1

- -

dq dq dq

d d q d d q d d q

dq dq dq

d q q q d q q d q

L L c L cc c

L L L L L L L L Lc c

c cL L c L cc c

L L L L L L L L L

L L

Phương trình (2.56) dẫn đến

11

3 41 2

1 23 4

1 1

1 1 1

dq dq dq dqsdd q e d e q d q

d q d d q d d q d d d q

sq dq dq dq

q d e d e q e p q

q d q d q q d q q q q

L c L c L Ldi c ci i i i u u

dt T L T L L L L L L L L L

di L c L c Lc ci i i i u

dt T L T L L L L L L L L

dq

d

d q

Lu

L L

(2.57)

Hình 2.15 Sơ đồ cấu trúc của động cơ tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid trên hệ tọa độ dq

Kết luận chương 2:

Kết quả đạt được của Chương 2 đã giải quyết được vấn đề xây dựng mô hình thống nhất của

động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối.

Với mô hình thu được là tiền đề trong việc thiết kế điều khiển cho hệ truyền động sử dụng động cơ

tuyến tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid. Đây chính là nội dung tiếp theo của luận án.

CHƯƠNG 3 : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH DẠNG POLYSOLENOID

3.1 Khái quát về cấu trúc điều khiển

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển FOC áp dụng cho động cơ tuyến tính 2 pha, 2 cuộn dây cấp

nguồn độc lập

3.2 Các phương pháp điều khiển lực (điều khiển dòng điện)

3.2.1 Điều khiển theo phương pháp deadbeat mới

12

Trong mục này tác giả trình bày về cách thiết kế bộ điều khiển dòng stator theo hướng hoàn

toàn mới nhằm đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng như: tách kênh, giá trị dòng điện stator đạt được giá

trị chủ đạo trong khoảng thời gian hữu hạn (FAT) đã được thiết kế thành công theo [1].

Hình 3.2 Sơ đồ khối vòng điều khiển deadbeat dòng điện stator trên tọa độ tựa theo từ thông rotor

1 1

11 1 12 2

1 1 1 1

1 21

1 1

21 1 22 2

1 1 1 1

1 2

1 1

1 1

z P z P z

z P z z P zz

P z z P z

z P z z P z

IR

(3.17)

3.2.2 Điều khiển dự báo MPC

Khác với điều khiển tối ưu truyền thống nơi mà nghiệm tối ưu được thành lập dựa vào giải

các bải toán tối ưu cho trước. Do đó rất khó phản ứng với những thay đổi phi tiền định của hệ thống

ví dụ như nhiễu, sai lệch mô hình… Tín hiệu điều khiển tối ưu theo MPC là một dãy tín hiệu điều

khiển, mỗi phần tử trong dãy đó đại diện cho tín hiệu điều khiển tại thời điểm thứ k nhất định. Bài

toán tối ưu được lặp lại tại sau mỗi chu kì với những thông tin mới nhất về hệ thống. Hình 3.1 dưới

đây mô ta cấu hình cơ bản của hệ thống điều khiển dự báo mô hình.

Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển MPC

Thêm vào đó căn cứ vào tính chất của cơ cấu chấp hành hay cụ thể hơn trong luận án này là

bộ biến đổi và phương thức điều khiển chúng, trong mục này ta đề xuất 2 phương án điều khiển dự

báo được phân biệt dựa vào tính chất liên tục và gián đoạn (hữu hạn) các phần tử trong tập điều

khiển.

13

- Nếu coi điện áp đặt vào 2 cuộn dây động cơ là liên tục, do giới hạn về điều chế dẫn đến điện

áp sẽ nằm trong tập bị chặn, liên tục. Điều này đưa đến phương pháp điều khiển dự báo với

tập điều khiển liên tục (Continuous control set MPC - CCS MPC).

- Nếu xét điện áp tức thời trên động cơ, coi bộ biến đổi là lý tưởng dẫn đến tập điện áp điều

khiển là hữu hạn phụ thuộc vào cấu hình bộ biến đổi. Điều này đưa trên phương pháp điều

khiển dự báo với tập điều khiển hữu hạn (Finite control set MPC - FCS MPC).

Điều khiển dự báo MPC với tập điều khiển liên tục

Hình 3.5 Mặt phẳng điều chế trên trục tọa độ

, theo phương pháp CCS-MPC

Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán bộ điều khiển

CCS-MPC

Để hình thành nên miền điều chế ta sử dụng hệ công thức:

1 2

3 4

: ; ; : ;

: ; ; : ;

s p t

p pt ts p dc t dc s p dc t dc

pulse pulse pulse pulse

p pt ts p dc t dc s p dc t dc

pulse pulse pulse pulse

p t off pulse

T TT TQ U U Q U U

T T T T

T TT TQ U U Q U U

T T T T

T T T T

u u u

u u u u u u

u u u u u u

(3.22)

Điều khiển dự báo MPC với tập điều khiển hữu hạn

14

Với các đối tượng có bản chất gián đoạn như các bộ biến đổi công suất, phương pháp FCS MPC tỏ

ra rất hữu hiệu. Nó cung cấp một cách tiếp cận hoàn toàn khác đối với các bộ biến đổi công suất.

Phương pháp này dựa vào số lượng hữu hạn số tổ hợp van cho phép của bộ biến đổi công suất.

Hình 3.7 Mặt phẳng điều chế trên trục tọa độ

, theo phương pháp FCS-MPC

Hình 3.8 Lưu đồ thuật toán bộ điều khiển FCS-

MPC

3.3 Bộ điều khiển vòng ngoài Min-Max MPC

3.4 Thiết kế thích nghi backstepping

Từ mô hình động cơ (2.49), kết hợp với luật xấp xỉ (3.42) ta thu được hệ phương trình như

sau:

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

sin 2 cos2 sin 2 cos2

2 cos2 sin 2 2 cos2 sin 2

sin 2 cos2 sin 2 cos2

sin 2 cos2 sin 2

d s d e dq dq d q q q q

e d d d e dq dq q

qdd d d dq dq

q s q e d d d d dq dq

u R i A B i L A B i

A B i A B i

didiL A B A B

dt dt

u R i L A B i A B

1 1 1 1

1 1 1 1

cos2

2 cos2 sin 2 2 cos2 sin 2

sin 2 cos2 sin 2 cos2

q p

e dq dq d e q q q

qddq dq q q q

i

A B i A B i

didiA B L A B

dt dt

Viết lại hệ phương trình trên dưới dạng ma trận ta thu được:

15

dq

dq

d

dt

iM u G H (3.43)

Trong đó:

,T T

dq d q dq d qi i u u i u ;

1 1 1 1

1 1 1 1

sin 2 cos 2 sin 2 cos 2

sin 2 cos 2 sin 2 cos 2

d d d dq dq

dq dq q q q

L A B A B

A B L A B

M

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

sin 2 cos 2

sin 2 cos 2

2 cos 2 sin 2

2 cos 2 sin 2

sin 2 cos 2

sin 2 cos 2

e dq dq d

q q q e q q

e d d d

e dq dq qs d

s q e pe d d d

dq dq q e d d

A B i

A B i L i

A B i

A B iR i

R i A B i

A B i L i

G ;H

1 1

1 1

2 cos 2 sin 2

2 cos 2 sin 2

e dq dq d

e q q q

A B i

A B i

Trong mục này tác giả đi thiết kế thích nghi trong trường hợp các tham số về điện cảm trong

công thức (3.42) là không biết trước. Do M M là ma trận xác định dương,

, , , ,dq e dq e G G i H H i , dẫn đến hệ phương trình (3.44),(3.45),(3.46) sẽ có dạng hệ

tam giác dưới như sau

1

2

, ,

e

edq c

p

dq

e dq dq

d

dt

dF

dt m

d

dt

Ei

ih i M u

(3.47)

Trong đó 1, , , , ,e dq dq e dq e h i M G i + H i . Đến đây, ta đủ cơ sở để để tiến hành

thiết kế điều khiển backstepping cho hệ phương trình trên.

Lựa chọn tín hiệu điều khiển ảo tốc độ như sau:

c r k e (3.51)

Với tín hiệu điều khiển ảo dòng điện như sau:

1

qc ci k a e (3.56)

Đến đây, Ta lựa chọn tín điện áp điều khiển:

ˆ 0T

dq dq u Γi G Yξ (3.62)

Và luật thích nghi có dạng:

16

ˆ ˆ T

dq ξ Π ξ Y i (3.63)

Hình 3.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ tuyến tính Polysolenoid theo phương pháp thiết kế thích

nghi backstepping

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Toàn bộ cấu trúc điều khiển vị trí cho ĐCTT dạng polysolenoid đã được trình bày trong

chương 3 bao gồm 2 nhóm phương pháp là MPC và thích nghi backstepping. Trong nhóm phương

pháp MPC tác giả đã thiết kế cấu trúc điều khiển vòng trong, vòng ngoài. Mạch vòng điều khiển

dòng điện được đề xuất với 3 bộ điều khiển chính là deadbeat, CCS-MPC, và FCS-MPC. Với mạch

vòng điều khiển tốc độ và vị trí tác giả sử dụng phương án dùng bộ điều khiển Min-Max MPC. Để

giải quyết vấn đề ảnh hưởng của hiện tượng đầu cuối đến ĐCTT, tác sử dụng phương pháp thiết kế

thích nghi backstepping với việc xấp xỉ ảnh hưởng của hiện tượng đầu cuối thông qua sự thay đổi

trong điện cảm phía stator. Trong phần tiếp theo tác giả sẽ đi trình bày các kết quả mô phỏng và

thực nghiệm để so sánh chất lượng của các phương pháp đềxuất.

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM

Nội dung mô phỏng được thực hiện theo kịch bản sau:

Tín hiệu đặt: xét với quỹ đạo dạng sin và quỹ đạo với vận tốc dạng xung vuông.

Tải tác động: xét với trường hợp động cơ chạy không tải và có tải.

Mô hình động cơ: xét với trường hợp có hiệu ứng đầu cuối và không có hiệu ứng đầu

cuối.

4.1 Kết quả mô phỏng

4.1.1 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng dòng điện FCS-

MPC

Thông số bộ điều khiển dòng điện FCS-MPC:

Chu kì trích mẫu dòng điện 50iT s ; Ma

trận 10 1Q diag ; Thông số bộ điều

khiển tốc độ, vị trí MinMax-MPC: Chu kì trích

mẫu tốc độ 2000wT s ; Ma trận

10 0.01Q diag ; Tầm dự báo 6wN ;

Ma trận phản hồi trạng thái 800 1K ; hệ số

ma sát 0.1fc ; 2pN

Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min

Max-FCS MPC không xét đến ảnh hưởng của

hiệu ứng đầu cuối

17

Hình 4.2 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min

Max-FCS MPC có xét đến ảnh hưởng của hiệu

ứng đầu cuối

Hình 4.6 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min

Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng

sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối

4.1.2 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng

ngoài Min-Max MPC, mạch vòng

điều khiển dòng điện CCS-MPC

Thông số bộ điều khiển dòng điện

CCS-MPC: Chu kì trích mẫu dòng điện

100iT s ; Ma trận 10 1Q diag .

Thông số bộ điều khiển tốc độ, vị trí

MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc độ

2000wT s ;Ma trận 10 0.01Q diag

; Tầm dự báo 6wN ; Ma trận phản hồi trạng

thái 800 1K ; hệ số ma sát 0.1fc ;

1pN .

Hình 4.11 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Min Max-

CCS MPC không xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng

đầu cuối

Hình 4.12 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển

Min Max-CCS MPC có xét đến ảnh hưởng

của hiệu ứng đầu cuối

Hình 4.16 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min

Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin :

có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối

18

4.1.3 Mô phỏng hệ thống với mạch vòng ngoài Min-Max MPC, mạch vòng điều khiển dòng

điện Dead-beat

Thông số bộ điều khiển dòng điện

Dead-beat: Chu kì trích mẫu dòng điện

50iT s ; Bậc của đa thức 1L z bằng

2, 1 2 0.5l l ; Thông số bộ điều khiển tốc

độ,vịtrí MinMax-MPC: Chu kì trích mẫu tốc

độ 2000wT s ; Ma trận

10 0.01Q diag ; Tầm dự báo

6wN ; Ma trận phản hồi trạng thái

800 1K ; Hệ số ma sát 0.1fc .

Hình 4.21 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển

MinMax MPC–Deadbeat không xét đến ảnh

hưởng của hiệu ứng đầu cuối

Hình 4.22 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển

MinMax MPC–Deadbeat có xét đến ảnh

hưởng của hiệu ứng đầu cuối

Hình 4.26 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển Min

Max- Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin:

có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối

4.1.4 Mô phỏng hệ thống bộ điều khiển thích nghi Backstepping

Thời gian trích mẫu 0.15sT ms Thông

số bộ điều khiển thích nghi: 0.01,

50, 0.01;k k 0.1,...,0.1Π = diag ;

500 500Γ = diag

Hình 4.31 Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển

thích nghi backstepping không xét đến ảnh

hưởng của hiệu ứng đầu cuối

19

Hình 4.32 Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển

thích nghi backstepping có xét đến ảnh hưởng của

hiệu ứng đầu cuối

Hình 4.36 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển

thích nghi backsteppingtín hiệu quỹ đạo đặt

dạng sin: có tải, có xét đến hiệu ứng đầu cuối

4.2 Kết quả thực nghiệm hệ thống

Phần thực nghiệm của luận án được trình bày chi tiết ở phần phụ lục. Kịch bản chạy thực

nghiệm sẽ sử dụng quỹ đạo đặt giống như trong mô phỏng. Có hai dạng quỹ đạo được sử dụng là

quỹ đạo hình sin và quỹ đạo có vận tốc dạng bước nhảy.

Hình 4.41 Hệ thống thí nghiệm

Để kiểm nghiệm khả năng hoạt động của bộ điều khiển, tải sử dụng trong khuôn khổ luận án

này là dạng tải thế năng, tức là tải không đổi trong cả quá trình làm việc.

20

Hình 4.44 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển

Min Max-FCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt

dạng sin: có tải

Hình 4.48 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển

Min Max-CCS MPC với tín hiệu quỹ đạo đặt

dạng sin: có tải

Hình 4.52 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển

Min Max-Deadbeat với tín hiệu quỹ đạo đặt

dạng sin: có tải

Hình 4.56 Kết quả thực nghiệm bộ điều khiển

Backstepping với tín hiệu quỹ đạo đặt dạng sin:

có tải

4.3 Nhận xét về các kết quả mô phỏng và thực nghiệm:

Trong các phương pháp đã được trình bày trong luận án được chia ra làm hai nhóm phương

pháp:

Nhóm phương pháp thứ nhất (trong thiết kế điều khiển không xét đến hiệu ứng đầu cuối)

bao gồm: Min max FCS – MPC, Min max CCS – MPC, Min max Deadbeat. Ở trong các phương

pháp này các thông số của bộ điều khiển phải được thiết kế dựa vào các thông số chính xác của

động cơ nên thành phần điện cảm được khai báo trong phần thông số là hằng số.

21

Nhóm phương pháp thứ hai (trong thiết kế điều khiển không xét đến hiệu ứng đầu cuối):

Phương pháp thiết kế thích nghi Back stepping. Luật thích nghi được sử dụng để đối phó lại với giá

trị biến đổi của điện cảm trong quá trình vận hành động cơ.

Bảng 4.1 So sánh chất lượng các bộ điều khiển (+:tốt)

Bộ điều khiển

vòng ngoài

Bộ điều khiển

dòng điện

Độ chính xác

vị trí

Hiệu quả tách

kênh dòng

điện

Năng lực

tính toán

của vi xử lý

Điều kiện

sử dụng

khi thiết kế

Min max

MPC

FCS-MPC + + ++++ Không xét

đến hiệu

ứng đầu

cuối

CCS-MPC ++ ++ +++

Dead beat +++ +++ ++

Thích nghi Back Stepping ++++ ++++ + Có xét đến

hiệu ứng

đầu cuối

Các kết quả về thực nghiệm đã chỉ rõ những ưu điểm của phương pháp thiết kế thích nghi

backstepping mang lại về độ chính xác vị trí cũng như hiệu quả tách kênh của dòng điện.Tuy nhiên

phương pháp thiết kế backstepping ngoài những ưu điểm mang lại còn có hạn chế là năng lực tính

toán của vi xử lý phải đủ lớn.

22

Tổng hợp kết quả

Bảng 4.21. Bảng tổng hợp kết quả sai lệch trung bình mô phỏng và thực nghiệm (x: không; o: có)

Thẳn

g

o

o

0.5

7

1.3

0.4

9

0.9

9

0.4

6

0.6

2

0.1

1

0.3

8

o

x

0.5

2

-

0.4

5

-

0.4

2

-

0.1

1

-

x

o

0.2

1

0.2

9

0.1

5

0.2

5

0.1

5

0.2

4

0.0

5

0.0

67

x

x

0.1

8

-

0.1

4

-

0.1

4

-

0.0

5

-

Sin

o

o

0.5

6

1.2

0.4

8

0.5

3

0.4

5

0.3

2

0.1

0

0.1

9

o

x

0.5

1

-

0.4

5

-

0.4

2

-

0.1

0

-

x

o

0.3

3

0.6

3

0.2

7

0.4

1

0.2

7

0.3

0

0.0

3

0.1

7

x

x

0.2

6

-

0.2

5

-

0.2

5

-

0.0

3

-

Quỹ đ

ạo

Tải

Hiệ

u ứ

ng

Mô p

hỏng

Thự

c ngh

iệm

Mô p

hỏng

Thự

c ngh

iệm

Mô p

hỏng

Thự

c ngh

iệm

Mô p

hỏng

Thự

c ngh

iệm

Trư

ờng h

ợp

FC

S

CC

S

Dea

dbea

t

Bac

kst

eppin

g

23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

A. Kết luận

Động cơ tuyến tính đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMLSMLM) ngày càng được sử dụng rộng

rãi trong công nghiệp bởi các tính chất như cung cấp trực tiếp chuyển động thẳng, mật độ công suất

cao, bền bỉ và chính xác. Hiện ứng đầu cuối (end effect) là hiện tượng đặc trưng có ở động cơ tuyến

tính khác với động cơ quay do cấu tạo hình học đặc thù với kết cấu mạch từ hở. Hầu hết các phương

pháp điều khiển đã được áp dụng vào động cơ tuyến tính đa phần đều bỏ qua hiệu ứng đầu cuối

trong cấu trúc điều khiển. Trước những tồn tại đó luận án đã tập trung nghiên cứu động cơ tuyến

tính kích thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid khi xét đến hiệu ứng đầu cuối trong mô hình hóa và

thiết kế điều khiển. Động cơ Polysolenoid là một trường hợp riêng của động cơ tuyến tính kích

thích vĩnh cửu có kết cấu dạng hình ống đặc biệt phù hợp với đối tượng robot song song như

hexapod. Thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu đề ra của đề tài luận án được cấu trúc lần lượt theo trình

tự: Tìm hiểu tổng quan về động cơ tuyến tính về nguyên lý cấu tạo, nguyên lý vận hành, các ứng

dụng trong thực tiễn của động cơ, các phương pháp điều khiển phía trước đã được áp dụng cho đối

tượng công nghệ này. Tất cả những điều đó với mục đích tạo ra một bức tranh tổng quan về tình

hình nghiên cứu đến thời điểm hiện tại từ đó định hướng con đường đi tiếp theo và đồng thời phục

vụ cho phần tiếp theo của luận án là thực hiện mô hình hóa động cơ Polysolenoid. Là một trường

hợp riêng của động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu khi mô hình hóa luận án đã đi xây dựng

phương pháp mô hình hóa tổng quát cho động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu từ đó đi vào trường

hợp riêng là động cơ Polysolenoid. Từ khối kiến thức tổng quát mô hình của động cơ Polysolenoid

được thành lập và được bổ xung thêm thành phần hiệu ứng đầu cuối trong mô hình toán học. Công

việc tiếp theo được thực hiện là đi vào bài toán thiết kế điều khiển được thực hiện với các phương

pháp điều khiển cho cả trường hợp xét đến hiệu ứng đầu cuối và không xét đến hiệu ứng đầu cuối

trong mô hình toán học. Các kết quả mô phỏng trên máy tính và thực nghiệm trên bàn thí nghiệm

được xây dựng để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu đã được thực hiện để kiểm chứng tính đúng

đắn của lý thuyết xây dựng.

Kết quả nghiên cứu của luận án đạt được một số điểm đóng góp mới như sau

Luận án là đã xây dựng được mô hình toán học của động cơ Polysolenoid có xét đến

hiệu ứng đầu cuối thích hợp cho công tác thiết kế điều khiển. Mô hình có xét đến hiệu ứng đầu cuối

của động cơ Polysolenoid được xây dựng trên cơ sở mạch từ tương đương (MEC), dựa trên cách

quy đổi mạch từ về mạch điện, các giá trị điện trở tương đương được tính toán và sau đó đưa ra mô

hình mạch điện tương đương, thể hiện các diễn biến từ thông thông qua giá trị điện cảm của động

cơ phụ thuộc vào vị trí của phần thứ cấp. Tiếp theo đó từ mô hình mạch tương đương, tác giả

chuyển về mô hình phương trình vi phân của động cơ tuyến tính KTVC dạng Polysolenoid trên hệ

24

tọa độ dq. Kết quả thu được là hệ phương trình vi phân và sơ đồ cấu trúc của động cơ tuyến tính

KTVC dạng Polysolenoid có xét đến hiệu ứng đầu cuối được sử dụng trong điều khiển.

Đóng góp tiếp theo luận án là đã thiết kế được bộ điều khiển thích nghi backstepping

(cấu trúc điều khiển một mạch vòng) dùng để xử lý hiệu ứng đầu cuối của động cơ Polysolenoid.

Điểm đóng góp cuối cùng của luận án: Thiết kế được cấu trúc điều khiển hai mạch

vòng trong đó mạch vòng trong điều khiển lực (mạch vòng dòng điện) sử dụng các phương pháp

điều khiển Dead-beat, CCS-MPC, FCS-MPC; Mạch vòng ngoài điều khiển tốc độ và vị trí sử dụng

bộ điều khiển Min-max MPC. Các nhóm phương pháp này trong thiết kế điều khiển không xét đến

hiệu ứng đầu cuối trong mô hình toán học nhưng là những phương pháp có ưu thế về mặt động học

và có khả năng giảm bớt khối lượng tính toán cho vi điều khiển. Các phương pháp này sẽ được sử

dụng để so sánh đánh giá chất lượng với phương pháp điều khiển Backstepping trong thực nghiệm.

Điều này là phù hợp vì khi tiến hành thực nghiệm thì đối tượng ở đây là động cơ thực (với các bản

chất vật lý là hiệu ứng đầu cuối luôn tồn tại) chất lượng các bộ điều khiển đều phải đáp ứng với đối

tượng thực chứ không phải chỉ trên mô hình toán trong mô phỏng.

B. Kiến nghị

Luận án đã giải quyết được các mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu đề ra có một số đóng góp mới

song trên nền tảng kế thừa các kết quả đã đạt được luận án có thể mở ra các hướng nghiên cứu tiếp

theo cụ thể như sau:

Tiếp tục nghiên cứu các thuật toán điều khiển phi tuyến cho động cơ tuyến tính kích

thích vĩnh cửu dạng Polysolenoid trên cơ sở mô hình toán học đã đề xuất và triển khai vào thực

nghiệm.

Tiếp tục nghiên cứu xây dựng các phương pháp đo để xác định chính xác giá trị thay

đổi của điện cảm của động cơ trong quá trình vận hành. Việc thành công trong phương pháp nhận

dạng giá trị điện cảm này sẽ cung cấp cho ta một bảng số liệu về giá trị của điện cảm trong hành

trình chuyển động (LUT), việc truy xuất giá trị điện cảm để bổ xung trực tiếp vào mô hình toán sẽ

giải quyết được đặc điểm riêng về hiệu ứng đầu cuối của động cơ tuyến tính. Khi đó việc thiết kế

điều khiển sẽ sử dụng được hoàn toàn các kết quả nghiên cứu về điều khiển cho động cơ xoay chiều

đồng bộ cho động cơ tuyến tính kích thích vĩnh cửu.

Triển khai các kết quả nghiên cứu về động cơ Polysolenoid cho các hệ thống robot song

song cụ thể là hệ Hexapod, điều khiển tay máy công nghiệp.