Một phương pháp nhận dạng mô hình hệ thống điều khiển sử dụng hệ truyền động điện servo đồng bộ

Bài viết đề xuất phương pháp xác định hàm truyền đạt của hệ truyền động điện servo đồng bộ sau khi đã được lắp đặt hoàn chỉnh bằng công cụ phân tích hệ thống. Thông qua thực nghiệm chủ động, dữ liệu thu được từ đặc tính biên độ - tần số và pha - tần số được đưa vào MATLAB để xây dựng hàm truyền.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một phương pháp nhận dạng mô hình hệ thống điều khiển sử dụng hệ truyền động điện servo đồng bộ Điều khiển – Tự động hóa Một phương pháp nhận dạng mô hình hệ thống điều khiển sử dụng hệ truyền động điện servo đồng bộ Hoàng Văn Quyết, Phạm Chí Thành, Dương Minh Hiếu, Vũ Quốc Huy*Viện Tự động hóa Kỹ thuật quân sự, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.* Email: maihuyvu@gmail.comNhận bài: 15/9/2023; Hoàn thiện: 08/11/2023; Chấp nhận đăng: 15/11/2023; Xuất bản: 10/12/2023.DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FEE.2023.64-70 TÓM TẮT Bài báo đề xuất phương pháp xác định hàm truyền đạt của hệ truyền động điện servo đồng bộsau khi đã được lắp đặt hoàn chỉnh bằng công cụ phân tích hệ thống. Thông qua thực nghiệm chủđộng, dữ liệu thu được từ đặc tính biên độ - tần số và pha - tần số được đưa vào MATLAB để xâydựng hàm truyền. Kết quả nghiên cứu được thực nghiệm với hệ truyền động điện servo của hãngDelta cho thấy, hàm truyền nhận được có đặc tính Bode so khớp MSE với đặc tính Bode thực tế.Từ khoá: Nhận dạng hệ thống; Phân tích hệ thống; Đặc tính tần số; Hàm truyền đạt. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, hệ truyền động servo được ứng dụng trong nhiều hệ thống điều khiển bám. Xuhướng sử dụng hệ truyền động động cơ đồng bộ và bộ khuếch đại công suất đi kèm được sửdụng ngày càng phổ biến, ví dụ như hệ thống truyền động tầm, hướng của đài quan sát quangđiện tử bắt bám mục tiêu; hệ truyền động tầm, hướng của các hệ thống điều khiển hỏa lực [1].Với lợi thế được tích hợp sẵn một số thuật toán như PI, PID, PIDV, Feed Forward trong bộkhuếch đại công suất, người thiết kế hệ thống chỉ cần điều chỉnh một số tham số trong vòng điềukhiển mô men và vòng điều khiển tốc độ sẽ có đáp ứng tốc độ tốt nhất. Nhiệm vụ còn lại là tổnghợp thuật toán điều khiển vị trí vòng ngoài để đạt được chất lượng bám theo yêu cầu. Để tổnghợp thuật toán điều khiển hệ thống dạng này, quá trình thiết lập hàm truyền theo phương pháptuyến tính hóa nhờ phân tích lý thuyết sẽ khá phức tạp do việc xác định thông số của hệ truyềnđộng điện cần một số ước tính và giả định; thêm nữa không thể bỏ qua ảnh hưởng của mô-menma sát, khe hở và sự tính toán không chính xác. Đối với hệ thống điều khiển tuyến tính, các đặctính động của hệ thống chủ yếu được phân tích trong miền thời gian và miền tần số. Vì vậy, đa sốcác hãng cung cấp đều đưa ra bộ công cụ phân tích hệ thống và thiết lập tham số điều khiển chobộ khuếch đại công suất. Theo đó, công cụ phân tích hệ thống cho phép vẽ đặc tính biên tần vàpha tần đối với định lượng tải khác nhau. Để nhận dạng hàm truyền theo đặc tính biên độ và pha trong miền tần số, một số học giả đãđưa ra các phương pháp nhận dạng khác nhau. Nghiên cứu [2] đã đề xuất phương pháp xây dựngcác hàm truyền của các thành phần cơ bản, thành phần hàm truyển bù sai lệch tương ứng khi xảyra sai lệch của các vòng phản hồi tốc độ, vị trí hay phản hồi dòng điện, sau đó áp dụng các luậttổng hợp để xây dựng hàm truyền tương đương của hệ thống [3, 4]. Phương pháp này thuần túylý thuyết và khó có thể xác định chính xác tham số của hàm truyền. Trong [5-7], các tác giả đãxác định điểm cực và điểm zero dựa vào tính chất biến thiên của chúng về biên độ và pha theotần số nhờ phân tích trực tiếp trên biểu đồ Bode. Phương pháp này chỉ hiệu quả đối với cácđường cong đơn giản khi các điểm cực và điểm zero là trực quan. Bài báo tiếp cận nhận dạng mô hình hệ thống điều khiển bằng việc khai thác tối đa bộ công cụphân tích hệ thống được hãng cung cấp, qua đó nhận được dữ liệu và biểu diễn trực quan đặctính biên tần, pha tần. Sau đó, sử dụng phần mềm Matlab để xây dựng hàm truyền đạt trên cơ sởso khớp MSE. Đây là phương pháp thực nghiệm chủ động, cho phép nhận dạng hệ thống sau khiđã lắp đặt hoàn chỉnh, do đó, kết quả nhận được phản án chính xác nhất các tham số của hệ thốngđiều khiển, làm cơ sở để tổng hợp vòng điều khiển vị trí.64 H. V. Quyết, …, V. Q. Huy, “Một phương pháp nhận dạng … truyền động điện servo đồng bộ.”Nghiên cứu khoa học công nghệ 2. THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG HÀM TRUYỀN ĐẠT CỦA HỆ THỐNG2.1. Mô tả phần cứng hệ thống thực nghiệm nhận dạng chủ động Hình 1 thể hiện cấu trúc cơ bản hệ thống điều khiển servo gồm 3 vòng điều khiển: vòng dòngđiện, vòng tốc độ và vòng vị trí. Bộ điều khiển giải mã tín hiệu vị trí và đặt lệnh điều khiển đưavào bộ khuếch đại công suất để điều khiển chuyển động của tải. Các dữ liệu được bộ khuếch đạicông suất thu thập ở mỗi tần số khác nhau; dữ liệu biên độ - tần số và pha - tần số của hệ thốngđược tính toán và sơ đồ Bode được biểu diễn trực quan trên giao diện phần mềm của hãng. Từđó, dựa vào dữ liệu miền tần số chúng ta có thể xác định hàm truyền của hệ thống bằng chươngtrình tính toán ước lượng hay bằng ph ...