Tổng hợp hệ truyền động bám sát công suất nhỏ trong khí tài quân sự với động cơ chấp hành xoay chiều không đồng bộ hai pha điều khiển véc tơ

Bài viết trình bày các kết quả nghiên cứu xây dựng hệ truyền động bám công suất nhỏ sử dụng động cơ không đồng bộ hai pha với mô hình đối tượng trên khí tài quân sự có chứa mối liên hệ ràng buộc giữa kênh tầm và kênh hướng với các thành phần bất định.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp hệ truyền động bám sát công suất nhỏ trong khí tài quân sự với động cơ chấp hành xoay chiều không đồng bộ hai pha điều khiển véc tơ Nghiên cứu khoa học công nghệ TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG BÁM SÁT CÔNG SUẤT NHỎ TRONG KHÍ TÀI QUÂN SỰ VỚI ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ HAI PHA ĐIỀU KHIỂN VÉC TƠ Lê Văn Duyên1*, Hoàng Quang Chính2, Tạ Quốc Yên2, Phạm Văn Thuân3 Tóm tắt: Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu xây dựng hệ truyền động bám công suất nhỏ sử dụng động cơ không đồng bộ hai pha với mô hình đối tượng trên khí tài quân sự có chứa mối liên hệ ràng buộc giữa kênh tầm và kênh hướng với các thành phần bất định. Chiến lược điều khiển véc tơ định hướng từ thông rotor gián tiếp được thực hiện với bộ nghịch lưu PWM hai nhánh cùng các bộ điều khiển vị trí PD, bộ điều khiển tốc độ PID và bộ điều khiển rơ le dòng điện để điều khiển động cơ không đồng bộ (KĐB) hai pha nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy khi làm việc của hệ truyền động điện bám vị trí. Từ khóa: Động cơ không đồng bộ hai pha, Truyền động bám vị trí. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trên các trang bị quân sự hiện nay có khá nhiều hệ truyền động bám vị trí cũng như các hệ ổn định với công suất nhỏ, đòi hỏi độ chính xác cao như các hệ truyền động của hệ thống quang điện tử, quang truyền hình; hệ bám pháo tàu, hệ bám ra đa chỉ thị mục tiêu, bệ phóng tên lửa… Thực tế, với cấu trúc phần cơ của hệ truyền động có chứa nhiều kênh chuyển động khác nhau (như kênh tầm và kênh hướng) là rất phức tạp khi có xét đến các yếu tố đàn hồi, khe hở, ma sát của bộ truyền động cũng như ảnh hưởng của hiệu ứng lực Coriolis và tác động qua lại giữa động học các kênh chuyển động. Mô hình hệ thống điều khiển đối tượng với 2 kênh tầm hướng giống như mô hình hệ robot 2 khâu. Hiện nay, hầu hết các nghiên cứu trong thực tế, người ta mới chỉ dừng lại ở việc xét đến yếu tố khe hở, đàn hồi và ma sát của bộ truyền động và biểu diễn động học của từng kênh chuyển động độc lập nhau chứ chưa xây dựng được một mô hình động học đầy đủ của hệ thống với các yếu tố tác động nêu trên [1], [2], [3]. Điều này làm cho việc mô hình hóa hệ thống được đơn giản nhưng sẽ làm mất tính tổng quát và giảm độ chính xác của hệ thống. Tuy nhiên, đối với các hệ thống bám của khí tài quân sự đòi hỏi độ chính xác cao và đặc biệt đối với các hệ truyền động bám có công suất nhỏ thì các vấn đề nêu trên cần phải được đánh giá kỹ lưỡng vì việc bỏ qua các thành phần này sẽ gây ra sai số khá lớn, ảnh hưởng tới chất lượng bám của hệ thống. Mục tiêu của bài báo này là nghiên cứu xây dựng mô hình và mô phỏng cấu trúc động học hệ truyền động điện bám vị trí của đối tượng với mô hình đầy đủ hai kênh động học tầm và hướng. Mô hình điều khiển đề xuất sử dụng động cơ KĐB hai pha theo thuật toán điều khiển véc tơ định hướng từ thông rotor gián tiếp cùng với bộ nghịch lưu nguồn áp với cấu trúc đơn giản chỉ gồm hai nhánh IGBT. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ THỐNG BÁM GÓC HAI KÊNH ĐIỀU KHIỂN VÉC TƠ ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU HAI PHA Truyền động điện bám công suất nhỏ trên cơ sở ứng dụng động cơ KĐB hai pha được sử dụng phổ biến trong khí tài quân sự, công nghiệp, thương mại cũng như các thiết bị gia dụng. Động cơ loại này có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, hiệu suất khai thác cao, dễ dàng chăm sóc, bảo quản, bảo dưỡng và có tuổi thọ lớn. 2.1. Mô hình động học của đối tượng với 2 kênh điều khiển Hệ thống truyền động bám khí tài quân sự nói chung là một hệ thống điện cơ phức tạp, bao gồm nhiều khâu chuyển động liên kết với nhau, gồm động cơ chấp hành, bộ truyền Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 50, 08 - 2017 19  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử động và cơ cấu công tác. Phần cơ của hệ truyền động khi có xét đến yếu tố đàn hồi, khe hở và ma sát được mô tả bởi một hệ hai khối lượng [1], [2], [3]. Đây là một mô hình rất phức tạp, có chứa các thành phần phi tuyến bất định. Mô hình của đối tượng là tổng hợp mô hình phần cơ và mô hình động cơ KĐB hai pha điều khiển véc tơ. Mô hình động học phần cơ của đối tượng có chứa hai kênh chuyển động đó là kênh tầm và kênh hướng. Trong quá trình hoạt động, luôn có sự tác động chéo giữa hai kênh với nhau. Khi chưa kể đến động học của động cơ chấp hành, mô hình của đối tượng điều khiển giống mô hình robot hai khâu với hai bậc tự do có dạng tổng quát có dạng: ( ) ̈ + ( , ̇) ̇ + ( ) + ( ) = (1) trong đó, M(q) là ma trận mô men quán tính, ( , ̇ ) là ma trận kể đến lực Coriolis và ma sát tốc độ, G(q) là ma trận trọng lực, D(q) là ma trận mô men các loại nhiễu, T là mô men phát sinh từ động cơ chấp hành. Phương trình động học của kênh truyền động tầm: Đối với động học kênh tầm, ngoài thành phần mô men cản (TcT) do khối lượng truyền động của kênh tầm gây ra thì còn các thành phần mô men trọng lượng (TG), mô men gây ra do ma sát nhớt, mô men gây ra do thành phần lực Coriolis do chuyển động theo của kênh tầm trên kênh hướng (Tco) gây ra. Phương trình động học của kênh tầm được viết như sau: d t Jt  T1  TcT  Tco  TG  ktt (2) dt trong đó, Jt là mômen quán tính kênh tầm; T1 là mô men được truyền từ trục của bộ truyền động; t là tốc độ góc của kênh tầm; kt là hệ số ma sát nhớt kênh tầm. Phương trình động học kênh hướng: Ta viết phương trình bảo toàn năng lượng của hệ truyền động áp dụng cho kênh truyền động hướng như sau: d h Jh  T2  TcH  k hh (3) dt trong đó, J h là mô men quán tính của kênh hướng khi có xét đến ảnh hưởng của góc quay kênh tầm quy đổi về trục quay của tải;  h là tốc độ góc ...