BỘ CƠNG THƯƠNG

_

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH

BAO CAO TONG KET DE TAI KHOA HOC
KET QUA THUC HIEN DE TAI _
NGHIÊN CUU KHOA HOC CAP TRUONG

Tên đề tài: “ Điều khiển thich nghi bên vững có cẩu trúc mơ hình tiểu ndo cho 6
từ có câu trúc nguyên khôi ”

Mã số đề tài: 22/1D01

Chủ nhiệm đề tài: LÊ NGỌC HỘI

Đơn vị thực hiện: Khoa Công Nghệ Điện


LOI CAM ON
Trong suốt q trình nghiên cứu, hồn thiện đề tài, tơi gặp phải một số khó khăn do
đề tài này được thực hiện trong giai đoạn dịch bệnh Covid 19, kinh nghiệm nghiên cứu khoa
học còn hạn hẹp.

Các nghiên cứu về mơ hình tốn học và điều khiến cho ơ từ có cấu trúc ngun khối

là khá ít. Hơn nữa tài liệu về thiết kế bộ điều khiển thích nghi bền vững có cấu trúc mơ hình
tiêu não (RACMAC - Robust adaptive cerebellar model articulation eontroller) ở từ chủ
động nói chung, ơ từ ngun khối nói riêng ở trong và ngồi nước hầu như chưa có cơng
trình nảo cơng bố, chưa có nhiều cơ hội được tiếp xúc với hệ thống ễ đỡ từ trên thực tế... Vì

vậy, để hồn thành được đề tải này, tơi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công

Nghiệp Thành Phế Hồ Chí Minh tạo điều kiện cấp kinh phí cho tơi thực hiện nghiên cứu
này, sự giúp đỡ của các cán bộ Phòng Quản lý Khoa học và Hợp tác quốc tế, các thầy cô

Khoa Công Nghệ Điện Trường Đại học Cơng Nghiệp Thành Phố Hề Chí Minh nơi tơi đang
cơng tác đã hướng dẫn tạo mọi điều kiện trong suốt q trình nghiên cứu.
Ngồi ra tơi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong viện Kỹ thuật Điều
khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nơi tôi đang làm nghiên cứu sinh

đã giúp đỡ tơi hồn thành đề tài này.


PHAN I. THONG TIN CHUNG
I. Thông tin tổng quát
1.1. Tên đề tài: “ Điều khiển thích nghỉ bên vững có cấu trúc mơ hình tiểu não cho Ơ từ có
câu trúc nguyên khôi ”

1.2. Mã số: 22/1D01

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
TT

Họ và tờn



.

(hc hm, hoc vi)


ơ

.

ox.

ƠR

n v cụng tỏc

Vai trũ thc hin đề tài

.

.

a

.

1

ThS. Lê Ngọc Hội

Khoa Công Nghệ Điện

Chủ nhiệm đề tài

2


TS. Ngô Thanh Quyền

|Khoa Công Nghệ Điện

Tham gia

1.4. Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng Nghệ Điện
1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 08 năm 2022 đến tháng 08 năm 2023
1.5.2. Gia hạn đến:
tháng 02 năm 2024
1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 08 năm 2022 đến tháng I1 năm 2023.

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Khơng
Và tục tiêu, nội dụng, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tỔ chức thực hiện; Nguyên
nhân; Y kiên của Cơ quan quản lý)
1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của để tài: 50 triệu đồng.
II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề
Ö đỡ từ gắn liền với lịch sử ra đời của máy móc có các cơ cấu chuyên động. Trong suốt
chiều dài lịch sử này, có rất nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng. giảm
thiểu ma sát của ô đỡ từ. Gần đây, với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển và công nghệ
bán dẫn, ô từ đã dần thay thế ơ bi truyền thống trong các hệ thống địi hỏi chất lượng truyền
động cao, độ ồn nhỏ, hoặc những ứng dụng đặc biệt khơng được có sự xuất hiện của dầu bôi
trơn, bằng cách sử dụng lực từ trường, ô từ có khả năng nâng vật chuyển động mà không
cần tiếp xúc [1]. Trong số ô đỡ từ được giới thiệu hiện nay thìơơ từ chủ động giành được sự
quan tâm rất nhiều do lực nâng lớn và lực nâng này có thê được điều khiến thơng qua việc

điều khiến dịng điện cấp ch từ. Tuy nhiên đối với ô từ chủ động có cấu trúc nguyên khối
cho đến nay CĨ rất Ít cơng trình nghiên cứu về điều khiển. Ngun lý cơ bản của ơ từ chủ
động có cầu trúc nguyên khối một cực được thê hiện như hình 0.1:


Hình 0.1: Ơ từ hình C câu tạo ngun khối
Cầu trúc của ơ từ chủ động có câu trúc ngun khôi pôm 2 bd phan chinh la stator va rotor,
rotor cua 6 từ được câu tạo nguyên khôi găn trực tiệp vào trục can nang, con stator được cầu

tạo nguyên khối.
- Về mơ hình tốn học:

Mach tir (stator và rotor) của ô đỡ từ thường được ghép bằng các lá thép kỹ thuật để giảm

tốn hao địng xốy khi có từ thông biến thiên trong trong vật liệu sắt từ. Tuy nhiên, déi voi 6
từ đọc trục trong một số ứng dụng các cơ cầu chấp hành thường cấu tạo nguyên khối. Đặc
biệt, do yêu cầu về độ bên cơ học nên rotor của Ô từ đọc trục thường được câu tạo nguyên

khối. Ngoài ra, do mỗi quan tâm về chi phí nên các cơ câu chấp hành của ơ đỡ từ được cầu
tạo nguyên khối. Trong các ứng dụng của ô đỡ từ câu tạo nguyên khối hoạt động khi có từ
trường biến thiên trong cơ cấu chấp hành, địng xốy sẽ ảnh hướng sâu sắc đên hoạt động

của cơ cầu chấp hành và phải được xem xét trong mơ hình hóa hệ thống và thiết kế bộ điều
khiến.
Theo nghiên cứu về mơ hình tốn học ổ từ đọc trục câu trúc nguyên khôi, nghiên cứu được

báo cáo đầu tiên về mơ hình phân tích một ơ từ đọc trục câu trúc nguyên khối được thực
hiện bởi Zmood

[19], người đã đưa ra được mơ hình tốn học cho ơ từ hình chữ C cầu trúc


ngun khối có tỷ lệ giữa chiều rộng cực và chiều cao cực lớn. Trong mơ hình này Zmood

đã sử dụng mơ tả từ trường một chiều cho câu trúc các lá thép kỹ thuật điện ghép lại được
đưa ra trong [20]
_ ,, cosh (œ y)

H =H

aay

(0.1)


NI

Trong dé: H, =

La (x)

của cuộn dây,7

là độ lớn (biên độ) của cường độ từ trường bề mặt, N là số vòng dây

là dòng điều khiển, Ly (x)là chiều dài hiệu dụng của mạch từ, x là chiều dải

khe hở khơng khí,z =,/sou, sla toan tt laplace, o 1a d6 dan dién, Ht la dé ter thấm của vật

liệu và ö là một nửa của chiều cao cực từ. Từ thơng khe hở khơng khí có liên quan đến
dịng điều khiển đã được đưa ra:


o(s)=p(x)N

tanh(@b)

1(s)

(0.2)

Trong đó: (s)là thơng lượng khe hở khơng khí, p(x) = ỨC
eff

, .4=4ab, a là một nửa
x

da tao ra mét mé hinh bac dau tién bang cach sử dụng

chiéu rộng cực, với a>>b. Zmood

xap xi:
1+s|l-—=

"...

(0.3)

2

Trong dé: 7 = sane
a


Một cơng bố thứ hai về mơ hình phân tích của ơ từ hình chữ C cấu trúc ngun khối đã
được trình bày bởi Feeley [21]. Trong cơng bố này Feeley đã áp dụng mô tả từ trường hai
chiều cho một thanh dài hình chữ nhật được trình bày trong [20] như sau:

cosh (az)

B(y.2)=

cosh (ab)
sự (x)
n

Er

A

4a?

(2n-l)z

Gale

2

(04)

—=————SIn"————

cos


8, cosh ( 8,„4)

.

2

Trong công thức (0.4), đị„ = ở

2

(2n-1) x?

rT

nla

cosh (2

2b

`

)

mv

`

ĐÀ


.

ER

+ Trong trường hợp này chiêu rộng và chiêu

cao của cực từ được phép có độ lớn chênh lệch nhau khơng q nhiều. Mơ hình từ thơng
khe hở khơng khí được đưa ra:

ø(s)

_ HAN

tanh(ab)

pat | mnt

Tương tự như cách làm của Zmood.

<

‘lon eB

a? tanh(f,,@)

đạm

r


(s)

T

(0.5)

Sau khi bỏ qua số hạng tổng trong công thức (0.5),

Feeley đã áp dụng một phép tính gần đúng đặc biệt dẫn đến một mơ hình giải tích đơn giản:


LAN

ls)

1

oe}

.

Mặc dù các mơ hình giải tích (0.3) và (0.6) đưa ra trong [9] và [II] kha don giản, nhưng
theo như các cơng trình Lei Zhu và Carl R. Knsope đã chỉ ra rằng, độ chính xác của chúng
khá kém. Lý do chính là trong cả hai bài báo, các tác giả đều giả định rằng cấu hình của mật
độ từ thông trong một mặt cắt ngang của khe hở khơng khí giếng như trong mặt cắt ngang
của phần tử sắt. Đây là một giả định chỉ đúng cho phân tích tĩnh nhưng khơng đúng cho
trường hợp từ trường biến thiên theo thời gian, tức là dịng xốy sinh ra trên cơ cấu chấp
hành khi có dịng điện biến thiên cấp vào hai đầu cuộn dây stator.
Kueera và Ahrens [22] đã trình bày một mơ hình giải tích cho ễ từ dọc trục hình trụ cấu trúc


nguyên khối vào năm 1995. Các tác giả này đã chia bộ truyền động thành các dạng hình học
cơ bản và sử dụng nghiệm của phương trình Maxwell cho một tắm bán vơ hạn dé tính gần
đúng sự phân bế từ thơng trong từng phần. Từ đó, các tác giả đã phát triển một dạng tổng
qt của phương trình từ thơng:

6(5)= Ai, s,H„

tanh (z„ )
Yn

(0.7)

Trong đó rn là số phần tứ, sau đó các tác giả đã kết hợp các mơ hình từng phần trên tạo ra
một mơ hình phân tích tổng:
1
1
s}=#¿AN————————
+——
ap tanh(y)

6(s)= HAN
Trong đó: a, = 4, 2x
fe

ly

0.8
(0.8)

I, la chiều đài của phần tử sit. Theo Kucera va Ahrens [12], cdc tac


giả đã trình bày các kết q phân tích mơ tả mối quan hệ dịng điện-lực từ tương ứng đối với
stator hình trụ và hình chữ C. Tuy nhiên tác giả cho rằng mật độ từ thơng khe hở khơng khí
khơng phụ thuộc vào tần số của trường điều hòa. Hơn nữa, tham số đ trong mơ hình tốn
học phân tích này phải được xác định từ kết quả thực nghiệm, nó là tham số có định, khơng

phụ thuộc vào hình dạng và vật liệu của cơ cấu chấp hành. Do đó, kết quả này khơng phù
hợp với việc tối ưu hóa thiết kế cơ cấu chấp hành ổ từ dọc trục.

Mặc dù các cơng trình của Lei Zhu và Carl R. Knsope đã trình bày khá chỉ tiết mơ hình tốn
học hỉnh trụ và đưa ra mơ hình tốn học khá chính xác so với mơ hình lý tưởng và lực từ
phụ thuộc vào tần số của trường biến thiên. Đối với mơ hình tốn học ổ từ hình C các tác

giả chỉ đưa ra được kết quả, các bước xác định cụ thể các tác giả khơng trình bày cụ thể.
Tuy nhiên đối với mơ hình tốn học hình E có tổn hao từ thơng tán nhó hơn và mở rộng
đường từ thơng so với ơ từ hình C thì các tác giá chưa đưa ra và đặc biệt mô hình tốn học
các tác giả chỉ đưa ra chỉ ở dạng trên miễn tần số đối với trường hợp một cực từ, mơ hình
5


tốn học trên miền thời gian nói chung, mơ hình đối với trường hợp một cặp cực trở lên
chưa có cơng trình nào cơng bố.
Mục tiêu tổng qt: Xây dựng mơ hình tốn học ổ từ cấu trúc ngun khối 1 bậc từ đo. Phân

tích các đặc điểm mơ hình tốn học, từ đó đề xuất bộ điều khiển thích nghi bền vững có cấu
trúc mơ hình tiểu não được thể hiện như Hình 0.2.
Mục tiêu cụ thể:

- Xây dựng thành cơng mơ hình tốn học trên miền thời gian của ô từ cấu trúc nguyên khối
và đưa ra được tông nhiều phi tuyên.


- Xây dựng cấu trúc điều khiển RACMAC, trong đó bộ điều khiển CMAC đóng vai trị

đóng vai trò ước lượng nhiêu phi tuyên và bộ điêu khiên bên vững đóng vai trị bù sai sơ.

Ị
|Ị
||
|

|

Ị

|
Ị_
1

\

e

0.

CMAC

:
`.

| [Mele

| [MS
Ị

Be

1

\

Ị

{

{
Ị

O do tir (AMB)

_

iéu Khién|
bén ving

Dot

Ị Robust adaptive cerebellar model articulation controlle ‡
(RACMAC)
{

A


|

|

|t

i|

Ị

_t—

Ị|

tà

ỊI
|

1

Ị
|

1|

t
'


i'

it

aeghi
ee

:

Khuếch đại!
cơng suất

I

''

:

tà

tt

it

11

|

'


Tg=mg-Fi,

H
LÍ

lãi

{

I

|
I
|

Hinh 0.2: Cau tric hé théng diéu khién RACMAC cho 6 tt hinh C cau tric nguyên khối
3. Phương pháp nghiên cứu
3.1 Noi dung: Tong quan cac nghiên cứu liên quan đến mơ hình tốn học và điều khiển
ô từ cầu trúc nguyên khối.

- Cách tiếp cận:
Thu thập tài liệu liên quan
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng:
Nghiên cứu tong quan.
- Kết quả dự kiến:
Tổng quan về mơ hình tốn học và điều khiển ổ từ có cấu trúc nguyên khối.
3.2 Nội dung: Xây dựng mơ hình tốn học của ỗ từ cấu trúc nguyên khối.
- Cách tiếp cận:

Dựa trên các định luật, định lý vật lý cơ bản và các nghiên cứu đã được cơng bồ về ơ từ có

cấu trúc ngun khối.
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng:

Tựa trên các định luật, định lý vật lý cơ bản như định luật II Newton, các nghiên cứu đã

công bố về ổ từ cầu trúc nguyên khối, từ đó áp đụng các phép biến đổi tương đương.


- Kết quả dự kiến:

Mơ hình tốn học của ổ từ cấu trúc nguyên khối 1 bậc tự do.

3.3 Nội dung: Thiết kế bộ điều khiến thích nghỉ bền vững có cầu trúc mơ hình tiểu não
cho ỗ từ ngun khối 1 bậc tự do.
- Cách tiếp cận:
Dựa trên đặc điểm mơ hình tốn học như mơ hình có chứa thành phần bất định như là tổng

nhiễu phi tuyến, từ đó dé xuất giải thuật điều khiến.
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng:

Dựa trên đặc điểm mơ hình tốn học đưa ra thành phần chính là bộ CMAC

đóng vai trị ước

lượng nhiễu phi tuyến: Nhiễu tải bên ngồi, nhiễu do thành phần bất định của mơ hình,
thành phần do tên hao địng xốy, từ đó đưa ra luật điều khiển chính xấp xi luật điều khiến
lý tưởng và bộ điều khiển bù bền vững, ngồi ra cịn sử dụng mặt trượt và luật điều khiển

thích nghĩ.
- Kết quá dự kiến:

Bộ điều khiến thích nghi bền vững có cấu trúc mơ hình tiểu não cho ơ từ ngun khối 1 bac
tự do.

3.4 Nội dung: Chứng
- Cách tiếp cận:
Dựa trên lý thuyết ôn
- Phương pháp nghiên
Dựa trên lý thuyết ôn

minh tính ơn định của hệ kín
định Lyapunov
cứu, kỹ thuật sử dụng:
định Lyapunov để tìm ra luật điều khiến thích nghi và chứng minh

tính ổ định của hệ thống kin.

- Két qua dy kién:

Chứng minh được hệ thống kín ổn định.

3.5 Nội dung: Mô phỏng kiểm chứng
- Cách tiếp cận:
Từ thuật toán đã đưa ra ở nội dung 3, cođe chương trình và mơ phỏng bằng phần mềm
Matlab được thực hiện.

- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng:
Thực hiện viết code chương trình và mơ phỏng trên phần mềm Matlab dựa trên thuật toán
đã đề ra.
- Kết quá dự kiến:
4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

Những đóng góp mới của đề tài có thể được tóm tat như sau:
() Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xây dựng thành cơng mơ hình tốn học trên miễn
thời gian của ơ từ cấu trúc nguyên khối và đưa ra được tổng nhiễu phi tuyến bao gồm:

Nhiễu tải bên ngoàải tác động vào rofor, nhiễu do tham số bất định của mô hình, nhiễu do tên

hao dịng xốy trong cơ cầu chấp hành ô đỡ từ.

(i) Mét cấu trúc điều khiến RACMAC được đề xuất, trong đó bộ điều khiển CMAC đóng

vai trị đóng vai trị ước lượng nhiễu phi tuyến: Nhiễu tác động bên ngồi, tham số bất định
trong mơ hình và tốn hao địng xốy gây ra trong cơ cầu chấp hành của ơ từ cấu trúc ngun

khối, từ đó (tính ra dịng điện điều khiển chính xấp xi dịng điều khiển lý tưởng) đưa ra luật
điều khiến chính xấp xỉ luật điều khiến lý tưởng và bộ điều khiển bền vững đóng vai trị bù

sai số. Nhờ các ưu điểm như điều chính linh hoạt thơng số mạng, phản hồi nhanh và thích
nghi tết với các tham số thay đổi của nhiễu phi tuyến bên ngoài mà RACMAC khắc phục


được những nhược điểm của bộ điều khiến truyền thống như PID, FOPID và điều khiển phi
tuyên SMC.

5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận
Kết quả mô phỏng chứng minh những ưu điểm cúa bộ điều khiển RACMAC đề xuất và cho
thấy phản ứng vượt trội về thích ứng với sự thay đơi nhiễu phi tuyến tốt hơn của bộ điều
khiển được đề xuất so với điều khiến truyền thông PID, FOPID [22] và điều khiển phi tuyến
SMC đã được nghiên cứu đối với ô từ cấu trúc nguyên khối.

6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)

O đỡ từ có khả năng nâng các vật chuyền động mà khơng có tiếp xúc và do bản chất không
én định, hệ thốngỗ từ thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngồi
nước trong lĩnh vực mơ hình hóa và điều khiển.
Các nghiên cứu trước đây đã giải quyết bài toán điều khiến khá nhiều và triệt để. Tuy nhiên
các nghiên cứu này chủ yếu là nghiên cứu về mơ hình tốn học và điều khiến ch từ có
cấu trúc xếp lớp. Các nghiên cứu về mơ hỉnh tốn học và điều khiển ch từ có cấu trúc
ngun khối là khá ít. Các nghiên cứu về các phương pháp điều khiến thơng minh nói chung
và phương pháp điều khiển mạng Noron nói riêng cho ơ từ có cấu trúc ngun khối chưa có
cơng trình nào được cơng bố. Do đó đặt ra cho tác giá thiết kế bộ điều khiển thích nghi bền
vững có cầu trúc mơ hình tiểu não (RACMAC - Robust adaptive eerebellar mođel
articulation controller) cho ơ từ có cấu trúc nguyên khối là vấn đề mới và rất cần thiết.
Một cấu trúc điều khiển RACMAC được đề xuất, trong đó bộ điều khiển CMAC đóng vai
trị đóng vai trò ước lượng nhiễu phi tuyến: Nhiễu tác động bên ngồi, tham số bất định
trong mơ hình và tốn hao địng xốy gây ra trong cơ cau chấp hành cúa ơ từ cấu trúc ngun
khối, từ đó (tính ra dịng điện điều khiến chính xấp xỉ dịng điều khiên lý tưởng) đưa ra luật
điều khiến chính xấp xỉ luật điều khiến lý tưởng và bộ điều khiển bền vững đóng vai trò bù
sai số. Nhờ các ưu điểm như điều chinh linh hoạt thông số mạng, phân hồi nhanh và thích
nghi tết với các tham số thay đổi của nhiễu phi tuyến. bên ngoài mà RACMAC khắc phục
được những nhược điểm của bộ điều khiển truyền thống như PID, FOPID và điều khiến phi
tuyến SMC.
Active Magnetic bearings are capable of lifting moving objects without contact, and due to
their unstable nature, magnetic bearing systems have attracted much attention from
domestic and foreign scientists in the field of modeling and control.
Previous studies have solved the control problem quite a lot and thoroughly. However, these
studies are mainly research on mathematical models and control for magnetic drives with
laminated structure. Research on mathematical and control models for magnetic drives with
Nonlaminated structures is quite limited. Research on intelligent control methods in general
and Noron network control methods in particular for magnetic drives with Nonlaminated
structures has not yet been published. Therefore, the author was asked to design a robust
adaptive controller with a cerebellar model structure (RACMAC - Robust adaptive

cerebellar model articulation controller) for a active magnetic bearings with a Nonlaminated
structure, which is a new and very necessary problem.
The RACMAC control structure is proposed, in which the CMAC controller plays the role
of estimating nonlinear disturbances: External disturbances, uncertain parameters in the
model and eddy current losses caused in the mechanism. The actuator of the drive is from a
8


Nonlaminated structures, from which (calculating the main control current to approximate
the ideal control current) comes the main control law to approximate the ideal control law
and the sustainable controller plays the role error compensation game. Thanks to advantages
such as flexible adjustment of network parameters, fast response and good adaptation to
changing parameters of external nonlinear disturbances, RACMAC overcomes the
disadvantages of traditional controllers such as PID, FOPID. and SMC nonlinear control.


HII Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo
3.1. Kết quả nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3)

TT

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ
tiều

Tên sản phầm

kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký
1 | Bai bao: “Robust Adaptive Cerebellar

Model Articulation Controller for 1-DOF
Nonlaminated Active Magnetic Bearings”

Đạt được

Tap chi Scopus
Q3

Tap chi Scie Q3
(impacts factor
IP 0.864)

Theo kết qua san pham của dé tài được thể hiện bang trên, ta có thể nhận thấy: sản phẩm
của đê tài này đăng ký trên thuyết minh đệ tài là một bài báo Scopus Q3, tuy nhiên kết quả

đạt được thực tê là một bài báo có chât lương, uy tín hơn la Scie Q3 phù hợp với nội dung

của đê tài.
Ghi chú:
-

Các ấn phẩm

khoa học (bài báo, báo cáo KH,

sách chuyên khảo...) chỉ được chấp

nhận nếu có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trường ĐH Cơng Nghiệp Tp. HCM đã cấp kính phí
thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định.
- _ Các ấn phẩm

(đối với ấn phẩm là
kèm thông tin quyết
3.2. Kết quả đào

TTỊ

Họ và tên

(bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo.
sách, giáo trình cần có bản phofo trang bìa, trang chính và trang cuối
định và số hiệu xuất bản)
tạo

Tên đề tài

Thời gian

thực hiện đề tài

Tên chuyên đề nếu là NCS

Tên luận văn nêu là Cao học

Nghiên cứu sinh

Đã bảo vệ

Học viên cao học
Sinh viên Đại học
Ghi chú:


- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh luận văn/ khóa luận và bang/gidy

chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nêu học viên đã bảo vệ thành công luận ám/ luận
văn,( thê hiện tại phân cuôi trong báo cáo khoa học)

IV. Tình hình sử dụng kinh phí
T
T

A_|
1_|

Nội dung chỉ

Chi phi truc tiếp

Th khốn chun mơn

2_ | Ngun, nhiên vật liệu, cây con..

kinh phí được | Kinh phí thực
duyệt
hiện
(triệu đồng)
(triệu đồng)

50

50


0

0

0

Ghi cha

0

10


3 | Thiết bị, dụng cụ

0

0

5_|
Dịch vụ thuê ngoài
6_ | Hội nghị, hội thảo, thù lao

nghiệm thu giữa kỳ
7
|Inân, Văn phịng phẩm
8 | Chi phi khac

0

0

0
0

0
50

0
50

] | Quản lý phí

0

0

4_ | Cơng tác phí

B | Chi phi gián tiếp

2_ | Chi phí điện, nước

Tổng số

0

0
0


0

0

Cơng lao động

0

V. Kiến nghị ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)
Định hướng theo dé tài của nghiên cứu sinh của chủ nhiệm đề tài, kết quả nghiên cứu sẽ
tạo tiền để cho những phát triển tiếp theo trong lĩnh vực điều khiển ô từ chủ động. Kết quả
nghiên cứu sẽ được cải đặt trên hệ thống thí nghiệm ỗ từ do chủ nhiệm để tài triển khai

trong tương lai gần
VI. Phu lục sản phẩm ( liệt kê mình chứng các sản phẩm nêu ở Phần II)

Ngoc Hoi Le, Thanh Quyen Nguyen, Dinh Khoi Hoang, Quang Dich Nguyen, Duc Thinh
Le, Tung Lam Nguyen, “Robust Adaptive Cerebellar Model Articulation Controller for IDOF Nonlaminated Active Magnetic Bearings”, the journal TEHNICKI VJESNIKTECHNICAL GAZETTE (Print: ISSN 1330-3651, Online: ISSN 1848-6339), Technical
gazette, Vol. 30 No. 5, 2023. DOI: 10.17559/T V-20220725 105224

Chủ nhiệm đề tài

Tp. HCM, ngày........ tháng........ HẶHH........
Phong QLKH&HTQT
Khoa Công Nghệ Điện
Trưởng (đơn vị)
(Họ tên, chữ ký)

Lê Ngọc Hội


11


PHAN IL BAO CAO CHI TIET DE TAI NGHIEN CUU KHOA HOC

(báo cáo tông kêt sau khi nghiệm thu, đã bao gơm nội dung góp ý của hội đơng nghiệm thu)

CHUONG 1: TONG QUAN VE 6 TU
Thông thường một hệ ô từ bao gồm hai ô từ ngang trục đặt ở hai đầu trục mục đích để nâng
rotor như Hình I.1, Hai ỗ từ này thường tạo ra những lực từ lớn để nâng và giữ rotor theo
hướng ngang trục và một ổ từ dọc trục mục đích giữ rofor ở vị trí nảo đó theo hướng dọc

trục, thường ở vị trí chính giữa hai nam châm điện của ỗ từ đọc trục. Trong nghiên cứu của
luận án này không nghiên cứu haiô ỗ từ ngang trục và coi bai từ ngang trục đã được điều
khiển để giữ cho rotor theo hướng ngang trục và chỉ tập trung nghiên cứu ổ từ dọc trục.
Ư từ ngang trục
Cảm biển vị trí

Stator
Rotor

-

Ơ từ dọc trục
Nam châm điện
Hình 1.1: Cầu trúc hệ Ơ từ đọc trục

1.1. Khái quát về ỗ từ câu trúc nguyên khối (ỗ từ đọc trục):
- Định nghĩa: O từ dọc trục là một ỗ chặn có nhiệm vụ điều khiển chuyển động của trục


(rotor + đĩa quay) theo hướng đọc trục. Ư từ đọc trục thơng thường để giữ cho trục không
dịch chuyển theo hướng dọc trục, thường đứng yên tại vị trí chính giữa 2 nam châm điện.
- Phân loại: Ơ từ dọc trục có nhiều loại khác nhau.
+ Phân loại theo hình dạng: Thơng thường có ỗ từ dọc trục hình tru, 6 ti đọc trục hình E
va ổ từ dọc trục hình C. Ư từ đọc trục hình trụ là ơ từ mà stator (nam châm điện) có dạng
hình trụ như Hình 1.1, ỗ từ hình chữ C là ổ từ có stator có hình đạng hình chữ C như Hình
1.2, tương tự như vậy ễ từ hình chữ E là ỗ từ mà stator có dang hình chữ E như Hình 1.4.

Đối với rotor thì vẫn có hình đạng chung là đạng đĩa hình trụ. Ngồi ra cịn có đạng ơ từ
đạng hình nón, đây là dạng 6 tir ma 6 từ dọc trục và ngang trục được tích thành một é tr dé
giam số lượng é tr (giam 6 tir doc trục) được thể hiện như Hình 1.3.

12


Hình 1.2: Ơ từ hình Ơ

Hình 1.3: Ơ từ hình nón
4 540G
42376
39353
3.6330
3.3306
30283
27256
24236
21213
1.8186
15186
12142

99116 |
9.6096
33072
20049

a
4®)—=z
~
x

40 mem)

Hinh 1.4: Cee tie hinh E

+ Phan loại theo cau trúc: Nêu phân loại theo câu trúc gơm có õ từ có câu trúc ngun

khối và ơ từ có cấu trúc xếp lớp (bao gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại) nhằm mục đích
13


làm giảm tơn hao dịng xốy trên cơ cầu chấp hành khi có từ trường biến thiên theo thời
gian trong các cơ cầu chấp hành.
1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ỗ từ cấu trúc nguyên khối
1.2.1 Cầu tạo ỗ từ cấu trúc nguyên khối (ỗ từ dọc trục):
Cấu tạo của ỗ từ dọc trục cũng như ỗ từ chủ động nói chung bao gồm hai bộ phận chính là

stator (nam châm điện) và rotor.
Dia quay

Nam châm điện


Cuộn dây

=

Ệ

B

]
Ì—

Cảm biến

,

"`

Bộ khuếch đại
2

Hình 1.5: Sơ đồ các thành phần của Ô từ dọc trục

a.

Stator

Bao gồm hai nam châm điện (cực từ) 2 bên rofor, mỗi cực từ được quấn dây và cấp điện
riêng, bao gồm hai thành phần: Thành phần tĩnh và thành phần biến thiên theo thời gian
thường có giá trị nhỏ so với thành phần tĩnh có tác dụng sinh lực từ giúp cân bằng rotor.

b.

Rotor

Rotor của 6 từ dọc trục có kết cấu đạng như đĩa quay, đóng vai trị như là vật cần được

giữ đứng yên tại ví trí giữa 2 cực từ theo hướng đọc trục, khơng có cuộn dây rotor. Khi
nghiên cứu hệ điều khiển cho ổ từ dọc trục, động lực học của rotor là một phần quan trọng,

rotor thông thường được cấu trúc ngun khối và việc mơ hình tốn học lâu nay các tác giả
xem như là cầu trúc xếp lớp (bỏ qua dịng xốy) để xây đựng mơ hình tốn học, do đó việc
†ìm ra mơ hình tốn học chính xác của rotor ảnh hưởng đến mơ hình tốn học của ơ từ đọc
trục. Khi có sự ảnh hưởng của nhiễu tải, rotor có thể bị dao động, quay theo những trục

không mong muốn gây nhiễu loạn quỹ đạo, ảnh hưởng đến sự ôn định của hệ thống. Trong
thực tế, rotor thường được chế tạo ở dạng đĩa đối xứng, cân bằng ở trọng tâm (trục quay).
c.

Khuếch đại công suất

14


[set

Hinh 1.6: Sơ nguyên lý cơ bản của mạch khuếch đại

Bộ khuếch đại công suất là một bộ phận quan trong ctia 6 tir cha cht động nói chung,
ỗ tử đọc trục nói riêng, có nhiệm vụ cung cấp ngn ni cho các cuộn dây cực từ để tạo
địng điện sinh lực hút nhằm duy trì hoạt động và ơn định hệ thống. Với những nhiệm vụ đó,

yêu cầu cho bộ khuếch đại công suất là phải tạo được nguồn nuôi ốn định, đáp ứng kịp thời
với yêu cầu của thuật tốn điều khiến, đổng thời cung cấp đủ cơng suất dé hệ thống hoạt
động.
Ngồi ra cịn có cảm biến khoảng cách, thường đùng cảm biến địng xốy.
1.2.2 Cầu tạo ô từ cầu trúc nguyên khối (ỗ từ dọc trục):
Để tìm hiểu ngun lí hoạt động của ỗ đỡ từ đọc trục, ta xuất phát từ một cấu trúc điều

khiển như Hình 1.7, đây là loại điều khiển nâng theo một hướng với một bậc ty do (Degree

of Freedom - DOF). Mơ hình nảy là một sự đơn giản hóa đáng kế so với một ỗ đỡ từ trong
thực tế, tuy nhiên né hỗ trợ ta trong việc phân tích và xây dựng một mơ hình tốn học cho

một hệ thống nhiều bậc tự do một cách dễ dàng hơn. Hình 1.7 mơ tả cấu trúc co bản của một

vịng điều khiển kin cho ỗ từ đọc trục với các thành phần cần thiết để câu thành nên một hệ

thống ỗ từ chủ động theo một phương.

Bỏ điều
khiến

Hình 1.7. Các phân tử cơ bản trong hệ thông AMB.

15


Hệ thống trên Hình

1.7 gồm:


một rotor được treo tự do tại một khoảng

cách mong

muốn xo so với cơ cấu điện từ, một cảm biến vị trí đo độ sai lệch x giữa vị trí mong muốn
x„ VỚI VỊ frí thực của rofor x và đưa tín hiệu này đến bộ điều khiển. Nhiệm vụ của bộ điều
khiển là cung cấp một tín hiệu điều khiển thích hợp nhằm ổn định hệ thống, duy trì vị trí của
rotor tai vi tri mong muốn, tức là làm thỏa mãn sự cân bằng giữa lực hấp dẫn f,, duoc tao ra

với trong lve rotor mg tai điểm làm việc và các ngoại lực tác động theo phương thẳng

đứng. Bộ điều khiển sẽ xử lí thơng tin thu được và gửi tín hiệu điều khiển đến bộ khuếch đại
cơng suất để tạo thành địng điện đưa đến cuộn dây của cơ cấu điện từ, đòng điện này sẽ tạo

ra được lực điện từ ƒ„ giúp cân bằng lực tác động lên rotor theo phương trọng trường. Về
cơ bản, luật điều khiến sẽ hoạt động theo cách thức: khi rotor dịch chuyển xuống

SO VỚI VỊ

trí mong muốn, bộ điều khiển sẽ đưa ra một tín hiệu làm tăng dịng điện điều khiến, từ đó
gia tăng độ lớn lực điện từ để kéo rotor trở lại vị trí danh định của nó và ngược lại.

16


CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA Ơ TỪ CẤU TRÚC NGUN KHƠI
2.1. Mơ hình tốn học ổ từ dọc trục hình tru:

Hình 2.1. Phân chia cầu trúc của ổ từ hình trụ
Dựa vào câu trúc của ỗ từ hình trụ ta chia ổ từ hình trụ thành 6 phân, trong đó phần tử 1và3


là phan tử khơng khí, phan tir 2, 4, 5 va 6 1a phan tt sat.
Theo [12] từ trở hiệu dụng của phần tử thứ nhất là:
BR

oe

gal,1

(

(on,1 i)

(2.1)

220,n1 (#)
Từ trở tĩnh:

R? =limr, =—8
oe

Trong đó:

"Án...
2m

T(w)=
of ) »

ml ml


va 1{

T1,

(2.2)

2m+l

Dnt (m+1)!

Từ trở hiệu dụng của phần tử thứ 2 là:
n2)

1ˆ. 8.

(2.3)

Từ trở tinh:

17


In| 2

R? =limR, =——““
50

(24)


2ad, LH,

Từ trở hiệu dụng của phần tử thứ 3 là:
__§&

)+1 (% n)K, (z;)]

%[1,(1
22H, H,

1 (ary) K, (ar)

“ee

(a, a
1 (œ

(2.5)

Trong đó:
1

„

2m

|—W|

#


(26)
w
1
K, (w)=-[y+ton™ \r (0) +25)
w là một số phức, —z < Arg(w) đụ ¬...-

m

và k, =0

Tw tro tinh:
&
slim,
7

=~ 2z(* —?)

(2.7)

Từ trở hiệu dụng của phần tử thứ 4 là:
Re
4

d¬
2z.

lỗ (ar, ) K, (œr;)+K, (œr;)1 (ar,) |
1 (ar,)K, (ar,)—K, (ar, )I, (œr,)

(2.8)

Từ trở tĩnh:

ae

— 28,

(z

ie )

(2.9)

Từ trở hiệu dụng của phần tử thứ 5 là:

R=

In2
i

a

2nu,u, tanh (ad,)

(2.10)

Từ trở tĩnh:
F

In [2]

Đ =limR,=— LÊ.
¬...

Từ trở hiệu dụng cúa phần tử thứ 6 là:

(2.11)
18


d,

al,(ar)

=————

2Zn,,

(an)

(2.12)

Từ trở nh:
oy:
Re =limR,
oe

d,
=—5

7H MH,

(2.13)

2.1.1 X4p xi Ad-hoc Approximations
Phép gần đúng đặc biệt cho từ tré hiéu qua cia mỗi phần tử có đạng:
RAY = Re +R!

(2.14)

Trong do: R? la tir tré tĩnh của phần tứ thứ ¿ được xác định như (2.2), (2.4), (2.7), (2.9),
(2.11) và (2.13).
R? la tir trở phan biến thiên của phan ta thr i, duoc xac dinh nhu sau:

Từ trở phần biến thiên của phần tứ thứ 1:

[ety
Co.

Ri=

2zn \ tu

(2.15)

Từ trở phần biến thiên của phần tứ thứ 2:

a

Rea

`

|?
2z \ mu,

(2.16)

Từ trở phần biến thiên cúa phần tứ thứ 3:

v2

R=

2Zr,

| “8

(2.17)

MMe

Từ trở phần biến thiên cúa phần tứ thứ 4:

pea

2 đ

2; Ý Huu,

(2.18)

Từ trở phần biến thiên của phần tứ thứ 5:
In [2]

RƑ=—È 12 _Ys
2z \ Ub

(2.19)

Từ trở phần biến thiên của phần tứ thứ 6:

Rệ= du |
Vy
2z" Ý HH,

(2.20)

2.1.2 Xấp xỉ Taylor và Padé
19