Luận văn Điều khiển pid tối ưu bền vững cho động cơ DC không chổi quét

1. GIỚI THIỆU:

Ngày nay, thế giới đang chứng kiến sự thay đổi

to lớn của nền sản xuất công nghiệp do việc áp

dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa

học công nghệ. Trong đó Việt Nam chúng ta

đang thực hiện theo hƣớng công nghiệp hóa,

hiện đại hóa đất nƣớc với sự thay đổi của nền

sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công

nghệ về tự động hoá cũng có những bƣớc phát

triển vƣợt bậc và trở thành ngành mũi nhọn của

thế giới nói chung và nền công nghiệp Việt Nam

nói riêng. Các hệ thống điều khiển có tính tự

động hoá sử dụng động cơ điện thƣờng đƣợc

thiết kế với những phần tử tƣơng tự tƣơng đối

cồng kền rẻ tiền. Những điểm yếu của các hệ

thống tƣơng tự là chúng nhạy cảm với sự thay

đổi điều kiện thời gian, thời tiết, nhiệt độ cũngHUTECH

nhƣ tuổi thọ của các thành phần trong điều

khiển. Vấn đề là chúng ta phải biết đƣợc những

ƣu và khuyết điểm của từng phƣơng pháp điều

khiển, trong đó nghiên cứu giải thuật di truyền

để tìm các thông số của bộ điều khiển PID và

mô phỏng và thiết kế bộ điều khiển PID. Nghiên

cứu điều khiển PID tối ƣu bền vững cho động cơ

một chiều không chổi quét nhằm đạt đƣợc hiệu

suất cao và giảm đƣợc tổn thất công suất, không

cần bảo dƣỡng và làm tăng nhu cầu sử dụng

động cơ này trong những ứng dụng rô bốt và

servo công suất lớn. Làm cơ sở phát minh ra các

thiết bị công suất hiện đại và ứng dụng của động

cơ này trong các truyền động có yêu cầu điều

chỉnh tốc độ.

Xây dựng thuật toán di truyền để tìm các thông

số của bộ điều khiển và ứng dụng thuật toán di

truyền để thiết kế bộ điều khiển PID tối ƣu

H2/H. Đây là một phƣơng pháp hỗn hợp giữa

H2 và H ∞ đƣợc áp dụng rộng rãi cho các hệ

thống bộ điều khiển tối ƣu. (BLDC) động cơ

đƣợc sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng hiệu

suất cao. Bộ điều khiển PID thông thƣờng chỉ

cung cấp hiệu suất thỏa đáng cho điểm thiết lập

quy định

pdf 128 trang chauphong 19/08/2022 12780
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Điều khiển pid tối ưu bền vững cho động cơ DC không chổi quét", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận văn Điều khiển pid tối ưu bền vững cho động cơ DC không chổi quét

Luận văn Điều khiển pid tối ưu bền vững cho động cơ DC không chổi quét
HU
TE
CH
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM 
--------------- 
NGUYỄN THANH HÙNG 
ĐIỀU KHIỂN PID TỐI ƯU BỀN VỮNG 
CHO ĐỘNG CƠ DC KHÔNG CHỔI QUÉT 
LUẬN VĂN THẠC SỸ 
THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN 
MÃ SỐ: 60 52 50 
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 3 năm 2012
HU
TE
CH
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM 
--------------- 
NGUYỄN THANH HÙNG 
ĐIỀU KHIỂN PID TỐI ƯU BỀN VỮNG 
CHO ĐỘNG CƠ DC KHÔNG CHỔI QUÉT 
LUẬN VĂN THẠC SỸ 
THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN 
MÃ SỐ: 60 52 50 
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 
TS. VÕ HOÀNG DUY 
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 3 năm 2012 
HU
TE
CH
HU
TE
CH
ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU BỀN VỮNG 
CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI QUÉT 
“PID OPTIMAL AND STABLE CONTROLLER 
 FOR BRUSHLESS DC MOTOR IS SCANNED 
Nguyễn Thanh Hùng -Võ Hoàng Duy -Trƣờng Đại Học Tôn Đức Thắng 
Khoa Cơ Điện tử Trƣờng Đại học kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM, Việt Nam 
TÓM TẮT 
Một phƣơng pháp hỗn hợp giữa H2 và H ∞ đƣợc áp dụng rộng rãi cho các hệ thống có thông số và mô 
hình để có đƣợc một bộ điều khiển tối ƣu hoàn hảo. (BLDC) động cơ một chiều không chổi quét đƣợc 
sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng kiểm soát hiệu suất cao. Bộ điều khiển PID thông thƣờng chỉ cung 
cấp hiệu suất thỏa đáng cho điểm thiết lập quy định. Tuy nhiên, với sự hiện diện nó trong hệ thống, 
thông thƣờng PID là không đủ để đạt đƣợc một bộ điều khiển tối ƣu. Bài báo này trình bày một cách 
tiếp cận dễ dàng thiết kế một hỗn hợp H2 / H ∞ PID bộ điều khiển để kiểm soát tốc độ của động cơ 
DC không chổi quét và các thuật toán di truyền đƣợc sử dụng để giải quyết những vấn đề tối ƣu hóa. 
Kết quả thử nghiệm đƣợc thể hiện để chứng minh rằng hiệu suất trong bộ điều khiển này là tốt hơn so 
với trong bộ điều khiển PID tối ƣu bằng cách sử dụng phƣơng pháp tiếp cận LQR. 
ABSTRACT 
A mixed method between H2 and H∞ control are widely applied to systems which has parameter 
perturbation and uncertain model to obtain an optimal robust controller. Brushless Direct Current 
(BLDC) motors are widely used for high performance control applications. Conventional PID 
controller only provides satisfactory performance for set-point regulation. However, with the presence 
of nonlinearities, uncertainties and perturbations in the system, conventional PID is not sufficient to 
achieve an optimal robust controller. This paper presents an approach to ease designing a Mixed H2/H∞ 
PID controller for controlling speed of Brushless DC motors and the genetic algorithm is used to solve 
the optimized problems. Numerical and experimental results are shown to prove that the performance 
in the proposed controller is better than that in the optimal PID controller using LQR approach. 
1. GIỚI THIỆU: 
Ngày nay, thế giới đang chứng kiến sự thay đổi 
to lớn của nền sản xuất công nghiệp do việc áp 
dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa 
học công nghệ. Trong đó Việt Nam chúng ta 
đang thực hiện theo hƣớng công nghiệp hóa, 
hiện đại hóa đất nƣớc với sự thay đổi của nền 
sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công 
nghệ về tự động hoá cũng có những bƣớc phát 
triển vƣợt bậc và trở thành ngành mũi nhọn của 
thế giới nói chung và nền công nghiệp Việt Nam 
nói riêng. Các hệ thống điều khiển có tính tự 
động hoá sử dụng động cơ điện thƣờng đƣợc 
thiết kế với những phần tử tƣơng tự tƣơng đối 
cồng kền rẻ tiền. Những điểm yếu của các hệ 
thống tƣơng tự là chúng nhạy cảm với sự thay 
đổi điều kiện thời gian, thời tiết, nhiệt độ cũng 
HU
TE
CH
nhƣ tuổi thọ của các thành phần trong điều 
khiển. Vấn đề là chúng ta phải biết đƣợc những 
ƣu và khuyết điểm của từng phƣơng pháp điều 
khiển, trong đó nghiên cứu giải thuật di truyền 
để tìm các thông số của bộ điều khiển PID và 
mô phỏng và thiết kế bộ điều khiển PID. Nghiên 
cứu điều khiển PID tối ƣu bền vững cho động cơ 
một chiều không chổi quét nhằm đạt đƣợc hiệu 
suất cao và giảm đƣợc tổn thất công suất, không 
cần bảo dƣỡng và làm tăng nhu cầu sử dụng 
động cơ này trong những ứng dụng rô bốt và 
servo công suất lớn. Làm cơ sở phát minh ra các 
thiết bị công suất hiện đại và ứng dụng của động 
cơ này trong các truyền động có yêu cầu điều 
chỉnh tốc độ. 
Xây dựng thuật toán di truyền để tìm các thông 
số của bộ điều khiển và ứng dụng thuật toán di 
truyền để thiết kế bộ điều khiển PID tối ƣu 
H2/H . Đây là một phƣơng pháp hỗn hợp giữa 
H2 và H ∞ đƣợc áp dụng rộng rãi cho các hệ 
thống bộ điều khiển tối ƣu. (BLDC) động cơ 
đƣợc sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng hiệu 
suất cao. Bộ điều khiển PID thông thƣờng chỉ 
cung cấp hiệu suất thỏa đáng cho điểm thiết lập 
quy định. 
2. ĐỘNG CƠ BLDC 
Động cơ một chiều (ĐCMC) thông thƣờng có 
hiệu suất cao và các đặc tính của chúng thích 
hợp với các truyền động servo. Tuy nhiên, hạn 
chế duy nhất là trong cấu tạo của chúng cần có 
cổ góp và chổi quét, những thứ dễ bị mòn và 
yêu cầu bảo trì, bảo dƣỡng thƣờng xuyên. Để 
khắc phục nhƣợc điểm này ngƣời ta chế tạo loại 
động cơ không cần bảo dƣỡng bằng cách thay 
thế chức năng của cổ góp và chổi quét bởi các 
chuyển mạch sử dụng thiết bị bán dẫn (chẳng 
hạn nhƣ biến tần sử dụng transitor công suất 
chuyển mạch theo vị trí rotor). Những động cơ 
này đƣợc biết đến nhƣ là động cơ đồng bộ kích 
thích bằng nam châm vĩnh cửu hay còn gọi là 
động cơ một chiều không chổi quét BLDC 
(Brushless DC Motor). Do không có cổ góp và 
chổi quét nên động cơ này khắc phục đƣợc hầu 
hết các nhƣợc điểm của động cơ một chiều có 
vành góp thông thƣờng. 
 Hầu hết các động cơ BLDC có ba cuộn dây 
startor dạng hình sao, mỗi cuộn dây startor có 
nhiều bối dây nhỏ, các bối dây nhỏ này đƣợc đặt 
trong các rảnh và đƣợc kết với nhau tạo thành 
cuộn dây startor. Có hai loại startor là loai tạo ra 
các pha sóng dạng sin và sóng hình thang. 
3. ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU BỀN VỮNG 
ĐỘNG CƠ DC KHÔNG CHỔI QUÉT. 
Cho hệ thống điều khiển nhƣ hình đối tƣợng 
P0(s). Động cơ DC không chổi quét có các thông 
số nhƣ sau: 
Bảng 4.2: Thông số của động cơ BLDC 
Thông số Giá trị 
R 21.2 Ω 
Kb 0.1433 V s/rad 
D 1x10-4 kg-m s/rad 
L 0.052H 
Kt 0.1433 kg-m/A 
J 1x10-5 kg-m s2/rad 
Hàm truyền đạt của động cơ DC không chổi 
quét: 
5.435677.417
36.275577
)(
2 
ss
sP 
HU
TE
CH
Sai lệch mô hình 0(s), bị chặn nhƣ sau: 
101.0
1.0
)(
20 
ss
s 
Với ngõ vào là hàm nấc, thì 
ipd ksksks
ss
se
36.275577)36.2755775.43567()36.2755777.417(
5.435677.417
)(
23
2
Ràng buộc ổn định bền vững: 
1
)(
)(
max
),0[
  


Trong ví dụ này ta có m = 3, vì vậy phiếm hàm 
H2 của hệ thống là J3: 
)(2
)2(
213030
32
2
03020
2
110
2
2
3
aaaaaa
aabaabbbaab
J
Thuật toán di truyền bắt đầu bằng việc tạo ngẫu 
nhiên một quần thể bao gồm 200 nhiễm sắc thể, 
sau 15 thế hệ, tìm đƣợc bộ điều khiển PID thích 
hợp với các thông số nhƣ sau, kp = 180.1755, 
 ki = 4.6997, kd = 0.0353. 
Đáp ứng nấc của hệ thống: 
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Time (s)
S
pe
ed
 (
rp
m
)
Hình 1: Đáp ứng vận tốc của hệ thống với bộ 
điều khiển PID với các thông số 
(kp=30, ki=15, kd=0.001) 
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
0
200
400
600
800
1000
1200
Time (s)
S
p
e
e
d
 (
rp
m
)
Hình 2: Đáp ứng vận tốc của hệ thống với bộ 
điều khiển PID tối ưu H2/H 
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
0
200
400
600
800
1000
1200
Time (s)
S
p
e
e
d
 (
rp
m
)
Hình 3: Đáp ứng vận tốc của hệ thống với bộ 
điều khiển PID tối ưu H2/H khi có sai số mô 
hình 
4. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN: 
4.1 Sơ đồ điều khiển vận tốc của động cơ DC 
không chổi quét 
PWM
Commutation
Sequence
3-Phase
Inverter
Bridge
BLDC
Motor
E
PID+
Speed
Reference
r(t)
Speed
Feedback
Hall Sensors
6
3
Speed
Error
e(t)
PIC18F4431
u(t)
Encoder
y(t)
Hình 4: Mạch điều khiển 
HU
TE
CH
 4.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 
Hình 5: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống 
 4.3 Sơ đồ mạch điều khiển của hệ thống 
5V
R16
33R
PGD
SW4
NHAN 1
D4
LED
C15
33 pF
5V
DC-
IMOTOR
HALLB
DC+
SDA
C12
104
J13
HEADER 5
1
2
3
4
5
J6
CON6
1 2 3 4 5 6
PWM5
D9
LED
C4
3.3 uF
D7
SCL
PWM1
SW1
PWM4
HALLC
FAULTA
5V
5V
R14
33R
Y1
CRYSTAL
R45
300
R19
R
R8 300
SW2
R50
0.1R
SW2
RESET
R11
33R
J17
CON2
1
2
J7
CON6
1 2 3 4 5 6
INDX
R22
R
-
+
U8A
LM324
3
2
1
4
11
J2
CON2
1
2
DC+
12V
PWM2
R5300
J11
HEADER 3
1
2
3Vpp
R30
1OK
C16
47 uF
5V
M3
R51 1k
C3
3.3 UF
5V
Q5
IRF540N/TO
12V
PGC
D6
SW5
NHAN 2
D14
LED
C7
CAP NP
HALLB
5V
J22
CON3
1 2 3
R28
10k Q6
IRF540N/TO
DC+
PWM1
R36
1K
Q2
IRF540N/TO
5V
C11
104
D12
LED
5V
R43
2k4
R15 33R
C14
47 uF
PWM0
12V
C8
0.1uf
R1
R
R10 300
D7
LED
J10
CON3
1
2
3
HALLC
PIC18F4431
9
18
19
20
29
30
31
401
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RE1/AN7
RC3/T0CLK/INT0
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD6/PWM6
RD7/PWM7
VSS
RB7/PGDMCLR/VPP
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/INDX
RA3/AN3/QEA
RA4/AN4/QEB
RA5/AN5
RE0/AN6
RD2/PSP2/SDA
RD3/PSP3/SCL
RC4/INT1
RC5/INT2
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RE2/AN8
VDD
VSS
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RC2/CCP1
RB6/PGC
RB5/PWM4
RB4/PWM5
RB3/PWM3
RB2/PWM2
RB1/PWM1
RB0/PWM0
VDD
QEB
QEA
12V
D8
LED
12V
PWM2
J3
HEADER 2
1
2
HALLA
SW1
D1
DIODE
PGD
PWM4
5V
DC+
Q4
IRF540N/TO
R38
1K
R4
10k
R53
10k
R20
R
D11
LED
R33
10K
C10
0.1uF
R52
1k
R21
R
U5
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
5V
5V
-
+
U9A
LM339
5
4
2
3
12
J4
HEADER 3
1
2
3
5V
U6
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
M3
R17
R
U4
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
R34
10K
R6
300
PWM3
INDX
Vpp
12V
R9 300
R42
1M
5V
R24
R
D10
LED
D5
HALLA
PWM5
PWM0
R27
2k
12V
DC-
C9
1000uf
R41
1k
R23
R
R29
10k
R13
33R
R31
10K
J12
HEADER 5
1
2
3
4
5
DC-
D3
DIODE
QEA
M1
M2
R18
R
R7
300
R35
10K
D2
DIODE
PWM3
Q3
IRF540N/TO
D6
LED
R39
1K
R32
10K
R12
33R
M2
R25
R
R40 300
C5
3.3 uF
IMOTOR
J14
CON2
1
2
J9
ICPS
1
2
3
4
5
R2 100
D4
FAULTA
J8
CON3
123
C6
CAP NP
5V
5V
DC-
C1
1000uf
D5
LED
12V
PGC
Q1
IRF540N/TO
M1
QEB
SW2
R44
5k
Hình 6: Mạch điều khiển của hệ thống 
4.4 Sơ đồ mạch driver và động lực 
R10 300
DC+
12V
D1
DIODE
PWM4
Q4
IRF540N/TO
DC+
PWM0
M3
U5
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
M1
U6
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
U4
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
R6
300
12V
R9 300
PWM5
J3
HEADER 2
1
2
12V
PWM3
M2
R13
33R
D3
DIODE
R7
300
D2
DIODE
R12
33R
DC-
C5
3.3 uF
PWM2
M1
12V
Q1
IRF540N/TO
R16
33R
M3
Q3
IRF540N/TO
DC-
C4
3.3 uF
DC-
R14
33R
R11
33R
R8 300
DC+
P ... F
5V
Q5
IRF540N/TO
12V
PGC
D6
SW5
NHAN 2
D14
LED
C7
CAP NP
HALLB
5V
J22
CON3
1 2 3
R28
10k Q6
IRF540N/TO
DC+
PWM1
R36
1K
Q2
IRF540N/TO
5V
C11
104
D12
LED
5V
R43
2k4
R15 33R
C14
47 uF
PWM0
12V
C8
0.1uf
R1
R
R10 300
D7
LED
J10
CON3
1
2
3
HALLC
PIC18F4431
9
18
19
20
29
30
31
401
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RE1/AN7
RC3/T0CLK/INT0
RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD6/PWM6
RD7/PWM7
VSS
RB7/PGDMCLR/VPP
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/INDX
RA3/AN3/QEA
RA4/AN4/QEB
RA5/AN5
RE0/AN6
RD2/PSP2/SDA
RD3/PSP3/SCL
RC4/INT1
RC5/INT2
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RE2/AN8
VDD
VSS
OSC1/CLKIN
OSC2/CLKOUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RC2/CCP1
RB6/PGC
RB5/PWM4
RB4/PWM5
RB3/PWM3
RB2/PWM2
RB1/PWM1
RB0/PWM0
VDD
QEB
QEA
12V
D8
LED
12V
PWM2
J3
HEADER 2
1
2
HALLA
SW1
D1
DIODE
PGD
PWM4
5V
DC+
Q4
IRF540N/TO
R38
1K
R4
10k
R53
10k
R20
R
D11
LED
R33
10K
C10
0.1uF
R52
1k
R21
R
U5
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
5V
5V
-
+
U9A
LM339
5
4
2
3
1
2
J4
HEADER 3
1
2
3
5V
U6
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
M3
R17
R
U4
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
R34
10K
R6
300
PWM3
INDX
Vpp
12V
R9 300
R42
1M
5V
R24
R
D10
LED
D5
HALLA
PWM5
PWM0
R27
2k
12V
DC-
C9
1000uf
R41
1k
R23
R
R29
10k
R13
33R
R31
10K
J12
HEADER 5
1
2
3
4
5
DC-
D3
DIODE
QEA
M1
M2
R18
R
R7
300
R35
10K
D2
DIODE
PWM3
Q3
IRF540N/TO
D6
LED
R39
1K
R32
10K
R12
33R
M2
R25
R
R40 300
C5
3.3 uF
IMOTOR
J14
CON2
1
2
J9
ICPS
1
2
3
4
5
R2 100
D4
FAULTA
J8
CON3
123
C6
CAP NP
5V
5V
DC-
C1
1000uf
D5
LED
12V
PGC
Q1
IRF540N/TO
M1
QEB
SW2
R44
5k
Hình 4.13 : Mạch điều khiển của hệ thống 
HU
TE
CH
49 
Mạch driver và động lực 
R10 300
DC+
12V
D1
DIODE
PWM4
Q4
IRF540N/TO
DC+
PWM0
M3
U5
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
M1
U6
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
U4
IR2101
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
HIN
LIN
COM
LO
VS
HO
VB
R6
300
12V
R9 300
PWM5
J3
HEADER 2
1
2
12V
PWM3
M2
R13
33R
D3
DIODE
R7
300
D2
DIODE
R12
33R
DC-
C5
3.3 uF
PWM2
M1
12V
Q1
IRF540N/TO
R16
33R
M3
Q3
IRF540N/TO
DC-
C4
3.3 uF
DC-
R14
33R
R11
33R
R8 300
DC+
PWM1
12V
R5300
J11
HEADER 3
1
2
3
C3
3.3 UF
Q5
IRF540N/TO
Q6
IRF540N/TO
Q2
IRF540N/TO
DC+
R15 33R
M2
12V
Hình 4.14: Mạch driver và động lực 
Linh kiện chính của mạch gồm IC điều khiển IR2101 và Mosfet IRF 540. 
IC IR 2101 có những đặt điểm chính sau: nguồn cấp từ 10 đến 20 VDC, đầu vào 
tƣơng thích với 3.3, 5 và 15 VDC, khóa điện áp thấp, kết hợp trì hoãn truyền của 
cả hai kênh, các đầu vào của IR2101 đƣợc nối tới 6 kênh điều rộng xung của 
PIC18F4431 từ PWM0 đến PWM5 theo từng cập một.PWM0 và PWM1, PWM2 
và PWM3, PWM4 và PWM5 đầu ra thi đƣợc nối với chân G của IRF540. IRF 540 
HU
TE
CH
50 
có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao đóng ngắt thấp có thể sử dụng điện áp đến 
100V và dòng 20A. Nhiệm vụ chính của mạch này nhƣ là một bộ nghịch lƣu để tạo 
từ dòng điện DC ra dòng điện với 3 pha khác nhau, lệch nhau 120 độ để điều khiền 
động cơ BLDC. Khi tăng tần số điều rộng xung IR2101 sẻ kích vào mở các 
IRF540 thích hợp nhiều hơn, dòng điện qua động cơ lớn hơn do đó chạy nhanh 
hơn. Ngƣợc lại khi tần số điều rộng xung giảm IRF540 mở ít hơn dòng qua động 
cơ nhỏ hơn do đó chạy chậm hơn. 
Mô hình thực tế 
Hình 4.15: Mô hình thực tế 
HU
TE
CH
51 
CHƢƠNG 5 
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 
5.1. Kết luận 
1. Luận văn “Điều khiển PID tối ƣu, bền vững cho động cơ DC không chổi 
quét” đã nghiên cứu và tiến hành thực hiện đƣợc các vấn đề sau: 
- Cơ sở toán học, cũng nhƣ những đề xuất để dẫn đến việc giải quyết các bài 
toán về điều khiển tối ƣu H của lý thuyết điều khiển bền vững. Đây là một trong 
những phần khá quan trọng về điều khiển bền vững, bởi xuất phát từ những khái 
niệm này mà có rất nhiều phƣơng pháp thiết kế đƣợc đƣa ra. Tuy ra đời cách đây 
cũng khá lâu nhƣng việc giải quyết các bài toán về điều khiển bền vững hiện nay 
vẫn đang còn đƣợc hoàn thiện, nghiên cứu và phát triển. 
- Ứng dụng thuật toán di truyền thiết kế bộ điều khiển PID tối ƣu H2/H . 
Trong phần này tác giả đã sử dụng công cụ tìm kiếm của thuật toán di truyền để 
xác định các thông số của bộ điều khiển PID dựa trên tiêu chuẩn chất lƣợng cực 
tiểu phiếm hàm H2 và đồng thời thỏa mãn điều kiện ổn định bền vững H . Thuật 
toán thiết kế đã đƣợc xây dựng thành công bằng chƣơng trình chạy trên phần mềm 
Matlab. 
- Kết quả minh họa đƣợc thực hiện trên mô hình động cơ DC không chổi 
quét. 
2. Với phƣơng pháp này, các thông số của bộ điều khiển PID đƣợc xác định 
hoàn toàn dựa trên cơ sở toán học mà không phải bằng các phƣơng pháp thực 
nghiệm thƣờng đƣợc sử dụng hiện nay. Một ƣu điểm nữa của phƣơng pháp này là 
có thể áp dụng cho các đối tƣợng có mô hình toán bất kỳ, điều mà các phƣơng 
pháp thực nghiệm không ứng dụng đƣợc. 
5.2. Hƣớng phát triển đề tài 
Qua nội dung đƣợc trình bày trong luận văn, ta có thể phát triển đề tài theo 
các hƣớng sau: 
HU
TE
CH
52 
- Chƣơng trình đƣợc viết trong luận văn chỉ đƣợc thể hiện trong việc hoàn 
chỉnh giải thuật thiết kế cho một mô hình động cơ DC không chổi quét. Tuy nhiên 
với các bƣớc đƣợc thực hiện nhƣ trên, ta có thể xây dựng thành một chƣơng trình 
hoàn chỉnh. Khi đó ngƣời sử dụng chỉ cần biết hàm truyền của đối tƣợng, sai lệch 
của mô hình. 
- Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển đƣợc sử dụng phổ biến nhất, nhƣng không 
phải là bộ điều khiển tốt nhất cho mọi đối tƣợng, việc khi nào sử dụng bộ điều 
khiển PID còn tùy thuộc vào từng đối tƣợng cụ thể. Trong thực tế ngƣời ta cũng 
thƣờng sử dụng các bộ bù sớm trễ pha, hay các bộ điều khiển có cấu trúc cố định. 
Tuy nhiên việc xác định các thông số của nó cũng không thực hiện đƣợc dễ dàng. 
Với thủ tục thiết kế tƣơng tự, thay bộ điều khiển PID bằng bộ bù sớm trễ pha: 
3
2
1)(
ks
ks
ksC
hay bộ điều khiển có cấu trúc cố định, giả sử nhƣ: 
))((
2
)(
32
2
554
2
1
ksks
kskks
ksC
 Ta cũng dễ dàng tìm đƣợc các thông số của C(s) kết hợp với điều khiển tối 
ƣu H2/H . 
HU
TE
CH
53 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. K.ASTROM, T.HAGGLUND, PID Controller: Theory, Design, and Tuning, 
2
ND
 Edition. 
[2]. T.BLICKLE, L.THIELE, (1995) A Comparison of Selection Schemes used in 
Genetic Algorithms. 
[3]. NGUYỄN ĐÌNH THÚC, ĐÀO TRỌNG VĂN, TRẦN TỐ HƢƠNG, HOÀNG 
ĐỨC HẢI, (2001) Lập Trình Tiến Hóa, Nhà xuất bản giáo dục. 
[4]. HOÀNG KIẾM, LÊ HOÀNG THÁI, (2001) Thuật Giải Di Truyền Cách Giải 
Tự Nhiên Các Bài Toán Trên Máy Tính, Nhà xuất bản giáo dục. 
[5]. NGUYỄN DOÃN PHƢỚC, (2002) Lý Thuyết Điều Khiển Tuyến Tính, Nhà 
xuất bản khoa học kỹ thuật. 
[6]. R. SMITH, A. PACKARD, (1997) Notes on Robust Control. 
[7]. DOYLE J.C., FRANCIS B.A., TANNENBAUM A.R., (1992) Feedback 
Control Theory, New York, Macmillan Publishing. 
[8]. J.M. MACIEJOWSKI, (1989) Multivariable Feedback Design, Addison-
Wesley Publishing Company. 
[9]. NEWTON G.C., GOULD L.A, KAISER J.F., (1957), Analytic Design of 
Linear Feedback Controls, New York, John Wiley & Sons. 
[10]. NGUYỄN DOÃN PHƢỚC, (1999) Điều Khiển Tối Ưu & Bền Vững, Nhà 
xuất bản khoa học kỹ thuật. 
[11]. SNAIZER M., (1994), An Exact Solution to General SISO Mixed H2/H 
Problems via Convex Optimization, IEEE Trans. On Automatic Control, 39, 2511-
2517. 
[12]. D.S. BERNSTEIN, W.M. HADDAD, (1989), LQG Control with an H 
Performance Bound: A Riccati Equation Approach, IEEE Trans. Autom. Control, 
34, 293-305. 
HU
TE
CH
54 
[13]. P.P. KHARGONEKAR, M.A. ROTEA, Mixed H2/H Control: A Convex 
Optimization Approach, IEEE Trans. Autom. Control, 36, 824-837. 
[14]. H.E. MUSCH, M. STEINER, Tuning Advanced PID Controllers Via Direct 
H - Norm Minimization. 
[15]. CHEN B.-S., CHENG Y.-M., LEE C.-H., (1995), A Genetic Approach to 
Mixed H2/H Optimal PID Control, IEEE Control System, 15, 51-60. 
[16]. M. CANALE, G. FIORIO, S. MALAN, M. MILANESE, M. TARAGNA, 
Robust Tuning of PID Controllers Via Uncertainty Model Identification. 
[17]. S. SOLYOM, A. INGIMUNDARSON, A Synthesis Method for Robust PID 
Controllers for a Class of Uncertainties. 
[18]. H. KWAKERNAAK, (2000) H2 – Optimization – Theory and Applications to 
Robust Control Design, IFAC Symposium on Robust Control Design 2000. 
[19]. Microchip Technology Inc(2003) Brushless DC (BLDC) Motor 
Fundamentals 
[20]. Gwo-Ruey Yu and Rey-Chue Hwang Electrical Engineering Department I-
Shou University Kaohsiung County, Taiwan gwoyu@isu.edu.tw
HU
TE
CH
LÝ LỊCH KHOA HỌC 
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC 
Họ & tên: Nguyễn Thanh Hùng Giới tính: Nam 
Ngày, tháng, năm sinh: 30/01/1977 Nơi sinh: Tây Ninh 
Quê quán: An Lợi-An Hòa-Trảng Bàng-Tây Ninh Dân tộc: Kinh 
Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Trƣởng phòng công 
tác học sinh Trƣờng Trung Cấp Kỹ Thuật Nông Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh 
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 20/1/11 Đƣờng 295 Tổ 6- Khu phố 3- 
phƣờng Tân Phú, Quận 9 - TP. Hồ Chí Minh 
Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0918.272.271 
Fax: E-mail: nguyen_hung1087@yahoo.com 
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 
1. Trung học chuyên nghiệp 
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến /  
Nơi học (trƣờng, thành phố): 
Ngành học: 
2. Đại học 
Hệ đào tạo: tại chức Thời gian đào tạo từ 9/1996 đến 4/2001 
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh 
Ngành học: Kỹ thuật Điện-Điện tử 
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: 
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 
Ngƣời hƣớng dẫn: 
HU
TE
CH
3. Thạc sĩ 
Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo: Từ 3/2010 đến 4/2012 
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. Hồ Chí 
Minh 
Ngành học: Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện 
Tên luận văn: Điều khiển PID tối ƣu bền vững cho động cơ DC không chổi quét 
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. Hồ Chí 
Minh 
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Võ Hoàng Duy 
4. Tiến sĩ 
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến /  
Tại (trƣờng, viện, nƣớc): 
Tên luận án: 
Ngƣời hƣớng dẫn: 
Ngày & nơi bảo vệ: 
5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): 
 Tiếng anh trình độ TOEFL ITP 503 
6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi 
cấp: 
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP 
ĐẠI HỌC: 
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 
4/2001 đến 
nay 
Trƣờng TCKT Nông Nghiệp 
TPHCM 
Giáo viên giảng dạy môn 
máy điện chuyên ngành điện 
công nghiệp dân dụng 
HU
TE
CH
IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: 
XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC 
Ngày 15 tháng 3 năm 2012 
Ngƣời khai ký tên 
Nguyễn Thanh Hùng 
HU
TE
CH

File đính kèm:

  • pdfluan_van_dieu_khien_pid_toi_uu_ben_vung_cho_dong_co_dc_khong.pdf